機電一體化技術及其應用研究

劉偉杰，馬峰，劉相蕊

（西安西電高壓開關操動機構有限責任公司，陜西西安710077）

機電一體化技術及其應用研究

劉偉杰，馬峰，劉相蕊

（西安西電高壓開關操動機構有限責任公司，陜西西安710077）

如今的機械工程領域，因為微電子與計算機技術的全面應用，機械工業正朝著機電一體化方向發展，使機械工業的技術構架、功能及生產方式等模式有了翻天覆地的變化，也使工業生產逐漸側重于“機電一體化”。現階段，一些發達國家都在全面推廣機電一體化技術。此技術已被運用于很多領域，同時以蓬勃的生機向前發展，這不但從根本影響了科技和經濟的發展，而且影響了機電一體化的發展趨勢。

機電一體化；柔性制造機制；機器人；交流傳動技術

1 機電一體化的主要技術

常規的機電一體化涵蓋了軟件與硬件2類基礎技術。硬件即由機械自身、傳感設備、參數處理模塊及驅動模塊等所構建。為了與計算機進行有效傳輸，我們就要使相關參數傳輸達到標準化和規格化。接口擇取相同指標、規格，不僅可以方便信息的傳遞和維修，同時還可以方便設計。現階段，相關技術工作者正側重于開發低投資、高速串行的接口，進而規避光導纖維、信號電纜非接觸化與光藕設備的大容量化等問題。而軟件和硬件一定要相互制衡，統一發展。為了降低軟件的研制投資，深化生產維修的有效性，我們要試著將軟件予以指標化處理，將內置程序指標化、軟件程序固化、程序模塊化，以及大范圍應用軟件工程等。現階段，機械設備大多是以鋼鐵材料為基本結構的，為了可以有效減輕質量，我們要對產品的基本結構予以簡配舉措，因此可以利用非金屬合成耗材。只有在減輕機械質量的前提下，才可以使驅動系統趨于微型化，進而提高其速率，這樣可以最大化地降低能耗，提高作業的有效性。以傳感設備為基點，從提高精確度、靈敏度等方面入手，在此基礎上要確保其具有較強的抗干擾性。機電一體化，即在主功能、信息處理功能和控制功能上滲透進電子技術，把機械設備和電子化設計與軟件有機地結合在一起，所組建的系統的統稱。從宏觀上分析，機電一體化包括技術和產品2個基本點，是依附于群體技術有機融合的一種拓展性技術，并非單純的機械技術或微電子技術的結合。機電一體化技術的核心功能即替代體力勞動。

2 機電一體化技術的應用范圍

計算機集成制造系統的實現并非現有各分散模式的隨機排列，而是全局動態的一種配置手段。其掙脫常規系統間的束縛，以構建核心的基礎去控制物流和信息流，達到從經營決策直至產品開發管理的全套組合。企業集成水平的提高能夠使相關生產要素間的配置得到全面深化，相關生產要素的潛能能夠被全面挖掘。而柔性制造機制即為計算機化的制造模式，其通過計算機、數控機床、機器人及自動運行車等構建。柔性制造機制能夠隨心所欲地根據裝配系統的需要，生產柔性制造機制范圍內的一切工件，尤其適用于類型繁雜和中小批量生產的離散零件。

同時，機電一體化技術也被機器人研發領域所應用。我們都知道，第1代機器人即示教再現機器人，其僅可依附于示教予以重復運動，對工作條件與作業目的的改變不具備適應性和應變能力；第2代機器人則裝置了一系列前沿的傳感元件，可以搜集作業條件與操作目標的基本信息，經計算機運算及分析，作出相應的判斷，同時對動作予以反饋，其傾向于低級智能，已被一些基礎行業所應用；而第3代機器人則為智能化機器人，其具有一系列感知功能，能夠予以煩瑣的邏輯思維，在此基礎上評定并作出相應的舉措。

電力電子技術和微電子技術的持續發展，交流傳動技術也得到了全面的應用。由于交流傳動的優勢，交流傳動技術慢慢取代了電氣傳動技術，進而實現數字化目標，同時達到了矢量控制的目的，提升了系統功能的有效性。對于開放式控制系統來說，其基本是對一類指標信息交換規程進行支持，達成共識，能夠對相關指標予以設計的系統，可以對各廠家產品進行兼容，具有優異的資源共享。開放式控制系統主要就是利用工業通信網絡實現各控制設備、管理計算機互聯的集成，通過控制室控制設備和現場總線儀表的互聯，實現控制與測量的一體化。對于分布式控制系統而言，其主要就是利用一臺中央計算機指揮若干臺面進行現場測控與智能控制。在實際工作中，分布式控制系統主要就是依附于計算機對生產過程予以集中監視及管理，進而確保生產環節的順利完成，達到預期的生產目標。與集中式控制系統相比，分布式控制系統的功能更強大，且具有較高的穩定性，是未來大型機電一體化系統的主要發展內容。在鋼鐵行業中，機電一體化要依附于微處理機，將微機、工控設備及參數傳輸等技術進行有效配置，擇取組裝合并的舉措，為深化系統的一體化奠定良好的基礎，提高系統控制的有效性和穩定性。

近年來，機電一體化技術已被應用于煤炭企業，其對煤礦設備的電動機、傳動機制、工作設備及制動系統等的在線運行情況予以實時監控，發生故障后可以自動報警，同時精準地指出故障區域。因此，應用機電一體化技術可以改善操作人員的工作環境，提高設備的工作有效性，降低相關裝置的維護檢查工作量，減少維修耗資，延長裝置的使用周期。

很多引進的機械工程均擇取了電子控制的自動變速技術，此技術可以依附于外負荷的改變狀態自行調節傳動系的傳動參數，這不僅使發動機功率最大限度地被利用，提高了燃油的利用率，同時還方便了操作程序，降低了工作者的勞動強度。為從根本避免翻車及斷臂事故的發生，從實質上提升作業的穩定性，目前一些前沿的起重設備都被安裝了電子控制的力矩限制裝置。為實現無人駕駛，鋪平了道路，使工程設備能夠在危險區域工作。而電子系統的穩定性即為工程機械十分重要的一項性能標準。因為工程機械通常處于露天工作的狀態，經常會遭受暴曬、雨淋，而且在作業過程中還存在振動及外在的電磁干擾，工作條件可想而知，所以對電子控制系統的基本要求為：可以在－40～80℃的條件下穩定工作，同時要具備較強的抗老化性和抗干擾性。

3 總結

總的來說，機電一體化技術的側重點即替代體力勞動。不過發展至機電一體化機制后，微電子設備不僅能夠替代個別機械部件發揮功能，同時還能夠加設相對前沿的功能，其中包括自動檢測、自動處理參數和自動調節等。機電一體化從根本推動了機械工業的變革，讓常規的機械設計舉措和設計理念發生了翻天覆地的變化。全面研究前沿的機電一體化產品，不僅是優化常規機械裝置的先決條件，還是促進機械產品更新換代及推動機械工業全面發展的有效舉措。

［1］羅鳳曼，謝志萍，鄭向華.高職高專機電一體化專業課程體系的構建［J］.成都電子機械高等專科學校學報，2011（02）.

［2］羅輯，杜柳青，袁冬梅，等.機電一體化技術在機械工程上的應用及發展趨勢［J］.機床與液壓，2014（01）.

〔編輯：劉曉芳〕

TH-39

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.18.156

2095－6835（2017）18－0156－02