機械設計制造中機電一體化應用探析

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摘要：機電一體化是計算技術和機械化生產的有機結合，顯著提升了機電設計與制造效率。機電一體化標志著我國機械生產行業自動化水平的進一步提升，將集成電路和自動化生產線結合起來，使得機械設備的加工精密度進一步提升。機械生產水平是綜合國力的重要體現，直接影響了工業產能和產品質量。未來，機械設計與制造行業將會朝著機電一體化的方向持續邁進。本文立足于機械設計制造的現代化需求，結合機電一體化的相關概念，深析機械設計制造中機電一體化的應用策略。

關鍵詞：機械設計制造；機電一體化；應用分析

隨著我國工業化進程的縱深推進，行業的發展越來越依賴技術的創新和產能的提升。機電一體化作為當前機械設計與制造的最新成果，能夠全面激發我國工業生產的內在活力。機電一體化推動了我國機械制造及其自動化的全面發展，為智能生產線的建設打下了堅實的基礎。機電一體化將電力技術和機械技術結合起來，推動傳統工業的轉型升級。本文結合內燃機設計與制造，探索內燃機生產行業的機電一體化建設。

1機電一體化的相關概念

1.1機電一體化的定義。機電一體化是我國機械設計制造能力的最佳體現，作為一種先進生產力，它整合了集成電路和計算機技術的優勢。在工業生產和機械設備加工制造領域，機電一體化能夠顯著提升企業產能，憑借著高精度、好效率、高質量等眾多優勢迅速占領市場。隨著電子信息技術和計算機技術的發展，機電一體化在此基礎之上實現了質的飛躍，從根本上改變了機械生產模式。十八大以來，我國積極推動產業結構調整，淘汰落后產能，而機電一體化也迎來了新一輪的發展機遇。經過了30多年的發展，我國機電一體化技術逐漸成熟，在設計、制造、包裝等多個行業應用廣泛。1.2機械設計制造中機電一體化的優勢。機電一體化作為工業生產的全新理念，憑借著產品過硬的性能，迅速占領了機械生產市場。相比于傳統的工業生產模式，機電一體化產品兼顧安全性與實用性，在產能和可操控性上穩步提升。1.2.1生產過程安全可靠。機電一體化充分發揮了電子信息系統和計算機技術的優勢，能夠實現生產線的自動監視、故障自檢、斷電保護。機電一體化設備在生產安全性上有著明顯的優勢，對于電壓、電流的變化有些較強的感知能力。一旦遇到超負荷運轉或電壓、電流異常情況將會斷電并發出警報，有效保護了關鍵電子元件不被損壞。通過程序設計和電路控制實現設備的緊急停機。以內燃機生產為例，作為現代工業技術的代表，內燃機是工業產品和機械設備的核心。生產過程中，對產品質量和切割精度有很高的要求。同時內燃機生產作為高度密集型產業對生產的安全性和可靠性有較高要求。機電一體化能夠滿足于當前我國內燃機生產行業的一般需求，推動大型機械設備的研發和生產。1.2.2優秀的產能。機電一體化標志著我國自動化生產技術步入了新征程。通過信息錄入系統的程序錄入，將電信號轉化為機械產能，以智能化數控機床為代表的新型生產設備具備優秀的產能滿足日益擴大化的市場需求。這類產品具備強大的信息錄入和信息識別能力，能夠實現產品信息的自動監測和智能化生產。機電一體化能夠有效應對復雜機械模型的生產，通過編程語言控制機床切割精度，顯著提升設備操控的靈敏度和精確性。機電一體化能夠最大限度的降低人為因素對生產行為的干擾，將傳統工業生產的勞動密集型產業轉變為高度集約，感度智能化企業。機電一體化的顯著優勢在于其信息處理的高效性，能夠避免人工操作帶來的不確定因素，實現不間斷生產。這也使得設備生產過程中的不確定性得到有效控制。1.2.3可操控性強。機電一體化產品在操控性能和維護方面優勢明顯。通過數字顯示、程序控制、計算機操作等形式，降低了機電一體化對操控人員的要求。設備在工作過程中按照既定的程序進行生產，生產行為具有高度的協同性和連續性。除特殊情況化，工作人員無須進行任何調整性操作。隨著機電一體化的縱深推進，其與行業結合的緊密性越來越高。在內燃機生產過程中，機電一體化的最新成果相關電氣零件的設計研發緊密結合。目前，已經有電火花加工機床、線切割機、激光測量儀等多種數控設備運用到內燃機的生產中來。一方面，內燃機整體構造較為復雜，單個零件的加工精度和復雜度較高，而機電一體化設備能夠通過多線程程序的錄入，實現對高精度產品的雕刻。就其調整和維修而言，該設備整體集約化程度高，設備調試以程序的調試為主。其自身的自檢系統能夠對運行中出現的故障采取一定的自我處理措施。

