機(jī)電一體化在工程專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用

黃中玉

摘要：近些年來(lái)，我國(guó)機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)教學(xué)水平得到了一定程度的提升，但仍然難以滿足社會(huì)和企業(yè)對(duì)于廣大學(xué)生的需求。本文以社會(huì)需求為導(dǎo)向，系統(tǒng)地闡述了機(jī)電一體化在工程專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用路徑，旨在進(jìn)一步提高廣大學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)，為學(xué)生今后的就業(yè)求職奠定基礎(chǔ)。

Abstract： In recent years， the teaching level of Mechatronics has been improved to a certain extent in China， but it is still difficult to meet the needs of society and enterprises. Based on the social demand， this paper systematically expounds the application path of Mechatronics in engineering specialties. It aims to further improve the practical ability and comprehensive quality of the students and lay the foundation for the future employment of the students.

關(guān)鍵詞：就業(yè)市場(chǎng)；光電；光機(jī)電一體化平臺(tái)

Key words： job market；photoelectric；optical mechanical and electrical integration platform

中圖分類(lèi)號(hào)：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）35-0171-02

1 機(jī)電一體化的概述

我們所熟知的機(jī)電一體化技術(shù)就是將微電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信息技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的技術(shù)。它是將機(jī)械裝置、電子設(shè)計(jì)和軟件結(jié)合起來(lái)的系統(tǒng)總稱(chēng)。所以是自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備幾乎就可以說(shuō)成是機(jī)電一體化設(shè)備。現(xiàn)代的工程機(jī)械正處于一個(gè)發(fā)展時(shí)期，引入機(jī)電一體化技術(shù)，使液壓、機(jī)械和電子控制等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，極大的提高了工程機(jī)械的各項(xiàng)性能。

2 機(jī)電一體化在機(jī)械工程設(shè)備中的意義

近年來(lái)，機(jī)電一體化技術(shù)取得了飛速發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念正在逐步的擴(kuò)大，已經(jīng)擴(kuò)大到被控制系統(tǒng)和控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)品制造和過(guò)程控制的大系統(tǒng)。未來(lái)隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷完善，機(jī)電產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)將越來(lái)越高自動(dòng)化、高效率化、多功能化、高可靠性、高智能化、省材料和省能源。在工程機(jī)械設(shè)備中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用十分必要，它能夠?qū)C(jī)械系統(tǒng)的多個(gè)方面產(chǎn)生有益影響，包括性能、功能、操縱性和可靠性等。具體來(lái)說(shuō)，機(jī)電一體化在機(jī)械工程設(shè)備中的意義主要體現(xiàn)在以下方面：一是由于機(jī)電一體化系統(tǒng)具有動(dòng)力分散化和智能化特點(diǎn)，在提高傳動(dòng)精度和縮短傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上，還簡(jiǎn)化了整個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，雖然減少了機(jī)械部件數(shù)量，但是反而優(yōu)化了系統(tǒng)剛度，大大提高了機(jī)電一體化系統(tǒng)的動(dòng)力特性和運(yùn)動(dòng)特性；二是機(jī)電一體化使得機(jī)械工程設(shè)備的單個(gè)驅(qū)動(dòng)部件具備了智能性及相關(guān)的邏輯聯(lián)系具備了可編程性，如此一來(lái)機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能將得到大范圍的拓展，機(jī)電一體化系統(tǒng)處理任務(wù)的能力將變得更強(qiáng)，從而機(jī)械產(chǎn)品的功能將更加完善；三是隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，操縱系統(tǒng)不再受到機(jī)械結(jié)構(gòu)的制約，只需依照自己需求科學(xué)的選擇安裝位置即可，可盡量選擇便于操作、安全性高的地方，同時(shí)還能夠利用現(xiàn)代通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作；四是通過(guò)應(yīng)用嵌人式電子控制系統(tǒng)，再加上傳動(dòng)鏈的縮短的影響，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化和優(yōu)化，可動(dòng)部件減少了，這意味著磨損也將大大減少，同時(shí)還提高了系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度和過(guò)載能力，可靠性得到了有效提高。

3 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)涵蓋范圍非常廣泛，包括機(jī)械和電子以及光學(xué)等等，機(jī)電一體化的發(fā)展建立在相關(guān)技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展，而機(jī)電一體化的發(fā)展反過(guò)來(lái)也會(huì)推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，相輔相成：

