机电一体化技术在机械设计制造中的应用研究

机电一体化技术在机械设计制造中的应用研究

钱家安

广东省广州市

摘要：目前我国制造业整体生产技术水平相比以往提升了一大截，其生产模式在信息技术与自动化技术的应用下也实现了升级改进，但其仍然存在材料利用率低、生产污染较大、智能化水平不足等诸多问题，在生产质量和生产效率上相比发达国家仍存在一定差距。而集合机械技术与信息技术优势并不断完善创新的机电一体化技术，在机械设计制造中的应用成为当前阶段促进制造行业发展的必然选择。为此，各制造企业需掌握机电一体化技术概念和应用优势，明确机电一体化基础技术分类，结合自身生产实际，寻找到更为符合自身实际需求的机电一体化技术应用方法，从而为机械设计制造行业的发展提供有力的技术支持。

关键词：机电一体化；机械设计

1 机电一体化技术概述

事实上，我国相关技术领域对机电一体化技术并不陌生，其是属于一种综合了机械技术与电子技术的新型技术，其融合了信息技术、微电子技术、传感技术、信号变换技术、自动控制技术与编程技术，集成了大规模电路和计算机系统功能优势，很多现代化的生产设备都在不同程度上应用了机电一体化技术，最早提及机电一体化技术是在上世纪七十年代初期一家日本杂志《机械设计》中所刊登的一篇文章当中，一经出现就引起了各界的关注，并在计算机技术的快速发展下，机电一体化技术不断改进和完善，如今的机电一体化技术已经成为集合机械技术、微电子技术、信息技术优势为一身的新型综合技术[1]。如图1所示：

2 机电一体化基础技术分类

2.1 集成制造技术

机电一体化技术当中，集成制造技术主要是指借助计算机系统来进行人力。生产控制与各项生产管理的集成化，使之形成整体，针对原材料、生产工艺、产品出货全流程进行一体化控制。目前，在机械设计制造领域已基本实现了信息化与自动化发展，但其中仍然存在一部分自动化孤岛的问题[2]。

2.2 变流传动技术

交流传动技术有着较为明显的高承载性、高适应性以及高稳定性特点，其能够有效抑制外界信号所产生的干扰影响。而且借助于电力电子与微电子技术的有效应用，能够提高交流传动技术的应用效果，从而整体上提高机械设计制造相关设备运行的安全性。

3 机电一体化技术在机械设计制造中的应用

3.1 传感设备中的应用

机电一体化系统当中所应用的传感器担负的是进行信息传递的功能作用，其不但能够实现系统当中多类信号的采集和输送，同时还能确保不同元件都能够按照正常的程序来运行。所以，机电一体化技术在传感器当中的应用，可做到机械设备、通信系统与执行系统之间的协调配合，提高信息的传输速度和信息传输安全，提升讯息传输的准确率。

3.2 动力部件中的应用

机械设计制造过程当中所应用的机械设备往往需要借助大量的能源来保持稳定的动能，这就意味着传统机械设备往往能耗较大，但其生产效率较低。所以，在机械设备设计与制造时，需注重控制设备能源的消耗问题。例如汽车制造生产过程当中，所使用的液压机是一种相对较为传统的机械设备，液压机主要是以液体来做为介质进行动能传递，从而实现压制工艺的运行，但液压机运行过程中有近30%的能量利用率限制了整体生产的效率，而采用机电一体化技术进行压机操控则能够实现利用额外电子调速器来提高设备的转速与压力值等相关参数的控制精度，从而最大程度上降低设备运行的能耗，而且对汽车部件的加工效果，以及整体效率都有着大幅度的增长[7]。

