机电一体化关键技术在机械工程中的有效性

王泽忠 王禹天

摘要：随着我国现代水平的不断提高，科学技术推动了自动化机械制造的发展，带动了机械工程领域制造水平的提升。机械工程制造的产品质量与机电一体化的关键技术有着密不可分的關系。文章针对机电一体化的关键技术进行了概述，分析机电一体化技术在机械工程领域中的实际应用，最后在多项技术的基础上，引申虚拟原型技术与机电一体化之间的关系，以更好的推进我国机械制造行业的发展。

Abstract： With the continuous improvement of China's modern level， science and technology has promoted the development of automatic machinery manufacturing and the improvement of manufacturing level in the field of mechanical engineering. The product quality of mechanical engineering manufacturing is closely related to the key technology of mechatronics. This paper summarizes the key technologies of mechatronics， analyzes the practical application of mechatronics technology in the field of mechanical engineering， and finally extends the relationship between virtual prototype technology and Mechatronics on the basis of many technologies， so as to better promote the development of China's machinery manufacturing industry.

关键词：机电一体化;机械工程;虚拟原型

Key words： mechatronics;mechanical engineering;virtual prototype

中图分类号：TH122                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）04-0112-03

0  引言

机电一体化就是将机械、电子与信息技术进行结合，以实现现代工业自动化生产的一种新型技术，建立在精密机械技术、计算机与信息处理技术以及自动化控制技术等多项技术之上的一种高新科技[1]。主要以机械为主，以计算机技术为核心，实现机电一体化的飞速发展。机电一体化产品的开发与设计正在经历着革新，产品的机械性能需要得到提高。而虚拟原型技术是在机电一体化思想的统领下，利用虚拟原型技术对各个方面的壁垒进行重新设计，从而完成不同功能的独立改造和优化，缩短产品开发周期，提高产品机械性能。

1  机电一体化油田应用

机电一体化是核心，也是主体，采用新材料、新设计的方式，满足机电一体化产品的高精度、轻重量要求，同时还要满足产品自身动态性能高的功能，达到热变形小、磨损小的要求。针对油田机械设备而言，对性能的要求高，将机械技术应用在油田设备中，能够帮助油田设备实现从结构上、材料上以及性能上的转变，提高精度和性能，为了让油田设备可以更好的运行，还需要借助计算机辅助技术，打造新一代的油田设备。

2  机械工程领域对于机电一体化技术的有效性

2.1 机械包装

对于机械包装而言，大多数企业仍然以凸轮构造或者而控制连杆的方式进行设计，然而，这种传统构造具有单一性，对于控制电路和连杆结构具有局限性，也会导致机械包装的过程变得复杂困难，且会增添后续维修机械和调试机械的难度。相比之下，采用机电一体化技术代替传统的机械包装技术，可以缩小传动部件的体积，还可以缩减机械能耗。对机电一体化中的检测与传感技术进行综合性利用，有助于零件总体结构精密性的提升，保证产品的经济效益和环保效益[2]。

2.2 信息处理技术

信息处理技术可以对设备的信息进行输入、输出、识别和存储等功能，借助计算机设备完成上述操作，因此计算机技术与信息处理技术密不可分，机电一体化系统的智能化发展更要借助信息处理技术完成信息的处理，从而对设备进行控制。

2.3 自动控制技术

机电一体化系统最大的优势就是可以对控制系统的运行功能进行检测与处理。控制系统关系到系统本身的结果运行，要采取相应的控制技术，完成对设备的检测与管理，控制系统的特点就是将现有的机械技术与电子信息技术相结合，并利用系统功能的方式让整个系统达到最优。

2.4 机床改造

当前，大多数企业将数控机床作为主要生产的机床种类，对于数控机床本身而言，要具备严格的机床运行要求，从而保证刀具运动轨迹的准确性。但是在一些特殊情况下，机床加工容易出现偏差，如果不能对这些偏差进行妥善处理，则会出现更大的失误导致产品质量出现问题。因此，针对偏差要进行妥善限定，不要超出最大的偏差区间。企业要适当引进机电一体化技术手段，如利用伺服控制系统，对机床的精密度进行改造控制，伺服控制系统的应用，更有利于产品的日常维修，简化内部结构，缩短排除故障的时间，提高运行效率。如果要对现有的机床总体构造进行调整，只需要引入特定的一体化技术即可进行解决。目前，数控机床拥有独立的数控运行特点，企业如果能够加以重视和改进，可以推动现存机床的快速发展[3]。

