機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用探究

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摘要：筆者概述了機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)基本內(nèi)容與應(yīng)用價(jià)值，提出了機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用路徑以及未來發(fā)展趨勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的優(yōu)化與升級(jí)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的完善與創(chuàng)新，進(jìn)一步控制生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，避免能源的過度消耗。

關(guān)鍵詞：機(jī)電工程；數(shù)控機(jī)床；智能生產(chǎn)；自動(dòng)化技術(shù)

機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)主要能夠幫助機(jī)械加工環(huán)節(jié)不必過度依賴人工操作，利用電力驅(qū)動(dòng)完成設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)也可通過電子技術(shù)完成設(shè)備的智能啟停，實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的及時(shí)調(diào)節(jié)。為了保證機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的高效運(yùn)用，筆者對(duì)機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的基本內(nèi)容、優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)進(jìn)行深入剖析。

1機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)分析

1.1基本內(nèi)容

自動(dòng)化技術(shù)是以互聯(lián)網(wǎng)以及通信技術(shù)作為應(yīng)用基礎(chǔ)，通過將所有信息資源進(jìn)行整合處理，實(shí)現(xiàn)無人干預(yù)便可對(duì)產(chǎn)品工藝參數(shù)完成智能調(diào)節(jié)的工作模式。隨著機(jī)電工程對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的高效運(yùn)用，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)中的軟件與硬件設(shè)施進(jìn)行了一定程度的優(yōu)化與升級(jí)。其中軟件系統(tǒng)需要依托服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)施來使用，不同功能模塊分別負(fù)責(zé)各環(huán)節(jié)的控制與運(yùn)行，能夠自動(dòng)采集加工信息并完成在線存儲(chǔ)，幫助工作人員利用計(jì)算機(jī)更好地完成資源調(diào)配，實(shí)現(xiàn)資源的最大化運(yùn)用。而硬件設(shè)施上也實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制，能夠支持操作人員通過編程系統(tǒng)完成產(chǎn)品的加工制造[1]。

1.2應(yīng)用價(jià)值

1）機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)大幅提升了生產(chǎn)效率，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)向現(xiàn)代化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，大量解放人力資源，通過自動(dòng)生產(chǎn)指令、智能計(jì)算、單元模塊實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的統(tǒng)一加工與制造。同時(shí)操作人員也可以依照實(shí)際需求設(shè)定參數(shù)，最大可能地減小產(chǎn)品誤差。并且自動(dòng)化技術(shù)能夠完成批量作業(yè)，實(shí)現(xiàn)投資資源的高效利用，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)。2）機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)可以提高生產(chǎn)質(zhì)量，一方面，工作人員可以運(yùn)用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)與評(píng)估，借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與控制程序完成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)把控，進(jìn)一步規(guī)范生產(chǎn)流程，充分發(fā)揮各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。另一方面，自動(dòng)化技術(shù)的檢測(cè)效率極高，可以自行分析各裝置的運(yùn)行參數(shù)，通過上傳至數(shù)據(jù)庫進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)值的比對(duì)，從而評(píng)估設(shè)備的使用壽命，判斷裝置是否存在故障，以此達(dá)到降低安全事故發(fā)生概率的目的[2]。

