机电一体化系统在机械工程中的应用

苏伟

摘 要：针对机电一体化系统在机械工程中的运用，进行了分析和研究，并结合机电一体化系统在机械工程中的应用优势及原则提出了一些措施建议，以期促进我国机电一体化系统在机械工程中的良好应用。

关键词：机电一体化系统；机械工程；应用

中图分类号：TG659                                    文献标识码：A                             文章编号：2096-6903（2023）04-0055-03

0 引言

机电一体化系统是一种将机械工程和计算机技术进行有机融合的综合系统。在实际应用过程中，通过机械工程中的电子信息技术、机电一体化技术以及计算机等技术的有效融合，实现了对传统机械工程系统的改进，进而推动了我国机械工程的进一步发展。目前，机电一体化系统已经在我国的机械工程中得到了广泛应用，极大地提高了我国机械工程行业的工作效率和质量。

随着社会的发展和科技的进步，机电一体化系统已经逐渐成为了机械工程中不可或缺的一部分。机电一体化系统在机械工程中的应用，为机械工程领域带来了新的技术理念和技术手段，使机械工程的发展前景变得更加广阔。本文从机电一体化系统在机械工程中的应用出发，探讨了机电一体化系统的应用优势以及发展前景，旨在推动机械工程领域和机电一体化系统的快速发展，为我国社会经济建设提供可靠保障。

1 机电一体化系统概述

机电一体化系统是集机械、电子、计算机等技术于一体的综合性技术，它的核心是信息技术。机电一体化系统综合了机械技术、信息技术和控制技术等多学科的先进技术，它是一种将机械、电子、计算机、信息等技术集成于一体，可实现机电一体化产品的各种功能的系统。

机电一体化系统是由一个完整的系统组成，主要包括3个部分：执行机构、信息处理装置和控制装置。执行机构是由机械、电子装置和控制装置组成，用来完成一定功能的机械部件。信息处理装置是由传感器和其他元件组成，通过传感器把测量到的信号传递给控制装置，然后由控制装置处理信号并产生相应的动作。控制装置是由电子元件组成，对执行机构进行控制[1]。

2 機电一体化系统的应用原则及优势

2.1 机电一体化系统的应用原则

2.1.1 可靠性与安全性

可靠性是指系统在规定的时间内，按规定的方式、按规定的质量完成预定功能的能力。安全性是指系统在安全性能上应能满足人或人类的操作与管理要求。稳定性是指系统运行过程中性能保持稳定，不发生突变或剧烈波动。

2.1.2 高效率和高精度

高效率是指系统的综合效率高，即在满足一定性能指标前提下，系统本身所消耗的能量越少越好。高精度是指系统加工精度高，即系统中各组成部分之间相互配合合理，加工精度保持一致。

2.1.3 自适应能力和自诊断能力

自适应能力是根据输入信号的变化，调节自身工作参数，使之与要求保持一致。自诊断能力是系统在正常运行时，对系统内部的工作状态能作出正确的判断，并能及时地发出报警信号，对可能发生的故障能迅速地作出反应，避免事故发生。

2.2 机电一体化系统的应用优势

机电一体化技术在机械工程中的应用，能够有效地促进机械产品向着智能化、柔性化方向发展。在现在社会不断发展的过程中，机电一体化技术已经渗透到各个行业中。机电一体化技术不仅是现代机械工程发展的趋势，而且也是我国今后工业发展和制造行业发展的主要方向。

2.2.1 减少能源消耗

机电一体化系统的应用能够在很大程度上减少能源的消耗，将机械工程中的能源浪费问题有效解决。由于我国人口众多，因而在能源方面的需求量非常大，而且随着我国经济不断发展，能源消耗量也在不断增加。

当前，我国是世界上最大的能源消耗国之一，每年大约消耗了全球30%的石油和天然气[2]。如果能源消耗量得不到有效控制，那么就会影响我国经济发展和社会进步。因此，要想实现对能源资源的合理利用和节约，就必须采取有效措施对机械工程中的能源消耗进行控制。比如在进行机床加工过程中，由于机床加工速度很快，所以需要消耗大量的电能。机电一体化系统应用之后，能够在很大程度上减少机床加工过程中消耗的电能数量，从而降低能耗。由于机电一体化系统具有非常高的智能化水平，在很大程度上提高了工作效率，能够有效降低机械设备使用过程中产生的噪声问题和资源浪费。

