机电一体化系统在机械工程中的应用分析

窦兴玉

机电一体化系统在机械工程中的应用分析

窦兴玉1,2

(1.鹤壁应急高级技工学校，河南 鹤壁 458030；2.鹤壁能源化工职业学院，河南 鹤壁 458030)

机电一体化系统以强大的综合性优势，在机械工程的各个领域获得了广阔的应用。通过分析机电一体化系统的应用场景，充分发挥机电一体化系统综合化、多元化的优势，进一步扩展其在机械工程领域的应用范围，有利于提高机械工程项目的生产效率，推动机电一体化系统与机械工程领域的融合发展。

机电一体化系统；机械工程；操作控制；机械精度

机电一体化系统是由机械工程和电子技术紧密结合而成的一种综合化生产系统，包含了机械、信息、电子、传感等多种技术，具有开放性、兼容性、多元化等特点。目前，机电一体化系统在机械工程中的机床升级、机械维护、数据处理、精密加工、自动控制、机械监控、智能制造等领域得到了广泛的应用。深入分析机电一体化系统优势，根据技术特点与应用场景进行融合，充分发挥其综合化、多元化的优势，可确保机械运行的可靠性和高效性，推动我国机械行业生产理念和方法的更新，实现行业的发展和升级，提高机械工程整体生产水平和质量，推动机电一体化系统与机械工程领域的融合发展。

1　数控机床的改造升级

机械工程是以自然科学与技术科学为基础理论，综合多元化生产技术经验，以解决各种机械设备有关于设计、研发、生产、维修、安装等方面的理论和实践问题。随着科技的发展，机械设备的生产加工效率和质量与数控机床的性能密切相关。利用机电一体化系统的优势，深入分析整个机床的运行情况，针对运行过程中存在的缺陷和不足，可以给机床改造和升级提供有力的依据和支持[1]。数控机床的改造升级需要大量精确的数据作为分析基础，应用机电一体化系统可以高效采集数控机床运行的相关数据，尤其是与机床性能直接相关重点机构的运行参数，如机床上的刀具配置参数，刀具完成机械生产加工任务时存在的偏差数值等。数据采集完成后会形成数据库，研发人员可以从数据库中便捷地调用关键参数，根据数据分析建立机床运行状态曲线和模型，为机床的改造和升级提供数据支持。

2　机电一体化系统在机械工程中的应用

2.1　机械设备的维护

机械设备的结构复杂，部件繁多，工况复杂，在长期使用过程中容易出现磨损等问题，需要及时进行维护，以避免其在运行过程中发生故障。应用机电一体化系统进行机械设备的维护，可以及时监测到设备所有结构和零部件的运行状态和关键参数，如电路系统、齿轮系统、传送系统等，针对监测结果展开及时维护，可有效降低故障率。近年来，随着机械工程行业的快速发展，机械设备的类型不断增加，机械设备的功能显著增强，机械设备的结构也越来越复杂，给维护工作带来较大压力[2]。将计算机和电子感应等先进技术融入机电一体化系统，运维人员在机械设备的维护过程中，通过应用机电一体化系统可采集到机械设备运行数据，结合计算机技术和电子感应技术进行数据分析后，可快速确定故障的具体位置以及所涉及到的部件机构，提高维护效率，从而有效提升设备运行的稳定性和可靠性。例如运维人员在检修过程中发现机械设备操作杆的运行数据存在异常，通过机电一体化系统的数据分析，可及时发现操作杆异常主要是由于齿轮运行障碍造成，而齿轮运转问题与润滑不足有关，可快速确定故障位置和故障原因，及时对齿轮以及相关传送结构进行润滑，提高齿轮运行顺畅性，迅速排除故障。

2.2　运行过程的控制和处理

随着机械工程技术的发展，机械设备的升级更趋向于自动化和智能化，在显著提高运行和生产效率的同时，也对机械设备运行数据的控制和处理提出了更高的要求。机电一体化系统应用的目的就是让机械设备处于高度统筹控制之下，使所有的运行操作都基于数据处理而完成。机电一体化系统的TPU单元通过分析系统中传感模块采集到数据后，将分析结果发送到系统控制中心，在系统数据库中形成相应的控制指令[3]。系统控制中心根据数据处理结果完成指令调用，将指令传递到控制机构完成相应的操作。机电一体化系统在数据处理方面的能力极强，例如在纺织机械系统中，可以通过数据处理分析出纺织机械绕线结构最佳的绕线频率，使其与纺织机械运转相互匹配，可有效避免因绕线过快或者过慢而引发的问题。

2.3　机械设备的精密加工

近年来，机械工程行业开始由基础粗放加工模式向精密化加工模式发展。应用机电一体化系统可大幅提升机械设备加工的精确度，通过设置高精确度的生产参数，优化机械的加工生产流程，严格把控每个生产加工细节，及时纠正和补差，将精度控制在合理的范围之内，大幅度提升机械设备的生产加工质量，以更高的精度来满足精密化加工的需求，还可实现纳米级别参数的加工，能够更好地应用于精确化机械设备的加工领域[4]。以建筑机械工程为例，由于混凝土配比直接关系到工程施工质量，而配比中需要对所有的混凝土原料进行精确计量，通过应用机电一体化系统，结合精密的计量设备和精密的参数设置，可严格控制整个计量过程，有效规避其他外界因素的干扰，保证计量和配比符合标准，实现精密计量模式的优化升级。

