機電一體化技術在機械工程中的應用分析

孟娜

(陜西工商職業學院 陜西西安 710121)

機械工程是綜合運用自然科學、技術科學等現代理論以及生產技術經驗，對各種機械在開發設計、制造安裝、運用維修等方面的理論與實際問題進行解決。機械工程的主要任務是將一系列新的機械產品研制出來，促使勞動生產率得到提高，生產經濟性得到改善。在機械工程發展過程中，面臨著資源消耗較大、環境污染嚴重以及加工效率不高等問題。因此，機電一體化等一系列先進技術被引入機械工程中，顯著改變了機械工業的技術結構、產品結構以及生產方式等各個方面，對機械工程的整體發展起到了明顯推動作用。為進一步提高機械工程發展質量，需深化對機電一體化技術的研究，探討機電一體化技術的應用模式與策略。

1 機電一體化技術概述

1.1 基本概念

機電一體化技術有機結合了機械技術、信息技術、微電子技術等一系列先進技術，且在生產實踐中綜合應用。現階段的現代化自動生產設備，皆采用了機電一體化技術。通過將機電一體化技術應用于機械工程生產中，可促使機械的智能化、高效化得到實現，機械生產與運行能耗也可得到顯著降低[1]。

1.2 優勢特征

和普通機電技術相比，機電一體化技術具有較大的優勢：第一，功能增強。傳統機電產品只有單項技術與功能，而機電一體化則集成了多種技術與功能，使得機電產品具有更加強大的功能，且可以在不同場合、領域內應用，促使用戶的多元化需求得到滿足。第二，精度提高。通過應用機電一體化技術，能夠對機械機構進行簡化，傳動部件明顯減少，這樣可大幅度減少機械磨損、受力變形等因素造成的誤差。同時，干擾因素造成的動態誤差能夠被計算機檢測與控制技術有效補償與校正，促使機械設備的工作精度得到顯著提高。第三，安全性提升。基于機電一體化技術的支持，自動監控、自動診斷、自動保護以及自動報警等一系列自動化功能可以實現，機械設備運行的安全性、可靠性得到增強，可以避免發生運行事故，保護生產作業人員的人身安全。第四，操作改善。通過應用機電一體化技術，可將傳統的操作按鈕與手柄發展為計算機程序控制和數字顯示，設備操作性能得到明顯改善，整體操作難度大幅度降低[2]。第五，柔性提高。結合具體的生產需求，借助于計算機軟件能夠對機器設備的工作程序進行有效改變，有效提高了機械設備的柔性。以應用機電一體化技術的工業機器人為例，其運動自由度較高，通過對控制程序進行改變，運動軌跡、運動姿態即可隨之發生變化，促使不同的作業要求得到滿足。

2 機電一體化技術在機械工程中的具體應用

2.1 機械工程監控中的應用

在機械設備生產運用過程中，難免會有多種多樣的故障出現。如果機械設備具備自行監測功能，就可以及時發現、處理各種故障異常，促使機械設備的運行效率、運行安全性得到提升。而通過在機械工程中應用機電一體化技術，就可有效實現這一功能。基于機電一體化、電子監控等技術的支持，操作人員可遠程監控機械設備的運行狀態，一旦有異常故障出現，能夠第一時間進行檢測、判斷與處理。同時，機械設備也可以向人員自動發出故障預警信息，避免異常故障的嚴重化與擴大化。通過實現機械工程自動監控，人為監控成本得到降低，有助于機械工程整體效益的提升。需注意的是，相關技術操作人員要對機械設備的內部結構組成進行充分了解，包括液壓系統、制動系統等，當故障發生后，工作人員方可以對故障位置準確定位，采取針對性的故障處理措施。

2.2 包裝機械中的應用

相較于其他類型的機械設備，包裝機械的結構比較復雜，凸輪制造、控制連桿具有較大的控制難度，且容易有異常故障發生，難以高效維修和處理。面對這種情況，可將模塊化技術應用過來，一旦有問題故障出現，工作人員能夠劃分故障模塊，對故障部位、故障原因等進行準確分析，促使異常故障的得到高效解決，機械工程運行的穩定性得到保證[3]。此外，通過應用機電一體化技術，還能夠實現包裝機械的自動化管控。工作人員要利用計算機系統設定設備工作流程，輸入相應的數據及標準，傳動帶、機械臂等各部分結構即可自動運行。通過在包裝機械中應用機電一體化技術，產品的自動化生產速度能夠得到大幅度提升，良品率、合格率也可得到有效保證。

2.3 機械精度控制中的應用

機電一體化技術具有良好的精度控制功能，通過在機械工程中應用機電一體化技術，可以促使機械精度得到大幅度提高。基于機電一體化技術的支持，機械設備的傳統部件得到精簡，這樣機械運行中各類部件所造成的誤差能夠有效減小，促使精度控制得到實現。同時，操作人員還可以借助于計算機檢測技術等有效補償、校正其他因素所導致的誤差，促使機械工程的精度控制水平得到提高。需特別注意的是，人員的操作規范化會在很大程度上影響到機械設備運行精度。部分人員由于缺乏良好的技術能力和規范生產意識，容易有不規范操作行為出現，這樣機械設備精度將難以保證，機電一體化技術的優勢也無法得到體現。面對這種情況，在應用機電一體化技術的基礎上，還需要大力培訓機械設備操作人員，引導其充分掌握機械設備的運行原理、操作技巧以及規范要點，嚴格遵循相應的規范、標準開展各項操作，避免有錯誤操作、異常操作等情況出現，可以更加高效地控制工程機械的精度。

