竇興玉

機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用分析

竇興玉1,2

(1.鶴壁應(yīng)急高級技工學(xué)校，河南 鶴壁 458030；2.鶴壁能源化工職業(yè)學(xué)院，河南 鶴壁 458030)

機(jī)電一體化系統(tǒng)以強(qiáng)大的綜合性優(yōu)勢，在機(jī)械工程的各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣闊的應(yīng)用。通過分析機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用場景，充分發(fā)揮機(jī)電一體化系統(tǒng)綜合化、多元化的優(yōu)勢，進(jìn)一步擴(kuò)展其在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，有利于提高機(jī)械工程項(xiàng)目的生產(chǎn)效率，推動機(jī)電一體化系統(tǒng)與機(jī)械工程領(lǐng)域的融合發(fā)展。

機(jī)電一體化系統(tǒng)；機(jī)械工程；操作控制；機(jī)械精度

機(jī)電一體化系統(tǒng)是由機(jī)械工程和電子技術(shù)緊密結(jié)合而成的一種綜合化生產(chǎn)系統(tǒng)，包含了機(jī)械、信息、電子、傳感等多種技術(shù)，具有開放性、兼容性、多元化等特點(diǎn)。目前，機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的機(jī)床升級、機(jī)械維護(hù)、數(shù)據(jù)處理、精密加工、自動控制、機(jī)械監(jiān)控、智能制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。深入分析機(jī)電一體化系統(tǒng)優(yōu)勢，根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用場景進(jìn)行融合，充分發(fā)揮其綜合化、多元化的優(yōu)勢，可確保機(jī)械運(yùn)行的可靠性和高效性，推動我國機(jī)械行業(yè)生產(chǎn)理念和方法的更新，實(shí)現(xiàn)行業(yè)的發(fā)展和升級，提高機(jī)械工程整體生產(chǎn)水平和質(zhì)量，推動機(jī)電一體化系統(tǒng)與機(jī)械工程領(lǐng)域的融合發(fā)展。

1　數(shù)控機(jī)床的改造升級

機(jī)械工程是以自然科學(xué)與技術(shù)科學(xué)為基礎(chǔ)理論，綜合多元化生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，以解決各種機(jī)械設(shè)備有關(guān)于設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、維修、安裝等方面的理論和實(shí)踐問題。隨著科技的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)加工效率和質(zhì)量與數(shù)控機(jī)床的性能密切相關(guān)。利用機(jī)電一體化系統(tǒng)的優(yōu)勢，深入分析整個(gè)機(jī)床的運(yùn)行情況，針對運(yùn)行過程中存在的缺陷和不足，可以給機(jī)床改造和升級提供有力的依據(jù)和支持[1]。數(shù)控機(jī)床的改造升級需要大量精確的數(shù)據(jù)作為分析基礎(chǔ)，應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)可以高效采集數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)，尤其是與機(jī)床性能直接相關(guān)重點(diǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行參數(shù)，如機(jī)床上的刀具配置參數(shù)，刀具完成機(jī)械生產(chǎn)加工任務(wù)時(shí)存在的偏差數(shù)值等。數(shù)據(jù)采集完成后會形成數(shù)據(jù)庫，研發(fā)人員可以從數(shù)據(jù)庫中便捷地調(diào)用關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析建立機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)曲線和模型，為機(jī)床的改造和升級提供數(shù)據(jù)支持。

2　機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用

2.1　機(jī)械設(shè)備的維護(hù)

機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部件繁多，工況復(fù)雜，在長期使用過程中容易出現(xiàn)磨損等問題，需要及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，以避免其在運(yùn)行過程中發(fā)生故障。應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的維護(hù)，可以及時(shí)監(jiān)測到設(shè)備所有結(jié)構(gòu)和零部件的運(yùn)行狀態(tài)和關(guān)鍵參數(shù)，如電路系統(tǒng)、齒輪系統(tǒng)、傳送系統(tǒng)等，針對監(jiān)測結(jié)果展開及時(shí)維護(hù)，可有效降低故障率。近年來，隨著機(jī)械工程行業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的類型不斷增加，機(jī)械設(shè)備的功能顯著增強(qiáng)，機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，給維護(hù)工作帶來較大壓力[2]。將計(jì)算機(jī)和電子感應(yīng)等先進(jìn)技術(shù)融入機(jī)電一體化系統(tǒng)，運(yùn)維人員在機(jī)械設(shè)備的維護(hù)過程中，通過應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)可采集到機(jī)械設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子感應(yīng)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，可快速確定故障的具體位置以及所涉及到的部件機(jī)構(gòu)，提高維護(hù)效率，從而有效提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。例如運(yùn)維人員在檢修過程中發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備操作桿的運(yùn)行數(shù)據(jù)存在異常，通過機(jī)電一體化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作桿異常主要是由于齒輪運(yùn)行障礙造成，而齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)問題與潤滑不足有關(guān)，可快速確定故障位置和故障原因，及時(shí)對齒輪以及相關(guān)傳送結(jié)構(gòu)進(jìn)行潤滑，提高齒輪運(yùn)行順暢性，迅速排除故障。