2.2.2 提高工作效率

在机械工程领域，传统的机械设备存在着许多问题，例如生产效率低、故障频发等。而机电一体化系统则可以在很大程度上解决这些问题。其主要原因在于：①机电一体化系统能够根据机械设备的实际运行情况，及时做出相应的调整，保证其运行状态符合预期。②机电一体化系统能够通过数据采集和信息分析等手段，及时掌握设备的运行情况，并及时做出调整。③机电一体化系统能够通过智能化控制技术对机械设备进行实时监控和管理，从而有效地提高了机械设备的工作效率。机电一体化系统在机械工程中的应用，能够有效地提升生产效率。

以自动包装流水线为例，该流水线在实际应用过程中的主要优势在于：第一，自动化水平高。与传统的机械设备相比，机电一体化系统能够根据不同企业生产的实际情况，不断优化生产流程和工艺，实现生产效率的提升。第二，智能化水平高。由于自动化生产技术的应用，该生产线能够对产品质量和产量进行实时监测和管理。第三，自动化程度高。自动化生产技术在机械工程中的应用使得机械设备的操作变得更加简单、便捷。

除此之外，机电一体化系统还能够为机械设备提供稳定可靠的安全保障。因此，在未来机械工程领域中机电一体化系统将会得到广泛地应用。

3 机电一体化系统在机械工程中的运用

3.1 在机械制造自动化中的运用

机械制造自动化是指机械制造过程中，利用自动控制技术实现了对机械设备的全过程控制，在整个生产过程中，通过计算机来对各种因素进行控制，以实现对生产过程的全面监测和控制。由于机械制造自动化具有高精度、高效率的特点，因此其被广泛应用于现代机械工程领域中。

目前，机械制造自动化主要包括柔性制造系统、数控技术、计算机集成制造技术和工业自动化生产系统。其中，柔性制造系统是在自动化的基础上发展起来的一种新型制造系统，其主要功能是在多品种小批量的生产环境下进行各种零部件和产品的加工。数控技术则是一种自动控制技术，其能够对产品加工过程进行优化控制，能够有效提高产品加工质量。工业自动化生产系统则是一种典型的机电一体化产品，其可以利用计算机和现代控制技术来对各种因素进行全面控制。

3.2 智能化的运用

机电一体化系统是由计算机技术、传感技术和其他技术相结合的产物，是现代科学技术发展的必然结果。智能化是机电一体化系统的重要特点之一，主要表现在以下3个方面。

3.2.1 智能化控制

智能化控制指的是在机械工程中利用传感器和执行器实现对机械设备进行检测和控制，从而使机械设备具备自我检测和自我控制功能。例如，利用自动检测系统实现对各种机械设备的故障诊断；利用故障诊断系统实现对机械设备的故障自动诊断；利用自适应控制系统实现对机械设备的智能化控制。机电一体化系统具备智能控制功能，能够实现对机械设备的智能管理和智能操作，从而使机电一体化系统更加完善。

3.2.2 智能化设计

智能化设计指的是在机械工程中应用智能化技术，使其能够根据用户需求对设计方案进行修改和完善，从而满足用户需求。例如，在机电一体化系统中应用智能化技术能够提高设计质量和效率；在机电一体化系统中应用智能化技术能够降低设计成本；在机电一体化系统中应用智能化技术可以提高设计的可靠性和安全性。

3.2.3 智能化制造

智能制造是机电一体化系统的重要功能之一，它指的是将工业机器人、数控机床、微型计算机、自动化装置等集成到一个生产环境中，通过计算机对生产过程进行控制。因此，机械工程领域和机电一体化系统在今后一段时间内将会进一步发展，为我国社会经济建设提供可靠保障。

3.3 运行状态及故障监控的运用

现代工程装备是一种具有多种功能的组合体，其组成十分复杂。在工程实践中，各部件应相互配合，相互配合，以确保机械装置的正常运行。这些系统中的任意一个环节或部分出现了问题，都将影响到整体系统的高效运行。所以，需要对系统的工作状态进行实时监测，并在出现问题时进行诊断。对这种结构复杂、精度较高的大型工程设备，仅依靠人工进行实时监测，难以做到实时监测与故障诊断。在将机电一体化技术应用到工程机械中之后，它可以24 h实时地监测自己的运行状况，并对其进行故障诊断。这种机电一体化的监测系统，在检测到问题或者其他会对设备造成影响的风险之后，它会自动地向工作人员发出警告，工作人员可以通过监测系统所给出的信息来询问并解决问题，这样既节约了维修时间，又可以提升工作效率，还可以改善驾驶员的工作环境，减少了停机维修的时间。

