機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用

楊安駿

（曹妃甸港集團(tuán)股份有限公司，河北 唐山 064000）

由于現(xiàn)代我國機(jī)械工程科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新與迅速發(fā)展，傳統(tǒng)方式的機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)越來越無法適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需要和社會的發(fā)展需求，這就催生了機(jī)電一體化技術(shù)的誕生和發(fā)展，這是社會發(fā)展的必然產(chǎn)物。如今，已發(fā)展成集合電子科學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)等多個(gè)相關(guān)專業(yè)技術(shù)綜合于一身的機(jī)電一體化技術(shù)，并廣泛應(yīng)用到多個(gè)工程機(jī)械制造領(lǐng)域。正因?yàn)樵搼?yīng)用技術(shù)的廣泛引進(jìn)，讓企業(yè)工程機(jī)械的工業(yè)自動化以及工程半自動化應(yīng)用更具可能性，極大程度提高了企業(yè)建筑工程中機(jī)械設(shè)備在日常作業(yè)的運(yùn)動準(zhǔn)確度、運(yùn)行精度、工作效率。本文主要重點(diǎn)介紹了機(jī)電融合一體化的一些關(guān)鍵技術(shù)及其在我國工程機(jī)械工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用。

1 機(jī)電一體化簡述

機(jī)電制造一體化工程技術(shù)體系是以自動機(jī)械制造技術(shù)和人機(jī)電子自動控制工程技術(shù)體系為理論基礎(chǔ)（圖1），由機(jī)械綜合過程控制、機(jī)械設(shè)計(jì)裝備制造、自動化制造技術(shù)等多個(gè)學(xué)科共同組成，具有很強(qiáng)的行業(yè)綜合性和明顯的競爭優(yōu)勢。在現(xiàn)代電力設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，機(jī)電設(shè)備一體化監(jiān)控技術(shù)最先得到廣泛應(yīng)用，并逐步用于電力設(shè)備生產(chǎn)自動化、設(shè)備安全故障分析監(jiān)測等諸多技術(shù)領(lǐng)域，對不同領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步起到推動作用。實(shí)踐中顯示，中國機(jī)器設(shè)備使用傳統(tǒng)方式較為落后，手工操作的推行使得工業(yè)生產(chǎn)效率并不高，無法滿足日益增長的社會需要。在步入新技術(shù)時(shí)期后，為有效減少企業(yè)人力成本，增加企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)已經(jīng)開始將機(jī)電設(shè)備一體化等新技術(shù)產(chǎn)品引入農(nóng)業(yè)工程機(jī)械的研發(fā)生產(chǎn)使用過程中，取得了良好的應(yīng)用效果，機(jī)械工程配件產(chǎn)品的生產(chǎn)能力和工作效率大幅提高，有力推動了社會進(jìn)步與發(fā)展。

圖1 機(jī)電一體化工程技術(shù)體系的理論基礎(chǔ)

2 機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用優(yōu)勢

機(jī)電一體化技術(shù)能夠與新一代信息技術(shù)全面融合，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級和行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，提升與創(chuàng)新過程更為簡單和易于接受，機(jī)器的正常工作也更為平穩(wěn)、流暢。首先，機(jī)械工業(yè)一體化設(shè)備具有較強(qiáng)大的科技綜合性（圖2），能夠廣泛應(yīng)用于行業(yè)，并且已獲得了較好的實(shí)踐應(yīng)用與普及成效，從而達(dá)到了制造業(yè)機(jī)器的結(jié)構(gòu)多元化與功能集成。其次，機(jī)電安裝一體化技術(shù)極大提高了工業(yè)機(jī)械的制造穩(wěn)定性，大幅延長產(chǎn)品使用期限和壽命，降低了事故率和對設(shè)備保養(yǎng)費(fèi)的投資，也因此提高了質(zhì)量與安全，大大增加了企業(yè)效益。同時(shí)，新技術(shù)成果的含金量也不斷增加。隨著機(jī)電安裝一體化能力的增強(qiáng)，越來越多新技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用于工業(yè)各類機(jī)械上，使機(jī)電安裝一體化的新產(chǎn)品通過技術(shù)快速地轉(zhuǎn)移并形成了企業(yè)生產(chǎn)力，使機(jī)械企業(yè)的機(jī)電設(shè)備一體化生產(chǎn)操作管理技術(shù)水平穩(wěn)步提高。

