孟娜

(陜西工商職業(yè)學(xué)院 陜西西安 710121)

機械工程是綜合運用自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)等現(xiàn)代理論以及生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗，對各種機械在開發(fā)設(shè)計、制造安裝、運用維修等方面的理論與實際問題進行解決。機械工程的主要任務(wù)是將一系列新的機械產(chǎn)品研制出來，促使勞動生產(chǎn)率得到提高，生產(chǎn)經(jīng)濟性得到改善。在機械工程發(fā)展過程中，面臨著資源消耗較大、環(huán)境污染嚴重以及加工效率不高等問題。因此，機電一體化等一系列先進技術(shù)被引入機械工程中，顯著改變了機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)方式等各個方面，對機械工程的整體發(fā)展起到了明顯推動作用。為進一步提高機械工程發(fā)展質(zhì)量，需深化對機電一體化技術(shù)的研究，探討機電一體化技術(shù)的應(yīng)用模式與策略。

1 機電一體化技術(shù)概述

1.1 基本概念

機電一體化技術(shù)有機結(jié)合了機械技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)等一系列先進技術(shù)，且在生產(chǎn)實踐中綜合應(yīng)用?，F(xiàn)階段的現(xiàn)代化自動生產(chǎn)設(shè)備，皆采用了機電一體化技術(shù)。通過將機電一體化技術(shù)應(yīng)用于機械工程生產(chǎn)中，可促使機械的智能化、高效化得到實現(xiàn)，機械生產(chǎn)與運行能耗也可得到顯著降低[1]。

1.2 優(yōu)勢特征

和普通機電技術(shù)相比，機電一體化技術(shù)具有較大的優(yōu)勢：第一，功能增強。傳統(tǒng)機電產(chǎn)品只有單項技術(shù)與功能，而機電一體化則集成了多種技術(shù)與功能，使得機電產(chǎn)品具有更加強大的功能，且可以在不同場合、領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用，促使用戶的多元化需求得到滿足。第二，精度提高。通過應(yīng)用機電一體化技術(shù)，能夠?qū)C械機構(gòu)進行簡化，傳動部件明顯減少，這樣可大幅度減少機械磨損、受力變形等因素造成的誤差。同時，干擾因素造成的動態(tài)誤差能夠被計算機檢測與控制技術(shù)有效補償與校正，促使機械設(shè)備的工作精度得到顯著提高。第三，安全性提升。基于機電一體化技術(shù)的支持，自動監(jiān)控、自動診斷、自動保護以及自動報警等一系列自動化功能可以實現(xiàn)，機械設(shè)備運行的安全性、可靠性得到增強，可以避免發(fā)生運行事故，保護生產(chǎn)作業(yè)人員的人身安全。第四，操作改善。通過應(yīng)用機電一體化技術(shù)，可將傳統(tǒng)的操作按鈕與手柄發(fā)展為計算機程序控制和數(shù)字顯示，設(shè)備操作性能得到明顯改善，整體操作難度大幅度降低[2]。第五，柔性提高。結(jié)合具體的生產(chǎn)需求，借助于計算機軟件能夠?qū)C器設(shè)備的工作程序進行有效改變，有效提高了機械設(shè)備的柔性。以應(yīng)用機電一體化技術(shù)的工業(yè)機器人為例，其運動自由度較高，通過對控制程序進行改變，運動軌跡、運動姿態(tài)即可隨之發(fā)生變化，促使不同的作業(yè)要求得到滿足。

2 機電一體化技術(shù)在機械工程中的具體應(yīng)用

2.1 機械工程監(jiān)控中的應(yīng)用

在機械設(shè)備生產(chǎn)運用過程中，難免會有多種多樣的故障出現(xiàn)。如果機械設(shè)備具備自行監(jiān)測功能，就可以及時發(fā)現(xiàn)、處理各種故障異常，促使機械設(shè)備的運行效率、運行安全性得到提升。而通過在機械工程中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，就可有效實現(xiàn)這一功能?；跈C電一體化、電子監(jiān)控等技術(shù)的支持，操作人員可遠程監(jiān)控機械設(shè)備的運行狀態(tài)，一旦有異常故障出現(xiàn)，能夠第一時間進行檢測、判斷與處理。同時，機械設(shè)備也可以向人員自動發(fā)出故障預(yù)警信息，避免異常故障的嚴重化與擴大化。通過實現(xiàn)機械工程自動監(jiān)控，人為監(jiān)控成本得到降低，有助于機械工程整體效益的提升。需注意的是，相關(guān)技術(shù)操作人員要對機械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成進行充分了解，包括液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等，當故障發(fā)生后，工作人員方可以對故障位置準確定位，采取針對性的故障處理措施。

