机电一体化关键技术在机械工程中的有效性

刘洋

（山西焦化集团有限公司 山西临汾 041600）

对机械工程而言，其产品的生产制造是重要环节。机电一体化技术即机械电子学，它涉及信息技术、机械技术等诸多领域，从20世纪至今，已取得较为丰硕的研究成果。如今，机电一体化技术逐步融入机械工程中，不但提升了产品的机械性能，也促进了产品在开发、设计方面的革新［1］。机械工程发展和机电一体化技术有紧密联系，为深化此技术的运用，就必须更积极地投入到相关研究中，这同时也是相关领域技术工作者所承担着的重要责任。

1 机电一体化概念及技术特征

1.1 机电一体化概念

机电一体化技术即机械电子工程，是机械工程与自动化的一种。研究此技术的目的在于充分发挥出机械、微电子、电子信息等不同技术的优势，以加快机械产品创新变革。追溯此概念的发展历程，最早是出现在20世纪70年代的日本杂志《机械设计》中，而我国在20世纪80年代才开始对此概念进行研究和运用，和其他发达国家相比，起步较晚，因此，面对的市场竞争压力巨大，形势更严峻［2］。此技术融合了机械、信息化等多各领域中，有着非常强的系统性及实践性。

1.2 机电一体化技术特征

第一，高精度。将此技术用于机械工程中，能显著提升工作精度和效率。例如，将电子称量系统增设至混凝土搅拌设备中，能实现自动称重且提高了工作精度，降低了人力资源的投入成本［3］。

第二，自行检测。自动检测指能自动化对子系统进行检查，反映出机械运行情况。若遭遇突发事件，会立刻发出警报，并找出故障发生具体位置，从而降低检测的成本，提升工程运作质量。

第三，自动化。结合机电一体化技术后，能够让工程机械在很大程度上处于半自动、完全自动化的状态中，能减少人力、资金方面的投入，加之人力操作时也可能因人员个人因素出现错误，而机电一体化能避免此问题。

2 机电一体化和机械工程的关系

2.1 机电一体化和机械工程

机械工程中所使用到的设备是工程建设过程中不可或缺的工具。与以往比较，如今各种设备有了全方位的升级和优化，在操作的便捷性、精确度、稳定性等方面也逐步获得提升，满足了工程所需。如今，机械工程的建设规模明显扩大，且难度提高，对于各设备的要求也随之提升［4］。在此背景下，便自然而然地推动了电子技术的发展，且机电一体化技术也应运而生。当前，机械工程运作中，已经广泛采用了各种先进的电子技术，再加之“微电子技术”的出现，凭借其优势，俨然成为机械生产、设备研发中的“宠儿”。

2.2 机电一体化技术用于机械工程的优势

首先，结合机电一体化技术，能够通过其自动发出的警报声来及时发现过度劳损的部件，从而对目前工程运作的状态进行调整，以免出现机械故障，改善了设备的使用性能。其次，能提升所生产的产品使用性能。在基于微电脑技术分析后，实现了对机械工程的自动化或半自动控制，将传统的仪器设备均用新的器械替代，便于工作人员更直观清晰地操作，减少工作疏漏。最后，能从整体上减少机械工程在养护、调试等方面的压力。

3 机电一体化关键技术在机械工程的有效应用

3.1 机电集体化战略制定

要切实地在机械工程中发展机电一体化技术的价值，就必须要从技术、机械工程的设备等多项因素考虑，并制定全面化的集体化战略。同时，因为系统化发展会牵涉到工程不同环节中，因此，对于技术运用的要点、细节等必须加以确立［5］。作为工程项目的技术人员，在保障设备稳定运行同时，也要对当前工作内容进行梳理和分析，积极作好协调，以保障此项工作实施得高效、有序。另外，在发展战略中，必须详细地对各项任务计划进行合理分配，这就要求技术人员对机电一体化有深入了解，并能科学化地将其融合计划中。如此一来，能够让工程人员按照计划分别实施工作，提升了工程效率；同时，由于对工作内容加以细化，能更有利于工程管理人员进行集中化管控，让工程运行更为统一。在设备生产制造时，结合机电集体化战略，能极大地提升工程科技化水平，促进其发展。

