机电一体化技术在机械工程中的应用分析

机电一体化技术在机械工程中的应用分析

傅彬山

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摘要：进入21世纪以来，机电一体化技术被广泛应用在各个领域中。机电一体化是非常重要的一项技术，它紧密集合了机械与微电子技术，同时，计算机技术日趋成熟，对机电一体化技术的应用与发展也起到了明显的推动作用。在机械工程中应用机电一体化技术，可促使机械的人性化、智能化水平得到有效提升。在未来发展中，要结合机械工程的发展需求，进一步拓展机电一体化技术的应用深度与广度，切实凸显机电一体化技术的优势，促使工程机械的智能化、人性化以及绿色化得到增强。

关键词：机电一体化技术；机械工程；应用分析

引言

在5G技术的加持下，工业制造逐渐由自动化向智能化转型升级，工业4．0时代来临，实现了从制造流程自动化向基于信息物理融合系统下的远程控制转变。这项原本被德国定位未来十大项目之一的工业发展战略，随着各类现代科技的发展，很快在一些发达国家工业领域中掀起波澜。2014年11月4日，在中国十六届工业博览会上我国第一套工业4．0流水线问世，这也标志着我国智能工业发展的开端。在未来新工业革命中，其核心技术必将围绕智能化、数字化技术，而机电一体化作为多学科交叉技术，可以对不断融合的IT和OT的复杂性进行简化，从而提高生产效率，推动供应链自动化更快更高效。对智能制造中机电一体化技术的应用进行研究，对于催生动态、实时优化、自我组织的价值链，实现制造业中所有参与者与资源的高度社会技术互动都有着积极的促进作用。

1优势特征

和普通机电技术相比，机电一体化技术具有较大的优势：第一，功能增强。传统机电产品只有单项技术与功能，而机电一体化则集成了多种技术与功能，使得机电产品具有更加强大的功能，且可以在不同场合、领域内应用，促使用户的多元化需求得到满足。第二，精度提高。通过应用机电一体化技术，能够对机械机构进行简化，传动部件明显减少，这样可大幅度减少机械磨损、受力变形等因素造成的误差。同时，干扰因素造成的动态误差能够被计算机检测与控制技术有效补偿与校正，促使机械设备的工作精度得到显著提高。第三，安全性提升。基于机电一体化技术的支持，自动监控、自动诊断、自动保护以及自动报警等一系列自动化功能可以实现，机械设备运行的安全性、可靠性得到增强，可以避免发生运行事故，保护生产作业人员的人身安全。第四，操作改善。通过应用机电一体化技术，可将传统的操作按钮与手柄发展为计算机程序控制和数字显示，设备操作性能得到明显改善，整体操作难度大幅度降低。第五，柔性提高。结合具体的生产需求，借助于计算机软件能够对机器设备的工作程序进行有效改变，有效提高了机械设备的柔性。以应用机电一体化技术的工业机器人为例，其运动自由度较高，通过对控制程序进行改变，运动轨迹、运动姿态即可随之发生变化，促使不同的作业要求得到满足。

2机电一体化技术在机械工程中的应用分析

2.1分布式系统的应用

在工程机械的机电一体化技术应用中，分布式控制系统能够对现有控制内容进行分类，分别对应特定的子处理系统，能够取得传统集中式控制方式不具备的良好控制效果。分布式控制系统在工程机械中的应用频率逐步提高，能够给实时调度、在线最优化等目标的实现提供更可靠的技术支持，逐步朝着“测、控、管”一体化的综合性系统方向发展。分布式控制系统主要实施二级或三级模式，在部分应用要求更高的工程机械中，具备更多的分级数量。