圖2 機(jī)電一體化技術(shù)的綜合性

3 機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用分析

隨著新能源時(shí)代的來臨，各類新能源技術(shù)層出不窮，人們對日常生活以及其他工程中使用技術(shù)方法的性能需求，也在日益變化與增加，有了更高的技術(shù)要求。機(jī)電一體化不僅能夠有效減少大量人力，還能夠更加精確地管理各類數(shù)據(jù)，提升制造效益。機(jī)電設(shè)備一體化監(jiān)控管理系統(tǒng)在當(dāng)前機(jī)械產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，具體表現(xiàn)包括以下幾點(diǎn)。

3.1 提高機(jī)械工程的作業(yè)精度

機(jī)械綜合性系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的。在現(xiàn)代機(jī)械中，計(jì)算機(jī)技術(shù)也被引入到了機(jī)械中，機(jī)械自動化系統(tǒng)能夠更有效地增加作業(yè)的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的機(jī)器工程施工都是由人工完成的，在機(jī)械操作過程中，人為操作的傳統(tǒng)方式增大了產(chǎn)生差錯(cuò)的可能性，這種差錯(cuò)又是無法避免的，這將導(dǎo)致操作準(zhǔn)確率不高。而機(jī)電一體化系統(tǒng)則通過高度智能的方法，大大減少了人力差錯(cuò)，同時(shí)也控制了人力成本，進(jìn)而提高了機(jī)械操作的準(zhǔn)確率和效率。

3.2 實(shí)現(xiàn)自動報(bào)警

在工業(yè)機(jī)械工程中，電子工程監(jiān)控系統(tǒng)是必不可少的。機(jī)電設(shè)備一體化監(jiān)控系統(tǒng)在電力機(jī)械工程行業(yè)中的廣泛應(yīng)用是以自動監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)為主要基礎(chǔ)的。機(jī)電設(shè)備一體化監(jiān)控系統(tǒng)的各種電子安全監(jiān)控檢測設(shè)備均配有自動報(bào)警裝置。機(jī)械設(shè)備一旦出現(xiàn)重大故障，電子工程監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)管理會在第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警，并迅速將故障信息及時(shí)傳達(dá)上報(bào)給企業(yè)相關(guān)主管部門，迅速解決故障。

3.3 減少能耗，節(jié)能減排

傳統(tǒng)的生質(zhì)柴油機(jī)械生產(chǎn)中所采用的機(jī)械，是指以汽油引擎為發(fā)動機(jī)的柴械機(jī)電設(shè)備，在進(jìn)行環(huán)保低碳減排應(yīng)用方面并沒有很好的表現(xiàn)。在中國機(jī)械產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步與高速發(fā)展的歷史過程中，以柴油引擎為驅(qū)動的各類機(jī)械設(shè)備也逐漸開始改進(jìn)自身的制造手段，并逐步減少了由汽油引擎為能源的機(jī)械大規(guī)模應(yīng)用和對大氣污染物的大規(guī)模排放。通過機(jī)械裝置一體化監(jiān)控管理系統(tǒng)的方式應(yīng)用電子設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控能量消耗的總產(chǎn)出情況，使能耗最小，進(jìn)而大大提高了能源利用率，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

