机电一体化技术的发展与应用

机电一体化技术的发展与应用

金志

安徽泰央建设有限责任公司，安徽合肥，231200

摘要：机电一体化是一种以机械、电子技术和计算机科学为主要内容的多学科互相融合的过程中逐步发展出来的一种新型的尖端技术学科，机电一体化产品则是以机械产品为基础，结合了微电子与计算机技术的新一代产品。机电一体化技术也是一门综合性的学科。该技术是建立在机械、微电子、计算机与信息处理、自动控制、电力电子及系统整体技术之上的高科技领域。

关键词：机电一体化；核心技术；重点应用；发展趋势

随着时代的发展，科学技术也在飞速的发展，在机电一体化领域中，智能化和自动化正在逐渐成为一个重要的组成部分。在我国制造业中，机电一体化系统占有举足轻重的地位。依靠传统的工业生产工艺已难以满足人类对产品质量的需求，在这种情况下，自动化、智能化被迅速地发展起来，并与机电一体化技术相结合，从而得以全面发展。

1机电一体化技术的概念

机电一体化是一种综合性技术，它将机械工程、电子工程、计算机科学和信息技术有机结合起来，形成一个高度集成和智能化的系统。硬件部分主要由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元构成。机械本体是机电一体化系统的核心，决定了系统的基本功能和结构特征。传感器用于监测各种物理量，提供实时数据，为系统的控制和调整提供依据。信息处理单元则负责对传感器采集的数据进行分析和处理，生成控制信号。驱动单元根据控制信号，执行相应动作，实现系统的功能。

1.1计算机与信息技术

计算机与信息技术在机电一体化中起着关键作用。信息技术的核心在于通过电子计算机和现代通信手段，实现信息的获取、传递、存储、处理、显示和分配。计算机不仅是信息处理的工具，还能通过编程和算法，实现复杂控制系统的设计和优化。现代通信技术则确保了信息的快速传递和系统之间的高效协同。

1.2系统技术

系统技术就是将不同的技术运用到一个整体的理念上，从整体的观点和系统的目的来看，把整个系统分成几个互相联系的功能单位，而界面技术就是其中的一项重要内容，它是把各个部件有机地联系起来的保障。

1.3自控技术

从定义上来说，自动控制技术是控制论的技术实施运用，它是指利用自动化控制系统，使其具备特定的控制功能，以达到预定的目的，从而达到一定的控制目的。

1.4感知探测方法

传感检测技术是系统的感知器官，它将各种物理量（如温度、压力、位移等）转变为可物理识别的信号输出。传感器的性能直接影响到系统的控制精度和响应速度。现代工程要求传感器不仅要快速、准确地获取信息，还必须能够在恶劣环境下稳定工作。高性能的传感器可以实时监测系统状态，为自动控制提供准确的反馈数据，确保系统运行在最佳状态。例如，在自动驾驶汽车中，各种传感器（如雷达、摄像头等）实时监测道路状况，为控制系统提供数据支持，实现安全驾驶。

2机电一体化技术在工业生产中的应用

2.1在现代制造行业中的应用

传统的制造业在生产中，以手工方式来实现生产任务，这不但需要大量的人力和资源，而且生产质量和效率一般都不高，不能满足现实的需要。而采用机械设备的生产制造，可以提高生产效率、质量和效率，下文以li/MnO2扣式电池的生产为例，介绍了机电一体化技术在制造业的应用，其内容包括：在锂锰扣式电池的生产工艺流程中，按照装配负极片-安装绝缘面板-注射电解液-安装正极片-渗透的方法，一般采用PLC对其进行控制，再利用触控系统中的感应装置来监控生产过程，如果在生产过程中，系统发生了故障，机械设备就会及时报警。如在制造过程中，发现品质不合格产品，将自动剔除。

