机电一体化技术在机械工程中发展趋势研究

摘　要

随着我国改革开放的进行，我国的机械工程行业发展迅速，特别是近年来，机电一体化技术不断的完善，拓展了机械工程的发展领域，不仅仅是生产质量得到了完善，同时生产效率也得到了进一步的完善，促进了我国经济的发展。本文通过分析机电一体化相关内容，分析机电一体化技术在机械工程中的运用。机电一体化技术是目前生产工作当中必不可少的技术，对机械工程的发展产生了不可或缺的影响，之后了解这项技术的应用情况，把握发展趋势，才能够在未来更好地利用这项技术。

关键词：电一体化；机械工程；发展趋势

引言

机械行业中计算机技术与微电子技术相互发展，相互渗透，使机械工程形成机电一体化。机械工程的机电一体化现象，能使工程机械在管理体系，产品的生产、设计以及结构上产生巨大变化。在工业发展中逐步迈上“机电一体化”的新阶梯。对于机械化建设来说，工程机械的经济性，自动化程度以及性能等多种条件都会对施工质量产生直接影响，而电子与电气控制系统也会对工程机械的生产效率，施工质量，机械动力和安全以及机械的使用寿命产生直接影响。机电一体化是计算机技术与微电子技术深度融合的结果，是一门跨越性较强的应用性学科，它代表着工程机械未来的发展方向，机械与机电的相互渗透，使信息技术，微电子技术与机械工程融为一体。在机械工程领域产生机电一体化现象，也使机电一体化的有关产品更新换代速度加快，并逐渐应用在工程机械领域上。

1.机电一体化的概念和特征

　1.1 机电一体化的概念

在科学技术的不断发展进程中，由机械技术和电子技术结合起来就构成了机电一体化技术。在具体的操作当中，将软硬件进行一体化控制，由此而令机械和电子模块的优势得到了充分融合。和传统模式下的机械技术相比，机电一体化在控制精确度方面得到了加强，特别是在引入微电子技术之后更是推动了机械的智能化操作水平提升。机械一体化除了拥有普通的机械功能之外，还能够及时的对各种机械工作予以有效监控，并基于电子信息的数值设计进行自动化调节，最终实现了机械的高效率运行。在产品的整个生产环节当中，可以自动化的对设备的运行状况进行检测和监控，从而为企业生产线的良序运行提供了有效保证。

　1.2 机电一体化的特征

机电一体化技术的诞生符合时代的发展需求，它相较于传统的机械模式来说具有着较多的优点，在不断的变革过程当中也形成了自身的技术优势，由此在机械生产当中担当着越来越重要的作用。从本质上来说，机电一体化表现为跨学科的技术交叉，它的出现从根本上变革了传统机械的运作模式，促进了机械的运行效率和精准度获得有效提升。相对比于传统的机械来说，机电一体化的优点是非常明显的，特别是在制造产业的生产环节当中拥有着较强的开发价值。除此之外，以软件控制体系为基础，将各种技术融合到一起，是机电一体化的突出特色，这极大增强了整个系统的完整性，凸显出了机电一体化技术具有着极强的逻辑性和智能化。当然，在电子信息技术不断发展的当前，人类社会的许多行为都可以通过数字来进行模拟。在数字模拟环节又可以不断优化各种行为的作用效果，从而使机械运行更具高效性。最后，机电一体化技术是机器和软件的充分融合，相较于传统来说机械的运行操作更具人性化，极大的节约了操作员的运作时间，不需要进行复杂的指令就可以出色的完成多项综合任务。

1.3 机电一体化设计的关键技术

　　1.3.1精密机械技术

机电一体化技术要以机械技术为基础，主要原因是机电产品的主要功能以及结构功能都依赖于机械技术。要想将电子技术与机械传动控制紧密结合，必须把握机械传动过程中的精密度和精确度，因此必须为机械技术提出一定的标准才能达到这一要求，利用新技术改造传统机械技术。对于机械系统技术来说，只有不断完善和发展机械技术的新结构，新技术，新工艺，新原理和新材料，才能促进机电一体化产品的改革与创新，大大降低产品的质量和体积，提升产品刚度提高产品的工作效率，达到生产要求。

　1.3.2 信息处理技术

机电一体化产品的核心是信息处理技术，指的是在工作过程中要交换参数信息和自动控制信息，拥有信息的判断，计算，获取和决策能力。机电一体化的信息处理技术的操作平台是计算机，要依赖计算机处理各种信息数据，计算机中包含数据库技术，通讯技术，软件技术，硬件技术，数据处理技术，网络信号技术等。计算机在机电一体化产品中起到的作用是控制并命令其他操作，因此信息处理技术的应用以及计算机的信息处理设备对于机电一体化技术来说缺一不可，其中还包含了网络信号技术，半自动智能技术以及系统控制技术。

