機電工程技術應用及其自動化問題研究

李水軍

（紹興智立機電科技有限公司，浙江紹興 312300）

1 機電工程技術應用

1.1 在機械制造中的應用

（1）機電工程技術在機械設計中起到關鍵的作用。設計師通過使用計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助工程（CAE）軟件，可對機械零件和裝配進行精確的繪制與模擬。而應用機電工程技術，可幫助設計師選擇適當的材料、工藝和結構，確保機械的可靠性、穩定性和高效性。

（2）機電工程技術可應用在機械裝配線上，實現機械的自動化裝配。自動化裝配可大幅提高裝配效率和產品質量。例如，自動化機械臂可進行定位、擰緊和焊接等操作，自動控制系統可實現對裝配過程的監測和調節。

（3）機器人技術也是機電工程技術在機械制造中的重要應用之一。機器人可代替人工完成重復、繁重和危險的任務，提高生產效率和工作安全性。例如，機器人可進行零件的搬運、焊接、噴涂等操作，實現生產線的自動化作業。

（4）機電工程技術也應用在機械設備的維護和檢修中。通過使用傳感器和自動化控制系統，可實現對機械設備的狀態監測和故障診斷，幫助實施預防性維護和故障預測，延長機械設備的使用壽命和提高運行效率。

1.2 在智能制造中的應用

（1）機電工程技術可應用于智能制造系統的控制系統設計和開發。通過使用傳感器、執行器和自動化控制技術，可實現對生產過程的實時監測和調節。智能控制系統可根據生產需求與工藝參數自動調整設備和工藝參數，提高生產效率和產品質量。

（2）物聯網技術是智能制造的關鍵技術之一，機電工程技術可應用于物聯網系統的設計和開發。通過將機械設備、傳感器和計算機網絡相連接，實現設備的遠程監控和數據的實時傳輸。物聯網技術可提供大量的實時數據，為決策和優化提供支持。并且機器人和自動化技術是智能制造的重要組成部分，機電工程技術在這方面同樣發揮著關鍵的作用。機電工程技術可應用于機器人的設計、編程和控制，實現自動化作業和生產流程。

（3）在智能制造中，機電工程技術可應用于數據分析和人工智能技術的開發。通過對生產數據進行分析和挖掘，提取有價值的信息和知識，為生產決策和優化提供支持。并且機電工程技術還可應用于人工智能技術的開發和應用，實現智能化的生產和管理。

（4）虛擬仿真和數字孿生技術是智能制造中重要的先進技術之一，機電工程技術可應用于該系統的設計和開發。通過使用計算機模型和仿真軟件，可對生產過程進行虛擬仿真和優化，提高生產效率和質量。而數字孿生技術則可將虛擬模型與實際生產過程實時連接，實現對生產狀態和效率的監測與優化。

1.3 在數控機床中的應用

（1）機電工程技術可應用于數控系統的設計與開發。數控系統是數控機床的核心部分，其通過控制算法和信號處理，實現對機床各個軸的運動控制、速度控制和位置控制。機電工程技術可應用于數控系統的硬件設計與制造、軟件開發與調試，為數控機床提供精確的控制性能。

（2）機電工程技術在數控機床中廣泛應用于伺服控制技術。伺服系統可通過反饋控制，實時調整機床運動軸的位置、速度和力矩等參數，實現精確的加工操作。機電工程技術可應用于伺服系統的傳感器設計與安裝、電機控制器選擇與調試，以及閉環反饋控制算法的設計與優化，提高數控機床的運動精度和穩定性。

（3）機電工程技術在數控機床中的運動控制方面也發揮著重要的作用。運動控制是指通過控制算法對數控機床的各個軸進行準確的運動控制。機電工程技術可應用于數控機床運動控制系統的設計與調試，包括軸驅動器的選型與調試、速度規劃與軌跡規劃算法的設計與優化，以及位置反饋傳感器的選擇與校準等。

（4）機電工程技術在數控機床的刀具與切削技術方面也發揮著重要的作用。刀具選擇與切削參數的優化可影響到加工質量和效率。機電工程技術可應用于刀具選型與切削參數優化，實現高效率、高質量的加工過程。

（5）機電工程技術在數控機床的故障診斷與維護方面也非常重要。通過使用傳感器和監測系統，可實時監測機床的工作狀態和故障信息，及時診斷出故障的原因和位置，提高機床的可靠性和可維護性。機電工程技術還可應用于故障診斷系統的設計與開發、故障排除與維修，提高機床的生產效率和穩定性。