2機械設計制造中機電一體化技術

2.1集成制造技術。集成制造技術的成熟應用能夠實現機械加工全過程的集約化、自動化。在設備設計與加工過程中，必須在設計前期做好充分的準備工作，從原材料準備到生產流程、產品輸出等整個流程出發，完善管理體制，實現整個加工流程的自動化。在生產初期，運用計算機模擬系統對整個生產流程進行動態演示，對程序設計和錄入進行優化。通過對各部門生產過程的模擬，獲得更加精確的測試數據，為生產全過程的自動化打下基礎。2.2總線技術。機電一體化從技術層面上改變了機械設備的生產模式，實現了系統化控制。合理運用總線技術能夠將眾多儀器設備組合起來，統一管理，對于同類設備，采用分控與總控結合的管理形式，完成各個生產車間的閉合管理。將傳統的人工管理與監測轉變為計算機管理。憑借總線技術將整個車間內的設備運行情況進行匯總，便于設備的集中統一管理，較少對人力資源的依賴。總線技術集信息收集與指令下達為一體，通過信息交互完成對設備的監測和控制，使計算機技術和機械設備之間結合更為緊密。2.3交流傳動技術。交流傳動技術即信息的雙向傳動，機電一體化對電子信息傳輸流暢性要求很高，通過雙向傳動技術的全面布局能夠實現產能的優化升級，提升信息傳輸的效率和質量。內燃機生產是一個多部門協作的過程中，不論是原料供應還是產品組裝都考驗車間之間、企業之間的協同作業能力。通過微電子技術和計算機技術的整合，讓機電一體化設備的整體操控性能得到進一步提升。

3機械設計制造中機電一體化技術應用

3.1數控設計。數控設計和數控機床作為一個成熟的工業加工系統，通過機電一體化技術的運用能夠有效提升工藝的現代化水平。機電一體化作為數控設計和數控機床的整體革新，能夠有效優化數控機床的缺陷，促進數控機床加工行業的現代化發展。目前我國發動機生產以活塞式發動機和渦輪發動機為主，以上兩種內燃機適用面廣，市場需求量大。目前，我國自主研發的往復式渦輪發動機逐漸成熟，發動機功率和排量逐漸提升，汽油柴油機的熱效率能夠達到40%以上。一方面，這表明我國內燃機生產技術逐漸成熟，另一方面，在內燃機熱效率的提升上仍然存在較大的空間。從活塞式發動機到渦輪式發動機的升級對數控機床和機電一體化技術提出了更高的要求。通過計算機輔助制圖，讓CAD技術更高的應用與內燃機設計與制造。3.2動力設計。機電一體化相較于傳統的分散式機械設計與制造行業而言能夠顯著提升動能，降低能耗。經濟的發展使得我國內燃機需求量越來越大，只有不斷提升機械制造的動能，才能夠真正實現生產力的提升。通過集成電路和電子元件實現對數控機床和機電一體化設備的高效控制。傳統機械設計中，一般選用液壓機作為主要動力，但液壓機整體工作效能不足，在設備使用過程中對能源的消耗與浪費較為嚴重。在液壓裝置中加入電子調速器就能夠實現對機械壓力和動力的可控調節。3.3監控系統。機械設計與制造過程中，監控系統是生產連貫性與持續性的重要保證。設備在運行過程中不可避免的會出現故障，監控系統的建立在于合理應對突發故障。機電一體化在故障診斷與監測方面優勢明顯，能夠動態監測設備內部故障，實現故障預警，自動排查和報警。問題的早發現早處理能夠最大限度的降低停機和故障造成的不良影響。

4機械設計制造中機電一體化的發展前景

4.1智能化發展。機電一體化建立在計算機系統和網絡大數據的基礎之上，隨著工業化進程的深入推進，機電一體化將會朝著智能化的方向全面推進。目前，我國人工智能產業發展迅猛，將智能機器人應用到內燃機生產過程中仍然有賴于機電一體化理論體系作為支撐。一方面機電一體化作為工業集約化的重要途徑，為工作方式仍然以機械式運動為主。另一方面，機械行為的智能化離不開人工智能和機電一體化的有機結合。智能產業鏈將會成為未來工業生產的主要形式。讓智能化產品服務于機電行業的現代化發展，構建智能化產業園。4.2微型化發展。一方面，機電一體化設備正朝著小型化、微型化方向發展，這得益于智能芯片研發技術的提升，另一方面，微型化發展的機電設備能夠滿足于更加高精度的加工需求。就內燃機加工行業本身而言，加工對象的精度要求越來越高，這也促使機電一體化朝著更加高精度的方向發展。只有這樣才能夠滿足日益多樣化的機械加工需求。4.3網絡化發展。機電一體化進程中，相關設備的集中監測有賴于網絡體系的構建。借助網絡平臺實現對相關設備和車間的遠程控制，為無人車間的構建打下基礎。機電一體化的過程離不開互聯網的參與，網絡協同管理也是在網絡產品和系統程序的基礎上實現的。必要的局域網建設是機電一體化構建的基礎。隨著我國5G網絡體系的建設，物聯網將會成為機械設備生產行業的主要發展趨勢。線上研發，線下成產，新型工業化產業將會更加依賴網絡技術的普及。

5結束語

機電一體化標志著我國機械設計與制造步入了新臺階?，F如今，機電一體化已然成為工業生產的主流形式，不論是機械設計加工還是相關產業的協同發展，都離不開機械設備的參與。在工業化進程深入推進的今天，機電一體化應當明確發展方向，結合我國工業基礎特點，加速同工業生產的融合。

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作者:員園園 單位:西安交通工程學院