2.5 开发产品

除了在机械包装和机床方面的应用外，机电一体化技术还可以应用在各类机电产品的开发中，从而保证产品的开发质量和发展前景。当前大多數的机械产品都比较多变，一些智能化机械内部构造更是精细，利用一体化技术手段，对自动化、智能化的新型机械结构进行全面改造，在保证机械构造原始功能不变的同时增加一些全新的产品功能。对于机床产品而言，可以利用CAD技术或者自动操控手段，对一些零件形态进行自动识别，并根据特定的加工程序实现零件的自动化加工。机械工程本身具有一定的科技含量和产品价值，在现阶段的机械工程领域中具有较好的发展前景（如图1）。

2.6 生产检测与操作系统

借助机电一体化系统，建立一个可以实现生产和管理自动化和信息化的检测系统。为了可以实现油田设备中，对生产的实时检测与智能化操作，需要借助机电一体化技术，对系统进行自动化开发，一旦检测到异常情况，如液位越限、压力过高或过低等情况，可以实现自动保护与调整的功能，同时还可以在总监控室进行远程监控的命令下发，读取生产区的生产资料，这种方式大大减少了人工成本与工作强度。该系统借助机电一体化技术，可以实现生产自动化，对巡检管理和生产安全监视进行智能操作，同时还可以实现报警管理、历史数据统计管理、安全管理等多项功能。特别是油田设备的保护和控制，更要加以重视，针对油田设备中的每一个器件工作情况，都要进行有针对性的保护。借助报警管理设备，当油田设备的有几组发生故障或者发生意外情况，立即做出报警操作，当发生事故后，可以自动或手动实现停车功能，机电一体化的应用能够大大提高油田设备的工作效率[4]。

2.7 接口技术

接口技术是一种连接机电一体化控制系统关于外部设备通信的技术，在机电一体化系统中，计算机设备与传感器设备之间的连接和信息交换都需要通过接口技术进行实现。实现接口功能不仅要进行硬件电路的设置，还需要进行驱动程序的设计，接口硬件和软件的结合都需要通过接口技术实现。

2.8 监控与诊断技术

监控与诊断技术可以保证机电一体化设备的运行更加稳定可靠，发挥出最大的效能。对加工的物力状态、工艺状态进行测量，对故障机理进行诊断，并根据设备的故障模型，对设备进行性能诊断和功能诊断，以提高系统的可靠性运行。

2.9 监控系统

机电一体化技术优势众多，主要体现在具有良好的安全控制功能和修复功能，所以在监控系统中，机电一体化技术也得到了应用。在机械工程中的液压系统和自动化系统中，都能够体现出机电一体化技术的优势，实现对机械工程的全方位监控。在机械工程中，利用监控系统对设备运行中产生的各种故障进行自动检查，为维修人员提供方便，减少工作强度。将机电一体化技术应用在机械工程领域中，不仅可以改变维修人员的工作形式，还可以提升机械工程的整体运行效率。在监控系统中的报警设备，可以帮助工作人员对系统故障进行及时处理，避免机械功能因维修不及时而造成更大的经济损失。

3  机电一体化虚拟原型技术的应用

3.1 虚拟原型技术

虚拟原型技术是在CAX/DFX技术以及物理样机设计的基础上，再融合机电一体化技术，对它们进行综合管理，并形成一个从产品设计、仿真以及分析的复杂开发模式。利用虚拟原型技术可以解决传统机械产品中所遇到的瓶颈问题，该技术与传统的设计思想相比，最大的优势就是可以将多领域技术进行融合，通过一定关系形成动态系统。借助CAD模型、外观模型以及仿真模型等模型联合体，在虚拟工况环境下，对产品关键性能指标进行可视化分析。其优势是缩短开发时间，降低开发成本，提高产品竞争。设计原理如图2所示。