2.2 包裝機械中的應(yīng)用

相較于其他類型的機械設(shè)備，包裝機械的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，凸輪制造、控制連桿具有較大的控制難度，且容易有異常故障發(fā)生，難以高效維修和處理。面對這種情況，可將模塊化技術(shù)應(yīng)用過來，一旦有問題故障出現(xiàn)，工作人員能夠劃分故障模塊，對故障部位、故障原因等進行準確分析，促使異常故障的得到高效解決，機械工程運行的穩(wěn)定性得到保證[3]。此外，通過應(yīng)用機電一體化技術(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)包裝機械的自動化管控。工作人員要利用計算機系統(tǒng)設(shè)定設(shè)備工作流程，輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)及標準，傳動帶、機械臂等各部分結(jié)構(gòu)即可自動運行。通過在包裝機械中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)速度能夠得到大幅度提升，良品率、合格率也可得到有效保證。

2.3 機械精度控制中的應(yīng)用

機電一體化技術(shù)具有良好的精度控制功能，通過在機械工程中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，可以促使機械精度得到大幅度提高?；跈C電一體化技術(shù)的支持，機械設(shè)備的傳統(tǒng)部件得到精簡，這樣機械運行中各類部件所造成的誤差能夠有效減小，促使精度控制得到實現(xiàn)。同時，操作人員還可以借助于計算機檢測技術(shù)等有效補償、校正其他因素所導(dǎo)致的誤差，促使機械工程的精度控制水平得到提高。需特別注意的是，人員的操作規(guī)范化會在很大程度上影響到機械設(shè)備運行精度。部分人員由于缺乏良好的技術(shù)能力和規(guī)范生產(chǎn)意識，容易有不規(guī)范操作行為出現(xiàn)，這樣機械設(shè)備精度將難以保證，機電一體化技術(shù)的優(yōu)勢也無法得到體現(xiàn)。面對這種情況，在應(yīng)用機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上，還需要大力培訓(xùn)機械設(shè)備操作人員，引導(dǎo)其充分掌握機械設(shè)備的運行原理、操作技巧以及規(guī)范要點，嚴格遵循相應(yīng)的規(guī)范、標準開展各項操作，避免有錯誤操作、異常操作等情況出現(xiàn)，可以更加高效地控制工程機械的精度。

2.4 數(shù)控機床技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)控機床技術(shù)融合了電子計算機技術(shù)、數(shù)字化模塊技術(shù)等一系列先進技術(shù)，能夠有效提升機械工程領(lǐng)域生產(chǎn)線設(shè)備的加工運行效率和精準性，快速生產(chǎn)相應(yīng)的機械產(chǎn)品。以汽車制造企業(yè)為例，通過將數(shù)控機床技術(shù)應(yīng)用過來，可以完成快速組裝、拆卸汽車制造的各項零部件，有效提高汽車部件的生產(chǎn)制造效率[4]。近年來，我國數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展迅速，利用機電一體化技術(shù)改造與強化機床設(shè)備，可促使我國高端機床應(yīng)用不足等問題得到根本性解決。但要注意的是，由于我國數(shù)控機床技術(shù)起步較晚，還具有較大的發(fā)展提升空間。因此，未來要進一步深度應(yīng)用機電一體化技術(shù)，促使數(shù)控機床的核心競爭力得到提高。

2.5 機械臂技術(shù)的應(yīng)用

在現(xiàn)代機械工程生產(chǎn)制造過程中，機械臂技術(shù)發(fā)揮著十分重要的作用，其也是機電一體化技術(shù)的典型代表。機械臂能夠精準布控加工設(shè)備，動態(tài)、精準調(diào)整設(shè)備加工速度、加工流程等，促使24 h流水線加工得到實現(xiàn)。進入新時期后，隨著機電一體化技術(shù)的日趨成熟，機械臂具有更加強大的功能和廣泛的作用范圍，目前已經(jīng)在汽車制造、發(fā)動機研發(fā)等諸多領(lǐng)域得到深度應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)人工操作模式，機械臂技術(shù)在精準性、高效性方面具有較大的優(yōu)勢。同時，機械臂技術(shù)能夠在高溫環(huán)境、強堿強酸環(huán)境中應(yīng)用，可克服不良環(huán)境條件的干擾與影響。

