工程機械機電一體化技術的發展思考

李昀澤

（佳木斯大學機械工程學院 黑龍江 佳木斯 154007）

0 引言

在新時代背景下，機電一體化在諸多技術的融合下越發完善，促使其逐漸形成獨立性較強的技術，正因如此，機電一體化開始在諸多領域中得到廣泛應用[1]。在所有領域中，機電一體化對于工程機械領域的應用效果最為顯著，不僅可以促使機械設備與技術相互結合，還能從根本上增加機械設備加工的效率、質量以及精度。但未來工程機械領域依然需要繼續開展機電一體化的深入探究，以推動機械領域的穩定發展。

1 工程機械機電一體化技術概述

機電一體化技術是在現代技術基礎上衍生出的全新技術。同時，該技術未來將是我國工程機械設備行業發展的重要路徑之一，通過該技術能夠實現工程機械的自動運行。利用超聲波將運行信號發給工業機械，并將其運行與現代技術相互結合，從而在大幅提升工程機械的工作效率以外，最大限度地降低機械人工成本的大量投入，為機械企業發展提供更加理想的社會效益和經濟效益，其整體流程見圖1。

在工業機械制造領域，機電一體化也被人們稱為工業機械中的電子學，這一電子技術的推廣應用能夠顯著提升各種機械部件運行的運動質量以及工作效率，其中也涵蓋了大量的電子技術。

2 機電一體化對工程機械功能的改進分析

機電一體化對工程機械功能的改進主要體現在控制柴油機、降低能耗、電子監控和故障診斷、作業過程自動化、控制施工精準度和提升生產水平等方面。

2.1 控制柴油機

工程機械運行的動力控制核心以及機械設備的傳動，對于功率都有著較為嚴格的技術要求，所以一般會采用四軸柴油機，見圖2。

在機電一體化技術投入應用以前，人們的關注重點一直在于持續降低電動柴油機尾氣污染物排放等級、大幅提高電動柴油機的平均燃油耗率兩方面，并針對傳統柴油機的整體性能展開進一步的研究。但在機電一體化融入其中后，便可快速實現柴油機的改進與控制，既能降低柴油機在實際應用中燃油廢氣的排放情況，大幅提高柴油機在運行過程中的穩定性，還能在充分滿足現代工程機械的實際功率控制需求的同時，有效地提升工程柴油機的使用經濟指標，實現有效降低尾氣排放經濟指標的使用目的[2]。

2.2 降低能耗

在能源消耗情況越發緊張的時代背景下，機械工程必須朝著節能降耗的方向發展。而工程機械中傳動電子環保節能能量控制器的廣泛運用，能夠大幅提升挖掘機等大型機械設備的控制效果與使用效率，還能促使挖掘機在運行過程節省更多能源[3]。除此之外，電子機械節能振動控制器件的操作過程比較復雜，不會增加任何對機械的振動磨損，從而大大提升了節能任務的完成效率。

2.3 電子監控和故障診斷

如今工程機械在各個領域中的應用情況越發復雜，在對不同的機械設備展開性能維護與運行管理時，通過以往技術根本無法滿足實際需求，因此，應適當加強工程設備的日常運行管理檢測，保證工程設備的正常運行。而機電一體化監控技術主要目的便是實現對監控設備正常運行全過程的系統動態自動檢測，對綜合利用的自動控制技術、電子技術等建立遠程自動監控系統，各種電子集成實時自動監控系統，包括設備工作控制裝置、發電機模塊等多種功能，整體結構見圖3。

一旦發現故障，利用相關機械設備系統進行自動診斷，準確確定各種工程機械設備故障的具體發生位置，并通過使用自動故障報警控制系統及時發出報警。技術操作人員根據自動診斷檢測結果對故障進行排除，恢復正常工作運行的機械設備。

2.4 作業過程自動化

以往工程機械在應用過程中需要工作人員進行長時間的監督管理，這樣所有人員很難保證設備運行過程的安全與穩定。雖然自動化理念誕生后，工程機械領域開始要求工作人員積極落實半自動化，這樣可以直接降低操作人員的工作強度，還能有效提升操作人員與機械設備的工作效率，從根本上規避由于沒有作業休息、操作相關技術人員的從業工作經歷以及知識經驗缺乏或相關專業知識技術不足等其他原因，對機械設備作業可能造成的不良影響。

2.5 控制施工精準度

對機電加工一體化測量技術而言，其在推進工程機械產品精度測量控制中也具有重要作用。就工程電子自動控制測量系統實際工作運行而言，要努力確保精度測量工作精準化。經過筆者長期調查研究發現，人工誤差測量為目前傳統行業工程機械精度測量的基本檢測方式，此法測量需要耗費大量人工時間，誤差檢測范圍較大，極易對提高工程質量水平帶來各種負面影響。機電加工一體化測量技術更是可充分利用電子自動化測量系統來有效落實工程測量管理工作，有效降低或徹底消除測量誤差。

2.6 提升生產水平

機電一體化產品一般具有自動控制和信息自動處理功能，因此在檢測精度、靈敏度等方面都有了很大提高。有了自動控制系統，機電一體化產品不能受操作者主觀的影響，完全按照預定的程序進行操作，保證機械執行預期的動作，以及設備的生產能力和產品質量；此外，生產過程的自動化，提高了產品的生產效率，使產品的生產能力大大提高。