3.2 虚拟原型技术在机电一体化产品中的应用

3.2.1 设计思想

传统的机电一体化设计是一种相对简单的串行开发，其设计思想针对于复杂的开发活动可管理，但是没有将产品之间的各个环境进行并行开发，导致产品开发时间久、成本高。前期的设计环节考虑较少，导致设计出现修改次数过多，没有将产品的可制造性充分发挥出来，无法及早发现问题并解决。因此，机电一体化产品的设计需要一种先进的设计思想指导产品的设计与开发，虚拟原型技术具有并行开发的功能，可以弥补传统设计中存在的不足，解决设计过程中遇到的瓶颈问题[5]。

3.2.2 发展趋势

机电一体化产品设计过程中，涉及到多种技术领域，多种技术之间进行相互融合、交互，为数字化、虚拟化发展提供助力。将虚拟原型技术应用到机电一体化产品设计中，可以加快推进数字化、虚拟化的产品设计发展。

3.2.3 两者关系

虚拟原型技术与机电一体化产品相辅相成，互相成就。虚拟原型技术为设计人员提供了开发助力，让产品设计可以更加简单方便。随着机电一体化产品的不断发展，对设计技术、设计思想会有更高的要求。因此，对于虚拟原型技术而言，也需要作进一步的发展。

4  结语

机电一体化相关技术可应用在多种领域中，尤其在机械工程制造领域的应用，更能凸显机电一体化技术的优势。不仅能够提高生产效率，还能够便利人们的生活。近年来，工业快速发展阶段对机电一体化产品的要求越来越高，智能化成为了主要发展趋势，同时也为绿色化的机电一体化产品设计提供平台，让产品的寿命得到延长，保证产品的残存部分可以得到分解和可再生利用。

参考文献：

[1]高万成，高亚龙，隋延宝.浅谈机电一体化技术在机械工程上的应用及其趋势展望[J].农家科技（下旬刊），2019（3）：185.

[2]杨洁，赵海龙.浅谈机电一体化技术在机械工程上的应用[J].中国设备工程，2019（10）：179-180.

[3]孙贵芹.浅谈机电一体化技术在智能机械装备上的应用及发展[J].建筑工程技术与设计，2019（19）：959.

[4]付高原.初探机电一体化技术在机械工程中的应用[J].内燃机与配件，2020（7）：229-230.

[5]孙智杰.机电一体化技术在机械工程上的应用及发展趋势探析[J].中国设备工程，2019（6）：209-210.

[6]司李南.基于机电一体化技术在工程机械中的实践分析[J].建筑工程技术与设计，2020（33）：605.

[7]于雷.工程机械运用机电一体化技术的具体分析[J].建筑工程技术与设计，2018（21）：926.

[8]谭伟军.现代工程机械中机电一体化技术的应用情况探究[J].消费导刊，2017（10）：38.

[9]徐伟.现代工程机械中机电一体化技术的应用情况探究[J].建筑工程技术与设计，2017（12）：117.

[10]吕岗.现代工程机械中机电一体化技术的应用情况探究[J].建筑工程技术与设计，2017（10）：103.

[11]白建雄.機电一体化在工程机械中的技术应用分析[J].百科论坛电子杂志，2018（21）：705.

[12]王晓亮.机电一体化在工程机械中的技术应用分析[J].商品与质量，2018（37）：153.

[13]何祚勇，赵元航，王良礼，等.机电一体化在工程机械中的技术应用分析[J].南方农机，2018，49（19）：170.

[14]李井初.机电一体化在工程机械中的技术应用分析[J].百科论坛电子杂志，2020（5）：1386-1387.

[15]郑继铎.机电一体化在工程机械中的技术应用分析[J].建筑工程技术与设计，2020（20）：671.

[16]李玉镇，苏金生.机电一体化技术在机械工程中的应用分析[J].南方农机，2020，51（9）：225.

[17]孟凡森.机电一体化技术在机械工程中的应用分析[J].建筑工程技术与设计，2020（20）：669.

[18]肖军正.机电一体化技术在机械工程中的应用分析[J].建筑工程技术与设计，2020（19）：3598.

[19]贾烨.机电一体化技术在机械工程中的应用分析[J].建筑工程技术与设计，2020（20）：631.

[20]潘世超.机电一体化技术在机械工程中的应用分析[J].建筑工程技术与设计，2017（30）：1094.