机电一体化技术的发展趋势及应用研究

2021-11-21李瓒

建材发展导向 2021年5期

李瓒

（阳煤集团新疆国泰五彩湾矿业有限责任公司，山西阳泉 045000）

1 机电一体化技术概述

机电一体化技术的概念与内涵。从机电一体化技术诞生的早期而言，其为电子、机械两个领域技术的融合，然而机电一体化经过多年的发展与应用，已成为一个整体性的技术学科，因此不应再将其看作是几个学科的融合，而是一个整体的工程学科。机电一体化技术是使用机械技术、微电子技术、信息技术，在其载体的元件或者模块上进行技术交互而形成的一种新的集成技术。从本质上来看，机电一体化技术的基础是机械技术，是对机械技术的强化与提升。

机电一体化技术包含的核心要素是“产品”与“技术”，其不是简单的几种技术拼凑、组合而成，而是一种独立的综合性的技术。机械技术升级为机电一体化技术之后，其内涵就丰富起来。例如，机电一体化系统中安装微电子芯片，就可以实现自动地控制与操作、信息的收集与处理、自动记录与显示、自我检测及修复等功能。由此可见，机电一体化技术不但是综合性的独立技术，也是一种具有强大兼容性的技术，这是传统的机械技术与微电子技术都不具有的［1］。

2 机电一体化技术的发展趋势

2.1 智能化发展

1）模糊逻辑控制技术。是人工智能技术下属子系统，通过模拟人类思维的方式，展现出不精准的信息方法。就目前，模糊控制系统已经被应用在很多生产经营建设领域，为保障生产期间的质量与效率奠定了坚实基础。例如，在列车启动与停车环节应用模糊控制系统，可以确保列车在运行过程中，乘客不会因为惯性而出现危险情况。

2）专家系统。能够在一定领域内，将相关经验以及理论知识转化成计算机能够处理的程序系统，采用专家推理以及控制策略，确保问题解决效果能够达到专家级水平。现阶段，专家系统并不成熟，在实际应用过程中存在诸多问题，需要相关研究部门将当前关注重点放置在专家系统的完善过程，通过在实际生产过程中不断优化专家系统结构，从根本上提升专家系统运行期间的技术可行性与经济适用性。

3）人工神经网络系统。人工神经网络系统是最为简单的处理单元，经常用在连接负责的网络系统中，具有复杂性显著的特征。与其他技术相比，人工神经网络技术具有一定的自适应能力以及容错能力，可以快速处理实际生产经营环节的各类问题。在人工神经网络系统内，可以应用数字或者模拟等方式进行开展分析工作，对许多问题因素并不精准的信息进行高效处理。在机电一体化改造过程中，应用人工神经网络系统，可以切实提升信息的传输力以及可利用率，帮助相关生产领域节省下更多的人力与物力资源，实现经济效益最大化发展目标［2］。

2.2 微型化发展

微型化趋势。在机电一体化技术中，随着各工作单元结构向着集成化、微型化发展，机电一体化技术运行的整体结构更为紧凑。同时，机电一体化技术的不断提升，使得加工制造的产品精度更高，可对微型零部件进行制造加工与装配，并且由此出现了许多微型的产品，诸如微型探针、微距离红外传感器等。

2.3 集成化发展

机电一体化产品集成化发展趋势能够从根本上提升产品的功能性与可控性。具体而言，机电一体化集成就是将机械、电子以及其他领域先进技术有机融为一体，形成一个具备显著综合特征的集合体，满足大众实际生产建设期间的各类需求。不仅如此，机电一体化集承技术也是利用系统工程技术指导机电一体化产品开发与应用环节，在机电一体化产品设计与应用过程中结合热能、光能、生物及化学能等先进技术，确保不同学科之间的相互耦合关系能够得到正确处理［3］。

2.4 人性化发展

传统的产品已经不能满足人们的需求，只有人性化产品才能赢得市场。机电一体化生产的产品亦是如此。为了迎合这一需求，机电一体化技术不仅要向着技术的高端方向发展，还要通过产品的设计、技术的组合应用等方式，打造出更为人性化的产品，以满足市场需求，为企业带来更多经济价值。

2.5 环保化发展

随着社会的不断进步和发展，需要从自然界中获取的资源也就也来越多。可是随着人类社会的高速发展，自然资源的使用量持续上升，致使当前的自然生态环境遭到了严重的破坏，这就让人们发现保护自然环境的重要性。在机电一体化技术不断进步和发展的过程中，需要对环境保护工作给予充分地重视，因为环保化是机电一体化技术未来必然的发展趋势，这也可以更好地促进和推动我国资源利用率的最大化以及社会的可持续发展［4］。

