劉偉杰，馬峰，劉相蕊

（西安西電高壓開關操動機構(gòu)有限責任公司，陜西西安710077）

機電一體化技術及其應用研究

劉偉杰，馬峰，劉相蕊

（西安西電高壓開關操動機構(gòu)有限責任公司，陜西西安710077）

如今的機械工程領域，因為微電子與計算機技術的全面應用，機械工業(yè)正朝著機電一體化方向發(fā)展，使機械工業(yè)的技術構(gòu)架、功能及生產(chǎn)方式等模式有了翻天覆地的變化，也使工業(yè)生產(chǎn)逐漸側(cè)重于“機電一體化”。現(xiàn)階段，一些發(fā)達國家都在全面推廣機電一體化技術。此技術已被運用于很多領域，同時以蓬勃的生機向前發(fā)展，這不但從根本影響了科技和經(jīng)濟的發(fā)展，而且影響了機電一體化的發(fā)展趨勢。

機電一體化；柔性制造機制；機器人；交流傳動技術

1 機電一體化的主要技術

常規(guī)的機電一體化涵蓋了軟件與硬件2類基礎技術。硬件即由機械自身、傳感設備、參數(shù)處理模塊及驅(qū)動模塊等所構(gòu)建。為了與計算機進行有效傳輸，我們就要使相關參數(shù)傳輸達到標準化和規(guī)格化。接口擇取相同指標、規(guī)格，不僅可以方便信息的傳遞和維修，同時還可以方便設計。現(xiàn)階段，相關技術工作者正側(cè)重于開發(fā)低投資、高速串行的接口，進而規(guī)避光導纖維、信號電纜非接觸化與光藕設備的大容量化等問題。而軟件和硬件一定要相互制衡，統(tǒng)一發(fā)展。為了降低軟件的研制投資，深化生產(chǎn)維修的有效性，我們要試著將軟件予以指標化處理，將內(nèi)置程序指標化、軟件程序固化、程序模塊化，以及大范圍應用軟件工程等。現(xiàn)階段，機械設備大多是以鋼鐵材料為基本結(jié)構(gòu)的，為了可以有效減輕質(zhì)量，我們要對產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)予以簡配舉措，因此可以利用非金屬合成耗材。只有在減輕機械質(zhì)量的前提下，才可以使驅(qū)動系統(tǒng)趨于微型化，進而提高其速率，這樣可以最大化地降低能耗，提高作業(yè)的有效性。以傳感設備為基點，從提高精確度、靈敏度等方面入手，在此基礎上要確保其具有較強的抗干擾性。機電一體化，即在主功能、信息處理功能和控制功能上滲透進電子技術，把機械設備和電子化設計與軟件有機地結(jié)合在一起，所組建的系統(tǒng)的統(tǒng)稱。從宏觀上分析，機電一體化包括技術和產(chǎn)品2個基本點，是依附于群體技術有機融合的一種拓展性技術，并非單純的機械技術或微電子技術的結(jié)合。機電一體化技術的核心功能即替代體力勞動。

2 機電一體化技術的應用范圍

計算機集成制造系統(tǒng)的實現(xiàn)并非現(xiàn)有各分散模式的隨機排列，而是全局動態(tài)的一種配置手段。其掙脫常規(guī)系統(tǒng)間的束縛，以構(gòu)建核心的基礎去控制物流和信息流，達到從經(jīng)營決策直至產(chǎn)品開發(fā)管理的全套組合。企業(yè)集成水平的提高能夠使相關生產(chǎn)要素間的配置得到全面深化，相關生產(chǎn)要素的潛能能夠被全面挖掘。而柔性制造機制即為計算機化的制造模式，其通過計算機、數(shù)控機床、機器人及自動運行車等構(gòu)建。柔性制造機制能夠隨心所欲地根據(jù)裝配系統(tǒng)的需要，生產(chǎn)柔性制造機制范圍內(nèi)的一切工件，尤其適用于類型繁雜和中小批量生產(chǎn)的離散零件。

同時，機電一體化技術也被機器人研發(fā)領域所應用。我們都知道，第1代機器人即示教再現(xiàn)機器人，其僅可依附于示教予以重復運動，對工作條件與作業(yè)目的的改變不具備適應性和應變能力；第2代機器人則裝置了一系列前沿的傳感元件，可以搜集作業(yè)條件與操作目標的基本信息，經(jīng)計算機運算及分析，作出相應的判斷，同時對動作予以反饋，其傾向于低級智能，已被一些基礎行業(yè)所應用；而第3代機器人則為智能化機器人，其具有一系列感知功能，能夠予以煩瑣的邏輯思維，在此基礎上評定并作出相應的舉措。