2機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用路徑

2.1機(jī)械加工制造方面

在機(jī)械加工制造當(dāng)中，自動(dòng)化技術(shù)的主要表現(xiàn)形式為以下四種：1）智能化應(yīng)用。與以往的加工模式相比，智能化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)加工制造的全過程調(diào)節(jié)與控制，自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、參數(shù)，完成應(yīng)用系統(tǒng)的全方位檢測(cè)，并根據(jù)分析結(jié)果，找出加工制造時(shí)存在的不足與漏洞，之后借助專家系統(tǒng)與神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)自行設(shè)計(jì)出一套切實(shí)可行的解決方案，同時(shí)記錄好相應(yīng)信息作為故障案例，避免同類型問題再次發(fā)生。此外，為了確保智能化技術(shù)優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮，工作人員要設(shè)置相應(yīng)的管理系統(tǒng)以及人機(jī)操作界面，從實(shí)際需求角度出發(fā)，確保資源的高效使用，防止資源浪費(fèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生。2）虛擬化應(yīng)用。以往的機(jī)械加工制造經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品合格率不符合實(shí)際生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的情況，尤其是對(duì)于一些精密性要求較高的零部件，一旦出現(xiàn)誤差現(xiàn)象，必然會(huì)導(dǎo)致不必要的資源浪費(fèi)，造成成本費(fèi)用的上漲，不利于產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制。因此，為了解決此類問題，當(dāng)前部分機(jī)械企業(yè)已逐漸開始將虛擬化技術(shù)運(yùn)用在加工生產(chǎn)當(dāng)中，通過將實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行數(shù)字化呈現(xiàn)，利用計(jì)算機(jī)與程序系統(tǒng)構(gòu)造三維模型，使零部件的各項(xiàng)參數(shù)信息能夠在線完成調(diào)整與修改，即使出現(xiàn)零部件加工制造環(huán)節(jié)存在計(jì)量誤差、設(shè)備參數(shù)不符合應(yīng)用需求的情況，也不會(huì)在調(diào)整過程中浪費(fèi)制造材料與成本資金。同時(shí)，虛擬化技術(shù)的模擬效果精確度極高，基本可以保證加工過程不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差，能夠從源頭上保障產(chǎn)品質(zhì)量。3）柔性化應(yīng)用。柔性化應(yīng)用的特點(diǎn)體現(xiàn)在可以依照外界環(huán)境呈現(xiàn)與之對(duì)應(yīng)的適應(yīng)能力，是指經(jīng)過柔性化技術(shù)加工制造出的產(chǎn)品更符合市場(chǎng)的需求環(huán)境與應(yīng)用特征，能夠遵從發(fā)展性原則與經(jīng)濟(jì)變化趨勢(shì)，進(jìn)行產(chǎn)品特點(diǎn)的修正與完善。當(dāng)前，機(jī)械企業(yè)在制造產(chǎn)品時(shí)需要根據(jù)客戶的使用要求來調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與類型，因此如何提高產(chǎn)品的適用性是各機(jī)械加工制造企業(yè)需要切實(shí)解決的問題。在使用柔性化技術(shù)時(shí)需要將其與其他技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在保障產(chǎn)品有序生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化人員操作行為、升級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)界面，并合理構(gòu)建產(chǎn)品信息與參數(shù)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)管理性能，以此達(dá)到保障信息系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、產(chǎn)品交貨時(shí)間的目的。4）集成化應(yīng)用。集成化技術(shù)是機(jī)械加工制造產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展方向，是指將計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行高度整合，使其能夠作為一個(gè)整體被運(yùn)用到生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)中，借助其包含的管理、信息等程序，優(yōu)化加工流程，促進(jìn)自動(dòng)化生產(chǎn)，使加工制造方式更加多元化、多樣化，并實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度管理，避免無序化的流程開展，影響加工制造效率。在集成化技術(shù)的使用過程中，不同工藝間的整合還可強(qiáng)化生產(chǎn)全過程的統(tǒng)籌管理，完成零部件的動(dòng)態(tài)集成，同時(shí)還可帶動(dòng)資源的優(yōu)化配置，切實(shí)發(fā)揮自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械加工制造中的實(shí)際作用[3]。

2.2智能生產(chǎn)方面

在智能生產(chǎn)方面，許多電氣工程企業(yè)都已將自動(dòng)化生產(chǎn)線投入到加工生產(chǎn)領(lǐng)域，借助一系列電子技術(shù)與先進(jìn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)一體化管理，以此提高生產(chǎn)效率、保障生產(chǎn)質(zhì)量，推動(dòng)生產(chǎn)的集約化發(fā)展。本文將對(duì)其中使用范圍最廣的幾種技術(shù)進(jìn)行分析討論：1）光電控制系統(tǒng)。能夠?qū)Ξa(chǎn)品、部件進(jìn)行控制與測(cè)試，借助光電傳感器與可編輯邏輯控制器，完成對(duì)機(jī)械設(shè)備的指令傳輸。同時(shí)光電控制系統(tǒng)還能做到對(duì)模擬量、數(shù)字量的閉環(huán)控制，利用曲線插補(bǔ)功能，進(jìn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)的監(jiān)控，有效抵御外界不良因素的干擾。2）人機(jī)界面控制裝置。該裝置是以用戶作為中點(diǎn)，能夠根據(jù)處理時(shí)間順序以及工藝流程，完成多個(gè)管理對(duì)象、子系統(tǒng)的要求處理，利用多級(jí)菜單、分層信息降低操作難度，該自動(dòng)化設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于能夠更準(zhǔn)確地把握人物要求，可以將組態(tài)軟件編輯好的工程文件進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，保證數(shù)據(jù)信息的安全性。并且人機(jī)界面控制也能全面反映設(shè)備使用狀態(tài)與應(yīng)用流程，強(qiáng)化視覺與觸摸效果，降低故障發(fā)生的概率，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失[4]。2.3數(shù)控機(jī)床方面機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)在數(shù)控機(jī)床方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在數(shù)控功能上，促進(jìn)軟件設(shè)計(jì)的模塊化轉(zhuǎn)變，使數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)開發(fā)性、開放性達(dá)到最佳，進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行效率。通過其數(shù)字信息控制功能，完成相應(yīng)零件與刀具位移，能夠有效解決產(chǎn)品零件品種不確定、批量小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。比如，在數(shù)控裝置中利用自動(dòng)化技術(shù)可以將以往MDI手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入方式轉(zhuǎn)變?yōu)樵贓DIT狀態(tài)下，借助軟件程序完成加工程序的輸入，并將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，以此達(dá)到應(yīng)用程序反復(fù)輸入的目的，避免人為操作時(shí)容易出現(xiàn)錄入失誤。同時(shí)該方法還能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，幫助操作者根據(jù)不同的功能菜單，輸入尺寸數(shù)值，進(jìn)行加工程序的自動(dòng)生成[5]。