機(jī)電一體化在工業(yè)機(jī)械工程行業(yè)中的主要應(yīng)用是它可以有效地自動控制工業(yè)機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，從而有效實(shí)現(xiàn)機(jī)械能源的有效優(yōu)化綜合利用，達(dá)到工業(yè)節(jié)能降耗的最終應(yīng)用目的。在一些傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)械工程設(shè)備操作中，能量綜合利用率低，能耗大，工作效率低。機(jī)電自動一體化設(shè)備控制系統(tǒng)管理設(shè)備系統(tǒng)，通過機(jī)電自動一體化設(shè)備管理后，可以自行建立較為完整的機(jī)械設(shè)備自動控制管理系統(tǒng)。系統(tǒng)可以根據(jù)所需減少能耗，從而極大地提高了再生能源的綜合使用率。在機(jī)電聯(lián)合控制技術(shù)下，電能自動轉(zhuǎn)化系統(tǒng)效能更高，節(jié)約與環(huán)保效益更加突出。以機(jī)電融合一體化的高效挖掘機(jī)控制系統(tǒng)即為其案例，引入了新型節(jié)能電源控制器，較普通的傳統(tǒng)機(jī)械挖掘機(jī)提高了節(jié)電15%以上。

3.4 提高機(jī)械工程的生產(chǎn)率

機(jī)械聯(lián)動及一體化監(jiān)控管理系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械管理中的應(yīng)用，徹底改變了目前傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)械必須以半自動作業(yè)方式或人工完成的工作模式。一方面，它能夠有效降低對交通運(yùn)輸人力資源的大量利用，從而降低因交通運(yùn)輸安全事故可能出現(xiàn)的重大人員傷亡。另外，在機(jī)電融合一體化電力系統(tǒng)中充分利用了先進(jìn)的電子生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備，并充分運(yùn)用了現(xiàn)代電子信息技術(shù)，極大地提高了電力機(jī)械工程的質(zhì)量生產(chǎn)率和電能資源的綜合利用率，有效防止了污染的大規(guī)模排放，這也是非常關(guān)鍵的方面。

3.5 提高工業(yè)自動化技術(shù)水平

事實(shí)上，機(jī)電工程一體化的順利實(shí)現(xiàn)不僅是我國機(jī)電工程工業(yè)自動化相關(guān)技術(shù)研究實(shí)施的全過程及其中的一種體制改革與技術(shù)創(chuàng)新，也是企業(yè)適應(yīng)我國現(xiàn)代工業(yè)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必要局面和正確選擇。傳統(tǒng)機(jī)電自動一體化系統(tǒng)具有一些簡單的機(jī)電自動化管理功能，但傳統(tǒng)整體機(jī)電自動化的功能實(shí)現(xiàn)技術(shù)效果和管理水平不是很理想。在某種程度上,機(jī)電工業(yè)一體化的一個(gè)整體發(fā)展趨勢也可以說明這是一個(gè)不斷逐步提高工業(yè)自動化技術(shù)水平的歷史過程。機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)（圖3），不僅是為了能夠極大地提高機(jī)電一體化裝置行業(yè)的產(chǎn)品整體生產(chǎn)效率，同時(shí)還可以盡可能地降低對人力的投資。這能夠減少一些人為因素所引起的技術(shù)問題，從而合理地控制成本，合理地提高生產(chǎn)率和企業(yè)整體效益。智能化的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，主要是以具有高度技術(shù)性的專業(yè)特點(diǎn)為理論基礎(chǔ)的。

圖3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

在企業(yè)日常運(yùn)作流程中，機(jī)電設(shè)備都必須能夠合理保障各種工作的正常高效進(jìn)行開展。同時(shí)，當(dāng)用戶出現(xiàn)了某些應(yīng)急的突發(fā)狀況或某些突發(fā)事件、問題時(shí)，也能夠輕松進(jìn)行手動中斷停止和定時(shí)開機(jī)兩種操作。機(jī)電設(shè)備自動化的平穩(wěn)健康發(fā)展，對于進(jìn)一步提升企業(yè)機(jī)電設(shè)備的日常及整體維修工作管理能力水平，具有十分關(guān)鍵的指導(dǎo)影響與促進(jìn)作用，同時(shí)也有助于降低一些各種因素對其的負(fù)面影響，為整個(gè)工程項(xiàng)目的成功進(jìn)行提供了有效保證。