　1.3.3 检测与传感器技术

机电一体化在工作过程中的工作状态和参数要依靠传感器的无线与有线连接器进行接收，检测测量信号，将通过连接器获得的信号传送到计算机反馈控制装置与信息处理装置，从而实现全方位自动化的控制机电一体化产品的整个工作过程。机电一体化能依靠传感器准确而又快速的获得需要的信息信号，且不受工作环境与外部条件的影响，通过检测装置放大信号并传输转换信号。

　　1.3.4自动控制技术

在自动化控制技术方面，机电一体化产品能起到自动控制，速度控制，补偿校正和高精度定位的作用。而且机电一体化产品正在不断扩大自动控制功能，提升了产品的工作效率和精度，同时也加强了产品质量。机电一体化产品依赖自动控制技术，能自动发现工作过程中产生的故障，并自动转换模式，安全模式可提升设备利用率。自动控制技术原属于计算机技术，计算机网络的发展使自动控制技术融合到机电一体化产品中，计算机与机械的结合，使自动控制技术成为机电一体化产品的重要技术。自动控制技术的困难主要体现在实际化和工程化的现代控制理论，利用实用性的防干扰技术和控制模型来确定边界。

　1.3.5伺服驱动技术

机电一体化产品的驱动装置是伺服驱动技术，伺服驱动技术与伺服驱动器都能直接影响产品质量，属于技术问题，它能影响设备的运行状态，以及操作该技术的人员水平的高低。机电一体化包含液压，气动，电动以及其他类型，几乎都离不开驱动装置，驱动装置是集成执行元件，是集成电路、电子电力器件以及马达驱动电源电路的组合。首先接口电路的计算机连接了执行元件，并接受控制系统发布的指令。另一方面，指定工作的连接依赖于致动机构件，机械驱动器和机械接口。因此伺服驱动技术会对产品的操作以及实际实施运行产生直接影响，并决定了产品的性能以及控制质量和操作精度等。

　1.4 系统总体技术

系统总体技术能系统的实现机电一体化产品的整体目标，将产品的整体划分为部分，大的整体功能分解为小的功能单位，将能实现部分功能的技术方案进行组合，并整体评估和分析，使整体的技术方案得到完善与优化。机电一体化产品首先要具备成熟的组件技术和良好的组件性能，其次要依赖系统总体技术协调各个组件的配合程度，调整技术与组件的关系，给产品提供操作更加方便，高效可靠，稳定且经济成本低的技术方案。机电一体化产品中最能体现其基本特点的是系统总体技术，该技术也能保障产品达到各项技术指标，是机电一体化产品的关键技术。

2.机电一体化技术在机械工程中应用

2.1 机电一体化对机械工程功效的改进

　　2.1.1及时发现故障，提高设备利用率

工程机械传输系统应具备基本的故障自诊判断功能，自动报警功能和监视功能，该系统中所包含的液压系统，工作装置以及制动系统和电子监控系统都能监督发动机状态，确保机电一体化产品在工作过程中产生异常情况时，及时进行自我诊断并自动报警，确定故障，及时报警能保障操作人员安全，提高工作效率，同时确定故障位置能减少维修工作，延长机械设备的寿命，停机维修还会停止生产，减少企业由于停机维修带来的利润的损失，降低生产成本，提高生产效率。

　2.1.2降低能耗，提高生产效率

传统工程机械存在能源利用低问题，例如液态挖掘机只有30%的燃料能源利用率，因此要想促进工程机械的可持续发展，必须保持较高的能源利用率，降低能耗注重节能。为了降低能耗研发了小型挖掘机，其节能效果较好，约为23%的节油率;小型挖掘机能利用机泵和发动机对挖掘机进行全面控制，采用的是卡特控制系统，能使电源的利用率提升至98%，大大提升了生产效率。现代工程机械与传统工程机械相比，对能源利用率的要求更高，国家与部门都重视环保与节能减排要求，要求通过改造传统设备和机械，提升能源利用率，依靠创新提高机械产品的生产效率。

　2.1.3提高作业精度和作业效率

水泥混凝土搅拌设备为了提升生产成品的效率和精度，引入了先进的电子称量系统，提高了称量的精准度和现代化。同时自动调平系统应用到加铺沥青混凝土铺设机中，也能保障施工质量的提升。将电控系统与推土机刀片，平地机刀片和耙斗刀刃相结合提升了作业效率和作业精度，也降低了操作者的作业强度。

