探究机电一体化系统在机械工程中的应用

寇录峰

摘   要：工程机械由于机电一体化技术的诞生产生了从未有过的大型改革，对工程机械的传统加工生产模式以及设计的方法理念做出了彻底改变，使工程机械的工作效率得到了大幅提高，对使用的性能以及精密度等方面都起到了巨大的作用。目前，对于机电一体化的研究已经有了良好的开端，在这样一种好的形式之下，在工程机械的应用中加强对机电一体化的研究，对于技术的创新有着相当重要的实践指导意义。

关键词：机电一体化;工程机械;自动化

1    机电一体化系统概述

1.1  机电一体化的定义

“机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。”机电一体化是将机械技术、微电子技术、信息技术等多门技术学科在系统工程的基础上相互渗透、有机结合而形成和发展起来的一门新的边缘技术学科。

1.1.1  机电一体化的内容

机电一体化包含了技术和产品两方面的内容，首先是指机电一体化技术，其次是指机电一体化产品。

1.1.2  机电一体化的特点

相比传统应用产品，机电一体化产品具备较多的应用优势，其最显著的应用特点在于具备多功能、高效率、高智能、高可靠性等特征，同时又具有轻、薄、细、小、巧的优点，其目的是不断满足人们生产生活的多样性和省时、省力、方便的需求。

1.2  机电一体化系统的基本组成

传统的机械产品主要是解决物质流和能量流的问题，而机电一体化产品除了解决物质流和能量流以外，还要解决信息流的问题。机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质、能量与信息（所谓工业三大要素）按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质、能量与信息。

机电一体化在机械工程中的应用范围非常广泛，随着机电一体化发展进程的推进，应用范围也逐渐扩展，在发展过程中特征明显。首先，在实际的机械工程实践中，机电一体化呈现出综合性特点，它是多学科的融合，所包含的技术种类较多，作为多学科综合的技术种类，应用范围广泛，涉及领域较多。其次，机电一体化的核心技术是把学科理论加以综合和加工，提炼出符合本专业技术的学科特点。在技术应用中，综合采用机械整合和控件原理，具有学科逻辑性，可系统地完成机械工程任务。最后，机电一体化是从技术理论中发展而来，具有完善的技术模型构建和引导，具有丰富相关的技术理论资源。

2    在机械工程中的应用

2.1  在包装机械中的应用

在机械工程中，包装机械属于基础性的工作内容，将机电一体化系统应用在包装机械生产中，可有效规避包装机械电力控制的局限性，提升包装机械设备生产统一性，降低实际维护难度及成本。而且技术在实际应用过程中，能够最大限度提高现有资源的利用效率，减少包装机械设备占地面积，简化包装设备运维流程，切实提升生产期间的经济效益。

2.2  在机床改造中的应用

在科学技术快速发展的背景下，所生产的机械零件精准度也在逐渐提升，与此同时，由于机械工程中的机械改造环节对精准度要求较高，系统运行及工作台运行轨迹均需通过严格控制实现。将机电一体化系统应用在机床改造过程中，可以借助完善的应用程序来梳理整个机械设备零件的生产过程，明确每一个应用环节中需要重点关注的质量问题和相应的操作要求，从而切实提升机床运行期间的转动效率，确保机床运行精度满足实际加工需求。另外，将机电一体化系统应用在机床改造过程中，能够在全面分析现有完整度之后，对不足之处进行针对性改进，这样还可避免改造环节对机床原结构的影响，控制机床改造成本。

2.3  在纺织机械中的应用

在机械工程中，纺织机械也属于重点应用对象，将机电一体化系统应用在纺织机械生产中，可通过主动传输模式，确保绕线架与导轨之间的频率固定。在纺织机械系统实际运行期间，可利用速度传感器将信号发送到Tensor处理器（Tensor Processing Unit，TPU）数据中，在结构中完成数据信息的基础处理之后，将数据包传递到总控制系统中，由总系统对数据包进行更加细致的分析，从而明确生产最佳绕组比，提升数据传输期间的精准性及全面性。

2.4  电子油门控制装置的应用分析

权威环保部门最新指出的气候问题中，社会的高速发展对环境的污染越来越严重，气候的改变是环保问题，通过媒体的宣传，从而在现代发展理念的思想中，社会群众的环保意识不断地增强。而机电一体化技术在机械工程中的良好应用可以高效地改变社会群众的生活方式，也能够通过结合相关技术，对目前的环境情况加以改善。例如说：社会的各个领域对柴油的需求是旺盛的，而柴油装置会给环境带来相当严重的污染，国家环保部门也意识到了这一问题，所以出台了相关管理政策，希望能够减少各工业领域对于柴油的依赖，降低柴油的需求，所有对环境产生不利影响的领域正在随着政策的引导，得以控制。权威的科学技术专家提出，通过对电子油门装置的合理利用，可以有效地控制污染物质的排放问题。