①智能化。作為21世紀(jì)重要的發(fā)展方向，在機(jī)電一體化的研究中，人工智能逐步引起重視。本文所說(shuō)的智能化從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是對(duì)及其行為的描述，是建立在控制理論基礎(chǔ)上的，通過(guò)充分吸收相關(guān)理論包括心理學(xué)、生理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等等，達(dá)到更高控制的目的。當(dāng)然，我們也應(yīng)當(dāng)充分意識(shí)到，想要機(jī)電一體化產(chǎn)品與人完全相同，在短期內(nèi)是達(dá)不到的，也是沒(méi)有必要的。

②模塊化。模塊化是非常重要的一項(xiàng)工程，眾所周知，機(jī)電一體化產(chǎn)品種類(lèi)非常繁多，而在研究這些產(chǎn)品的過(guò)程中我們所研制和開(kāi)發(fā)的具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口和動(dòng)力接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元具有非常重要的意義。如果我們研制集減速和智能調(diào)速為一體的動(dòng)力單元，我們就可以快速達(dá)到上述目的。與此同時(shí)，還要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的迅速研發(fā)。在利益的沖擊下，現(xiàn)階段我們難以制作出與實(shí)際情況相符合的超高水平的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但值得注意的是，我們可以通過(guò)另一種途徑既組建一些大企業(yè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

③網(wǎng)絡(luò)化。現(xiàn)代社會(huì)互聯(lián)網(wǎng)已十分普及，各類(lèi)遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得了飛速發(fā)展，各類(lèi)遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備也層出不窮。在逐漸發(fā)展的過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)憑借其強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)得到了高速發(fā)展，充分利用家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將諸多電器連接在一起就可以形成全新的家電系統(tǒng)，給廣大民眾帶來(lái)方便。

④微型化。微型化興起于上世紀(jì)80年代，主要是指機(jī)電一體化向微型機(jī)器方向發(fā)展。在其他一些發(fā)達(dá)國(guó)家，微型化特質(zhì)尺寸不超過(guò)1cm的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并在發(fā)展過(guò)程中向納米、微米的方向努力，逐步應(yīng)用到生產(chǎn)、醫(yī)療等方面。微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類(lèi)。endprint

⑤環(huán)保化。工業(yè)發(fā)展改變了整個(gè)人類(lèi)的生命軌跡，一方面豐富的物質(zhì)生活，另一方面就是不斷減少的資源，既污染了環(huán)境，也給人們的生活帶來(lái)了不好的因素。在這種情況下，廣大人民群眾呼吁保護(hù)環(huán)境資源，希望能夠重回自然，在這一理念下，機(jī)電一體化也逐步向綠色化方向發(fā)展。

4 機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)，在發(fā)展過(guò)程中逐步推進(jìn)了工程機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)的發(fā)展，提高了工程機(jī)械制造技術(shù)水平，特別是在微型計(jì)算機(jī)與傳感技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)逐步發(fā)展的今天，一方面實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品性能的提高，另一方面也使工程機(jī)械制造行業(yè)邁入了新的發(fā)展階段。以微處理器為基礎(chǔ)和核心的電子控制系統(tǒng)已經(jīng)逐步應(yīng)用到國(guó)外電子機(jī)械上，并逐漸成為高性能的工程機(jī)械。我們有理由相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，工程機(jī)械的機(jī)電一體化和智能化將成為機(jī)械行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。

①電子監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)警。所謂電子監(jiān)控，是指對(duì)工程機(jī)械的發(fā)動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)等方面進(jìn)行全方面的系統(tǒng)監(jiān)控。一旦工程機(jī)械在工作過(guò)程中出現(xiàn)異常現(xiàn)象，應(yīng)采取有效措施及時(shí)報(bào)警，并指出故障的部位，這樣做，一方面能夠提高和改善駕駛員的工作條件，另一方面也可以使工作效率得到進(jìn)一步的提升。與此同時(shí)，還可以簡(jiǎn)化設(shè)備維護(hù)檢查工作，使工作量得到提高，使用費(fèi)用得到降低，在一定程度上延長(zhǎng)了機(jī)械的使用壽命。