3.3 数控设计中的应用

数控设计大多数是应用于数控机床等机械设计当中，能够从技术层面促进机械制造领域的创新改革，但其整体工艺流程相对较为繁琐，执行效率较低，这也对数控技术整体发展和技术水平的提升产生了一定的限制。所以，利用机电一体化技术在数控设计当中的应用，能够有效解决部分数控系统设计所存在的缺陷问题，从而实现机械设计的智能化处理。例如，在汽车零部件加工过程当中，其所使用的数控机床在切削精度和换刀方面有着一定的缺陷，而利用机电一体化技术可实现自动换刀功能的应用，从而提高设备的使用率[8]。

3.4 监控系统中的应用

机电一体化技术在机械设计制造领域当中的应用，除能够发挥其提高生产制造精度优势之外，还可以针对机械设计制造相关设备运行状态以及生产加工实际进行实时的监控。借助于监控设备，能够仔细监测整个生产制造过程当中机械设备运行的状态和参数数据，并及时发现其中异常状态，将所采集的故障信息快速传递给操控系统，并对技术人员发出预警，使技术人员能够在最短时间内进行故障问题的诊断和排除，降低故障发生率，同时也能够减少由于故障而引发的不良影响。其主要发挥功能作用的部分是自动报警系统以及故障排查系统，自动预警系统可实现针对机械内部系统的运行，一旦发现故障隐患，可快速做出反应。而故障排查功能则需要技术人员提前输入相关程序指令，利用高效化与标准化的系统运行来充分提高运行问题的处理效率[9]。

3.5 产品开发中的应用

在现代信息技术、智能化技术与先进科技智能化设备的广泛应用下，人们的生活方式逐渐发生了巨大的变化，其现代化功能越来越完善，而在这个过程当中，传统工程机械设计制造产品已经逐渐无法满足当前人们的消费需求，对于工程机械产品的开发，也逐渐向着智能化方向迈进。而通过机电一体化技术在机械设计制造产品开发当中的应用，能够有效提高这些产品种类和性能以及功能的丰富化，结合当前市场实际、发展动态和具体要求，设计和开发出具备特定性能与功能的现代化产品。

例如，在汽车发动机微机控制系统设计当中运用机电一体化技术，可设计出用于降低燃料成本的发动机微机控制系统原理图，发动机控制单元核心主要是利用微处理器或专门进行汽车发动机专用大规模集成线路设计，利用多个传感器来获取模拟电压信号，并从发动机输出轴得到准确的脉冲信号，将其输入ECU当中进行模拟，信号通过模拟数字转换器转换为数字信号，以此相关信号为基础从而实现对空气燃料比、排气循环率、点火时间的准确计算，并以计算结果为依据进行燃料喷射阀与点火装置驱动信号输出控制，达到合理进行空气燃料比控制的效果。在空气燃料比控制最佳状态当中，对于汽车发动机的起动、预热、加速、减速、制动、空转等多种运动状态保持正常负荷有着良好的效果。

4结束语

结合上述文章内容所述，制造业的快速发展能够为人们体验到现代化、智能化生活提供有力的物质支持，而机电一体化技术则是能够促进制造业实现现代化、自动化与机械化的关键技术，可以说，在现代尖端科技快速进步的新时代，机电一体化技术在机械设计制造中的应用能够实现生产设备的自动化，未来必然也会实现智能化，这也是科技文明不断发展的必然结果。一方面，机电一体化技术能够有效提高机械设计与制造的生产效率，在生产技术水平方面有着巨大的提升空间。另一方面，还能够有效节省社会与自然资源，提高其绿色化生产水平。目前我国对于机电一体化技术的应用仍处在初期阶段，虽然已经积累了一定的经验，但仍需在不断实践中予以改进，从而充分发挥机电一体化技术优势，使其成为推动我国制造业向着智能化、现代化方向发展的基石。

参考文献

[1] 董传翠.机电一体化技术在机械设计制造中的应用[J].造纸装备及材料，2021,50(9):96-98.

[2] 姜明珠，温伊宁.机械设计制造中机电一体化的应用探析[J].中国机械，2020,14(15):22,25.

[3] 柯静.机械制造业中机电一体化技术的应用探讨[J].数码设计（下），2019,7(9):173-174.