　　2.1.4 降低劳动强度，提高劳动生产率

机械工程为提升工作的产品效率和生产效率，逐步引入自动化与半自动化设备，大大降低了操作人员的操作强度，减轻了生产的疲劳感。部分操作人员在操作机械时难免有些生疏，缺少工作经验影响了作业的精度，同时也阻碍了工作进程的加快。例如小型挖掘机安装了弹道控制系统，在实际工作过程中能明确操作人员在操纵机械时的轨迹，并在不同角度上自动感应传感器所发布的信号轨迹，自动控制机械的运动部位和制动杆，在了解操作者运行轨迹后，能准确而自主的挖掘，从而使小型挖掘机在挖掘断面沟槽时能提高机械的使用效率，保障操作人员的操作准度，推动操作进度，提高生产率。

2.1.5 其他应用

国外利用电子控制的自动变速器来提升所生产的设备与机械的发动机动力。例如挖掘机，推土机装卸载重机等都可按照一定比例进行调整，使操作程序和操作流程大大简化。同时传输系统的自动变速器能感应负载变化，提高燃料利用率，降低能耗，同时也减轻了操作人员的劳动强度。现代化的起重设备还采取了力矩限制器的电子控制系统，能避免操作人员在实际操作中产生侧翻和断臂等工作事故，提升操作人员的工作安全性;甚至有一些外国工程公司为防止操作人员在施工时产生风险，利用无线遥控装置实现无人操作机械设备。

机械工程的重要参数是电子系统的性能指标，在露天作业中，电子系统性能指标能直接对天气产生影响，电子控制系统在实际工作过程中有着极其恶劣的工作环境，并承受着磁场和电场的干扰和强烈的冲击。因此电子控制系统应抵御外部环境的影响，在40°到80°的温度间具有可靠性和系统性和抗老化，延长使用寿命;同时还应具备较好的密封性，防止湿气的进入，电子控制系统应逐步提高其对环境的适应性，确保其在各种复杂环境和恶劣条件下安全使用不断提升其抗干扰能力。

　2.2 机电一体化技术在机械工程中的应用

早在上个世纪60年代开始，西方国家就已经在机电一体化技术方面进行了有力的开发。截止到目前为止，经过将近60年的发展之后，机电一体化在制造产业的发展上面贡献了积极的推动力量，并通过不断发挥自身优势来促使工业生产获得一次又一次的巨大革新。

　2.2.1 机电一体化技术在改造机床上的应用

众所周知，数控机床是机械工程当中非常重要的一个组成部分，在我国各个制造产业都得到了有效的应用。但是数控机床本身的精密度要求是十分高的，如果骑模具出现了丝毫的偏差的话，就会给产品的质量造成非常严重的影响。在机械工程当中引入机电一体化技术之后，使得现代机床的加工精度得到了明显提升，在有效推进生产提速的前提下，极大的降低了操作人员的控制难度。与此同时，机电一体化还对机床进行了内部的重装升级，极大的提升了其内部运行轨迹的精准性，从而为产品的质量提供了有效保障。在具体的操作当中，可以通过计算机对相关数据进行统筹处理，避免了由于人工的主观性认识不足而给生产环节带来负面影响。由此一来，机械工程的整体生产效率得到了明显提升，对于企业的经济效益扩张也有诸多裨益。

　2.2.2 机电一体化技术在包装机械方面的应用

包装机械是机械工程类目当中较为常见的一种类型，特别是对于包装企业来说是必不可少的一种应用。从结构上对包装机械进行解构，可以发现它的内部是十分繁琐的，如果在一些十分复杂的部位发现故障的话，维修过程将是十分艰难的。在对包装机械进行机电一体化技术升级之后，使得原本机械故障难以维修的问题得到了有效解决。在机电一体化的应用当中，将包装机械的各个部分进行了模块化处理，并对整个产品的生产线展开了智能化升级，不仅令整个生产环节的操作更具简便性，同时还提升了生产效率、降低了维修成本，帮助企业实现了利益扩张。

3.机电一体化技术在机械工程领域应用的趋势展望

　3.1机电一体化技术呈微型化发展趋势

在对机电一体化技术的发展进程进行研究时，可以发现该项技术正在不断的向微型化方向深入。基于这样的发展趋势，未来的机电一体化所关注的很有可能是以纳米为基础单位的生产环节。在机电一体化朝向微型化发展的进程当中，纳米技术将不断的和电子技术以及机械技术产生融合和碰撞，从而使得整个行业不断探索低能耗和小体积等全新领域。在具体的应用当中，这些特点也可以帮助企业有效的节约生产空间，整体所表现出来的应用价值是非常高的。机电一体化技术朝向微型发展的进程中，能够进一步提升机械生产的效率，推动机械工程进入到全新发展纪元当中。