3.4 确保机械工程精度中的应用

将该系统运用到机械工程中，也能有效地保证工程的准确性，对工程的总体质量有着很大的影响。在传统的机械工程中，通常由人工完成，在相关的数据计算和工程测量中极易产生错误，从而对工程的总体质量造成不利的影响。在机械工程领域中使用机电一体化系统，能够有效地提升与其有关的数据测量的特定精度，并能够实现机械工程中的测量等过程的自动化。通过这种方式，机电一体化能够使用现代科技对其进行测量和分析，从而避免了人工计算所产生的误差，保证了机械施工的总体质量和相应的精度。

在机械项目中，若能正确地确保项目的准确性，则项目的具体工作效率将会大大提高，而建筑工人的工作强度将会进一步地下降。因此，将机电一体化技术运用于机械工程，既保证了项目的准确性，又增强了机器建设的现代性，高效性和快速性，使得机电一体化技术在今后的发展具有更为广泛的前景。

3.5 在改造机床中的应用

在机械行业中，数控机床是一种常用的工具，通常用于模具制造。目前，数控机床在操作过程中，对产品的精度有较高的要求，一旦出现了错误，必然会对生产产品的效率和质量造成不利的影响。所以，大部分的 CNC机床都会借助于机械一机体的技术來改善其内部的结构，以提高其加工精度和生产率。经过改造后的 CNC，不只是缩短了加工速度，也提高了加工质量。

4 机电一体化系统在机械工程中的发展

4.1 自律分配化

在一定水平下，其执行器与控制系统会有充分的自由，具有较大的“柔性”，可以应对各种突发情况，因此被称为“自我配置系统”。该系统在工作过程中，各个子系统相互独立，相互不干涉，但又有充分的自律性，在外部环境改变时，它们也会做出相应的调整，以应对外部环境的改变。该系统的特征在于各子系统能够自行生成和添加被赋予的信息，各子系统的“行动”能够在一定的指导下发生变化。这种特性不仅可以防止由于某个子系统的失效而造成整体的失灵，还可以极大地提高系统的灵活性。

4.2 全息系统化

在未来的电子机械系统的发展中，它的“全息”特征将会变得更加突出，电子机械系统将会从多个方面保证“指令”的精确执行，向智能化发展将会是一个重要方向，而这一方向的发展，很大程度上是由于信息技术和模糊性技术的进步。

4.3 光机电一体化

光机电一体化是机械工程和自动化的一种，与传统的机电一体化技术相比，光机电一体化引入了光学技术，充分利用了光学技术的特点，进一步改变和优化了机电一体化系统中的传感系统、信息处理系统、能源系统等子系统[3]。

4.4 微型化发展

从当前的电子技术发展趋势来看，小型化的电子技术正在逐步向一个新的方向发展。这一技术在纳米级范围内得到了广泛的应用，并与力学技术良好融合。对于Micro-Electro-Integrated产品来说，这仅仅是指其几何尺寸朝着微或纳米的发展。在很多情况下，某些设备的体积甚至不到1 mL，而这种小尺寸、低能耗、高灵活性等也会因此而异。

4.5 模块化发展

在我国的机电技术发展历程中，模块化一直是一个长期而艰难的课题。随着机电一体化的发展，其产品的类型和制造商五花八门，实现了具有标准化的电气界面、机械界面、动力界面、环境界面的机电一体化的产品，是一项非常艰巨的任务。但是，对机电一体化的模块化生产来说，它具有非常重大的意义，它可以减少机电一体化的生产、维修和维护的成本，还可以为培养相应的技术人员提供便利。

5 结语

将机电一体化技术广泛运用于工程机械，既是现代工程机械进行革新的必然趋势，又能满足现代化工程施工的各项需求，顺应未来发展方向。传统的工程机械与水利科技的发展已不能适应现代工程发展的需求，随着机电一体化技术的迅速发展，工程机械在技术结构和功能结构上都取得了巨大的突破，从而推动了工业生产向科技化、自动化、稳定化的方向发展。

参考文献

[1] 杨安骏.机电一体化系统在机械工程中的应用[J].科技创新与应用，2022，12（19）：179-182.

[2] 薛小晶.机电一体化系统在机械工程中的实际应用分析[J].科技创新与生产力，2022（4）：139-141+144.

[3] 刘雄.机电一体化系统在机械工程中的运用探讨[J].内燃机与配件，2021（21）：180-181.