機電一體化系統在機械工程中的應用

楊安駿

（曹妃甸港集團股份有限公司，河北 唐山 064000）

由于現代我國機械工程科學技術的創新與迅速發展，傳統方式的機械生產技術越來越無法適應時代的發展需要和社會的發展需求，這就催生了機電一體化技術的誕生和發展，這是社會發展的必然產物。如今，已發展成集合電子科學、力學、電子學等多個相關專業技術綜合于一身的機電一體化技術，并廣泛應用到多個工程機械制造領域。正因為該應用技術的廣泛引進，讓企業工程機械的工業自動化以及工程半自動化應用更具可能性，極大程度提高了企業建筑工程中機械設備在日常作業的運動準確度、運行精度、工作效率。本文主要重點介紹了機電融合一體化的一些關鍵技術及其在我國工程機械工業中的實際應用。

1 機電一體化簡述

機電制造一體化工程技術體系是以自動機械制造技術和人機電子自動控制工程技術體系為理論基礎（圖1），由機械綜合過程控制、機械設計裝備制造、自動化制造技術等多個學科共同組成，具有很強的行業綜合性和明顯的競爭優勢。在現代電力設備生產技術領域，機電設備一體化監控技術最先得到廣泛應用，并逐步用于電力設備生產自動化、設備安全故障分析監測等諸多技術領域，對不同領域的技術進步起到推動作用。實踐中顯示，中國機器設備使用傳統方式較為落后，手工操作的推行使得工業生產效率并不高，無法滿足日益增長的社會需要。在步入新技術時期后，為有效減少企業人力成本，增加企業綜合經濟效益，企業已經開始將機電設備一體化等新技術產品引入農業工程機械的研發生產使用過程中，取得了良好的應用效果，機械工程配件產品的生產能力和工作效率大幅提高，有力推動了社會進步與發展。

圖1 機電一體化工程技術體系的理論基礎

2 機電一體化技術在機械工程中的應用優勢

機電一體化技術能夠與新一代信息技術全面融合，以實現產業技術升級和行業技術創新，提升與創新過程更為簡單和易于接受，機器的正常工作也更為平穩、流暢。首先，機械工業一體化設備具有較強大的科技綜合性（圖2），能夠廣泛應用于行業，并且已獲得了較好的實踐應用與普及成效，從而達到了制造業機器的結構多元化與功能集成。其次，機電安裝一體化技術極大提高了工業機械的制造穩定性，大幅延長產品使用期限和壽命，降低了事故率和對設備保養費的投資，也因此提高了質量與安全，大大增加了企業效益。同時，新技術成果的含金量也不斷增加。隨著機電安裝一體化能力的增強，越來越多新技術產品應用于工業各類機械上，使機電安裝一體化的新產品通過技術快速地轉移并形成了企業生產力，使機械企業的機電設備一體化生產操作管理技術水平穩步提高。

圖2 機電一體化技術的綜合性

3 機電一體化系統在機械工程中的應用分析

隨著新能源時代的來臨，各類新能源技術層出不窮，人們對日常生活以及其他工程中使用技術方法的性能需求，也在日益變化與增加，有了更高的技術要求。機電一體化不僅能夠有效減少大量人力，還能夠更加精確地管理各類數據，提升制造效益。機電設備一體化監控管理系統在當前機械產業中的應用，具體表現包括以下幾點。

3.1 提高機械工程的作業精度

機械綜合性系統是以計算機技術為基礎的。在現代機械中，計算機技術也被引入到了機械中，機械自動化系統能夠更有效地增加作業的準確性。傳統的機器工程施工都是由人工完成的，在機械操作過程中，人為操作的傳統方式增大了產生差錯的可能性，這種差錯又是無法避免的，這將導致操作準確率不高。而機電一體化系統則通過高度智能的方法，大大減少了人力差錯，同時也控制了人力成本，進而提高了機械操作的準確率和效率。

3.2 實現自動報警

在工業機械工程中，電子工程監控系統是必不可少的。機電設備一體化監控系統在電力機械工程行業中的廣泛應用是以自動監控系統功能設計為主要基礎的。機電設備一體化監控系統的各種電子安全監控檢測設備均配有自動報警裝置。機械設備一旦出現重大故障，電子工程監控設備系統管理會在第一時間發出報警，并迅速將故障信息及時傳達上報給企業相關主管部門，迅速解決故障。

3.3 減少能耗，節能減排

傳統的生質柴油機械生產中所采用的機械，是指以汽油引擎為發動機的柴械機電設備，在進行環保低碳減排應用方面并沒有很好的表現。在中國機械產業技術進步與高速發展的歷史過程中，以柴油引擎為驅動的各類機械設備也逐漸開始改進自身的制造手段，并逐步減少了由汽油引擎為能源的機械大規模應用和對大氣污染物的大規模排放。通過機械裝置一體化監控管理系統的方式應用電子設備進行監控能量消耗的總產出情況，使能耗最小，進而大大提高了能源利用率，以達到節能減排的目的。