3.6 實(shí)現(xiàn)自動化、半自動化控制

機(jī)電設(shè)備數(shù)控一體化自動數(shù)控技術(shù)在我國現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械工程以及工業(yè)設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，使我國現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械設(shè)備在各種機(jī)械操作系統(tǒng)中基本實(shí)現(xiàn)了完全半自動控制，使我國現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械設(shè)備完全基本脫離了原先傳統(tǒng)人工控制各種操作系統(tǒng)模式，進(jìn)入了一種完全半自動化和完全智能自動化的人機(jī)結(jié)合操作時(shí)代。未來完全通過用戶端也可以直接在線實(shí)現(xiàn)我國企業(yè)內(nèi)部智能化遠(yuǎn)程管理操作，大大減少了我國企業(yè)操作員和管理人員的日常管理工作量，大大提高了日常工作效率。另外，工業(yè)機(jī)械器件監(jiān)控及一體化安全監(jiān)控體系技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了中國工業(yè)機(jī)械機(jī)電設(shè)備的正常工作運(yùn)行性能和設(shè)備穩(wěn)定性，重大安全事故防護(hù)累計(jì)事故發(fā)生率極低，大大改善了中國工業(yè)機(jī)械的重大安全事故防護(hù)系統(tǒng)特性，有效減少了對安全成本的投資，也大大提高了企業(yè)的整體運(yùn)營效益。

3.7 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)督與管理

機(jī)械工程專業(yè)應(yīng)用機(jī)電設(shè)備一體化測量技術(shù)，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)測量監(jiān)督以及整個(gè)制造流程的所有機(jī)械檢測工作，從而確定和監(jiān)測所分析的機(jī)械工作運(yùn)動狀況，給機(jī)械操作者一些測量的結(jié)果，從而使得在及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障和檢測故障情況后的經(jīng)濟(jì)損失能夠有效降低和達(dá)到最低控制范圍。此外，對這種機(jī)械設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動質(zhì)量監(jiān)測的另一項(xiàng)主要優(yōu)勢是它能夠?qū)λ袡C(jī)械工作的運(yùn)動質(zhì)量狀況進(jìn)行即時(shí)監(jiān)測，并準(zhǔn)確調(diào)整機(jī)械偏差的參數(shù)，從而確保了機(jī)械工作的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化。該機(jī)械傳動一體化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，能夠更精確地有效管理并安全監(jiān)測傳動機(jī)械日常工作流程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，使操作員及時(shí)發(fā)現(xiàn)重大問題，并快速地定位故障狀態(tài)，及早地排除故障，從而恢復(fù)了機(jī)器的正常工作。

4 結(jié)束語

綜上所述，機(jī)電設(shè)備一體化相關(guān)技術(shù)在我國機(jī)械工程行業(yè)具有很大的技術(shù)價(jià)值，實(shí)踐表明，機(jī)電設(shè)備一體化相關(guān)技術(shù)應(yīng)用一方面已經(jīng)初步形成了較為成熟的應(yīng)用體系；另一方面，科學(xué)應(yīng)用技術(shù)對未來的我國社會經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)發(fā)展產(chǎn)生了重要的社會影響。機(jī)電設(shè)備一體化發(fā)展給我國傳統(tǒng)工程機(jī)械行業(yè)發(fā)展帶來了新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略方向。在專用機(jī)械工程專業(yè)應(yīng)用生產(chǎn)過程中，充分有效提高了企業(yè)生產(chǎn)工作效率，大大提高了其專用機(jī)械工程生產(chǎn)物料加工的工作精度，也充分保證了生產(chǎn)工人的人身安全。伴隨現(xiàn)代信息的不斷進(jìn)步與蓬勃發(fā)展，機(jī)電設(shè)備一體化制造技術(shù)將越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械工程中，它將不斷發(fā)揮自身優(yōu)勢，推動機(jī)械電子工程領(lǐng)域不斷向前發(fā)展，為社會發(fā)展帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。