电气自动化在机械工程中的应用分析

摘要：本文系统剖析电气自动化在机械工程中的应用现状，其广泛渗透于数控机床、自动化生产线、工程机械等领域，显著提升生产效率、改善产品质量并降低成本。针对性提出通过技术创新升级、完善管理运维体系、加强人才培养引进等优化策略，旨在推动电气自动化与机械工程深度融合，助力机械工程行业向智能化、高效化方向迈进。

关键词：电气自动化；机械工程；应用现状

引言

随着工业4.0时代的到来，智能制造已成为全球制造业发展的主流趋势。电气自动化技术凭借其精准控制、高效运行、智能决策等特性，成为机械工程实现智能化升级的关键支撑。从数控机床的精密加工到自动化生产线的柔性生产，从工程机械的智能操控到工业机器人的协同作业，电气自动化技术贯穿机械工程全流程，重塑着传统制造模式。

一、电气自动化在机械工程中的应用现状

1.1 应用领域与场景

在数控机床领域，电气自动化技术深度渗透于核心功能模块。伺服控制系统借助高精度的编码器实时反馈电机位置与速度信息，结合PLC的逻辑运算能力，实现对机床刀具的微米级定位控制。装配环节中，AGV在无线通信与路径规划算法的控制下，实现零部件的自动运输与精准配送，取代传统人工搬运模式，降低劳动强度的同时提高物流效率。电气自动化技术还应用到了工程机械领域。采用电控液压技术的智能化挖掘机，它由压力变送器和流量控制阀共同作用可以按照操作环境自动调节挖掘力和挖掘速度，其耗油率要比机械控制的挖机油耗低15%—20%。

1.2 应用成效与价值

利用电气自动化技术，实现了机电生产效率的大幅度提升，同时优化了机电制品的质量。电气自动化技术的可控性使其在实现精密加工时极为有用，机电制品中的大部分为精密零部件，这就需要借助伺服控制系统，进而构建闭环控制。在这种精密机械加工中，控制尺寸偏差基本可以达到±0.005mm，这就满足了诸如航空航天、医疗器械等领域的高质量需求。从成本及效率上考虑的话，机电自动化技术具有较好的成本及效益性，前期购买仪器设备的前期费用较高，但随着时间的推移，由于机电自动化技术实现了对人的管控的替代，并因此降低了由于人的操作不当带来的机电产品报废率。

二、电气自动化在机械工程应用中存在的问题

2.1 技术层面问题

电气自动化集成应用最大的困扰当数系统兼容性。虽然现在PLC、伺服驱动、传感器等设备应用非常普遍，但是每个厂家或公司使用的通讯协议并不一致，这就直接影响了设备之间的相互数据采集问题。造成相互通讯协议不标准，数据交流难等现象，增加了设备的成本，限制了企业技术的突破性和升级换代空间。就目前国内电气自动化核心技术方面还远远不足以满足现阶段的电气自动化发展，伺服电机的核心部分编码器和轴承的制造，目前还有三成左右的制造成本需要进口，这造成了自动化控制系统中的高性能伺服电机在关键部分还采用进口的技术。而现阶段国内自动化的PLC设备还存在核心技术的算法和芯片技术主要依赖于国外，使得国内自动化控制系统在智能化升级的硬件与软件设备方面的开发还不能顺应目前整个自动化产业发展的大趋势。在工业机器人的行业，也还是存在着精密减速器的核心零部件在精度与寿命方面的不足。这就造成了国产机器人的使用及应用远远逊色于国外机器人的产品。电气自动化集成应用系统中的智能技术远远没有达到厂商的需求。目前市面上的集成系统仅仅只是负责实施基本的逻辑控制和数据采集信息，并没有对机器进行自主学习能力及根据数据进行自适应调整的控制功能。

2.2 管理与维护层面问题

电气自动化技术的电气化机械工程本身没有任何统一的标准，对于不同的设备之间的接口、电通信、自动化系统的整体架构设计均存在一定的差异。不同电气自动化项目的实施与执行都缺乏可重复性，从而造成项目验收和后续项目维护工作难以展开。企业电气自动化的维护费用相对较高。因为绝大多数的高端自动化设备的维修技术只掌握在厂家手中，企业要购买售后服务费就非常昂贵。某个进口的伺服驱动器一次服务的维修费用约在2万元以上，并且其服务周期在2～3周之间；一些专业的自动化维护技术人员相对短缺，企业需要投入大量人力进行维护技术人员的培训。某公司一年内部维修电气自动化设备的费用约是设备价格的15%～20%。

2.3 人才层面问题

一是电气自动化+机械自动化领域的知识型人才极其匮乏。企业涉及技术研发、设备安装调试、系统集成等人才相对稀缺。人才数量供求不足使企业科技创新能力不够，企业无法满足市场需求。二是在高等院校和职业技术学院里的人才培养模式脱离了行业需求。教育偏重理论性讲解，实际内容不超过总课时的30%，学员没有学习如何编写PLC程序、伺服调试的实践内容，另外，校企之间人才培养模式不够紧密，企业的新技术和新工艺并没有引进到学校教学中，从而毕业生走入企业后还要存在一个适应过程，造成企业的用人成本居高不下。

三、电气自动化在机械工程应用的优化策略

3.1 技术创新与升级

建立行业标准统一的通信协议与数据接口规范，OPCUA、MQTT等，以便不同厂家的设备之间相互连接。企业研发开放控制系统，设计成模块化结构，使用不同的软硬件组合。重点投入资金进行关键核心技术的研究开发，构建一个涵盖研究者、制造商和用户之间的合作关系的系统，由这些参与者合作来推进系统和技术发展的共同目标。政府要积极研究和设立用于电气自动化核心技术技术研发的研发专项资金，给予电气自动化企业以及高等院校、科研机构的共同合作技术研发的支持。融入人工智能、大数据等技术理念，研发智能化的电气自动化控制系统。将各种设备收集到的数据通过机器学习的方式，用于分析机械故障的预测与工艺条件参数的优化。

3.2 完善管理与运维体系

建立包含电气自动化设计、建设、验收等各阶段的一套统一的完整的技术标准体系，内容要包含技术要求和检测手段。行业机构主导各企业、院校和科研院所参加标准的形成，提高标准的适用性和前沿性。建立起信息化的运维系统，包含设备的状态监测、故障分析、故障远程维修等功能。利用物联网技术对设备状态进行采集，在大数据情况下对设备的故障进行分析，预知性保养。

3.3 加强人才培养与引进

高校和职业院校在课程设置上，加大PLC编程、工业机器人控制、自动化系统集成等方面实践类课程的设置比例。学校和企业联合办学，可以采用订单班、实习工厂等方式，让学生接触企业项目，以便学生增强实践能力。企业可以采用提供高薪、股权激励、科研经费等方式进行高端人才的引入，为企业引进高校和科研机构人才建设电气自动化专家小组和技术骨干队伍。美的集团采用全球招聘的方式聘请高端自动化技术人才，比如国外院校毕业的人才，为电气自动化团队引进国际化人才等。

结语

电气自动化技术和机械工程在一些方面已经实现融合，但是技术壁垒、管理缺陷以及人才缺乏等问题依然存在，在实际应用的过程中还需要应用技术的不断革新、完善规范标准、人才队伍建设以及完善的优化等具体策略来加强对电气自动化的应用力度，从而推动机械工程的智能化和高效率发展。未来在5G以及人工智能等新技术的加持下，电气自动化将会在机械工程行业更进一步。参考文献

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