2.2行动轨迹控制

按照使用场景的不同，可将工业机器人分为可移动和固定两类，可移动机器人的行走部分由轮组、连接杆两部分组成，当机器人需要从一点向另一点移动时，可依托轮组的转动达到行走的目的，这是工业机器人典型的运动过程。随着对工业机器人使用要求的不断提高，传统的运动控制方式无法完全满足任务需求。机器人运动时，要准确判断周围环境，通过传感器采集外界信息，传给微处理器进行模糊分析，借助神经网络控制算法，实现行走过程的精确控制。采用模糊神经网络技术的工业机器人，即使传感器采集到的信息并不清晰和完整，经过神经网络算法，控制系统也可以判断外界环境，按照现有的信息完成对机器人行走的控制。以野外搜救为例，工业机器人在执行此项任务时，因搜救环境较为复杂，所以机器人需要利用自学来提升信息分析能力，降低运行故障的发生概率。应用模糊神经网络控制系统的机器人，在强大的控制功能下，可以使机器人的控制更加全面，任务的实现过程也变得更为容易。

2.3传感技术

作为最早促进机电一体化智能化转型的技术之一，传感技术为智能制造的运行奠定了技术基础。目前，智能制造中智能传感器的应用非常广泛。如在制造流程中，通过智能传感器可以对系统运行中存在的误差进行自动采集，然后向系统发送识别信号。在信息处理单元中，对传输的识别信号进行分析，并自动生成控制信息。此时，系统将会向执行机构传输控制信息，执行机构在接收到指令后自动完成相关控制动作。而在自动调整控制信息后，动力将会自动匹配驱动系统功率。

当前，常用的传感器有压力传感器、光学传感器、ＲFID技术等，在不同场景中所使用的传感器不同，所发挥的功能和作用也存在差异。比如压力传感器主要应用于航空动力学、汽车制造、微机电系统等领域;光学传感器分辨率极高，可达5000万像素，且具有良好的成像力，在手机显示屏检测、机械装配件检测、电路板检测等领域应用较多;ＲFID作为物联网的核心技术，其准确率较高，可以有效保障机械制造的精准性，在智能识别、数据采集中应用较多，是目前智能制造系统中应用最广泛的传感器。

2.4质量检测

在机电一体化系统中搭载传感器、工业摄像机、图像采集卡等装置，依托机器视觉与传感检测技术来实现自动检测功能。在机械加工制造过程中，此类装置持续对加工件与机械产品成品的几何参数、外观质量、色泽亮度进行全面检测，对比拍摄图像和标准图像中的特征参数，根据对比结果，判断产品质量是否达标，生成质量检测报告，在报告中配合图像来描述具体存在的质量问题，如工件表面疵点、工件几何参数偏差等。

相比之下，传统机械产品检测方法以电子检测仪检测、游标卡尺检测为主，由工作人员使用此类工具，逐项对加工件和机械产品进行测量读数，判断质量是否达标，有着检测效率低下、检测精度受人为主观影响、肉眼难以发现全部工件疵点的局限性。

2.5机械臂技术的应用

在现代机械工程生产制造过程中，机械臂技术发挥着十分重要的作用，其也是机电一体化技术的典型代表。机械臂能够精准布控加工设备，动态、精准调整设备加工速度、加工流程等，促使24h流水线加工得到实现。进入新时期后，随着机电一体化技术的日趋成熟，机械臂具有更加强大的功能和广泛的作用范围，目前已经在汽车制造、发动机研发等诸多领域得到深度应用。相较于传统人工操作模式，机械臂技术在精准性、高效性方面具有较大的优势。同时，机械臂技术能够在高温环境、强碱强酸环境中应用，可克服不良环境条件的干扰与影响。

结语

工业生产中，工程机械属于重要组成部分，通过优质工程机械的配套，能够给工业的发展提供助力。在工程机械的技术配套中，机电一体化技术极具代表性，能够引领工程机械行业向高品质、自动化、智能化等方向迈进，进入新的发展阶段。相关技术人员需要正确认识机电一体化技术的重要性，把握发展机遇，注重技术在工程机械领域的应用与创新，以期取得更为显著的发展成果。

参考文献

［1］张博，林菲婷．智能控制技术与机电控制应用融合分析［J］．电子世界，2021(22):16－17．

［2］薛知言．智能控制技术在工程机械控制中的应用研究［J］．南方农机，2021，52(18):143－145．

［3］薛小晶．智能控制的价值分析及其在机电一体化系统中的应用［J］．中小企业管理与科技(中旬刊)，2021(10):191－193．