机电一体化技术在机械工程中的应用分析

孟娜

(陕西工商职业学院 陕西西安 710121)

机械工程是综合运用自然科学、技术科学等现代理论以及生产技术经验，对各种机械在开发设计、制造安装、运用维修等方面的理论与实际问题进行解决。机械工程的主要任务是将一系列新的机械产品研制出来，促使劳动生产率得到提高，生产经济性得到改善。在机械工程发展过程中，面临着资源消耗较大、环境污染严重以及加工效率不高等问题。因此，机电一体化等一系列先进技术被引入机械工程中，显著改变了机械工业的技术结构、产品结构以及生产方式等各个方面，对机械工程的整体发展起到了明显推动作用。为进一步提高机械工程发展质量，需深化对机电一体化技术的研究，探讨机电一体化技术的应用模式与策略。

1 机电一体化技术概述

1.1 基本概念

机电一体化技术有机结合了机械技术、信息技术、微电子技术等一系列先进技术，且在生产实践中综合应用。现阶段的现代化自动生产设备，皆采用了机电一体化技术。通过将机电一体化技术应用于机械工程生产中，可促使机械的智能化、高效化得到实现，机械生产与运行能耗也可得到显著降低[1]。

1.2 优势特征

和普通机电技术相比，机电一体化技术具有较大的优势：第一，功能增强。传统机电产品只有单项技术与功能，而机电一体化则集成了多种技术与功能，使得机电产品具有更加强大的功能，且可以在不同场合、领域内应用，促使用户的多元化需求得到满足。第二，精度提高。通过应用机电一体化技术，能够对机械机构进行简化，传动部件明显减少，这样可大幅度减少机械磨损、受力变形等因素造成的误差。同时，干扰因素造成的动态误差能够被计算机检测与控制技术有效补偿与校正，促使机械设备的工作精度得到显著提高。第三，安全性提升。基于机电一体化技术的支持，自动监控、自动诊断、自动保护以及自动报警等一系列自动化功能可以实现，机械设备运行的安全性、可靠性得到增强，可以避免发生运行事故，保护生产作业人员的人身安全。第四，操作改善。通过应用机电一体化技术，可将传统的操作按钮与手柄发展为计算机程序控制和数字显示，设备操作性能得到明显改善，整体操作难度大幅度降低[2]。第五，柔性提高。结合具体的生产需求，借助于计算机软件能够对机器设备的工作程序进行有效改变，有效提高了机械设备的柔性。以应用机电一体化技术的工业机器人为例，其运动自由度较高，通过对控制程序进行改变，运动轨迹、运动姿态即可随之发生变化，促使不同的作业要求得到满足。

2 机电一体化技术在机械工程中的具体应用

2.1 机械工程监控中的应用

在机械设备生产运用过程中，难免会有多种多样的故障出现。如果机械设备具备自行监测功能，就可以及时发现、处理各种故障异常，促使机械设备的运行效率、运行安全性得到提升。而通过在机械工程中应用机电一体化技术，就可有效实现这一功能。基于机电一体化、电子监控等技术的支持，操作人员可远程监控机械设备的运行状态，一旦有异常故障出现，能够第一时间进行检测、判断与处理。同时，机械设备也可以向人员自动发出故障预警信息，避免异常故障的严重化与扩大化。通过实现机械工程自动监控，人为监控成本得到降低，有助于机械工程整体效益的提升。需注意的是，相关技术操作人员要对机械设备的内部结构组成进行充分了解，包括液压系统、制动系统等，当故障发生后，工作人员方可以对故障位置准确定位，采取针对性的故障处理措施。

2.2 包装机械中的应用

相较于其他类型的机械设备，包装机械的结构比较复杂，凸轮制造、控制连杆具有较大的控制难度，且容易有异常故障发生，难以高效维修和处理。面对这种情况，可将模块化技术应用过来，一旦有问题故障出现，工作人员能够划分故障模块，对故障部位、故障原因等进行准确分析，促使异常故障的得到高效解决，机械工程运行的稳定性得到保证[3]。此外，通过应用机电一体化技术，还能够实现包装机械的自动化管控。工作人员要利用计算机系统设定设备工作流程，输入相应的数据及标准，传动带、机械臂等各部分结构即可自动运行。通过在包装机械中应用机电一体化技术，产品的自动化生产速度能够得到大幅度提升，良品率、合格率也可得到有效保证。

2.3 机械精度控制中的应用

机电一体化技术具有良好的精度控制功能，通过在机械工程中应用机电一体化技术，可以促使机械精度得到大幅度提高。基于机电一体化技术的支持，机械设备的传统部件得到精简，这样机械运行中各类部件所造成的误差能够有效减小，促使精度控制得到实现。同时，操作人员还可以借助于计算机检测技术等有效补偿、校正其他因素所导致的误差，促使机械工程的精度控制水平得到提高。需特别注意的是，人员的操作规范化会在很大程度上影响到机械设备运行精度。部分人员由于缺乏良好的技术能力和规范生产意识，容易有不规范操作行为出现，这样机械设备精度将难以保证，机电一体化技术的优势也无法得到体现。面对这种情况，在应用机电一体化技术的基础上，还需要大力培训机械设备操作人员，引导其充分掌握机械设备的运行原理、操作技巧以及规范要点，严格遵循相应的规范、标准开展各项操作，避免有错误操作、异常操作等情况出现，可以更加高效地控制工程机械的精度。