2.4　机械设备的自动化控制和智能化升级

自动控制技术是指在没有人力直接参与的背景下，通过应用相应的设备和装置使控制对象可以按照预先设定的程序运行，目前已被广泛应用于机械工程领域。自动控制是机械设备执行运行指令的重要基础，通过应用机电一体化系统可以全面提升机械设备的自动控制能力，显著提高机械设备运行效率以及稳定性。自动控制能有效降低机械工程领域对人力的需求，在解决操作人员数量、能力、技术经验等问题上发挥着重要作用[5]。将自动化控制技术融入机电一体化系统中，可实现对作业工序的全程控制，保证作业工序完全按照预定的方案执行，还可以根据机械设备运行情况和生产目标，对操作步骤进行灵活调整。如在挖掘机械的使用过程中，通过应用机电一体化系统可针对挖掘环境的差异，对机械臂抬起的高度、转向等参数来调用相应的指令，执行自动控制操作，进一步提高机械设备操控的准确性。

随着机械工程技术的不断发展，机械设备的智能化升级已经成为新时代背景下未来的发展趋势。智能化机械设备可以模拟人类思维，通过在运行过程中完成自我学习，掌握机械设备运行的智能化处理方法[7]。在机电一体化系统模块中，可以给机械设备智能化升级提供数据和信息支持，使机械设备拥有更加稳定的性能，进一步拓宽其应用范围。

2.5　运行数据的检测和监控

运行数据的检测和监控是指在机电一体化系统模式下对机械设备的运行过程和情况进行监控，其主要目的是掌握机械设备的运行参数和加工精度是否存在偏差和异常。应用机电一体化系统可以对设备参数、加工参数等进行有针对性的监控，并将运行数据及时传输到机械工程控制平台，为机械控制管理提供支持[6]。由于机械设备类型多样，其属性、特点、应用范围都有所不同，通过应用机电一体化系统可根据需要检测和监控内容，有针对性地采集关键的参数。如在对传动系统运行数据的检测和监控中，主要采集传动系统的动力情况、运行参数；对液压系统运行数据的检测和监控，则主要采集液压的压力面是否达标。还可针对关键的参数进行报警设置，当出现异常情况后，可以及时向相关操作人员报警，以便及时排除故障，从而保证机械设备的安全运行和操作人员的人身安全。

2.6　机械设备的微型制造

随着机械工程领域的发展，机械设备结构部件的微型化已成为未来的发展趋势。微型化能减小机械设备占用的空间，提高机械设备使用的灵活性，减少设备的能耗，对于节约成本有着重要的价值。机械设备的微型制造不仅是指机械设备体积的减小，同时还需保持原有功能性，这就对结构和零部件的精密化提出了更高要求。基于机电一体化系统可以实现各个微型化机械结构和零部件的兼容，使机械电子结构单元可完成多个任务，在机械设备微型制造的过程中起到核心的协调作用。应用机电一体化技术还可以提高微型机械结构部件的加工工艺水平，对于细节进行优化升级，让机械设备在缩小体积的同时性能得以强化。

3　结语

机械工程是国民经济重要的组成部分，机电一体化是机械工程未来发展的方向，机电一体化系统以其强大的综合性、开放性、兼容性，在机械工程的各个领域获得了广泛的应用。充分利用机电一体化系统的优势，结合各种先进技术，实现机械工程领域的自动化、智能化、精密化、微型化转型，有利于进一步优化我国国民经济结构，提升行业核心竞争力，提高机械工程整体生产水平和质量，推动机电一体化系统与机械工程领域的融合发展。

[1] 齐晓苗,韩彦春.基于机电一体化系统在农业机械工程中的应用分析[J].中国科技投资,2021(19):57,93.

[2] 付保英.基于PLC和MCGS的机械手装配系统设计[J].机电工程技术,2021,50(8):63-65.

[3] 羊荣金,沈孟锋,罗晓晔,等.基于模具柔性制造系统的工程教学应用研究[J].装备制造技术,2021(4):185-188, 202.

[4] 钟岚.基于多传感器信息融合的机电一体化系统设计[J].现代电子技术,2021,44(12):6-10.

[5] 汪金明.关于机电一体化技术在现代工程机械中的运用探讨[J].汽车博览,2021(22):74-75.

[6] 刘玉亮.简析电气工程设计与低压电器的机电一体化[J].百科论坛电子杂志,2021(7):2572.

[7] 汪浩,刘树青,贾茜,等.基于数字孪生的数控机床自动上下料系统设计[J].机械制造与自动化,2021,50(4):101-103.

Application analysis of mechatronics system in mechanical engineering

DOU Xingyu1,2

(1.Hebi Emergency Senior Technical School, Hebi, Henan 458030, China; 2.Hebi Energy and Chemical Vocational College, Hebi, Henan 458030, China)

Mechatronic system has been widely used in various fields of mechanical engineering due to its strong comprehensive advantages. By analyzing the application of electromechanical integration system, give full play to the comprehensive and diversified advantages of electromechanical integration system, and further expand its application scope in the mechanical engineering field, which is conducive to improving the production efficiency of mechanical engineering projects and promoting the integrated development of mechatronics system and mechanical engineering field.

mechatronics system; mechanical engineering; operation control; machine accuracy

TH-39

A

2096–8736(2022)05–0027–03

窦兴玉(1986—)，男，河南安阳人，大学本科，讲师，主要研究方向为机电一体化。

责任编辑：阳湘晖

英文编辑：吴志立