机电工程技术应用及其自动化问题研究

李水军

（绍兴智立机电科技有限公司，浙江绍兴 312300）

1 机电工程技术应用

1.1 在机械制造中的应用

（1）机电工程技术在机械设计中起到关键的作用。设计师通过使用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）软件，可对机械零件和装配进行精确的绘制与模拟。而应用机电工程技术，可帮助设计师选择适当的材料、工艺和结构，确保机械的可靠性、稳定性和高效性。

（2）机电工程技术可应用在机械装配线上，实现机械的自动化装配。自动化装配可大幅提高装配效率和产品质量。例如，自动化机械臂可进行定位、拧紧和焊接等操作，自动控制系统可实现对装配过程的监测和调节。

（3）机器人技术也是机电工程技术在机械制造中的重要应用之一。机器人可代替人工完成重复、繁重和危险的任务，提高生产效率和工作安全性。例如，机器人可进行零件的搬运、焊接、喷涂等操作，实现生产线的自动化作业。

（4）机电工程技术也应用在机械设备的维护和检修中。通过使用传感器和自动化控制系统，可实现对机械设备的状态监测和故障诊断，帮助实施预防性维护和故障预测，延长机械设备的使用寿命和提高运行效率。

1.2 在智能制造中的应用

（1）机电工程技术可应用于智能制造系统的控制系统设计和开发。通过使用传感器、执行器和自动化控制技术，可实现对生产过程的实时监测和调节。智能控制系统可根据生产需求与工艺参数自动调整设备和工艺参数，提高生产效率和产品质量。

（2）物联网技术是智能制造的关键技术之一，机电工程技术可应用于物联网系统的设计和开发。通过将机械设备、传感器和计算机网络相连接，实现设备的远程监控和数据的实时传输。物联网技术可提供大量的实时数据，为决策和优化提供支持。并且机器人和自动化技术是智能制造的重要组成部分，机电工程技术在这方面同样发挥着关键的作用。机电工程技术可应用于机器人的设计、编程和控制，实现自动化作业和生产流程。

（3）在智能制造中，机电工程技术可应用于数据分析和人工智能技术的开发。通过对生产数据进行分析和挖掘，提取有价值的信息和知识，为生产决策和优化提供支持。并且机电工程技术还可应用于人工智能技术的开发和应用，实现智能化的生产和管理。

（4）虚拟仿真和数字孪生技术是智能制造中重要的先进技术之一，机电工程技术可应用于该系统的设计和开发。通过使用计算机模型和仿真软件，可对生产过程进行虚拟仿真和优化，提高生产效率和质量。而数字孪生技术则可将虚拟模型与实际生产过程实时连接，实现对生产状态和效率的监测与优化。

1.3 在数控机床中的应用

（1）机电工程技术可应用于数控系统的设计与开发。数控系统是数控机床的核心部分，其通过控制算法和信号处理，实现对机床各个轴的运动控制、速度控制和位置控制。机电工程技术可应用于数控系统的硬件设计与制造、软件开发与调试，为数控机床提供精确的控制性能。

（2）机电工程技术在数控机床中广泛应用于伺服控制技术。伺服系统可通过反馈控制，实时调整机床运动轴的位置、速度和力矩等参数，实现精确的加工操作。机电工程技术可应用于伺服系统的传感器设计与安装、电机控制器选择与调试，以及闭环反馈控制算法的设计与优化，提高数控机床的运动精度和稳定性。

（3）机电工程技术在数控机床中的运动控制方面也发挥着重要的作用。运动控制是指通过控制算法对数控机床的各个轴进行准确的运动控制。机电工程技术可应用于数控机床运动控制系统的设计与调试，包括轴驱动器的选型与调试、速度规划与轨迹规划算法的设计与优化，以及位置反馈传感器的选择与校准等。

（4）机电工程技术在数控机床的刀具与切削技术方面也发挥着重要的作用。刀具选择与切削参数的优化可影响到加工质量和效率。机电工程技术可应用于刀具选型与切削参数优化，实现高效率、高质量的加工过程。

（5）机电工程技术在数控机床的故障诊断与维护方面也非常重要。通过使用传感器和监测系统，可实时监测机床的工作状态和故障信息，及时诊断出故障的原因和位置，提高机床的可靠性和可维护性。机电工程技术还可应用于故障诊断系统的设计与开发、故障排除与维修，提高机床的生产效率和稳定性。