2.4 數控機床技術的應用

數控機床技術融合了電子計算機技術、數字化模塊技術等一系列先進技術，能夠有效提升機械工程領域生產線設備的加工運行效率和精準性，快速生產相應的機械產品。以汽車制造企業為例，通過將數控機床技術應用過來，可以完成快速組裝、拆卸汽車制造的各項零部件，有效提高汽車部件的生產制造效率[4]。近年來，我國數控機床技術發展迅速，利用機電一體化技術改造與強化機床設備，可促使我國高端機床應用不足等問題得到根本性解決。但要注意的是，由于我國數控機床技術起步較晚，還具有較大的發展提升空間。因此，未來要進一步深度應用機電一體化技術，促使數控機床的核心競爭力得到提高。

2.5 機械臂技術的應用

在現代機械工程生產制造過程中，機械臂技術發揮著十分重要的作用，其也是機電一體化技術的典型代表。機械臂能夠精準布控加工設備，動態、精準調整設備加工速度、加工流程等，促使24 h流水線加工得到實現。進入新時期后，隨著機電一體化技術的日趨成熟，機械臂具有更加強大的功能和廣泛的作用范圍，目前已經在汽車制造、發動機研發等諸多領域得到深度應用。相較于傳統人工操作模式，機械臂技術在精準性、高效性方面具有較大的優勢。同時，機械臂技術能夠在高溫環境、強堿強酸環境中應用，可克服不良環境條件的干擾與影響。

3 機電一體化技術在機械工程中的發展趨勢

由于機電一體化融合了較多的學科與技術，如機械、電子、計算機等，隨著這些學科與技術的發展，機電一體化技術將會更加成熟。

3.1 智能化

近年來，人工智能與機電一體化技術的融合受到充分重視，逐漸產生了數控機床智能化與機器人等。具體來講，就是將計算機科學、人工智能、模糊數學等先進思想與方法綜合運用，對人類智能進行模擬，以便進一步優化機械設備的判斷推理、決策控制等功能。通過在機械設備中應用高性能、高速的微處理器，促使其具備一些低級智能，可以進一步推動機械工程的發展。就目前來講，人工智能與機電一體化技術的融合還處于初步發展階段，相關工作者要深化研究工作，逐步拓展二者的融合深度，提升機械工程的智能化水平。

3.2 模塊化

就現階段而言，機電一體化產品具有繁多的種類，不同產品在接口方面存在著較大的差異，對生產規模的擴大以及機械工程的發展造成了不利影響。面對這種情況，需堅持模塊化發展理念，逐步對各類機電一體化產品的機械接口、電氣接口、動力接口等進行統一。通過對標準單元進行研發，可促使機械新產品的開發速度得到加快，機械生產規模也能夠顯著擴大。在具體實踐中，要與機械工程領域的大企業聯合起來，統一制定各項標準，促使機電一體化技術的模塊化得到實現[5-8]。

3.3 網絡化

網絡技術是計算機技術的重要分支，隨著網絡技術的廣泛應用，深刻影響到科學技術、工業生產及人們的生產生活。網絡技術有效連接了全球經濟與生產，當研制出具有可靠質量、獨特功能的機電一體化新產品后，將會在短時間內向全球范圍內普及。同時，網絡技術也催生了遠程控制及監控技術，而機電一體化產品則是遠程控制的終端設備。基于網絡技術的支持，能夠利用現場總線、局域網等連接生產設備，將計算機集成設備系統建設起來，有助于提高設備運行效率。在未來發展過程中，機電一體化技術的網絡化發展趨勢將會明顯增強。

3.4 微型化

過去機電一體化產品的體積較大，對其在機械工程中的應用造成了嚴重的限制。面對這種情況，20世紀80年代開始研究機電一體化技術的微型化，開始朝著微型機器、微觀領域等方向發展。相較于傳統機械產品，微機電一體化產品具有較小體積、較少耗能等優勢，并得到了廣泛應用。就現階段而言，微機械技術是微機電一體化發展的主要瓶頸，通常利用光刻技術、蝕客技術等超精密技術加工微機電一體化產品。

4 結語

綜上所述，一方面，機電一體化技術日趨成熟，在機械工程領域的應用廣度、深度也在持續拓展。另一方面，由于其自身功能強大，優勢眾多的特點，目前已經被廣泛應用于機械工程領域，顯著推動了機械工程行業的發展。近年來，為進一步加快機械工程行業的發展步伐，需結合現階段機械工程發展中面臨的問題，持續創新與發展機電一體化技術，逐步提升機電一體化技術的智能化、網絡化以及微型化等，促使機電一體化技術的優勢、作用得到有效加強。