機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用

成才飛

摘 要：機(jī)電一體化使機(jī)械工程、電子工程、信息工程及控制工程得到了高度統(tǒng)一，形成可從系統(tǒng)角度分析與解決問(wèn)題的新興交叉學(xué)科。文章基于此，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的具體應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)論述，旨在充分發(fā)揮出機(jī)電一體化系統(tǒng)的積極作用，促進(jìn)機(jī)械工程平穩(wěn)有序?qū)嵤?/p>

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化系統(tǒng)；機(jī)械工程；應(yīng)用

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中，而信息技術(shù)創(chuàng)新性特征又使各專業(yè)相互交織、融合，形成一體化系統(tǒng)，此種變化在機(jī)械工程中尤為明顯。傳統(tǒng)機(jī)械工程主要技術(shù)為電氣化，實(shí)際生產(chǎn)效率不高，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法得到根本上控制，因此，為更好適應(yīng)科技變更趨勢(shì)，需將一體化系統(tǒng)有效應(yīng)用在機(jī)械工程之中。

1 機(jī)電一體化系統(tǒng)理論分析

1.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)概念

從廣義上來(lái)講，機(jī)電一體化系統(tǒng)主要就是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的結(jié)合新形式，屬于微電子技術(shù)向機(jī)械領(lǐng)域滲透的過(guò)程。機(jī)電一體化系統(tǒng)不僅是一門技術(shù)，更是一項(xiàng)產(chǎn)品。科研人員將機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)有機(jī)融合在一起，形成可供機(jī)械工程使用新管控系統(tǒng)，為切實(shí)提升機(jī)械領(lǐng)域生產(chǎn)質(zhì)量及效率奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)主要技術(shù)

1.2.1 檢測(cè)傳感

檢測(cè)傳感技術(shù)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)傳感器具有更高的精度及可靠度要求。通過(guò)使用傳感裝置，可完成對(duì)機(jī)械設(shè)備、電力運(yùn)行及信息等收集分析工作。因此，為實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)檢測(cè)功能，需從傳感裝置機(jī)理研究入手，對(duì)元器件結(jié)合設(shè)計(jì)與制造工藝進(jìn)行不斷完善優(yōu)化。同時(shí)，在機(jī)電一體化系統(tǒng)開發(fā)期間，檢測(cè)器元器件也應(yīng)滿足精度、質(zhì)量品種及價(jià)格要求，切實(shí)提升系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.2 信息處理

信息處理的全面性及精準(zhǔn)性可直接影響到機(jī)電一體化系統(tǒng)功能及運(yùn)行質(zhì)量。但就目前來(lái)看，機(jī)電一體化系統(tǒng)中的信息處理功能依然存在處理效率、可操作性及抗干擾能力有待提升等問(wèn)題，需相關(guān)工作人員在變化、智能化及維護(hù)便利性等方面對(duì)信息處理技術(shù)進(jìn)行不斷完善。

1.2.3 自動(dòng)控制

機(jī)電一體化系統(tǒng)中自動(dòng)控制技術(shù)肩負(fù)起精度控制、速度控制、自適應(yīng)性控、自診斷、校正及檢索等重要職能。因此，在自動(dòng)控制技術(shù)研發(fā)過(guò)程中，需重點(diǎn)關(guān)注現(xiàn)代控制理論及優(yōu)化控制模型等方面，切實(shí)促進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展。

1.2.4 精密機(jī)械

隨著社會(huì)發(fā)展對(duì)機(jī)械生產(chǎn)效率及質(zhì)量需求的不斷增長(zhǎng)，機(jī)電一體化產(chǎn)品也應(yīng)具備輕重量、體積小、精度及剛度強(qiáng)等特征。同時(shí)，在減輕機(jī)電一體化產(chǎn)品重量的過(guò)程中，還從動(dòng)靜態(tài)剛度、熱變形及導(dǎo)軌面剛度入手，應(yīng)用新型復(fù)合材料，確保機(jī)電一體化產(chǎn)品的模塊化、規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化。

1.2.5 伺服驅(qū)動(dòng)

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)等多種類型，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)質(zhì)量可造成直接影響。為充分發(fā)揮出機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，需要提升系統(tǒng)執(zhí)行元件精度及響應(yīng)速度，確保直流伺服電機(jī)具有更高的可控性。由于機(jī)電一體化系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，因此，在實(shí)際開發(fā)期間，還應(yīng)注重從縮小元件體積、增大輸出功率等方面入手，切實(shí)提高伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)性。