　3.2 机电一体化技术呈智能化发展趋势

近些年来，我国在科学技术的发展方面投注了越来越多的关注，特别是对其和机电一体化技术的融合表现出了极大的重视与兴趣，未来势必能够引导机电一体化技术不断的进行突破。从控制理论方面来讲，机电一体化技术是在传统机电控制理念的基础之上进行的优化与提升。基于智能化的时代发展特征，机电一体化技术势必会表现出其智能化的一面，由此需要对计算机科学、人工智能等多种技术优势进行有效借鉴和融合。当前，我国在智能机电一体化方面仍然处于探索阶段，但因为它拥有的一系列特点和优势，一定能够成为未来机械领域的重要竞争力体现。因此，不断提升机械工程的智能化水平，不仅能够帮助企业优化自身的人力资源配置，同时还可以为企业带来更广阔的利润空间。

　3.3 机电一体化技术呈高性能化发展趋势

在发展机电一体化技术的时候，势必要将其落实到具体的使用性能之上，由此需要不断的对机械一体化的性能予以提升。在未来，机电一体化应当不断发挥自身的高效性和高速度性等特点，满足新型CNC系统的多种需求。在这一新型的系统当中，计算机的指令是非常经典的，同时可以通过简单的操作来对多个操作系统予以控制。利用机电一体化的这种高性能特征，能够加快产品的生产进程，使得企业的生产时间得到有效的节约。同时，由于机电一体化对生产环节的各个过程予以了有效监控，因此能够保证其产品的质量和性能。在机械工程当中推进机电一体化技术的应用不仅能在机械工程当中推进机电一体化技术的应用，不仅加快了企业的生产效率提升，同时也为企业创造出了更高的效益。

　3.4 机电一体化技术呈绿色化发展趋势

中国在发展自身工业领域的过程当中，引发了许多生态环境失衡的问题，而在机械工程当中引入机电一体化技术之后，能够保证在产品的生产环节上面进行绿色化管理，从而为生态环境保护计划提供有力支撑。机电一体化对于绿色产业的发展有着明显的促进效果，不仅能够使得企业向绿色方向予以变革，还能够帮助企业规划出一条可持续发展的道路。

结论

从整体上来看，机械工程的发展离不开机电一体化技术的有力支持。在引入机电一体化技术的过程中，不仅能够使得传统的机械工程获得有效的变革推动力，同时还能够给人类及其社会带来较大的绿色效益。机电一体化技术的不断升级和推广，对于我国各个领域的生产环节都带来了非常突出的作用。特别是在该技术的微型化和智能化发展进程中，我国应当不断的加大投入对其进行深入研究，确保该项技术的不断完善和升级，为机械工程领域开辟一片更广阔的发展空间。

致谢

岁月匆匆，时光飞逝，充实的大学生活即将结束，我的求学生涯也要在这令人难忘的季节圆满结束，论文即将完成之际怀着对母校和老师、同学的万般眷恋，使我回想起共同度过的美好时光。

在学校求学的每一天，都在浓厚的学术氛围中度过的，使我感叹时间白驹过隙的同时，更获得来自老师们的谆谆教导，使我的学业得到很大提升，同时也使我获得了同学们的深情厚谊，让我享受到来自同学们的温暖，老师的教导和同学的帮助促进了我人格的完善与发展，使我懂得了珍惜时间、珍爱友谊、珍重恩师。正是恩师、朋友、同学和家人的鼓励、关怀和帮助，使我顺利完成了研究生学业，在此向你们表达我的感激之情。

首先我要感激我的导师，在您的精心指导下，我的论文得以顺利完成。您严谨的学术态度、深邃的思想内涵、精深的专业知识等，都对我形成了深刻影响。在遇到写作问题和困难时，您总是耐心指导，循循善诱，启发我的思维，开拓我的思路，使问题迎刃而解，您的用心培育和辛勤付出促进了论文的顺利完成。再次向您表示衷心的感谢！您高尚的品德和坚韧的意志，将是我人生道路的指引，将是我受益终生！

我要感谢我的父母和家人、朋友们，是你们的无私奉献、默默付出和鼓励陪伴，使我获得了前进的动力，也让我感受到你们的信任和支持，当我遇到困难和挫折时，总会从你们那里得到鼓励和勇气，使我产生强大的内生动力，迸发强大的潜能，在此向你们表示感谢！

我还要感谢审阅我的论文的专家教授们，感谢你们的辛勤付出和严格指导，使我的论文不断改进和完善，再次向你们表示由衷的感谢。

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