工程机械机电一体化技术的发展思考

李昀泽

（佳木斯大学机械工程学院 黑龙江 佳木斯 154007）

0 引言

在新时代背景下，机电一体化在诸多技术的融合下越发完善，促使其逐渐形成独立性较强的技术，正因如此，机电一体化开始在诸多领域中得到广泛应用[1]。在所有领域中，机电一体化对于工程机械领域的应用效果最为显著，不仅可以促使机械设备与技术相互结合，还能从根本上增加机械设备加工的效率、质量以及精度。但未来工程机械领域依然需要继续开展机电一体化的深入探究，以推动机械领域的稳定发展。

1 工程机械机电一体化技术概述

机电一体化技术是在现代技术基础上衍生出的全新技术。同时，该技术未来将是我国工程机械设备行业发展的重要路径之一，通过该技术能够实现工程机械的自动运行。利用超声波将运行信号发给工业机械，并将其运行与现代技术相互结合，从而在大幅提升工程机械的工作效率以外，最大限度地降低机械人工成本的大量投入，为机械企业发展提供更加理想的社会效益和经济效益，其整体流程见图1。

在工业机械制造领域，机电一体化也被人们称为工业机械中的电子学，这一电子技术的推广应用能够显著提升各种机械部件运行的运动质量以及工作效率，其中也涵盖了大量的电子技术。

2 机电一体化对工程机械功能的改进分析

机电一体化对工程机械功能的改进主要体现在控制柴油机、降低能耗、电子监控和故障诊断、作业过程自动化、控制施工精准度和提升生产水平等方面。

2.1 控制柴油机

工程机械运行的动力控制核心以及机械设备的传动，对于功率都有着较为严格的技术要求，所以一般会采用四轴柴油机，见图2。

在机电一体化技术投入应用以前，人们的关注重点一直在于持续降低电动柴油机尾气污染物排放等级、大幅提高电动柴油机的平均燃油耗率两方面，并针对传统柴油机的整体性能展开进一步的研究。但在机电一体化融入其中后，便可快速实现柴油机的改进与控制，既能降低柴油机在实际应用中燃油废气的排放情况，大幅提高柴油机在运行过程中的稳定性，还能在充分满足现代工程机械的实际功率控制需求的同时，有效地提升工程柴油机的使用经济指标，实现有效降低尾气排放经济指标的使用目的[2]。

2.2 降低能耗

在能源消耗情况越发紧张的时代背景下，机械工程必须朝着节能降耗的方向发展。而工程机械中传动电子环保节能能量控制器的广泛运用，能够大幅提升挖掘机等大型机械设备的控制效果与使用效率，还能促使挖掘机在运行过程节省更多能源[3]。除此之外，电子机械节能振动控制器件的操作过程比较复杂，不会增加任何对机械的振动磨损，从而大大提升了节能任务的完成效率。

2.3 电子监控和故障诊断

如今工程机械在各个领域中的应用情况越发复杂，在对不同的机械设备展开性能维护与运行管理时，通过以往技术根本无法满足实际需求，因此，应适当加强工程设备的日常运行管理检测，保证工程设备的正常运行。而机电一体化监控技术主要目的便是实现对监控设备正常运行全过程的系统动态自动检测，对综合利用的自动控制技术、电子技术等建立远程自动监控系统，各种电子集成实时自动监控系统，包括设备工作控制装置、发电机模块等多种功能，整体结构见图3。

一旦发现故障，利用相关机械设备系统进行自动诊断，准确确定各种工程机械设备故障的具体发生位置，并通过使用自动故障报警控制系统及时发出报警。技术操作人员根据自动诊断检测结果对故障进行排除，恢复正常工作运行的机械设备。

2.4 作业过程自动化

以往工程机械在应用过程中需要工作人员进行长时间的监督管理，这样所有人员很难保证设备运行过程的安全与稳定。虽然自动化理念诞生后，工程机械领域开始要求工作人员积极落实半自动化，这样可以直接降低操作人员的工作强度，还能有效提升操作人员与机械设备的工作效率，从根本上规避由于没有作业休息、操作相关技术人员的从业工作经历以及知识经验缺乏或相关专业知识技术不足等其他原因，对机械设备作业可能造成的不良影响。

2.5 控制施工精准度

对机电加工一体化测量技术而言，其在推进工程机械产品精度测量控制中也具有重要作用。就工程电子自动控制测量系统实际工作运行而言，要努力确保精度测量工作精准化。经过笔者长期调查研究发现，人工误差测量为目前传统行业工程机械精度测量的基本检测方式，此法测量需要耗费大量人工时间，误差检测范围较大，极易对提高工程质量水平带来各种负面影响。机电加工一体化测量技术更是可充分利用电子自动化测量系统来有效落实工程测量管理工作，有效降低或彻底消除测量误差。

2.6 提升生产水平

机电一体化产品一般具有自动控制和信息自动处理功能，因此在检测精度、灵敏度等方面都有了很大提高。有了自动控制系统，机电一体化产品不能受操作者主观的影响，完全按照预定的程序进行操作，保证机械执行预期的动作，以及设备的生产能力和产品质量；此外，生产过程的自动化，提高了产品的生产效率，使产品的生产能力大大提高。