電力電子技術和微電子技術的持續(xù)發(fā)展，交流傳動技術也得到了全面的應用。由于交流傳動的優(yōu)勢，交流傳動技術慢慢取代了電氣傳動技術，進而實現(xiàn)數(shù)字化目標，同時達到了矢量控制的目的，提升了系統(tǒng)功能的有效性。對于開放式控制系統(tǒng)來說，其基本是對一類指標信息交換規(guī)程進行支持，達成共識，能夠?qū)ο嚓P指標予以設計的系統(tǒng)，可以對各廠家產(chǎn)品進行兼容，具有優(yōu)異的資源共享。開放式控制系統(tǒng)主要就是利用工業(yè)通信網(wǎng)絡實現(xiàn)各控制設備、管理計算機互聯(lián)的集成，通過控制室控制設備和現(xiàn)場總線儀表的互聯(lián)，實現(xiàn)控制與測量的一體化。對于分布式控制系統(tǒng)而言，其主要就是利用一臺中央計算機指揮若干臺面進行現(xiàn)場測控與智能控制。在實際工作中，分布式控制系統(tǒng)主要就是依附于計算機對生產(chǎn)過程予以集中監(jiān)視及管理，進而確保生產(chǎn)環(huán)節(jié)的順利完成，達到預期的生產(chǎn)目標。與集中式控制系統(tǒng)相比，分布式控制系統(tǒng)的功能更強大，且具有較高的穩(wěn)定性，是未來大型機電一體化系統(tǒng)的主要發(fā)展內(nèi)容。在鋼鐵行業(yè)中，機電一體化要依附于微處理機，將微機、工控設備及參數(shù)傳輸?shù)燃夹g進行有效配置，擇取組裝合并的舉措，為深化系統(tǒng)的一體化奠定良好的基礎，提高系統(tǒng)控制的有效性和穩(wěn)定性。

近年來，機電一體化技術已被應用于煤炭企業(yè)，其對煤礦設備的電動機、傳動機制、工作設備及制動系統(tǒng)等的在線運行情況予以實時監(jiān)控，發(fā)生故障后可以自動報警，同時精準地指出故障區(qū)域。因此，應用機電一體化技術可以改善操作人員的工作環(huán)境，提高設備的工作有效性，降低相關裝置的維護檢查工作量，減少維修耗資，延長裝置的使用周期。

很多引進的機械工程均擇取了電子控制的自動變速技術，此技術可以依附于外負荷的改變狀態(tài)自行調(diào)節(jié)傳動系的傳動參數(shù)，這不僅使發(fā)動機功率最大限度地被利用，提高了燃油的利用率，同時還方便了操作程序，降低了工作者的勞動強度。為從根本避免翻車及斷臂事故的發(fā)生，從實質(zhì)上提升作業(yè)的穩(wěn)定性，目前一些前沿的起重設備都被安裝了電子控制的力矩限制裝置。為實現(xiàn)無人駕駛，鋪平了道路，使工程設備能夠在危險區(qū)域工作。而電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性即為工程機械十分重要的一項性能標準。因為工程機械通常處于露天工作的狀態(tài)，經(jīng)常會遭受暴曬、雨淋，而且在作業(yè)過程中還存在振動及外在的電磁干擾，工作條件可想而知，所以對電子控制系統(tǒng)的基本要求為：可以在－40～80℃的條件下穩(wěn)定工作，同時要具備較強的抗老化性和抗干擾性。

3 總結(jié)

總的來說，機電一體化技術的側(cè)重點即替代體力勞動。不過發(fā)展至機電一體化機制后，微電子設備不僅能夠替代個別機械部件發(fā)揮功能，同時還能夠加設相對前沿的功能，其中包括自動檢測、自動處理參數(shù)和自動調(diào)節(jié)等。機電一體化從根本推動了機械工業(yè)的變革，讓常規(guī)的機械設計舉措和設計理念發(fā)生了翻天覆地的變化。全面研究前沿的機電一體化產(chǎn)品，不僅是優(yōu)化常規(guī)機械裝置的先決條件，還是促進機械產(chǎn)品更新?lián)Q代及推動機械工業(yè)全面發(fā)展的有效舉措。

［1］羅鳳曼，謝志萍，鄭向華.高職高專機電一體化專業(yè)課程體系的構(gòu)建［J］.成都電子機械高等?？茖W校學報，2011（02）.

［2］羅輯，杜柳青，袁冬梅，等.機電一體化技術在機械工程上的應用及發(fā)展趨勢［J］.機床與液壓，2014（01）.

〔編輯：劉曉芳〕

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.18.156

2095－6835（2017）18－0156－02