機電一體化系統在機械工程中的應用分析

竇興玉

機電一體化系統在機械工程中的應用分析

竇興玉1,2

(1.鶴壁應急高級技工學校，河南 鶴壁 458030；2.鶴壁能源化工職業學院，河南 鶴壁 458030)

機電一體化系統以強大的綜合性優勢，在機械工程的各個領域獲得了廣闊的應用。通過分析機電一體化系統的應用場景，充分發揮機電一體化系統綜合化、多元化的優勢，進一步擴展其在機械工程領域的應用范圍，有利于提高機械工程項目的生產效率，推動機電一體化系統與機械工程領域的融合發展。

機電一體化系統；機械工程；操作控制；機械精度

機電一體化系統是由機械工程和電子技術緊密結合而成的一種綜合化生產系統，包含了機械、信息、電子、傳感等多種技術，具有開放性、兼容性、多元化等特點。目前，機電一體化系統在機械工程中的機床升級、機械維護、數據處理、精密加工、自動控制、機械監控、智能制造等領域得到了廣泛的應用。深入分析機電一體化系統優勢，根據技術特點與應用場景進行融合，充分發揮其綜合化、多元化的優勢，可確保機械運行的可靠性和高效性，推動我國機械行業生產理念和方法的更新，實現行業的發展和升級，提高機械工程整體生產水平和質量，推動機電一體化系統與機械工程領域的融合發展。

1　數控機床的改造升級

機械工程是以自然科學與技術科學為基礎理論，綜合多元化生產技術經驗，以解決各種機械設備有關于設計、研發、生產、維修、安裝等方面的理論和實踐問題。隨著科技的發展，機械設備的生產加工效率和質量與數控機床的性能密切相關。利用機電一體化系統的優勢，深入分析整個機床的運行情況，針對運行過程中存在的缺陷和不足，可以給機床改造和升級提供有力的依據和支持[1]。數控機床的改造升級需要大量精確的數據作為分析基礎，應用機電一體化系統可以高效采集數控機床運行的相關數據，尤其是與機床性能直接相關重點機構的運行參數，如機床上的刀具配置參數，刀具完成機械生產加工任務時存在的偏差數值等。數據采集完成后會形成數據庫，研發人員可以從數據庫中便捷地調用關鍵參數，根據數據分析建立機床運行狀態曲線和模型，為機床的改造和升級提供數據支持。

2　機電一體化系統在機械工程中的應用

2.1　機械設備的維護

機械設備的結構復雜，部件繁多，工況復雜，在長期使用過程中容易出現磨損等問題，需要及時進行維護，以避免其在運行過程中發生故障。應用機電一體化系統進行機械設備的維護，可以及時監測到設備所有結構和零部件的運行狀態和關鍵參數，如電路系統、齒輪系統、傳送系統等，針對監測結果展開及時維護，可有效降低故障率。近年來，隨著機械工程行業的快速發展，機械設備的類型不斷增加，機械設備的功能顯著增強，機械設備的結構也越來越復雜，給維護工作帶來較大壓力[2]。將計算機和電子感應等先進技術融入機電一體化系統，運維人員在機械設備的維護過程中，通過應用機電一體化系統可采集到機械設備運行數據，結合計算機技術和電子感應技術進行數據分析后，可快速確定故障的具體位置以及所涉及到的部件機構，提高維護效率，從而有效提升設備運行的穩定性和可靠性。例如運維人員在檢修過程中發現機械設備操作桿的運行數據存在異常，通過機電一體化系統的數據分析，可及時發現操作桿異常主要是由于齒輪運行障礙造成，而齒輪運轉問題與潤滑不足有關，可快速確定故障位置和故障原因，及時對齒輪以及相關傳送結構進行潤滑，提高齒輪運行順暢性，迅速排除故障。

2.2　運行過程的控制和處理

隨著機械工程技術的發展，機械設備的升級更趨向于自動化和智能化，在顯著提高運行和生產效率的同時，也對機械設備運行數據的控制和處理提出了更高的要求。機電一體化系統應用的目的就是讓機械設備處于高度統籌控制之下，使所有的運行操作都基于數據處理而完成。機電一體化系統的TPU單元通過分析系統中傳感模塊采集到數據后，將分析結果發送到系統控制中心，在系統數據庫中形成相應的控制指令[3]。系統控制中心根據數據處理結果完成指令調用，將指令傳遞到控制機構完成相應的操作。機電一體化系統在數據處理方面的能力極強，例如在紡織機械系統中，可以通過數據處理分析出紡織機械繞線結構最佳的繞線頻率，使其與紡織機械運轉相互匹配，可有效避免因繞線過快或者過慢而引發的問題。

2.3　機械設備的精密加工

近年來，機械工程行業開始由基礎粗放加工模式向精密化加工模式發展。應用機電一體化系統可大幅提升機械設備加工的精確度，通過設置高精確度的生產參數，優化機械的加工生產流程，嚴格把控每個生產加工細節，及時糾正和補差，將精度控制在合理的范圍之內，大幅度提升機械設備的生產加工質量，以更高的精度來滿足精密化加工的需求，還可實現納米級別參數的加工，能夠更好地應用于精確化機械設備的加工領域[4]。以建筑機械工程為例，由于混凝土配比直接關系到工程施工質量，而配比中需要對所有的混凝土原料進行精確計量，通過應用機電一體化系統，結合精密的計量設備和精密的參數設置，可嚴格控制整個計量過程，有效規避其他外界因素的干擾，保證計量和配比符合標準，實現精密計量模式的優化升級。