3 工程机械机电一体化技术的发展思考

在新时代背景下，工程机械机电一体化技术的发展主要围绕电子控制理论、计算机与信息处理技术和传感器技术3个方面展开。

3.1 电子控制理论

以机电一体化系统为技术核心的工业高新技术，在发展过程中逐渐推动了电子自动控制系统技术，并促使其在工程机械领域的应用情况越发普遍，成为我国工程机械工业现代化的重要历史标志[4]。但未来在落实机电一体化时，应将电子控制理论作为指导基础，进行控制系统结构设计，设计后要对系统进行仿真等。自动控制系统技术目前广泛应用于各种工程机械安装作业的远程控制和自动操纵，比如建筑摊铺机械可应用基于CAN总线的自动工程机械检测控制系统，实现自动车辆找平、行驶车辆速度和机动车辆转速自动控制。目前，最优控制技术方法和最佳自适度、模糊控制技术方法被国内外大型工程机械制造行业广泛研究采用。

3.2 计算机与信息处理技术

信息处理技术主要包括各类信息的直接输入、识别、变换、运算、存储及信息输出等功能，实现此类信息处理的主要设备是通用计算机。计算机管理技术主要包括通用计算机的软硬件管理技术和计算软件技术、网络与无线通信管理技术、数据库管理技术等[5]。计算机技术应用及电子信息处理应用技术是当前促进我国工程机械机电设备一体化信息技术产业发展的重要因素。信息处理技术需要深入研究和开发的重点课题有人机接口处理装置对信息的处理智能化、可编程的微控制器的信息标准化等。

3.3 传感器技术

传感器检测技术在古代建筑工程机械中应用较为普遍，例如，启动器可以通过对发动机油的压力和温度传感器、冷却水温度传感器等装置，进行实时检测和自动控制[6]。此外，现代沥青混凝土摊铺机的方向传感器，不仅可以完成沥青摊铺机自动运行、转向以及水平移动，还可以满足沥青摊铺机对于路面粗糙度、斜率和水泥测试的实际要求。随着传感器采集技术的快速发展，其对精度的要求也越来越高。越来越广泛的设备采集精度范围也可以应用于信息系统集成中，功能集成化和装备智能化是发展方向，所以，在各种工程机械装备中，未来需要使用越来越多的精密传感器[7]。

4 工程机械机电一体化技术的发展趋势

在新的时代背景下，工程机械机电一体化技术的发展趋势主要集中在微型化趋势、绿色化趋势和智能化趋势。

4.1 微型化趋势

机电制造技术未来快速发展的新技术方向是微型化，即现有机械制造技术向纳米制造领域快速转变，国际上普遍称此为纳米微电子制造机械系统。充分利用这种微电子制造机械系统，可将我国现有机械产品向达到纳米技术级别的方向快速发展，为机械产品的技术革新升级提供了新发展思路。此种机电制造技术在我国航空航天、海洋、军事、医疗等机械领域应用优势明显，比如体积小、耗能低，是未来的机械关键技术。

4.2 绿色化趋势

随着现代人们环保意识的逐渐增强，机电设备一体化关键技术也向着未来绿色化发展方向快速发展。该关键技术的未来绿色环保发展方向指的是其扩大应用范围，不会严重污染自然环境，可大大降低原材料的加工使用制造成本，并能有效实现材料回收再综合利用[8]。比如，通过将工业废物处理产生量、材料制造使用量、产品设计三者之间的计量关系综合进行统计量化，从而可以分析机电一体化机的产品在制造使用过程中是否对现有环境造成了重大污染；对机电一体化在产品设计、制造过程中的每一个阶段都要进行优化改进，争取通过利用废弃的原材料处理来优化加工进行生产。

4.3 智能化趋势

（1）灵活利用专家系统。专家系统技术属于一种智能化处理系统，能够将各种机床相关理论知识和操作经验，充分转化成为计算机系统可以识别的处理符号，并能充分利用各种机床专家系统的逻辑控制策略和各种逻辑推理方法，集中大型机床设备行业相关产品设计中的高技术工艺水平和高技术水准问题，通过在各种大型数控机床中充分利用加入这种高工艺技术水准的专家系统，该技术可以有效用于帮助企业提高各种机电设备智能一体化机床工业产品的工程信息化和智能化数据处理技术水平[9]。

（2）通过一种使用模糊式的逻辑思维来控制新的系统设计技术。现阶段这种逻辑控制系统技术已经逐渐得到了广泛的研究使用，实际上就是通过一种模仿数控机器人的一种逻辑思维式的逻辑控制方式而被用来实现展示不精确各类控制信息的一种控制工具。

（3）通过目前智能器械机床设计工程技术的广泛使用，它不仅可以有效帮助工业自动化机床设计工程处理各类机床专业知识，是一种较高的针对多层次的专业信息处理和复杂的大数据处理综合应用科学技术，智能器械机床设计工程在其科学研究各类专业知识的应用领域中的覆盖范围可能要比专家系统更广[10]。

（4）人工神经网络信息处理控制系统，这种技术实际上是一个由大量简单的网络信息处理控制单元，广泛的信息网络连接所组成的复杂非线性网络信息处理控制系统和非线性神经网络处理系统，具有较高的人工自动化环境适应能力、较强的人工数字化和计算机数据处理控制能力、高度的人工数据容错性和处理控制能力；主要应用技术特点是帮助企业管理解决不精确和模糊的各类人工信息处理系统技术中的问题。

5 结语

综上所述，机电设备一体化主要目的是将机械设备与通用电子有效融合起来使用，从而大大提升机械设备在日常运行以及检修维护使用过程中的工作效率，并降低生产成本。目前我国在机电一体化方面的应用仍有不足，但机电一体化在我国未来的发展方向已经明确，相关领域应该朝着这一方向努力发展，以促使机电一体化完成质的转变。