2.2　運(yùn)行過程的控制和處理

隨著機(jī)械工程技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的升級更趨向于自動化和智能化，在顯著提高運(yùn)行和生產(chǎn)效率的同時(shí)，也對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的控制和處理提出了更高的要求。機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用的目的就是讓機(jī)械設(shè)備處于高度統(tǒng)籌控制之下，使所有的運(yùn)行操作都基于數(shù)據(jù)處理而完成。機(jī)電一體化系統(tǒng)的TPU單元通過分析系統(tǒng)中傳感模塊采集到數(shù)據(jù)后，將分析結(jié)果發(fā)送到系統(tǒng)控制中心，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中形成相應(yīng)的控制指令[3]。系統(tǒng)控制中心根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果完成指令調(diào)用，將指令傳遞到控制機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的操作。機(jī)電一體化系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理方面的能力極強(qiáng)，例如在紡織機(jī)械系統(tǒng)中，可以通過數(shù)據(jù)處理分析出紡織機(jī)械繞線結(jié)構(gòu)最佳的繞線頻率，使其與紡織機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)相互匹配，可有效避免因繞線過快或者過慢而引發(fā)的問題。

2.3　機(jī)械設(shè)備的精密加工

近年來，機(jī)械工程行業(yè)開始由基礎(chǔ)粗放加工模式向精密化加工模式發(fā)展。應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)可大幅提升機(jī)械設(shè)備加工的精確度，通過設(shè)置高精確度的生產(chǎn)參數(shù)，優(yōu)化機(jī)械的加工生產(chǎn)流程，嚴(yán)格把控每個(gè)生產(chǎn)加工細(xì)節(jié)，及時(shí)糾正和補(bǔ)差，將精度控制在合理的范圍之內(nèi)，大幅度提升機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)加工質(zhì)量，以更高的精度來滿足精密化加工的需求，還可實(shí)現(xiàn)納米級別參數(shù)的加工，能夠更好地應(yīng)用于精確化機(jī)械設(shè)備的加工領(lǐng)域[4]。以建筑機(jī)械工程為例，由于混凝土配比直接關(guān)系到工程施工質(zhì)量，而配比中需要對所有的混凝土原料進(jìn)行精確計(jì)量，通過應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)，結(jié)合精密的計(jì)量設(shè)備和精密的參數(shù)設(shè)置，可嚴(yán)格控制整個(gè)計(jì)量過程，有效規(guī)避其他外界因素的干擾，保證計(jì)量和配比符合標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)精密計(jì)量模式的優(yōu)化升級。

2.4　機(jī)械設(shè)備的自動化控制和智能化升級

自動控制技術(shù)是指在沒有人力直接參與的背景下，通過應(yīng)用相應(yīng)的設(shè)備和裝置使控制對象可以按照預(yù)先設(shè)定的程序運(yùn)行，目前已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程領(lǐng)域。自動控制是機(jī)械設(shè)備執(zhí)行運(yùn)行指令的重要基礎(chǔ)，通過應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)可以全面提升機(jī)械設(shè)備的自動控制能力，顯著提高機(jī)械設(shè)備運(yùn)行效率以及穩(wěn)定性。自動控制能有效降低機(jī)械工程領(lǐng)域?qū)θ肆Φ男枨螅诮鉀Q操作人員數(shù)量、能力、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)等問題上發(fā)揮著重要作用[5]。將自動化控制技術(shù)融入機(jī)電一體化系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)對作業(yè)工序的全程控制，保證作業(yè)工序完全按照預(yù)定的方案執(zhí)行，還可以根據(jù)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行情況和生產(chǎn)目標(biāo)，對操作步驟進(jìn)行靈活調(diào)整。如在挖掘機(jī)械的使用過程中，通過應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)可針對挖掘環(huán)境的差異，對機(jī)械臂抬起的高度、轉(zhuǎn)向等參數(shù)來調(diào)用相應(yīng)的指令，執(zhí)行自動控制操作，進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)備操控的準(zhǔn)確性。

