机电一体化技术在机械工程改造中的应用

引言

机械工程设备是制造业生产的核心载体，随着工业智能化发展，大量传统机械设备因自动化程度低、能耗高、精度不足，难以适配现代生产需求，亟需通过改造实现性能升级。机械工程改造不同于全新设备采购，需在原有设备基础上优化结构、升级功能，既要保障改造后设备的稳定性，又要控制改造成本，对技术的适配性与实操性要求极高。

一、机电一体化技术在机械工程改造中的现存问题

1.1 技术适配性不足，与原有设备协同不畅

传统机械工程设备多为纯机械结构，缺乏电子控制接口与数据传输通道，机电一体化技术改造时易出现新老设备脱节问题。为老旧车床加装数控系统时，原有机械传动机构精度不足，无法匹配数控系统的控制精度，导致改造后加工误差增大；为液压设备升级电液比例控制模块时，原有液压管路与新模块接口不兼容，需额外改造管路，增加改造成本与复杂度。不同品牌的机电一体化组件通信协议不统一，改造后系统数据无法互通，难以实现协同控制，影响设备整体性能。

1.2 改造流程不规范，全周期管控缺失

当前机械工程改造多聚焦设备升级单一环节，缺乏从评估、设计到验收的全周期规范流程。改造前未开展系统的设备评估，仅依据经验判断改造方向，如未检测原有设备机械结构的损耗程度，盲目加装自动化组件，导致改造后设备负载超标；改造设计阶段未结合生产需求优化方案，如为低精度加工需求的设备配置高精度伺服系统，造成技术冗余与成本浪费；改造后验收标准不明确，仅通过简单试运行判断改造效果，未检测设备的长期稳定性、能耗指标与协同性能，后期易出现运行故障，影响生产。

1.3 人员操作与运维能力薄弱，技术价值难以释放

机电一体化改造后的设备融合机械与电子控制功能，对操作人员与运维人员的技术素养提出更高要求。部分操作人员仍沿用传统机械设备的操作习惯，不熟悉数控系统、智能监测面板的使用方法，如未按规范设置控制参数，导致设备运行异常；部分运维人员仅掌握机械部件的维修技能，对电子控制模块的故障排查能力不足，设备出现电气故障时需依赖外部技术支持，延长停机时间。

二、机电一体化技术在机械工程改造中的核心应用场景

2.1 传动系统改造中的机电一体化应用

聚焦高效化与精准化，传统机械传动系统多依赖齿轮、皮带等纯机械部件，存在传动效率低、调速范围窄、磨损严重等问题，通过机电一体化技术改造可显著提升性能。对于车床、铣床等加工设备，采用伺服电机 + 滚珠丝杠替代传统齿轮传动，伺服电机通过电子控制实现无级调速，响应速度较机械调速大幅提升，同时滚珠丝杠减少传动间隙，提升设备定位精度；对于输送、提升类设备，采用变频电机替代普通异步电机，结合变频器实现转速动态调整，如根据物料输送量自动调节电机转速，降低空载能耗。

2.2 控制系统改造中的机电一体化应用

侧重智能化与协同化。传统机械设备的控制多依赖人工操作，如通过手柄调整加工参数、通过手动阀门控制液压系统，操作精度低、劳动强度大，通过机电一体化技术升级控制系统可实现自动化与智能化。在单机设备改造中，为设备加装 PLC 控制器与触控面板，将传统手动操作流程转化为程序控制，如加工设备通过 PLC 预设加工参数，操作人员仅需选择对应程序即可启动加工，减少人为误差；在多设备联动改造中，构建基于工业以太网的控制系统，将多台改造后的设备接入统一控制平台，实现数据互通与协同运行，如生产线中加工设备、输送设备、检测设备通过平台联动，加工完成后自动触发输送指令，检测不合格时自动反馈至加工设备调整参数，提升生产效率。

2.3 监测系统改造中的机电一体化应用

注重实时化与预防性。传统机械设备的状态监测多依赖人工巡检，存在故障发现滞后、监测精度低等问题，通过机电一体化技术加装智能监测系统可实现设备运行状态的动态管控。在旋转机械改造中，加装振动传感器与温度传感器，实时采集设备振动频率、表面温度数据，数据传输至监测平台，平台通过预设阈值判断设备状态，出现异常时自动报警，如电机轴承温度超标时推送维修提示，避免故障扩大；在加工设备改造中，加装视觉检测模块与力传感器，加工过程中实时检测工件尺寸精度与切削力度，尺寸超差或力度过大时自动暂停加工，减少废品率。

三、推动机电一体化技术在机械工程改造中高效应用的优化策略

3.1 加强技术整合，提升与原有设备的适配性

改造前需开展系统的设备评估，检测原有机械结构的精度、强度与损耗程度，如通过激光干涉仪检测车床导轨精度，判断是否需先修复机械结构再进行电气升级；选择兼容性强的机电一体化组件，优先选用支持通用通信协议的 PLC、伺服电机，减少不同组件间的协同障碍；对原有设备进行必要的机械改造，如为老旧设备加装标准化安装支架、预留电气接口，确保新组件可稳定安装；改造后开展系统联调，通过参数校准，实现机械结构与电子控制的精准匹配，保障设备运行稳定性。

3.2 规范改造流程，构建全周期管控体系

建立评估、设计、实施、验收的标准化改造流程，评估阶段明确改造目标、设备现状与成本预算，形成评估报告；设计阶段结合评估结果制定改造方案，明确机电一体化组件选型、改造步骤与技术指标，方案需经技术、生产、运维部门共同审核；实施阶段严格按方案推进，做好原有设备拆解保护、新组件安装调试等环节的质量管控，避免改造过程中损坏设备；验收阶段制定明确的验收标准，检测设备的性能指标、运行稳定性与协同能力，如连续试运行 72 小时观察设备故障率，确保改造效果达标，验收合格后方可投入生产。

3.3 完善人员培养体系，提升操作与运维能力

针对改造后设备的特性，制定分层培训计划：对操作人员开展实操培训，重点讲解数控系统操作、触控面板使用、程序选择与参数调整，通过模拟操作与现场指导，确保操作人员熟练掌握设备使用方法；对运维人员开展技术培训，涵盖机电一体化组件的故障排查，通过故障案例分析提升实战能力；邀请机电一体化技术供应商提供专项培训，讲解组件特性与常见问题处理方法。

结语

机电一体化技术为机械工程改造提供了高效、精准的技术路径，其在传动系统、控制系统、监测系统改造中的应用，可有效解决传统设备自动化不足、能耗高、故障风险大等问题，推动设备性能升级与生产效能提升。当前应用中存在的技术适配不足、流程不规范、人员能力薄弱等问题，可通过技术整合、流程规范、人员培养逐步解决。

参考文献

[1]王斌.机电一体化技术在农业机械工程中的应用[J].现代农业科技,2025,(16):127-129+149.

[2]陈林.机电一体化技术在机械工程改造中的应用[J].工程抗震与加固改造,2025,47(02):193.