2.2在钢铁生产领域的应用研究

2.2.1分布式控制系统

分布式控制系统是指采用一台主机来控制、指挥现场测控的计算机，具有很强的安全性和功能性，通常情况下，分布式控制系统可以分为两级、三级或多级，利用主机对现场生产进行监控，随着测控技术的不断进步，分布式控制系统也能够对生产过程进行在线优化和统计管理，这是一款测、控、管为一体的系统，并且具有操作简便、可靠性高、功能强大等特点，使整个系统的安全性和可靠性得到了极大的提高。

2.2.2开放式控制方式

开放的字面意义就是对封闭和约束的释放，开放的控制系统的优势在于能够实现不同厂商的产品的交换与兼容，实现技术互通、资源共享，进而推动各大企业的共同发展。在开放控制系统中，通讯网络是一个不可或缺的组成部分，它既能管理电脑设备，又能把各种设备连接起来，是一个集管理、运行、控制和决策于一体的系统。

2.2.3计算机集成制造系统

计算机集成制造系统是人、技术和管理三者有机结合的综合体系，它在钢铁制造业中的应用，将极大地提高企业的生产效率，提高企业的生产能力，推动钢铁制造业的发展。同时，通过对行业结构的优化，合理运用CIMS技术，可以提高企业在国际市场中的竞争力。

2.3煤矿开采生产中的应用

在煤矿开采生产中，环境和其它自然灾害会对工作人员的生命和财产造成威胁，所以，为了减少矿井作业对员工的危害，可以在煤矿开采中运用机电一体化技术，采用自动化和机械化的方法来进行采矿工作，特别是在矿井生产工作中使用了智能机器人，不但能大大提高生产效率，还能减少对工人的危险。

2.4在数控机床系统中的应用

在数控机床的控制中运用机电一体化技术，不但能够提高控制的准确性，还能够让其具有更多的功能，具有操作简便、结构合理等优势，在结构上，它的结构更加的总线化、模块化和紧凑化。在对数控机床进行控制的时候，把一体化技术的系统设计成一个开放的系统，能够让系统具有高度的兼容性和层次化，方便用户对程序的升级和改进，同时也大大提高了数控机床的智能水平。通常，将在线诊断、模糊控制等技术引入到这一系统中，当机床发生隐患时，可以通过在线诊断技术模块向工作人员发送故障信息，从而使工作人员能够及时地对故障进行处理。此外，模块化的设计使得整个系统具有多种功能，方便操作，通过一台主机来控制多台机床，一次让机床执行多个加工指令，实现多通道、多工序控制。

2.5机械化采煤中的应用

目前，煤矿企业在实行机械化采煤的过程中，采用的是机电一体化技术，它的核心就是将电子和信息化技术融入到装备单元的研发之中，以此为依据，对有关煤矿生产的控制系统、信息传输模块和控制功能进行了优化和完善。此外，在对设备的软、硬件部件进行优化的过程中，引入了电子学技术，形成了一个完整的自动化采煤机系统。为了提高目前的机电设备机组的运行效率和采矿质量，需要运用机电一体化技术，创新和调整装备的软件和硬件，采用现代的非金属复合材料，来实现装备的小型化和高效率。同时，需要提高控制系统的反应速度，降低资源消耗，实现节能。采用机电一体化技术进行机械化开采，能有效地减轻工人的劳动强度。与传统的采煤设备相比较，机电一体化技术可以极大地方便设备的操作，既可以让工作人员摆脱繁重的工作，又可以保证设备的安全和稳定，因此，员工们的煤矿采矿质量得到了很大的提高，工作效率也得到了很大的提高。

2.5用于工业机器人的生产

工业机器人是随着科技的进步而诞生的，它代替了很多手工作业的步骤，特别是在某些高浓度有害气体、高辐射、高噪声污染的车间，采用工业机器人来避免有害气体对人类健康造成的危害。工业机器人的发展分为三个阶段，比如第一代的工业机器人，它的缺点就是它的智能水平很低，它只能够完成预先设定好的程序，并且会重复一些简单的动作，不能将其运用到不断变化的环境和工作中。第二代工业机器人是基于第一代工业机器人发展而来，它能够利用各种感知设备，对环境信息进行采集、分析和处理，并将信息反馈给动作单元，从而实现对环境的适应，目前该类工业机器人的智能程度还不够高，但是在某些特定领域已得到了成功的应用。随着机电一体化技术的飞速发展，第三代工业机器人的智能程度得到了极大的提高，它能够通过感知单元采集信息数据，模仿人类大脑做出决策，能够适应不同的作业环境，能够自主执行作业命令，但是成本较高，制约了它的应用。