2.4　機械設備的自動化控制和智能化升級

自動控制技術是指在沒有人力直接參與的背景下，通過應用相應的設備和裝置使控制對象可以按照預先設定的程序運行，目前已被廣泛應用于機械工程領域。自動控制是機械設備執行運行指令的重要基礎，通過應用機電一體化系統可以全面提升機械設備的自動控制能力，顯著提高機械設備運行效率以及穩定性。自動控制能有效降低機械工程領域對人力的需求，在解決操作人員數量、能力、技術經驗等問題上發揮著重要作用[5]。將自動化控制技術融入機電一體化系統中，可實現對作業工序的全程控制，保證作業工序完全按照預定的方案執行，還可以根據機械設備運行情況和生產目標，對操作步驟進行靈活調整。如在挖掘機械的使用過程中，通過應用機電一體化系統可針對挖掘環境的差異，對機械臂抬起的高度、轉向等參數來調用相應的指令，執行自動控制操作，進一步提高機械設備操控的準確性。

隨著機械工程技術的不斷發展，機械設備的智能化升級已經成為新時代背景下未來的發展趨勢。智能化機械設備可以模擬人類思維，通過在運行過程中完成自我學習，掌握機械設備運行的智能化處理方法[7]。在機電一體化系統模塊中，可以給機械設備智能化升級提供數據和信息支持，使機械設備擁有更加穩定的性能，進一步拓寬其應用范圍。

2.5　運行數據的檢測和監控

運行數據的檢測和監控是指在機電一體化系統模式下對機械設備的運行過程和情況進行監控，其主要目的是掌握機械設備的運行參數和加工精度是否存在偏差和異常。應用機電一體化系統可以對設備參數、加工參數等進行有針對性的監控，并將運行數據及時傳輸到機械工程控制平臺，為機械控制管理提供支持[6]。由于機械設備類型多樣，其屬性、特點、應用范圍都有所不同，通過應用機電一體化系統可根據需要檢測和監控內容，有針對性地采集關鍵的參數。如在對傳動系統運行數據的檢測和監控中，主要采集傳動系統的動力情況、運行參數；對液壓系統運行數據的檢測和監控，則主要采集液壓的壓力面是否達標。還可針對關鍵的參數進行報警設置，當出現異常情況后，可以及時向相關操作人員報警，以便及時排除故障，從而保證機械設備的安全運行和操作人員的人身安全。

2.6　機械設備的微型制造

隨著機械工程領域的發展，機械設備結構部件的微型化已成為未來的發展趨勢。微型化能減小機械設備占用的空間，提高機械設備使用的靈活性，減少設備的能耗，對于節約成本有著重要的價值。機械設備的微型制造不僅是指機械設備體積的減小，同時還需保持原有功能性，這就對結構和零部件的精密化提出了更高要求。基于機電一體化系統可以實現各個微型化機械結構和零部件的兼容，使機械電子結構單元可完成多個任務，在機械設備微型制造的過程中起到核心的協調作用。應用機電一體化技術還可以提高微型機械結構部件的加工工藝水平，對于細節進行優化升級，讓機械設備在縮小體積的同時性能得以強化。

3　結語

機械工程是國民經濟重要的組成部分，機電一體化是機械工程未來發展的方向，機電一體化系統以其強大的綜合性、開放性、兼容性，在機械工程的各個領域獲得了廣泛的應用。充分利用機電一體化系統的優勢，結合各種先進技術，實現機械工程領域的自動化、智能化、精密化、微型化轉型，有利于進一步優化我國國民經濟結構，提升行業核心競爭力，提高機械工程整體生產水平和質量，推動機電一體化系統與機械工程領域的融合發展。

[1] 齊曉苗,韓彥春.基于機電一體化系統在農業機械工程中的應用分析[J].中國科技投資,2021(19):57,93.

[2] 付保英.基于PLC和MCGS的機械手裝配系統設計[J].機電工程技術,2021,50(8):63-65.

[3] 羊榮金,沈孟鋒,羅曉曄,等.基于模具柔性制造系統的工程教學應用研究[J].裝備制造技術,2021(4):185-188, 202.

[4] 鐘嵐.基于多傳感器信息融合的機電一體化系統設計[J].現代電子技術,2021,44(12):6-10.

[5] 汪金明.關于機電一體化技術在現代工程機械中的運用探討[J].汽車博覽,2021(22):74-75.

[6] 劉玉亮.簡析電氣工程設計與低壓電器的機電一體化[J].百科論壇電子雜志,2021(7):2572.

[7] 汪浩,劉樹青,賈茜,等.基于數字孿生的數控機床自動上下料系統設計[J].機械制造與自動化,2021,50(4):101-103.

Application analysis of mechatronics system in mechanical engineering

DOU Xingyu1,2

(1.Hebi Emergency Senior Technical School, Hebi, Henan 458030, China; 2.Hebi Energy and Chemical Vocational College, Hebi, Henan 458030, China)

Mechatronic system has been widely used in various fields of mechanical engineering due to its strong comprehensive advantages. By analyzing the application of electromechanical integration system, give full play to the comprehensive and diversified advantages of electromechanical integration system, and further expand its application scope in the mechanical engineering field, which is conducive to improving the production efficiency of mechanical engineering projects and promoting the integrated development of mechatronics system and mechanical engineering field.

mechatronics system; mechanical engineering; operation control; machine accuracy

TH-39

A

2096–8736(2022)05–0027–03

竇興玉(1986—)，男，河南安陽人，大學本科，講師，主要研究方向為機電一體化。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：吳志立