3 機電一體化技術(shù)在機械工程中的發(fā)展趨勢

由于機電一體化融合了較多的學(xué)科與技術(shù)，如機械、電子、計算機等，隨著這些學(xué)科與技術(shù)的發(fā)展，機電一體化技術(shù)將會更加成熟。

3.1 智能化

近年來，人工智能與機電一體化技術(shù)的融合受到充分重視，逐漸產(chǎn)生了數(shù)控機床智能化與機器人等。具體來講，就是將計算機科學(xué)、人工智能、模糊數(shù)學(xué)等先進思想與方法綜合運用，對人類智能進行模擬，以便進一步優(yōu)化機械設(shè)備的判斷推理、決策控制等功能。通過在機械設(shè)備中應(yīng)用高性能、高速的微處理器，促使其具備一些低級智能，可以進一步推動機械工程的發(fā)展。就目前來講，人工智能與機電一體化技術(shù)的融合還處于初步發(fā)展階段，相關(guān)工作者要深化研究工作，逐步拓展二者的融合深度，提升機械工程的智能化水平。

3.2 模塊化

就現(xiàn)階段而言，機電一體化產(chǎn)品具有繁多的種類，不同產(chǎn)品在接口方面存在著較大的差異，對生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及機械工程的發(fā)展造成了不利影響。面對這種情況，需堅持模塊化發(fā)展理念，逐步對各類機電一體化產(chǎn)品的機械接口、電氣接口、動力接口等進行統(tǒng)一。通過對標準單元進行研發(fā)，可促使機械新產(chǎn)品的開發(fā)速度得到加快，機械生產(chǎn)規(guī)模也能夠顯著擴大。在具體實踐中，要與機械工程領(lǐng)域的大企業(yè)聯(lián)合起來，統(tǒng)一制定各項標準，促使機電一體化技術(shù)的模塊化得到實現(xiàn)[5-8]。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是計算機技術(shù)的重要分支，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，深刻影響到科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)及人們的生產(chǎn)生活。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效連接了全球經(jīng)濟與生產(chǎn)，當研制出具有可靠質(zhì)量、獨特功能的機電一體化新產(chǎn)品后，將會在短時間內(nèi)向全球范圍內(nèi)普及。同時，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也催生了遠程控制及監(jiān)控技術(shù)，而機電一體化產(chǎn)品則是遠程控制的終端設(shè)備?；诰W(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，能夠利用現(xiàn)場總線、局域網(wǎng)等連接生產(chǎn)設(shè)備，將計算機集成設(shè)備系統(tǒng)建設(shè)起來，有助于提高設(shè)備運行效率。在未來發(fā)展過程中，機電一體化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢將會明顯增強。

3.4 微型化

過去機電一體化產(chǎn)品的體積較大，對其在機械工程中的應(yīng)用造成了嚴重的限制。面對這種情況，20世紀80年代開始研究機電一體化技術(shù)的微型化，開始朝著微型機器、微觀領(lǐng)域等方向發(fā)展。相較于傳統(tǒng)機械產(chǎn)品，微機電一體化產(chǎn)品具有較小體積、較少耗能等優(yōu)勢，并得到了廣泛應(yīng)用。就現(xiàn)階段而言，微機械技術(shù)是微機電一體化發(fā)展的主要瓶頸，通常利用光刻技術(shù)、蝕客技術(shù)等超精密技術(shù)加工微機電一體化產(chǎn)品。

4 結(jié)語

綜上所述，一方面，機電一體化技術(shù)日趨成熟，在機械工程領(lǐng)域的應(yīng)用廣度、深度也在持續(xù)拓展。另一方面，由于其自身功能強大，優(yōu)勢眾多的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機械工程領(lǐng)域，顯著推動了機械工程行業(yè)的發(fā)展。近年來，為進一步加快機械工程行業(yè)的發(fā)展步伐，需結(jié)合現(xiàn)階段機械工程發(fā)展中面臨的問題，持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展機電一體化技術(shù)，逐步提升機電一體化技術(shù)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及微型化等，促使機電一體化技術(shù)的優(yōu)勢、作用得到有效加強。