2.4設(shè)備監(jiān)控與維護(hù)方面

首先，在設(shè)備監(jiān)控方面，需要將設(shè)備自動(dòng)化維修工藝與機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)充分融合，利用信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)更準(zhǔn)確地把握自動(dòng)化控制能源消耗狀況，實(shí)現(xiàn)機(jī)電自動(dòng)化產(chǎn)品向節(jié)能方向的發(fā)展。比如在水泵機(jī)械中，需要水泵設(shè)備保持足夠高的液體壓強(qiáng)，能夠完成乳化液、液態(tài)金屬的穩(wěn)定輸送。為此，可將自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用在水泵的制造流程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水泵將機(jī)械外部能量轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)機(jī)械能的效率，并在操作界面全面呈現(xiàn)液體壓強(qiáng)變化狀況，以此更加高效地完成其與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的比對(duì)與分析，判斷水泵性能是否滿足應(yīng)用需求。其次，自動(dòng)化技術(shù)中的SCADA系統(tǒng)可以以通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)作為應(yīng)用基礎(chǔ)，對(duì)運(yùn)行設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、參數(shù)調(diào)節(jié)以及信號(hào)報(bào)警，通過RTU模塊完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)感知，之后利用無線或有線方式將感知層數(shù)據(jù)傳遞到網(wǎng)絡(luò)鏈路中，以此為生產(chǎn)監(jiān)控提供重要信息，使工作人員能夠在電子屏上觀看集中展示后的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確把握設(shè)備狀態(tài)。最后，在設(shè)備維護(hù)方面，自動(dòng)化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，完成風(fēng)險(xiǎn)性與效能評(píng)估，工作人員可將相關(guān)計(jì)算內(nèi)容、生產(chǎn)規(guī)劃輸入電腦完成分析設(shè)定，使用重復(fù)作業(yè)功能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的統(tǒng)一制度化轉(zhuǎn)變，并消除產(chǎn)品加工過程中可能產(chǎn)生的鐵屑，保障企業(yè)生成效益，更好地完成人力與時(shí)間的規(guī)劃、安排[6]。

3機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)

3.1網(wǎng)絡(luò)化

我國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及程度較高，該技術(shù)能夠利用一系列通信設(shè)備組建互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，打破時(shí)間與空間的限制，使人們可以在網(wǎng)絡(luò)上完成溝通與交流，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息的及時(shí)傳遞。而機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展則主要體現(xiàn)在遠(yuǎn)程控制方面，能夠使操作人員利用無線網(wǎng)進(jìn)行電器操作或參數(shù)調(diào)整。同時(shí)遠(yuǎn)程控制功能也能及時(shí)進(jìn)行目標(biāo)對(duì)象的配置與維護(hù)，解決了以往工程師必須親自到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)維修設(shè)備的問題，進(jìn)一步降低了維護(hù)成本。此外，我國(guó)許多電氣工程企業(yè)將研究重點(diǎn)放在了近年飛速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)上，物聯(lián)網(wǎng)是指利用傳感器、GPS、感應(yīng)器、射頻識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)重要信息的采集，完成互動(dòng)、連接過程的監(jiān)控，可以通過網(wǎng)絡(luò)接入進(jìn)行物品與過程的管理，能夠進(jìn)行獨(dú)立尋址的網(wǎng)絡(luò)。將其運(yùn)用在機(jī)電工程當(dāng)中不僅可以降低監(jiān)管人員的工作難度，還能通過傳感器全面反映系統(tǒng)內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)不良入侵或信息問題時(shí)，能夠第一時(shí)間將錯(cuò)誤傳遞給管理系統(tǒng)之后進(jìn)行合理調(diào)整，完成故障修復(fù)[7]。