1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成

機(jī)電一體化系統(tǒng)由接插件、接口轉(zhuǎn)換、軟件開發(fā)、微機(jī)應(yīng)用技術(shù)等構(gòu)成。各部分運(yùn)行性能及可靠性均對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率具有直接影響，需相關(guān)研發(fā)人員在完善及優(yōu)化系統(tǒng)功能的過(guò)程中，提升各構(gòu)件之間的協(xié)同度，降低系統(tǒng)運(yùn)行期間故障發(fā)生概率[1]。

2 機(jī)電一體化系統(tǒng)特征

2.1 智能化

各領(lǐng)域的高速發(fā)展進(jìn)一步推進(jìn)了生產(chǎn)流程智能化發(fā)展進(jìn)程，而機(jī)電一體化系統(tǒng)以其高智能化特征被廣泛應(yīng)用在各類型生產(chǎn)管理過(guò)程中。現(xiàn)階段我國(guó)智能化水平處于國(guó)際領(lǐng)先地位，因此，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中也應(yīng)用了更多運(yùn)籌學(xué)、心理學(xué)及生理學(xué)等理論體系，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)流程及生產(chǎn)需求的分析，模擬人腦解決及分析問(wèn)題等方式，更好控制生產(chǎn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

2.2 模塊化

由于商品交易、分別生產(chǎn)趨勢(shì)使得模塊化機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)展較為滯后，但與傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)相比，機(jī)電一體化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化執(zhí)行元件及接口產(chǎn)品運(yùn)行水平依然很高，模塊化發(fā)展在有條不紊的進(jìn)行當(dāng)中。

2.3 個(gè)性化

信息化時(shí)代的到來(lái)使得各領(lǐng)域生產(chǎn)目標(biāo)及特征更加明顯，而機(jī)電一體化系統(tǒng)多學(xué)科相融合的功能，可將此些生產(chǎn)目標(biāo)通過(guò)快速、智能及模擬等方式實(shí)現(xiàn)個(gè)性化統(tǒng)一，切實(shí)提升了生產(chǎn)可控性。

2.4 可持續(xù)化

大眾給生活水平及環(huán)保意識(shí)的不斷提升使得傳統(tǒng)生產(chǎn)流程及工藝被逐步淘汰，現(xiàn)代機(jī)械工程施工形式趨向多元化發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)控制水平提出了更高要求。而機(jī)電一體化系統(tǒng)產(chǎn)品涉及生產(chǎn)，均考慮到了社會(huì)可持續(xù)發(fā)展理念，注重生產(chǎn)資源的回收及利用，通過(guò)提高生產(chǎn)流程中的節(jié)能降耗性，確保機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展中，也占據(jù)著領(lǐng)先軍的地位[2]。

3 機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用價(jià)值

傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)工藝難以實(shí)現(xiàn)社會(huì)現(xiàn)代化建設(shè)需求，而機(jī)械工程施工形式及規(guī)模的不斷變化也對(duì)生產(chǎn)控制質(zhì)量與效率提出更高要求，需將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)械工程之中，切實(shí)提升工程施工期間的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及生產(chǎn)效益。具體而言，將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)械工程中的價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗生產(chǎn)目標(biāo)

機(jī)電一體化系統(tǒng)的高效利用可切實(shí)提升機(jī)械工程施工期間的資源利用率，促進(jìn)節(jié)能降耗生產(chǎn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)主要以人工操作為主，加工效率較低，對(duì)加工人員專業(yè)技能及職業(yè)素養(yǎng)的要求較高，生產(chǎn)效率及精準(zhǔn)度難以從根本上保障。而將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)床加工流程中，可將過(guò)多硬件系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為軟件系統(tǒng)，節(jié)省硬件系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)期間浪費(fèi)的過(guò)多資源。同時(shí)，在機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，還可應(yīng)用節(jié)能型控制裝置，形成完整的資源控制系統(tǒng)，提升生產(chǎn)資源利用率。

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)流程

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得機(jī)械工程數(shù)量及建設(shè)規(guī)模呈現(xiàn)出逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，但也正因如此，機(jī)械工程與過(guò)去相比涉及工種多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。同時(shí)，各領(lǐng)域?qū)C(jī)械工程質(zhì)量及生產(chǎn)效率需求不斷提升，使得管理部門管理責(zé)任及難度更大，一些隱藏在深處的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題難以排除，造成安全事故屢見不鮮。而利用機(jī)電一體化系統(tǒng)可更好地提升工程管理有效性，通過(guò)對(duì)工程施工各環(huán)節(jié)信息的采集、整合及分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的實(shí)時(shí)監(jiān)管。

