机电工程自动化技术应用及核心工程技术问题研究

机电工程自动化技术应用及核心工程技术问题研究

发表时间：2019-07-11T14:19:34.100Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年6期作者：张琳琳

[导读] 则机电一体化系统不仅有处理能量和物质的功能，而且还有处理信息和知识的能力。

摘要：机电一体化是当今自动化技术发展的最高阶段。如果说机械系统处理的对象是运动、力、物质和能量，电子系统处理的对象是信息和知识，则机电一体化系统不仅有处理能量和物质的功能，而且还有处理信息和知识的能力。

关键词：机电工程技术；机电一体化；应用；发展趋势

引言：在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。为此，本文主要就机电工程技术应用及其发展趋势进行了相关的分析与探讨，以供大家参考借鉴。

1 机电技术应用概述

1.1机器的构造及工作原料

生产机器的构造一般都是由主体部位的发动机、曲柄连杆、配气、起动、传动、行驶、转向、制动等构成，要提高机器的工作效率，必须从其主体部位改善性能、减轻质重和提高运转精度等方面考虑。而传统机器产品一般以钢铁材料为主，已经不具备很强的市场竞争能力。要想改进机器的效率不但要从结构上加以改进，还应该多考虑利用非传统钢铁材料为主的生产概念，如用非金属复合材料，或者更高层次的金属材料。当机器主体重量减轻了，方能实现驱动系统的功率的最大化，减少不必要的能量消耗，提高机器的工作效率。

1.2提高弱电控制线路

提高弱电控制线路关键在于提高部件间的综合性能，可从电机、传感器、信息处理设备、软件等方面进行提高。

驱动机最为广泛使用的是电机，但其工作效率及响应速度还存在着诸多间题。我们面对此类问题要更为全面的发展新型的驱动单位，如驱动单元中装了编码器的电机以及控制专用组件、传感器等多位一机的伺服驱动单元。

传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。目前，对外部信息传感器来说主要发展非接触型检测技术。

微型计算机作为信息处理设备的主要设备，大大推进了机电技术应用与微电子学的进步。为进一步发展机电技术应用，必须提高信息处理设备的可靠性、准确性、快速性等特点，最大程度的提高处理速度，并解决好抗干扰及其它可能出现的问题。除此之外，在与信息处理设备进行通信时，必须规范数据传递的格式，采用同一标准，这样不仅有利于信息传递和后续维修，而且可以简化设计流程。培养专业技术人才，除低开发成本、开发高速传递方式，以便解决日后更为大容量化的机器运作能力。

2 机电一体化的核心工程技术

机电一体化包括软件和硬件两方面工程技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手：

2.1 机械本体工程技术

机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。

2.2 传感工程技术

传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测工程技术。

2.3 信息处理工程技术

机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。

2.4 驱动工程技术

电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。

2.5 软件工程技术

软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。

3 机电一体化工程技术的主要应用领域

3.1 数控机床

数控机床及相应的数控工程技术经过多年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：

（1）总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。

（2）开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。

（3）WOP工程技术和智能化。系统能提供面向车间的编程工程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。

（4）大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。

（5）能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。

3.2 计算机集成制造系统（CIMS）

CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。

3.3 柔性制造系统（FMS）

柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。

4 机电一体化技术的发展趋势

4.1 微型化

微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3，并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点，可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作，故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域，都有广阔的应用前景。

4.2智能化

智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。

4.3网络化

网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响，使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多，面向网络的方式也不同。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。

4.4绿色化

工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少，生态环境受到严重污染，于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对生态环境无危害或危害极小，资源利用率极高。

5 结束语

总之，机电一体化工程技术是社会生产力发展到一定阶段的必然要求，不仅促使机械工业发生了战略性的变革，而且使传统的机械设计方法和设计概念发生了革命性的变化。因此，大力发展新一代机电一体化产品，已经成为发展与振兴机械工业的必由之路。

参考文献

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[2]王中杰.智能控制综述[J].基础自动化，2006（6）.

[3]周立东.试论我国先进机械制造技术的特点及发展趋势[J].中国科技信息，2007，（23）.