3机电一体化技术的发展动向

3.1节约能源与环境

随着工业的发展，人类的生活发生了翻天覆地的变化，但在获得了大量的资源和环境资源的同时，也带来了资源的枯竭和生态环境的恶化，因此，在这样的背景下，“绿色产品”的概念就产生了。“绿色”是指能耗低，材料消耗少，污染小，舒适，协调，可重复使用的产品。在它的设计、制造、使用和销毁过程中，必须满足环境保护和人体健康的需要。机电一体化产品的绿色化，即在使用过程中，不会对生态环境造成任何的污染，在产品生命周期届满后，可以进行分解和再利用。

3.2智能化

机电一体化发展的一个重要特征就是智能化，它是一种集现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术为一体的一种智能集合。随着信息技术的快速发展，其技术含量和复杂性也在不断提高，智能化的理念已经逐步地渗入到了各行各业和人们的日常生活之中，与此同时，机电一体化的智能化研究也在世界各国广泛地进行着。“智能化”是指机器自身所具备的特征，是一种基于控制理论，将计算机技术、精细制造、运筹学等新学科、新技术和新方法相结合的新领域、新技术和新方法，使得机器能够模拟人的某些功能，例如思维、推理、决策等，能够在相对复杂的工作和困难的环境中代替人完成任务。

3.3网络化

网络技术已经成为现代人离不开的一个重要组成部分，它的发展不但促进了人类科技的发展，而且还对我们的学习、工作、生活产生了很大的影响，对机电一体化技术的发展也产生了深远的影响。其中，对机电设备的网络化控制起着至关重要的作用。

3.4小型化

微型化也是今后的发展方向之一。微型化是一种集微机构、微传感器、微执行器、微信号处理与控制、接口、通讯与电源为一体的微机械装置与系统。微型电子设备因其体积小、能量消耗小、动作灵活等特点，在生物医学和信息领域有着无可比拟的优势。

3.5模块化设计

目前，有很多机电一体化设备的生产厂家都在生产，为了降低系统的改造成本，便于对其进行后续的维护和管理，可以对模块化进行进一步的研究，对功能单元模块进行改造，当功能发生变化和添加的时候，就可以替换或增加相关的功能模块，这样当系统出现问题的时候，只需要将有问题的模块替换掉，这样就可以为公司节省成本。

4我国机电一体化的展望

伴随着技术的发展，各类产品和装置都已经与机电一体化，这有助于进行总体的优化，提升产品的品质和生产效率，缩短新产品的生产准备时间，加快科技成果向产品的转化，这对传统的产业产生了巨大的促进作用。此外，在新产品的研发以及高精密等装备的不断发展中，对新一代机电一体化技术、产品和系统的性能提出了更高的要求，这对我国的经济和社会都提出了更高的要求。随着国家工业的进步，各行业对机电一体化技术人才的需求和技术水平必然会不断地增长，因此，作为培养机电技术专业人才的重要地方，在这种情况下，更要加大对机电技术专业的教学质量的提高，在扩招的过程中，让学生切实掌握技能，为机电技术产业的发展输送源源不断的人才。

结语

机电一体化技术是现代工业生产中不可或缺的一部分，它是一种多学科、多种技术的结合，通过它的运用，带动了各行各业的发展，同时，随着各行各业的快速发展，也带动了机电一体化技术的更新和发展，以更好地满足企业的生产发展需要。随着新时期科学技术的不断发展，机电一体化技术的发展也将进一步提高。

参考文献：

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[4]林瑜.机电一体化技术的发展与应用[J].城市建设理论研究（电子版）,2016(6):2725-2725.

作者简介：金志（1981.11）,男，安徽合肥，非国有高级工程师，本科。