3.2 数字化控制

数控技术是利用数字信息对机械运动、工作进行控制的技术，机电一体化技术运用最为典型的就是数控技术［6］。数控技术大多用于各种电子设备的数据评估、分析，这也是人们对该技术最为直观的印象。应用数控技术时，须结合机械工程项目中的机床数量、工作经验等进行更新，从而提升整体管控精度。以实际情况为例，在许多工程机械中，由于操作复杂，常常需要结合许多液压作动器间的协调及配合，才能实现运行的高效、精准，但这也给操作人员工作带来难度。增加了数字液压驱动控制技术于挖掘机中，便实现了数字化，在降低操作者劳动强度的同时，还能降低能耗，提升效率。如今，数控技术逐步从总体技术朝着核心化的方向发展，且在时代经济影响下，也促进了此技术具有越来越高的包容性。

3.3 机械包装

全球范围内的包装设备进入了革新阶段，具备了生产效率高、注重节能降耗、研究成果商品化等诸多特点。为满足更庞大的市场需求，就需要落实更高质量、高效率、多品种、低成本的机械包装，以实现我国包装行业的快速发展，并成功地朝着包装强国所转变，因此，需要提升机械包装质量，积极联合机电一体化技术。如今，整条包装、灌装生产线已经成为此行业的发展趋势，为更好地连接ERP、MES，应在多台包装机间联网［7］。机械工程中包装设备结构复杂，如凸轮构造、控制连杆，若运作出现故障，会极大地加重维修工作负担。通过联合机电一体化技术后，能使设备“模块化”，发生任何故障都能以模块为点来查找，在最短时间内找到包装中出现的问题，保障后续设备正常运行。

3.4 实时监控

在实际的机械工程生产制造中，通过融合机电一体化技术，能让相关企业的格局、面貌出现巨大改变，这与其自身优势、特征均有着紧密联系。其中，最主要的一点是，在产品加工等环节中，能实现实时监控和检测。由于机械工程中涉及的设备、环节都较为复杂，如各种制动、传动系统、液压系统等，不同部件中往往要互相协调，才能保障其正常运转。但由于生产时会使用到较多原材料，且涉及的设备数量较多，各设备内部又含有许多组成部件，必须落实监控工作。在融合了机电一体化技术后，能在保障工程效率、质量同时，实现对仪器设备的实时检测，最大限度地规避各种意外事件的发生。

3.5 机床改造

随着工业设备对于产品的精细化要求越来越高，因此，机械加工设备中的精密度也不断提升。在我国机械工程中，机床占据了很大比例，结合机电一体化技术，主要从以下方面进行机床改造。（1）控制部分。选择国内标准化微机空控制系统，采用单片机、驱动电源、控制程序等部件，简化控制部分的结构，且价格较为低廉。（2）机械部分。和常规机械系统对比，融合了机电一体化技术后，除了具有高精度外，还稳定可靠。在设计时，重点关注接口电路、控制部件、执行元件等多个部分，以保障整个系统的精度和稳定性，不但利于产品的日常维修，内部结构的简化，还能缩短故障排查时间，提升运作效率。总之，若要对现有的机床结构进行调整，需要结合特定的一体化技术，当前的数控机床本身具有独立的数控运行特点，若能在此基础上重视改良，能推动其迅速发展。

3.6 精度控制

随着现代机械工程行业迅速发展，在企业扩大了生产量方面，其优势越发突出。但经过调查显示，部分人员由于不熟悉操作规范、流程，常常导致各种失误事件。众所周知，机械的精度在很大程度上会影响产品的最终质量，进而影响到企业的经济效益，进行精度控制迫在眉睫。结合了先进的机电一体化技术后，能突破传统机电技术在功能上的限制，例如，增加控制及计算机检测技术，能减小或是校正误差，提高精度，使最终生产出的产品符合机械工程规范要求。基于信息平台基础上，可用计算机、微型电脑设置参数，让机械设备实现自行称重等功能，减少安全隐患。以机械工程中的数控机床为例，结合机电一体化技术后，能高效处理数据，其内含的DPS芯片抗干扰性高，能提升生产效率，减少误差。