隨著機(jī)械工程技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的智能化升級已經(jīng)成為新時(shí)代背景下未來的發(fā)展趨勢。智能化機(jī)械設(shè)備可以模擬人類思維，通過在運(yùn)行過程中完成自我學(xué)習(xí)，掌握機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的智能化處理方法[7]。在機(jī)電一體化系統(tǒng)模塊中，可以給機(jī)械設(shè)備智能化升級提供數(shù)據(jù)和信息支持，使機(jī)械設(shè)備擁有更加穩(wěn)定的性能，進(jìn)一步拓寬其應(yīng)用范圍。

2.5　運(yùn)行數(shù)據(jù)的檢測和監(jiān)控

運(yùn)行數(shù)據(jù)的檢測和監(jiān)控是指在機(jī)電一體化系統(tǒng)模式下對機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行過程和情況進(jìn)行監(jiān)控，其主要目的是掌握機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和加工精度是否存在偏差和異常。應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)可以對設(shè)備參數(shù)、加工參數(shù)等進(jìn)行有針對性的監(jiān)控，并將運(yùn)行數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)綑C(jī)械工程控制平臺，為機(jī)械控制管理提供支持[6]。由于機(jī)械設(shè)備類型多樣，其屬性、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍都有所不同，通過應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)可根據(jù)需要檢測和監(jiān)控內(nèi)容，有針對性地采集關(guān)鍵的參數(shù)。如在對傳動系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的檢測和監(jiān)控中，主要采集傳動系統(tǒng)的動力情況、運(yùn)行參數(shù)；對液壓系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的檢測和監(jiān)控，則主要采集液壓的壓力面是否達(dá)標(biāo)。還可針對關(guān)鍵的參數(shù)進(jìn)行報(bào)警設(shè)置，當(dāng)出現(xiàn)異常情況后，可以及時(shí)向相關(guān)操作人員報(bào)警，以便及時(shí)排除故障，從而保證機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行和操作人員的人身安全。

2.6　機(jī)械設(shè)備的微型制造

隨著機(jī)械工程領(lǐng)域的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)部件的微型化已成為未來的發(fā)展趨勢。微型化能減小機(jī)械設(shè)備占用的空間，提高機(jī)械設(shè)備使用的靈活性，減少設(shè)備的能耗，對于節(jié)約成本有著重要的價(jià)值。機(jī)械設(shè)備的微型制造不僅是指機(jī)械設(shè)備體積的減小，同時(shí)還需保持原有功能性，這就對結(jié)構(gòu)和零部件的精密化提出了更高要求?；跈C(jī)電一體化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)微型化機(jī)械結(jié)構(gòu)和零部件的兼容，使機(jī)械電子結(jié)構(gòu)單元可完成多個(gè)任務(wù)，在機(jī)械設(shè)備微型制造的過程中起到核心的協(xié)調(diào)作用。應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)還可以提高微型機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的加工工藝水平，對于細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化升級，讓機(jī)械設(shè)備在縮小體積的同時(shí)性能得以強(qiáng)化。

3　結(jié)語

機(jī)械工程是國民經(jīng)濟(jì)重要的組成部分，機(jī)電一體化是機(jī)械工程未來發(fā)展的方向，機(jī)電一體化系統(tǒng)以其強(qiáng)大的綜合性、開放性、兼容性，在機(jī)械工程的各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。充分利用機(jī)電一體化系統(tǒng)的優(yōu)勢，結(jié)合各種先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程領(lǐng)域的自動化、智能化、精密化、微型化轉(zhuǎn)型，有利于進(jìn)一步優(yōu)化我國國民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，提升行業(yè)核心競爭力，提高機(jī)械工程整體生產(chǎn)水平和質(zhì)量，推動機(jī)電一體化系統(tǒng)與機(jī)械工程領(lǐng)域的融合發(fā)展。

[1] 齊曉苗,韓彥春.基于機(jī)電一體化系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中的應(yīng)用分析[J].中國科技投資,2021(19):57,93.

[2] 付保英.基于PLC和MCGS的機(jī)械手裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù),2021,50(8):63-65.

[3] 羊榮金,沈孟鋒,羅曉曄,等.基于模具柔性制造系統(tǒng)的工程教學(xué)應(yīng)用研究[J].裝備制造技術(shù),2021(4):185-188, 202.

[4] 鐘嵐.基于多傳感器信息融合的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2021,44(12):6-10.

[5] 汪金明.關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中的運(yùn)用探討[J].汽車博覽,2021(22):74-75.

[6] 劉玉亮.簡析電氣工程設(shè)計(jì)與低壓電器的機(jī)電一體化[J].百科論壇電子雜志,2021(7):2572.

[7] 汪浩,劉樹青,賈茜,等.基于數(shù)字孿生的數(shù)控機(jī)床自動上下料系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造與自動化,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

竇興玉(1986—)，男，河南安陽人，大學(xué)本科，講師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。

責(zé)任編輯：陽湘暉

英文編輯：吳志立