機電一體化在工業機械工程行業中的主要應用是它可以有效地自動控制工業機械設備的正常運行，從而有效實現機械能源的有效優化綜合利用，達到工業節能降耗的最終應用目的。在一些傳統的工業機械工程設備操作中，能量綜合利用率低，能耗大，工作效率低。機電自動一體化設備控制系統管理設備系統，通過機電自動一體化設備管理后，可以自行建立較為完整的機械設備自動控制管理系統。系統可以根據所需減少能耗，從而極大地提高了再生能源的綜合使用率。在機電聯合控制技術下，電能自動轉化系統效能更高，節約與環保效益更加突出。以機電融合一體化的高效挖掘機控制系統即為其案例，引入了新型節能電源控制器，較普通的傳統機械挖掘機提高了節電15%以上。

3.4 提高機械工程的生產率

機械聯動及一體化監控管理系統在現代工業機械管理中的應用，徹底改變了目前傳統工業機械必須以半自動作業方式或人工完成的工作模式。一方面，它能夠有效降低對交通運輸人力資源的大量利用，從而降低因交通運輸安全事故可能出現的重大人員傷亡。另外，在機電融合一體化電力系統中充分利用了先進的電子生產技術設備，并充分運用了現代電子信息技術，極大地提高了電力機械工程的質量生產率和電能資源的綜合利用率，有效防止了污染的大規模排放，這也是非常關鍵的方面。

3.5 提高工業自動化技術水平

事實上，機電工程一體化的順利實現不僅是我國機電工程工業自動化相關技術研究實施的全過程及其中的一種體制改革與技術創新，也是企業適應我國現代工業社會經濟發展的必要局面和正確選擇。傳統機電自動一體化系統具有一些簡單的機電自動化管理功能，但傳統整體機電自動化的功能實現技術效果和管理水平不是很理想。在某種程度上,機電工業一體化的一個整體發展趨勢也可以說明這是一個不斷逐步提高工業自動化技術水平的歷史過程。機電一體化系統的設計與開發（圖3），不僅是為了能夠極大地提高機電一體化裝置行業的產品整體生產效率，同時還可以盡可能地降低對人力的投資。這能夠減少一些人為因素所引起的技術問題，從而合理地控制成本，合理地提高生產率和企業整體效益。智能化的技術實現，主要是以具有高度技術性的專業特點為理論基礎的。

圖3 機電一體化系統的設計與開發

在企業日常運作流程中，機電設備都必須能夠合理保障各種工作的正常高效進行開展。同時，當用戶出現了某些應急的突發狀況或某些突發事件、問題時，也能夠輕松進行手動中斷停止和定時開機兩種操作。機電設備自動化的平穩健康發展，對于進一步提升企業機電設備的日常及整體維修工作管理能力水平，具有十分關鍵的指導影響與促進作用，同時也有助于降低一些各種因素對其的負面影響，為整個工程項目的成功進行提供了有效保證。

3.6 實現自動化、半自動化控制

機電設備數控一體化自動數控技術在我國現代工業機械工程以及工業設備中的廣泛應用，使我國現代工業機械設備在各種機械操作系統中基本實現了完全半自動控制，使我國現代工業機械設備完全基本脫離了原先傳統人工控制各種操作系統模式，進入了一種完全半自動化和完全智能自動化的人機結合操作時代。未來完全通過用戶端也可以直接在線實現我國企業內部智能化遠程管理操作，大大減少了我國企業操作員和管理人員的日常管理工作量，大大提高了日常工作效率。另外，工業機械器件監控及一體化安全監控體系技術的應用，大大提高了中國工業機械機電設備的正常工作運行性能和設備穩定性，重大安全事故防護累計事故發生率極低，大大改善了中國工業機械的重大安全事故防護系統特性，有效減少了對安全成本的投資，也大大提高了企業的整體運營效益。

3.7 實現實時監督與管理

機械工程專業應用機電設備一體化測量技術，能夠進行實時測量監督以及整個制造流程的所有機械檢測工作，從而確定和監測所分析的機械工作運動狀況，給機械操作者一些測量的結果，從而使得在及時發現機械故障和檢測故障情況后的經濟損失能夠有效降低和達到最低控制范圍。此外，對這種機械設備進行運動質量監測的另一項主要優勢是它能夠對所有機械工作的運動質量狀況進行即時監測，并準確調整機械偏差的參數，從而確保了機械工作的質量標準化。該機械傳動一體化監測技術的應用，能夠更精確地有效管理并安全監測傳動機械日常工作流程中的各個環節，使操作員及時發現重大問題，并快速地定位故障狀態，及早地排除故障，從而恢復了機器的正常工作。

4 結束語

綜上所述，機電設備一體化相關技術在我國機械工程行業具有很大的技術價值，實踐表明，機電設備一體化相關技術應用一方面已經初步形成了較為成熟的應用體系；另一方面，科學應用技術對未來的我國社會經濟生產發展產生了重要的社會影響。機電設備一體化發展給我國傳統工程機械行業發展帶來了新的產業發展戰略方向。在專用機械工程專業應用生產過程中，充分有效提高了企業生產工作效率，大大提高了其專用機械工程生產物料加工的工作精度，也充分保證了生產工人的人身安全。伴隨現代信息的不斷進步與蓬勃發展，機電設備一體化制造技術將越來越廣泛地應用于工業機械工程中，它將不斷發揮自身優勢，推動機械電子工程領域不斷向前發展，為社會發展帶來更大的經濟效益。