2 機電工程自動化技術的問題

2.1 技術體系問題

機電工程自動化技術體系主要包括硬件技術、控制技術和信息技術3個方面。然而隨著技術的發展和應用的不斷拓展，機電工程自動化技術的技術體系也正面臨一些問題，若不進行優化會造成較大的影響[1]。目前，機電工程自動化技術的發展仍然缺乏統一的規范和標準，不同廠家和開發者在技術實現、接口設計、數據通信等方面存在差異，降低了技術的互操作性和兼容性。并且機電工程自動化技術涉及多個學科領域的技術，如機械、電子、控制、計算機等，各個學科領域間的交叉融合和技術的集成是一個難題。不同學科間的專業知識和技術體系的整合，需跨學科的研究和合作，難度較大。同時，隨著科技的不斷發展和創新，新技術層出不窮，機電工程自動化技術的更新速度較快，技術體系也在不斷變化和演化，給從業人員提出了更新技能和學習新知識的挑戰。此外，機電工程自動化技術在應用中所面臨的安全性與可靠性問題較多。自動化系統的故障或失控可能引發嚴重事故，尤其是在一些涉及人員生命安全的領域，如核電站、航空航天等，如何確保系統的安全性和可靠性是一個重要的技術問題。最后，隨著機電工程自動化技術的發展，人機交互變得越來越重要。如何設計簡單易用、人機接口友好的自動化系統，使人們能夠方便地與系統進行交互和操作，是一個亟待解決的技術問題。

2.2 機電設計標準不統一

雖然我國的機電工程技術發展十分迅速，但在機電設計標準、安裝流程上面，仍存在不統一的現象與問題[2]。機電工程自動化技術是一個國際性的領域，不同國家有不同的標準和規范。機電工程自動化技術涉及多個行業，如機械制造、電子、自動化控制等，每個行業都有其特定的標準和規范。然而，一些行業中的標準缺失或不完善，導致機電設計標準無法統一。比如，在一些新興行業，如無人駕駛、人工智能等領域，相關的機電設計標準還在不斷制訂和完善中。此外，由于企業自身的發展和需求不同，不同企業的機電設計標準也會存在差異。一些大型企業可能擁有自己獨立的標準體系，而中小型企業則可能缺乏標準化的設計流程和規范。最后，機電工程自動化技術的更新速度較快，新技術層出不窮。因此，現有標準可能無法及時跟進最新的技術發展，導致機電設計標準滯后于技術進步。

3 機電工程自動化技術的優化方向

3.1 模塊化發展

模塊化發展是指將機電設備和系統拆分成獨立的模塊，通過標準化和模塊化的方式進行設計、制造和安裝，以提高設備和系統的靈活性、可維護性和可擴展性，從而降低成本、提高效率和實現可持續發展。①應當設計和制造符合標準的模塊化組件，使其具有獨立的功能和接口，以便與其他模塊進行組合和集成。②引入標準化的接口和規范，實現不同廠家和型號的模塊互換與兼容，提高系統的靈活性和可維護性。并且需對各個模塊進行集成和測試，優化模塊的集成方式，采用插拔式連接器和接口，簡化集成過程，降低集成成本。③引入自動化測試技術，實現對模塊的自動測試和故障排查，提高測試效率和系統的可靠性。

3.2 智能化發展

智能化發展是指利用先進的信息技術、人工智能和物聯網等技術手段，實現機電設備和系統的智能化、自動化與智聯化，以提升生產效率、降低成本、提高產品質量和實現可持續發展。

（1）可優化數據采集的方式和手段。通過引入傳感器、儀表和監測設備等，實現對機電設備和系統的實時數據監測與采集，對采集到的數據進行深入分析和挖掘，以獲取有價值的信息，為決策和優化提供支持。

（2）可通過優化控制算法、提升控制系統的實時性和響應性，實現對機電設備和系統的精確控制與調節。同時，引入機器學習和人工智能技術，實現自適應控制和優化控制，提升系統的智能性和自動化水平。

（3）智能化發展需從整體角度對機電設備和系統進行優化與管理。可引入綜合管理系統，對設備和系統的運行狀態、能耗、維護與故障等進行綜合管理及優化。通過全面的數據分析和監測，實現設備和系統的高效運行與優化配置。

4 結束語

隨著科技的進步和社會的發展，機電工程技術的應用越來越廣泛，對推動經濟發展和提升生產效率起到了重要作用。在這一過程中，自動化技術成為機電工程技術領域的重要發展方向，其可極大提高生產效率、降低成本，并減少人為錯誤的發生。在未來的研究中，需進一步研究機電工程技術在機械制造、智能制造等領域的應用，提高自動化技術在機電工程中的應用水平，推動機電工程技術的發展。通過這些努力，可更好地應對機電工程技術應用和自動化問題所帶來的挑戰，為推動工業化的進程作出更大的貢獻。