②節(jié)能減排，使生產(chǎn)效率得到提升。與現(xiàn)代工程機(jī)械的能量利用率相比，傳統(tǒng)工程機(jī)械的能量利用率相對(duì)較低。在較低水平的利用下，在發(fā)展機(jī)械的過(guò)程中，必須將節(jié)能放在重中之重。以日本為例，日本日立公司所研發(fā)出的挖掘機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)則可以有效的改變這一現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行全方面的綜合控制，在一定程度上提高了使用率和利用率，不僅如此，也提高了生產(chǎn)效率。這對(duì)于機(jī)械制造行業(yè)來(lái)說(shuō)是非常有必要的，也是值得我們大家學(xué)習(xí)的。

③進(jìn)一步提升作業(yè)精度。目前，微機(jī)控制的電子秤量系統(tǒng)已經(jīng)逐步應(yīng)用到了瀝青和水泥混凝土拌合設(shè)備中，主要目的在于確保成品料的作業(yè)精度。與此同時(shí)，在瀝青和水泥混凝土拌合設(shè)備中也實(shí)現(xiàn)了稱(chēng)量過(guò)程的自動(dòng)化，應(yīng)用了自動(dòng)找平系統(tǒng)，極大的提高了施工質(zhì)量和施工效率。又如瀝青混凝土攤鋪機(jī)，施工也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié)，在一定程度上提高了攤鋪質(zhì)量推土機(jī)鏟刀和平地機(jī)刮刀等方面的施工作業(yè)效率，減輕了操作人員的工作強(qiáng)度。

④實(shí)踐作業(yè)過(guò)程的自動(dòng)化。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化控制的工程機(jī)械，可以有效的降低工程機(jī)械操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升，并有效減少因操作者經(jīng)驗(yàn)不足所可能產(chǎn)生的問(wèn)題。以三菱公司為例，日本三菱公司所生產(chǎn)的挖掘機(jī)設(shè)備用來(lái)挖掘軌跡控制系統(tǒng)，在控制板上設(shè)定好相應(yīng)的軌跡形狀后，操作者可以更加方便的實(shí)現(xiàn)控制，推動(dòng)了挖掘作業(yè)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。

不僅如此，現(xiàn)階段部分國(guó)家所生產(chǎn)的推出土機(jī)和裝載機(jī)也都應(yīng)用到了電子控制的自動(dòng)變速器，這種變速器能根據(jù)外負(fù)荷的變化情況，科學(xué)合理的改變。轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)比，既降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，也提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。

5 工程機(jī)械中機(jī)電一體化技術(shù)的展望

①計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)。計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)信息處理的主體，信息處理技術(shù)包括范圍應(yīng)用比較廣，主要包括信息的輸入、識(shí)別、運(yùn)算、變換、存儲(chǔ)及輸出等等方面。計(jì)算機(jī)技術(shù)范圍涉及到網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、硬件和軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等等方面。要想工程機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展不斷進(jìn)步，應(yīng)該大力發(fā)展計(jì)算機(jī)應(yīng)用及信息處理技術(shù)。

②電子控制理論。工程機(jī)械現(xiàn)代化的重要標(biāo)志就是以微電子為核心的高新技術(shù)，通過(guò)其應(yīng)用和推廣，在相關(guān)控制理論指導(dǎo)下，能夠滿足系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)的要求，完成相關(guān)的設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真等等。

③傳感器技術(shù)。目前，傳感器技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械上應(yīng)用較為廣泛，比如，發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過(guò)機(jī)油壓力傳感器、冷卻水溫度傳感器等來(lái)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的檢測(cè)和控制；瀝青攤鋪機(jī)上的傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)攤鋪機(jī)在工作時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)找平且行走速度不變的特點(diǎn)，還能滿足攤鋪出來(lái)預(yù)定的平整度、坡度和厚度的路面的要求。在感器技術(shù)的迅猛發(fā)展的今天，精度要求越來(lái)越高，可靠性和穩(wěn)定性也能不斷提高，越來(lái)越廣的采集信息范圍也超著集成、多功能化和智能化方向發(fā)展，所以，未來(lái)在工程機(jī)械上將應(yīng)用越來(lái)越多種類(lèi)的傳感器。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，機(jī)電一體化在工程專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用，可以進(jìn)一步提高工作效率，減輕操作者的工作壓力，推動(dòng)工程專(zhuān)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)然，我們也應(yīng)當(dāng)充分意識(shí)到機(jī)電一體化在工程專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用并非一蹴而就的，它是一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，需要我們廣大工作人員共同努力才能夠?qū)崿F(xiàn)。

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