3 工程機械機電一體化技術的發展思考

在新時代背景下，工程機械機電一體化技術的發展主要圍繞電子控制理論、計算機與信息處理技術和傳感器技術3個方面展開。

3.1 電子控制理論

以機電一體化系統為技術核心的工業高新技術，在發展過程中逐漸推動了電子自動控制系統技術，并促使其在工程機械領域的應用情況越發普遍，成為我國工程機械工業現代化的重要歷史標志[4]。但未來在落實機電一體化時，應將電子控制理論作為指導基礎，進行控制系統結構設計，設計后要對系統進行仿真等。自動控制系統技術目前廣泛應用于各種工程機械安裝作業的遠程控制和自動操縱，比如建筑攤鋪機械可應用基于CAN總線的自動工程機械檢測控制系統，實現自動車輛找平、行駛車輛速度和機動車輛轉速自動控制。目前，最優控制技術方法和最佳自適度、模糊控制技術方法被國內外大型工程機械制造行業廣泛研究采用。

3.2 計算機與信息處理技術

信息處理技術主要包括各類信息的直接輸入、識別、變換、運算、存儲及信息輸出等功能，實現此類信息處理的主要設備是通用計算機。計算機管理技術主要包括通用計算機的軟硬件管理技術和計算軟件技術、網絡與無線通信管理技術、數據庫管理技術等[5]。計算機技術應用及電子信息處理應用技術是當前促進我國工程機械機電設備一體化信息技術產業發展的重要因素。信息處理技術需要深入研究和開發的重點課題有人機接口處理裝置對信息的處理智能化、可編程的微控制器的信息標準化等。

3.3 傳感器技術

傳感器檢測技術在古代建筑工程機械中應用較為普遍，例如，啟動器可以通過對發動機油的壓力和溫度傳感器、冷卻水溫度傳感器等裝置，進行實時檢測和自動控制[6]。此外，現代瀝青混凝土攤鋪機的方向傳感器，不僅可以完成瀝青攤鋪機自動運行、轉向以及水平移動，還可以滿足瀝青攤鋪機對于路面粗糙度、斜率和水泥測試的實際要求。隨著傳感器采集技術的快速發展，其對精度的要求也越來越高。越來越廣泛的設備采集精度范圍也可以應用于信息系統集成中，功能集成化和裝備智能化是發展方向，所以，在各種工程機械裝備中，未來需要使用越來越多的精密傳感器[7]。

4 工程機械機電一體化技術的發展趨勢

在新的時代背景下，工程機械機電一體化技術的發展趨勢主要集中在微型化趨勢、綠色化趨勢和智能化趨勢。

4.1 微型化趨勢

機電制造技術未來快速發展的新技術方向是微型化，即現有機械制造技術向納米制造領域快速轉變，國際上普遍稱此為納米微電子制造機械系統。充分利用這種微電子制造機械系統，可將我國現有機械產品向達到納米技術級別的方向快速發展，為機械產品的技術革新升級提供了新發展思路。此種機電制造技術在我國航空航天、海洋、軍事、醫療等機械領域應用優勢明顯，比如體積小、耗能低，是未來的機械關鍵技術。

4.2 綠色化趨勢

隨著現代人們環保意識的逐漸增強，機電設備一體化關鍵技術也向著未來綠色化發展方向快速發展。該關鍵技術的未來綠色環保發展方向指的是其擴大應用范圍，不會嚴重污染自然環境，可大大降低原材料的加工使用制造成本，并能有效實現材料回收再綜合利用[8]。比如，通過將工業廢物處理產生量、材料制造使用量、產品設計三者之間的計量關系綜合進行統計量化，從而可以分析機電一體化機的產品在制造使用過程中是否對現有環境造成了重大污染；對機電一體化在產品設計、制造過程中的每一個階段都要進行優化改進，爭取通過利用廢棄的原材料處理來優化加工進行生產。

4.3 智能化趨勢

（1）靈活利用專家系統。專家系統技術屬于一種智能化處理系統，能夠將各種機床相關理論知識和操作經驗，充分轉化成為計算機系統可以識別的處理符號，并能充分利用各種機床專家系統的邏輯控制策略和各種邏輯推理方法，集中大型機床設備行業相關產品設計中的高技術工藝水平和高技術水準問題，通過在各種大型數控機床中充分利用加入這種高工藝技術水準的專家系統，該技術可以有效用于幫助企業提高各種機電設備智能一體化機床工業產品的工程信息化和智能化數據處理技術水平[9]。

（2）通過一種使用模糊式的邏輯思維來控制新的系統設計技術。現階段這種邏輯控制系統技術已經逐漸得到了廣泛的研究使用，實際上就是通過一種模仿數控機器人的一種邏輯思維式的邏輯控制方式而被用來實現展示不精確各類控制信息的一種控制工具。

（3）通過目前智能器械機床設計工程技術的廣泛使用，它不僅可以有效幫助工業自動化機床設計工程處理各類機床專業知識，是一種較高的針對多層次的專業信息處理和復雜的大數據處理綜合應用科學技術，智能器械機床設計工程在其科學研究各類專業知識的應用領域中的覆蓋范圍可能要比專家系統更廣[10]。

（4）人工神經網絡信息處理控制系統，這種技術實際上是一個由大量簡單的網絡信息處理控制單元，廣泛的信息網絡連接所組成的復雜非線性網絡信息處理控制系統和非線性神經網絡處理系統，具有較高的人工自動化環境適應能力、較強的人工數字化和計算機數據處理控制能力、高度的人工數據容錯性和處理控制能力；主要應用技術特點是幫助企業管理解決不精確和模糊的各類人工信息處理系統技術中的問題。

5 結語

綜上所述，機電設備一體化主要目的是將機械設備與通用電子有效融合起來使用，從而大大提升機械設備在日常運行以及檢修維護使用過程中的工作效率，并降低生產成本。目前我國在機電一體化方面的應用仍有不足，但機電一體化在我國未來的發展方向已經明確，相關領域應該朝著這一方向努力發展，以促使機電一體化完成質的轉變。