3.3 切實(shí)提升生產(chǎn)效益

PLC技術(shù)的有效應(yīng)用，也可從根本上提升機(jī)械工程的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及安全效益。具體來(lái)說(shuō)，機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性高，能耗量少，可切實(shí)提升自動(dòng)化控制設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行期間的安全性，節(jié)約更多的電力資源及成本。同時(shí)，使用機(jī)電一體化系統(tǒng)也可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并控制機(jī)械工程實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，降低生產(chǎn)安全事故發(fā)生概率，更好地滿足了社會(huì)發(fā)展對(duì)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率提出的要求。

3.4 促進(jìn)操作自動(dòng)化

將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)械工程中，也可盡早實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化生產(chǎn)目標(biāo)，提高作業(yè)一致性能，減少人力資源投入量，提升生產(chǎn)作業(yè)的安全性[3]。

4 機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的具體應(yīng)用

4.1 在包裝機(jī)械中的應(yīng)用

將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在包裝機(jī)械生產(chǎn)中，可有效規(guī)避包裝機(jī)械電力控制中的局限性，提升包裝機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)統(tǒng)一度，降低實(shí)際維護(hù)難度及成本。同時(shí)，減少包裝機(jī)械設(shè)備占地面積，簡(jiǎn)化包裝設(shè)備運(yùn)維流程，切實(shí)提升生產(chǎn)期間的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 在機(jī)床改造中的應(yīng)用

由于機(jī)械工程中的機(jī)械改造環(huán)節(jié)對(duì)精準(zhǔn)度要求較高，系統(tǒng)運(yùn)行及工作臺(tái)運(yùn)行軌跡均需通過(guò)嚴(yán)格控制實(shí)現(xiàn)。而將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)床改造過(guò)程中，可切實(shí)提升機(jī)床運(yùn)行期間的轉(zhuǎn)動(dòng)效率，確保機(jī)床運(yùn)行精度滿足實(shí)際加工需求。同時(shí)，將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)床改造過(guò)程中，還可避免改造環(huán)節(jié)對(duì)機(jī)床原結(jié)構(gòu)的影響，控制機(jī)床改造成本。

4.3 在紡織機(jī)械中的應(yīng)用

將機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用在紡織機(jī)械生產(chǎn)中，可通過(guò)主動(dòng)傳輸模式，確保繞線架與導(dǎo)軌之間的頻率固定。在紡織機(jī)械系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行期間，可利用速度傳感器將信號(hào)發(fā)送到TPU數(shù)據(jù)中，明確生產(chǎn)最佳繞組比，提升數(shù)據(jù)傳輸期間的精準(zhǔn)性及全面性。

5 切實(shí)提升機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中應(yīng)用有效性的具體措施

5.1 加大機(jī)電一體化系統(tǒng)監(jiān)管力度

由于使用機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械工程大多具有投資大、生產(chǎn)流程復(fù)雜等特征，因此，為確保每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)均能滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)管理人員也應(yīng)在原有基礎(chǔ)上加大機(jī)電一體化系統(tǒng)監(jiān)管力度，注重機(jī)電一體化系統(tǒng)器件功能性及兼容性的開發(fā)，對(duì)人力資源及物力資源進(jìn)行更加合理的配置，避免資源不必要浪費(fèi)情況，促進(jìn)機(jī)械制造企業(yè)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。

5.2 認(rèn)清機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程及其自動(dòng)化系統(tǒng)中具有廣闊的發(fā)展空間。而為更好促進(jìn)機(jī)械生產(chǎn)穩(wěn)定有序發(fā)展，應(yīng)將關(guān)注重點(diǎn)放在組建高素機(jī)電一體化系統(tǒng)維護(hù)團(tuán)隊(duì)，普及機(jī)電一體化系統(tǒng)等方面。同時(shí)，設(shè)立機(jī)電一體化系統(tǒng)科研及生產(chǎn)基地，積累開發(fā)及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步完善當(dāng)前機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用流程及規(guī)范。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中得到了廣泛應(yīng)用，并為切實(shí)工程經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為切實(shí)提升機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用有效性，相關(guān)管理部門還需從提升工作人員專業(yè)技能及職業(yè)素養(yǎng)入手，認(rèn)清機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值及要點(diǎn)，構(gòu)建起更加科學(xué)長(zhǎng)效的機(jī)電一體化系統(tǒng)管理機(jī)制，確保機(jī)電一體化系統(tǒng)成為機(jī)械領(lǐng)域發(fā)展新方向。

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