2.4 数控机床技术的应用

数控机床技术融合了电子计算机技术、数字化模块技术等一系列先进技术，能够有效提升机械工程领域生产线设备的加工运行效率和精准性，快速生产相应的机械产品。以汽车制造企业为例，通过将数控机床技术应用过来，可以完成快速组装、拆卸汽车制造的各项零部件，有效提高汽车部件的生产制造效率[4]。近年来，我国数控机床技术发展迅速，利用机电一体化技术改造与强化机床设备，可促使我国高端机床应用不足等问题得到根本性解决。但要注意的是，由于我国数控机床技术起步较晚，还具有较大的发展提升空间。因此，未来要进一步深度应用机电一体化技术，促使数控机床的核心竞争力得到提高。

2.5 机械臂技术的应用

在现代机械工程生产制造过程中，机械臂技术发挥着十分重要的作用，其也是机电一体化技术的典型代表。机械臂能够精准布控加工设备，动态、精准调整设备加工速度、加工流程等，促使24 h流水线加工得到实现。进入新时期后，随着机电一体化技术的日趋成熟，机械臂具有更加强大的功能和广泛的作用范围，目前已经在汽车制造、发动机研发等诸多领域得到深度应用。相较于传统人工操作模式，机械臂技术在精准性、高效性方面具有较大的优势。同时，机械臂技术能够在高温环境、强碱强酸环境中应用，可克服不良环境条件的干扰与影响。

3 机电一体化技术在机械工程中的发展趋势

由于机电一体化融合了较多的学科与技术，如机械、电子、计算机等，随着这些学科与技术的发展，机电一体化技术将会更加成熟。

3.1 智能化

近年来，人工智能与机电一体化技术的融合受到充分重视，逐渐产生了数控机床智能化与机器人等。具体来讲，就是将计算机科学、人工智能、模糊数学等先进思想与方法综合运用，对人类智能进行模拟，以便进一步优化机械设备的判断推理、决策控制等功能。通过在机械设备中应用高性能、高速的微处理器，促使其具备一些低级智能，可以进一步推动机械工程的发展。就目前来讲，人工智能与机电一体化技术的融合还处于初步发展阶段，相关工作者要深化研究工作，逐步拓展二者的融合深度，提升机械工程的智能化水平。

3.2 模块化

就现阶段而言，机电一体化产品具有繁多的种类，不同产品在接口方面存在着较大的差异，对生产规模的扩大以及机械工程的发展造成了不利影响。面对这种情况，需坚持模块化发展理念，逐步对各类机电一体化产品的机械接口、电气接口、动力接口等进行统一。通过对标准单元进行研发，可促使机械新产品的开发速度得到加快，机械生产规模也能够显著扩大。在具体实践中，要与机械工程领域的大企业联合起来，统一制定各项标准，促使机电一体化技术的模块化得到实现[5-8]。

3.3 网络化

网络技术是计算机技术的重要分支，随着网络技术的广泛应用，深刻影响到科学技术、工业生产及人们的生产生活。网络技术有效连接了全球经济与生产，当研制出具有可靠质量、独特功能的机电一体化新产品后，将会在短时间内向全球范围内普及。同时，网络技术也催生了远程控制及监控技术，而机电一体化产品则是远程控制的终端设备。基于网络技术的支持，能够利用现场总线、局域网等连接生产设备，将计算机集成设备系统建设起来，有助于提高设备运行效率。在未来发展过程中，机电一体化技术的网络化发展趋势将会明显增强。

3.4 微型化

过去机电一体化产品的体积较大，对其在机械工程中的应用造成了严重的限制。面对这种情况，20世纪80年代开始研究机电一体化技术的微型化，开始朝着微型机器、微观领域等方向发展。相较于传统机械产品，微机电一体化产品具有较小体积、较少耗能等优势，并得到了广泛应用。就现阶段而言，微机械技术是微机电一体化发展的主要瓶颈，通常利用光刻技术、蚀客技术等超精密技术加工微机电一体化产品。

4 结语

综上所述，一方面，机电一体化技术日趋成熟，在机械工程领域的应用广度、深度也在持续拓展。另一方面，由于其自身功能强大，优势众多的特点，目前已经被广泛应用于机械工程领域，显著推动了机械工程行业的发展。近年来，为进一步加快机械工程行业的发展步伐，需结合现阶段机械工程发展中面临的问题，持续创新与发展机电一体化技术，逐步提升机电一体化技术的智能化、网络化以及微型化等，促使机电一体化技术的优势、作用得到有效加强。