2.5  机械工程运行状态下对数控技术应用

数控技术是机电一体化技术的基本技术之一，应合理地使用数控技术，通过对机械工程操作中产生高效的工作效能，数控技术的作用非常显著，这种技术能够有效地提高机械的工作效率，推动机电一体化技术在社会各个技术领域的广泛应用，也是机电一体化技术最基本的发展根据。在对数控技术进行应用的过程中，数控技术的工作原理是對关联的电子信息通过传输的方式，总终端设备接收数据，为系统的操作提供实际的参数，它能够运用自身的技术优势与传统的机电技术巧妙地结合在一个系统技术里，将数据分析结果传输到总终端设备中，帮助分析数据，为机械提供操纵根据。在技术领域中，通过分析数控技术在相关的机械设备的应用情况，结合其自身性能的特点，得出数控技术的应用已经能够有效地提高机械的自动化操纵能力，对技术的运行也有了一定的提高。

2.6  柔性制造系统

柔性制造系统的含义是通过现代智能微电脑的技术应用，使机械设备能够产生自动化技术操纵的工作性能，自动化技术与数控技术的有机结合，对机械产品的加工、运行状态下的管理以及对信息技术系统的稳定性有一定的影响，其是技术相结合的一个重要指标，是优化各种技术障碍的智能终端技术。最大的特点就是能够使机械的控制系统实现自动化的监控工作状态，提高机械的工作效能的同时也为生产空间的限制提供有力的技术支持，提升了机械的生产能力，也为运输系统提供了管理的平台效应，控制了生产成本，增加了生产企业的效益。

3    相关作用及启示

3.1  功能增强并且应用广泛

机电一体化产品最显著的特点就是突破了原来传统机电产品的单技术和单功能的局限性，将多种技术与功能集成于一体，使其功能更加强大，而且能适应不同的场合和不同的领域，满足用户需求的应变能力较强。

3.2  精度大大提高

机电一体化技术简化了机构，减少了传动部件，从而使机械磨损、配合及受力变形等所引起的误差大大减少，从而有效提升了整个结构运行的可靠性，同时，由于采用计算机检测与控制技术补偿和校正因各种干扰造成的动态误差，从而达到单纯用机械技术所无法实现的工作精度。

3.3  安全性和可靠性提高

机电一体化产品一般具有自动监控、报警、自动诊断、自动保护、安全联锁控制等功能。这些功能可以避免人身伤害和设备事故，即使发生了一些突发事故，也可以在第一时间对其进行控制，避免了事故负面影响的扩大，从而提高了设备的安全性和可靠性。

3.4  改善操作

机电一体化产品采用计算机程序控制和数字显示，具有良好的人机界面，减少了操作按钮及手柄，改善了设备的操作性能。并且该技术的应用，使得整个生产过程对于人为操作的依赖性逐渐降低，可以借助程序自主完成生产操作。这样也减少了操作人员的培训时间，从而大大简化操作。

3.5  提高柔性

柔性即可以利用软件来改变机器的工作程序，以满足不同的需要。例如，工业机器人具有较大的运动自由度，手爪部分可以换用不同的工具，通过改变控制程序改变运动轨迹和运动姿态，以适应不同的作业要求。

3.6  生产能力和工作质量提高

在传统作业模式下，机械设备的生产流程主要依靠人力来进行调整，机械设备的生产质量在很大程度上会受到人为操作能力的影响。基于虚拟原型的机电一体化设计建模与仿真技术研究，可以使整个生产流程更加程序化，在智能化发展背景下，还可以实现生产参数的动态调整，从而有效提升生产能力与工作质量。

4    结语

机电一体化是整个现代化机械工业发展的必然趨势，是各种技术综合在一起的结果，更是工业化发展的必经之路，它被应用在工程机械中，更大程度地推动了我国机械工业的发展以及进步。现阶段，机电一体化现阶段的发展水平比较低下，但是其作用和影响力是相当大的。因此，我国应该对机电一体化技术以及其应用和创新不断加强，从而推动我国机械工业的快速发展。

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