2 机电工程自动化技术的问题

2.1 技术体系问题

机电工程自动化技术体系主要包括硬件技术、控制技术和信息技术3个方面。然而随着技术的发展和应用的不断拓展，机电工程自动化技术的技术体系也正面临一些问题，若不进行优化会造成较大的影响[1]。目前，机电工程自动化技术的发展仍然缺乏统一的规范和标准，不同厂家和开发者在技术实现、接口设计、数据通信等方面存在差异，降低了技术的互操作性和兼容性。并且机电工程自动化技术涉及多个学科领域的技术，如机械、电子、控制、计算机等，各个学科领域间的交叉融合和技术的集成是一个难题。不同学科间的专业知识和技术体系的整合，需跨学科的研究和合作，难度较大。同时，随着科技的不断发展和创新，新技术层出不穷，机电工程自动化技术的更新速度较快，技术体系也在不断变化和演化，给从业人员提出了更新技能和学习新知识的挑战。此外，机电工程自动化技术在应用中所面临的安全性与可靠性问题较多。自动化系统的故障或失控可能引发严重事故，尤其是在一些涉及人员生命安全的领域，如核电站、航空航天等，如何确保系统的安全性和可靠性是一个重要的技术问题。最后，随着机电工程自动化技术的发展，人机交互变得越来越重要。如何设计简单易用、人机接口友好的自动化系统，使人们能够方便地与系统进行交互和操作，是一个亟待解决的技术问题。

2.2 机电设计标准不统一

虽然我国的机电工程技术发展十分迅速，但在机电设计标准、安装流程上面，仍存在不统一的现象与问题[2]。机电工程自动化技术是一个国际性的领域，不同国家有不同的标准和规范。机电工程自动化技术涉及多个行业，如机械制造、电子、自动化控制等，每个行业都有其特定的标准和规范。然而，一些行业中的标准缺失或不完善，导致机电设计标准无法统一。比如，在一些新兴行业，如无人驾驶、人工智能等领域，相关的机电设计标准还在不断制订和完善中。此外，由于企业自身的发展和需求不同，不同企业的机电设计标准也会存在差异。一些大型企业可能拥有自己独立的标准体系，而中小型企业则可能缺乏标准化的设计流程和规范。最后，机电工程自动化技术的更新速度较快，新技术层出不穷。因此，现有标准可能无法及时跟进最新的技术发展，导致机电设计标准滞后于技术进步。

3 机电工程自动化技术的优化方向

3.1 模块化发展

模块化发展是指将机电设备和系统拆分成独立的模块，通过标准化和模块化的方式进行设计、制造和安装，以提高设备和系统的灵活性、可维护性和可扩展性，从而降低成本、提高效率和实现可持续发展。①应当设计和制造符合标准的模块化组件，使其具有独立的功能和接口，以便与其他模块进行组合和集成。②引入标准化的接口和规范，实现不同厂家和型号的模块互换与兼容，提高系统的灵活性和可维护性。并且需对各个模块进行集成和测试，优化模块的集成方式，采用插拔式连接器和接口，简化集成过程，降低集成成本。③引入自动化测试技术，实现对模块的自动测试和故障排查，提高测试效率和系统的可靠性。

3.2 智能化发展

智能化发展是指利用先进的信息技术、人工智能和物联网等技术手段，实现机电设备和系统的智能化、自动化与智联化，以提升生产效率、降低成本、提高产品质量和实现可持续发展。

（1）可优化数据采集的方式和手段。通过引入传感器、仪表和监测设备等，实现对机电设备和系统的实时数据监测与采集，对采集到的数据进行深入分析和挖掘，以获取有价值的信息，为决策和优化提供支持。

（2）可通过优化控制算法、提升控制系统的实时性和响应性，实现对机电设备和系统的精确控制与调节。同时，引入机器学习和人工智能技术，实现自适应控制和优化控制，提升系统的智能性和自动化水平。

（3）智能化发展需从整体角度对机电设备和系统进行优化与管理。可引入综合管理系统，对设备和系统的运行状态、能耗、维护与故障等进行综合管理及优化。通过全面的数据分析和监测，实现设备和系统的高效运行与优化配置。

4 结束语

随着科技的进步和社会的发展，机电工程技术的应用越来越广泛，对推动经济发展和提升生产效率起到了重要作用。在这一过程中，自动化技术成为机电工程技术领域的重要发展方向，其可极大提高生产效率、降低成本，并减少人为错误的发生。在未来的研究中，需进一步研究机电工程技术在机械制造、智能制造等领域的应用，提高自动化技术在机电工程中的应用水平，推动机电工程技术的发展。通过这些努力，可更好地应对机电工程技术应用和自动化问题所带来的挑战，为推动工业化的进程作出更大的贡献。