3.2模塊化

一方面主要體現(xiàn)在統(tǒng)一零件結(jié)構(gòu)與接口，規(guī)定統(tǒng)一的電氣設(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)間的信息融合，研發(fā)人員需要推動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)與BIM技術(shù)的結(jié)合，充分發(fā)揮模塊化技術(shù)可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等特點(diǎn)，進(jìn)行設(shè)備安裝流程、產(chǎn)品加工過程的模型構(gòu)造，在系統(tǒng)程序內(nèi)進(jìn)行預(yù)制與設(shè)計(jì)，以此保證構(gòu)件間的互動(dòng)性與反饋性得到完成呈現(xiàn)，幫助工作人員及時(shí)做好各環(huán)節(jié)的變更與調(diào)節(jié)工作，確保工程內(nèi)容表達(dá)更詳細(xì)。另一方面體現(xiàn)在機(jī)電硬件的全面優(yōu)化，以往許多機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)組成以鋼鐵為主，這種構(gòu)造方法難以避免地會(huì)使設(shè)備本身過于笨重，既不利于搬運(yùn)，也容易受環(huán)境因素影響，不利于設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間使用，而采用復(fù)合金屬的方法則能有效解決此類問題，達(dá)到減輕設(shè)備自重、強(qiáng)化機(jī)器運(yùn)行效率的目的，同時(shí)機(jī)械性能也會(huì)得到一定程度的提升[8]。

3.3智能化

智能化發(fā)展是自動(dòng)化技術(shù)演變的必然趨勢(shì)，是指事物在數(shù)據(jù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等條件的支持下滿足人們實(shí)際需求的屬性，比如無人駕駛汽車便是智能化發(fā)展的重要表現(xiàn)之一。而機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的智能化發(fā)展能夠在減少人力資源使用的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用的質(zhì)量與效率，借助ANN、分布式控制系統(tǒng)、機(jī)器人學(xué)等智能化工具，使機(jī)電工程系統(tǒng)能夠在指定時(shí)間內(nèi)完成各項(xiàng)任務(wù)，進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)的靈活性與安全性。同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)的智能化發(fā)展也能促進(jìn)功能的創(chuàng)新，以此滿足自動(dòng)化工程的發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)效率的提升，更好地進(jìn)行生產(chǎn)周期的把控，相關(guān)技術(shù)部門可以此為基礎(chǔ)打造線上平臺(tái)，豐富數(shù)據(jù)庫信息，分享研發(fā)成果，幫助設(shè)計(jì)人員及時(shí)掌握不同行業(yè)對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用需要，以此保證產(chǎn)品的適用性。此外要注意機(jī)電自動(dòng)化產(chǎn)品的生產(chǎn)目的是服務(wù)人類，提高人們的生活質(zhì)量，因此產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程需要凸顯人機(jī)一體化的特點(diǎn)[9]。

3.4綠色化

綠色環(huán)保是我國(guó)一直以來貫徹的發(fā)展方針，任何行業(yè)、任何企業(yè)都應(yīng)重視能源的使用，注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。因此，機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)需要向綠色化方向發(fā)展，進(jìn)一步提高資源的利用效率。首先，自動(dòng)化技術(shù)的精確性較高，可以有效避免加工產(chǎn)品的實(shí)際誤差，避免材料的過度消耗，提高產(chǎn)品合格率。其次，在工業(yè)制造過程中會(huì)產(chǎn)生大量的污水與廢氣，需要工作人員借助自動(dòng)化技術(shù)與相關(guān)設(shè)備進(jìn)行污染量的排放控制，進(jìn)行有害物的含量檢測(cè)與毒性分析，準(zhǔn)確判斷排放量數(shù)值是否滿足各項(xiàng)安全排放系數(shù)，以此打造綠色生態(tài)。最后，要求相關(guān)人員做好不合格產(chǎn)品的回收再利用工作，通過自動(dòng)化技術(shù)判斷產(chǎn)品回收價(jià)值，進(jìn)行重要構(gòu)件的提取，并加強(qiáng)綠色機(jī)電化產(chǎn)品的生產(chǎn)力度[10]。

4結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行分析討論，提出將其應(yīng)用在機(jī)械加工制造、智能生產(chǎn)、數(shù)控機(jī)床、設(shè)備監(jiān)控與維護(hù)等方面的有效對(duì)策。闡述機(jī)電工程自動(dòng)化技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)，以此提高資源、材料的利用效率，確保生產(chǎn)、加工流程的安全性與高效性，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，消除潛在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，推動(dòng)機(jī)電工程行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

作者:王寬 單位:鶴壁技師學(xué)院