3.7 产品开发

机电一体化还可用于产品开发，以保障工程项目产品的质量。在当前背景下，大多机械工程中的产品较为多样化、灵活化，且部分智能机械内部构造更是非常精密。在此基础上，结合了一体化技术后，能对以往的机械结构加以改造，在不变动原有功能的同时，还能增加新的性能。对于机械工程中的机床产品而言，首先可借助于CAD、自动操控等技术手段，识别并掌握到部分零件的形态特征，再根据规范化的程序进行加工，具体包括如下几点。（1）拟定产品设计目标，确定技术规范。（2）分析市场环境、可行度。（3）初步设计，方案评审。（4）确定数学模型。（5）详细设计，试制样品并测试。（6）评价，审定。（7）小批量生产。

3.8 生产检测

为实现对机械工程中生产的检测，可通过机电一体化技术进行系统开发，提升检测工作效率。例如，当系统发现在生产时有压力异常（过高、过低）、液位越限等时，及时落实自动保护、模式调整，并进行远程命令下发，有效地减少人工操作的成本，降低工作压力。同时，在生产过程中结合机电一体化，能在各种巡检管理、生产安全监督环节上进行自动操作。此外，对于设备的保护和控制也尤为关键，将机电一体化技术融入报警管理中，当设备出现任何故障时，立刻发出警报，并实现自动、手动的停止功能，针对性地保护器件。以煤矿机械工程为例，如掘进机、采煤机等设施的运用都具有自动监视、诊断、报警功能，提升了工程生产安全性控制水平。

4 机电一体化技术在机械工程的未来展望

结合现代机械工程的发展步调及经济水平，笔者认为未来机电一体化技术主要会呈现出以下3点发展形势。

4.1 智能化

智能化的概念已经渗透到现代各行各业中，传统的机械工程和现代理念下的机械工程中存在的最大差异就是“智能性”，同时，这也是机电一体化技术所具备最典型的特征。正是因为结合了智能化操作模式，才得以实现各种自我报警、修复功能。相信在未来智能水平不断发展下，智能化特点也会越发明显，甚至延伸出更多如模糊理论的先进理论畅想。

4.2 网络化

网络是由若干节点、链路构成，表示不同对象间的紧密联系。在如今的时代下，网络深入千家万户，为人们的生活带来极大便利。将网络技术和先进科学技术融合，是当今时代发展必然的趋势，未来机械工程中亦是如此。结合网络技术进行质控或运作体系优化，不但能提升生产质量，还能控制人工成本等支出，实现经济合理开发［8］。

4.3 绿色化

绿色化是2015年4月在我国中央政治局会议上提出的概念，认为创造美好生活应当基于绿色发展的理念。在未来机械工程发展中，除了落实利益战略化的思考外，还应当结合能源节约、资源合理利用、人和自然和谐共生等概念，运用更为先进的机电一体化，在保障效能的同时，实现减少污染，以满足该时代的环保要求，从而更好地带动经济发展，实现绿色的机电一体化长远目标。

5 结语

综上所述，在当前机电一体化技术运用中，能切实地弥补传统技术存在的不足，提升机电设备运用的效能。从本次研究可知，基于此技术的优势和特征，可将其用于机械工程的机电集体化战略制定、数字化控制、机械包装、实时监控等多个维度中，从而更好地激发出该技术运用潜力，及时发现机械工程中的故障，保障工程系统的运行更为顺畅、稳定。然而，随着社会发展，机械工程建设势必会面临更多调整，对于机电一体化技术的要求也更严格，为此，相关技术研究人员必须深入对该技术的探究，以使其满足未来工程建设的需求。