3 机电一体化技术的应用

3.1 在智能制造中的应用

1）传感技术，目前，智能制造技术发展的范围越来越广泛，尤其在工业生产的领域有着极重要的作用，智能制造中利用传感技术的频率非常高，传感技术精度的高低体现了整体生产的水平和规模。在传感技术之中应用机电一体化技术，能够使传感技术水平上升到更高的层次，设备运行的状态能够通过各种配套设备的配合来获取，计算机终端会接收到这种运行状态并且继续进行反馈。制造流程在接收到这些已经被反馈和处理的信息之后能够实现全面的控制，这样不仅能够保障生产效率，而且也能加强产品的质量控制。

2）数控技术，数控技术是机械制造生产过程中所应用的基础性技术之一，这一技术也同样是机电一体化技术的基本构成内容之一，数字控制技术相比较于一般的人工操作而言，其可以实现机械制造精准度的跨越式发展，这就使得精尖机械设备的生产成为了可能。数控技术的另一项应用优势就在于其可以同时满足大批量机械设备的生产要求，并且可以实现24h作业，其所产生的生产效率优势是人类所无法比拟的。但数控技术的操作同样对于智能化和自动化操作的要求很高，在当前智能制造与机械一体化技术结合发展的现实环境下，数控技术也一并开始应用智能控制系统。在数控技术中应用智能控制系统主要是采用“CPU+总线”的设计模式，实现数控生产的三维仿真模拟，从而促进数控生产技术的水平进一步提升。

3）自动生产线）机电一体化技术中的自动生产线技术使得人工生产力被完全解放，不仅促进了机械生产的整体升级，也使得机械生产的质量和效率同步提升。在智能制造中应用自动生产线技术，主要是承接生产专家所下达的生产指令，由自动生产线输出实际的产品，从而为智能制造呈现产品结果。除了实现机械生产的自动化外，自动生产线还为智能制造提供了一体化管理的可能，多条自动生产线的协作工作可以通过智能制造系统进行统一管理，从而完成不同的机械生产需求，促进智能制造实施的可行性水平进一步提升。

3.2 在煤矿机械中的应用

1）支护机械上的应用，随着煤矿开采强度与范围的不断增加，巷道布置出现了不同的发展方向，通过引入技术与示范工程，充分利用机电一体化来进行对地质条件复杂的、巷道埋深增加的情况进行妥善处理，更好地配合液压支架，实现高强度、高刚度、高可靠性、低支护密度的理想化标准，能更好的展示支护效果，显著提高了巷道掘进速度与工效。

2）运输机械上的应用，我国作为矿产大国，大部分矿产资源采用开采的形式，全国的设备需求也在不断增加，随着矿井提升设备的能力加大，大型设备的数量也是屡创新高，煤矿运输机械运用机电一体化技术能够增强适应性能，充分利用参数调动机械的自动分辨能力，调控功率平衡，保证煤矿运输设备在运输过程的安全性。

3）选煤机械上的应用，在煤矿厂中筛分作业有不同的方式，选煤是利用物质的不同物理或物理化学性质，然后通过机械方法去处理原煤中的杂质，按照不同的规格进行分类来适应不同用户的需求，这是一项非常复杂而又机械化的工作。动力选煤需要适应不同品种变化，选煤，洗煤都是非常重要的工序，利用机电一体化能够使得选煤和洗煤环节更好的把握在工作人员的手中，更好的控制添加剂的用量、浓度，将其控制在最佳范围内更好的实现洗煤、选煤的工作效果。

3.3 在工业智能机器人中的应用

工业产业的优化升级下，是以制造技术、制造理念的延伸，为整个系统的完善提供数字化保障。以智能制造技术、机电一体化技术为雏形的工业智能机器人的建造与实现，可令整项功能建立在集成化功能之上来实现的，其不再以一个独立的系统为平台，而是通过不同操控程序之间的相互配合，令操控工序呈现出一定的规范性。从工业智能机器人的实现原理来看，其涵盖信息技术、传感技术、控制技术等，在模糊控制理论、神经网络算法的支持下，令整个操控系统具备人工化思维，可对当前系统内的数据参数进行仿真学模拟，通过人工智能思维的导入，令工业机器人在实现某一项操控指令时，不再是以单一化的数据确认为主，而是通过不同层面的结构分析，界定出当前操作工况下的极限属性值［5］。