魏松林(青海中信国安科技发展有限公司,青海 格尔木 816099)

机电一体化系统在机械工程中的应用分析

魏松林(青海中信国安科技发展有限公司,青海 格尔木 816099)

机电一体化系统是今后机械工程发展的主要方向，本文主要从机电一体化的发展和应用进行阐述，并总结机电一体化发展的意义。

机电一体化；机械制造；智能化

0 引言

机电一体化是使机械制造技术与电子技术、信息技术在部件、模块和系统层次上实现了功能交互和空间集成的技术。机电一体化系统是一门综合性的、涉及范围较广且独立的的学科，并且通过与计算机、信息和自动控制等技术的不断研究、融合和扩展，使得机电一体化系统在现代工程机械的前景广阔。

1 机电一体化概述

机电一体化系统来源于传统机械系统，其本质是现代机械系统，即在传统的机械零部件上，增加了流体、气动、热、声等学科和技术领域的元器件，并未改变传统机械系统逻辑构成的功能模块。机电一体化系统的实质是强化了控制功能的一种用非机械手段实现的现代机械系统[1]。

为了实现预期的机械变换过程，机械技术和电子和软件技术需要紧密协同和集成，这种协同和集成使得设计者在生成建设性的方案解方面拥有更大的自由度，更能满足多样化的用户需求。机械技术能够生成物理结构和运动，信息处理和控制技术大大提高了功能执行的速度，更容易引入和实现逻辑的行为与控制，这些结合形成了新颖独特的机电一体化系统，并且最终系统的功能大于其各子系统或部件的功能之和。机电一体化系统的结构较简单、成本更低廉、性能更强。不过，获取这些利益的代价是机电一体化系统的跨学科性质导致的设计复杂性[1]。

2 机电一体化的发展

1960年以前，人们刚刚通过电子技术完善机械产品，就发生全世界二战，并在战争的推动下，开始将电子技术与机械产品进行结合，并大大振兴了战后的经济。然而，这种电子技术与机械产品的结合，由于技术不够成熟又限制了其发展[2]。

直到20世纪70年代后期，机电一体化迎来了蓬勃发展，正赶上集成电路及计算机的发展，结合计算机、通信及控制等技术，这些均促进了机电一体化的发展。到90年代后期，机电一体化的发展逐渐趋向智能化，人工智能和光纤技术等成为了发展机电一体化的基础。

3 机电一体化系统的应用

工业革命推动了世界经济的发展，也发展了机械工程技术。机电一体化系统在机械工程、化工、信息等领域的应用，提高了机械产品的生产效率和科技含量，同时推进了工业技术的发展[3]。

3.1 在改造机床上的应用

机械设备中的数控机床是比较重要的，而工作台和机床上刀具的运行轨迹的要求是非常严谨的，偏差值有要求的范围，为了保证产品的精度。而机电一体化可以提高数控机床的工作效率，例如其中的开环伺服系统被广泛应用，其优点有：结构及操作简单，易查故障等。随着信息技术的发展，计算机技术与数控机床的结合，实现了数据与信息的自动化，根据不同产品的要求可随时调整技术和功能，降低企业的生产成本。

3.2 在包装机械上的应用

包装机械是机械工程中的重要部分，其结构特别复杂如控制连杆和凸轮构造等，而控制电路是传统部件的主要连接手段，其缺点有：整体结构繁琐、后期维修较难、操作不方便等。而将机电一体化系统应用在包装机械上，可通过计算机控制设备，形成模块化管理。其优点有：减小设备占地空间、提高零件精度、操作简单、减少人工维修费用等，提高企业的收益。

3.3 在机械精度控制上的应用

产品的精度直接影响企业的利益，成品的性能在主要参数上出现一点偏差，其精度会大受影响，所以严格把控对产品精度的控制与调整是重中之重的，而工程机械生产中实现机电一体化能有效准确的对主要参数数据进行控制。如，在混凝土搅拌过程中，利用传统的计量工具对不同原材料进行称量测重必定会有误差产生，但电子称量系统由电脑控制，就可对不同的原材料进行精准的测重称量，此法可极大的降低误差，进而混凝土的功能性也会得到保障。 除此之外自动找平系统的技术应用，在路面修建过程中，可使路面摊铺的更加平整。自动供料系统中通过超声波技术的应用，达到自动供料的目的，进而完全保证了摊铺路面质量。

3.4 在机械(半)自动化上的应用

(半)自动化作业会大大降低工作人员的劳动强度，也会提高机械工程的作业效率。工程自动化的有效应用还提升经验不足的人员在工程作业中的容错率，确保工程作业的精度。如日本三菱公司的挖掘机引进挖掘轨迹控制系统，为了控制和调整耗铲斗的运动轨迹，引进自动化控制并运用计算机的控制系统，精准掌握并控制动臂杆和铲刀的运动，提高了挖掘工作的效率。

3.5 在机械监控上的应用

机电一体化系统的引进可实现液压、制动和传动等系统的监控，及时掌握机械设备的工作运行情况，在发生设备异常状况时会自动报警通知，并且精准的发现出故障位置。

3.6 在化工工程中的应用

化工生产中机电一体化也具有广泛的应用，在日化品厂的监控与配料系统、工业中的安全自检系统、工业中的连续化生产、工业中的自动化生产等，都具有较为重要的作用。广泛应用于烧结中的预配料系统、焦化厂电力系统、机械纺织、自动化添加煤技术、自来水厂调度、日用化工行业、水电厂的自动化系统、电子称重模块、发电厂的锅炉控热工程、油库管理、天然气加气站、恒压供水系统、煤矿生产安全的自检系统、啤酒生产等众多宽泛的领域。

3.7 其他方面应用

国外在装载机和推土机等机械设备上，增加自动变速器，根据设备外负荷的实际运行情况，适时调整传动系的传动，提高其发动机功率，提升能源的经济性的同时，操作更加快捷简便，也大大降低了操作员的劳动工作强度[4]。

随着市场经济的发展，审美观念也伴随着现代人的生活水平的提高而提高，人们对工程施工的要求也随之提升，现代工程施工规模的扩大化与难度不断加大，对工程机械设备的性能与质量提出了更高的要求，所以实现机械工程设备的自动化，可降低机械工程施工中人力成本，并达到施工的质量要求与精准度，使施工企业的经济效益提高。综上所述，为了适应时代的发展，现代机械工程的施工质量、精度、效率和成本是今后主要研究的方面，确保设备性能的稳定与可靠。

4 机电一体化的意义

电子监控系统是机电一体化系统中较为重要的组成之一，电子监控系统要对其监控系统中加设报警设备，控制和监督机械设备的良好运行。当机械设备在运行的过程中发生故障，在极短时间内该系统可快速示警，将准确位置提供给相关维修部门，提高维修部门的工作效率，制定相应的维修方案，解除设备的安全隐患。智能化也是机电一体化技术发展的一个趋势。与传统机电一体化相比，现代机电一体化技术主要是控制理论，即智能化的体现，智能化生产过程使产品的性能和功能大大提高。智能化结合了计算机科学、人工智能和思想来对人工智能进行仿效，扩大机电一体化适用范围的同时，赋予机械设备性能及功能上的现代化。

[1]许勇.机电一体化系统方案生成及优选研究[D].上海交通大学，2007.

[2]索小娟，陈光伟，王娜.工程机械机电一体化技术的应用与发展[J].科技传播，2013,(14)：187-188.

[3]鲁鑫康.工程机械中机电一体化技术的应用[J].电子制作，2014,(9)：108-109.

[4]那凤华.工程施工机械中的机电一体化探讨[J].中华民居旬刊，2014,(7).