机电一体化技术在机械工程改造中的应用

引言

在全球制造业加速向智能化、数字化转型的背景下，机械工程作为工业发展的基石，正面临传统模式的深刻变革。传统机械工程设备存在自动化程度低、生产效率低下、能耗高、产品质量不稳定等问题，难以满足市场对产品个性化、定制化及快速迭代的需求。

一、机电一体化技术与机械工程改造概述

1.1 机电一体化技术的内涵与特点

机电一体化技术是机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术等多学科交叉融合的产物，通过系统工程方法，将机械装置与电子装置有机结合，实现设备的智能化、自动化运行。该技术打破传统机械与电子领域的界限，以机械结构为基础，电子技术为核心，通过计算机控制系统对信息进行处理和反馈，精准调控机械运动。其特点体现在智能化、自动化与高精度上。

1.2 机械工程改造的目标与需求

生产改造主要是对设备、系统的更新改造，以实现提高生产效率、提升产品质量、降低成本的目的。现有机械工程生产效率低下、浪费严重、质量不高，实现生产技术的改造升级。在需求侧，主要在于技术的创新，现有企业的进步依赖于新的控制技术和传感器技术以及新材料的应用和提升。

1.3 机电一体化技术对机械工程改造的作用机制

采用机电一体化技术进行机械工程改造包括从机械本体优化、从控制精度提升以及实现自动化操作的三种路径。从机械本体优化途径进行机械结构的改造和提升控制精度均依赖于机电一体化技术，而前者主要是通过有限元分析等方法重新设计机械内部元件，降低机械整体重量，增强强度，如机电一体化技术对汽车发动机的改造。使发动机的机体体积得以缩小，但却提升了动力，意味着机械整体机性能在提升。

二、机电一体化技术应用于机械工程改造的优势

2.1 提高生产效率

自动化、智能化控制下，机电一体化控制显著提高机械工程生产的运行效率。传统机械生产过程中，人的手动操作设备存在着反应速度低，疲劳作业导致效率降低。机电一体化改造后的机械设备，具备自动启停、自动快速换模、连续作业能力，自动化的设备之间智能协作也是提高效率的主要来源，比如运用工业物联网将机械设备如加工、检测、装配等联网，系统进行自动分配处理任务，工序衔接过程避免等待时间，使整体的生产过程缩短 30% 以上。

2.2 提升产品质量

由于机电一体化技术的使用具有高度精准性和实时性，从而使得产品质量得到良好保证。在精密机械加工环节，采用数控系统和伺服电机能够达到微米级定位精度，降低了人为因素造成的尺寸误差。通过自动化检测试用实现全部检查，机器视觉检测试用可及时检查出外表面瑕疵、孔等缺陷，检测合格率超过 99% ，避免不合格产品下传工序，降低不合格品比例，从而大幅提高产品的综合合格率。

2.3 降低能耗与成本

在节能降耗成本控制方面，机电一体化技术优势明显。从能耗控制来看，可通过智能控制系统根据负载情况自动调节设备功率大小。风机水泵改造过程中使用变频调速技术，根据生产需求调节电机的转速。高精度加工提高了原材料利用率，减少材料浪费。通过设备的自动化故障诊断与预维护避免了设备故障突然发生而产生生产断绝所带来的停机成本以及由于设备需要进行维修产生的费用。

2.4 增强设备安全性与可靠性

对于上述各问题，采用机电一体化技术，可以实现多种安全及智能维修技术，从而最大程度上提高设备的运行安全性和可靠性。其中安全防护技术，也就是机电一体化的设备配备了相关的安全系统，如采用光幕开关、急停装置、超载保护等，当检测到相关的人员进入到危险区域，或者系统检测到非正常情况，自动发出停车保护指令。而智能维护技术指的是对于机电一体化的设备运行，需要对其中的振动、温度及电流等相关的信号信息通过相关的传感器进行监测，从而可以有效的开展机械学习等相关的技术手段。

三、促进机电一体化技术在机械工程改造中应用的策略

3.1 技术创新与研发支持

企业需要不断提供机电一体化技术进行相关机械工程改造的技术支持，对原有的机械进行有效改进。在日常运营中企业需要根据发展要求投入更多资金到技术创新当中，同时需要组建专业团队，并在核心的技术项目上进行攻关，尤其是在多轴联动控制、精准传感器组整合等核心技术上要进行合作，并能够与高校、科研机构组建产学研协同中心，对信息资源和技术成果进行共享。对于汽车生产相关企业，可与高校进行相关合作，鼓励相关企业将国外先进经验引入并进行吸收和利用，进行技术的储备，并对机械工程改造过程中的技术方案进行定期补充、更新，确保在改造过程中可以使用最新、最优的机电一体化技术。

3.2 人才培养与队伍建设

人才是机电一体化技术的应用基础，高校要加强机电一体化专业的课程结构，添加智能科技、工业物联网等内容，在机械制造中落实实践教学工作，与单位联合建设实践基地，形成理论和实践的有机结合人才。单位加强员工的培训方式，组织员工每季度参加一定的技术培训和技能大比武，提升目前在岗人员的技术水平。

3.3 成本控制与政策支持

增强成本控制和政策扶植，是对大力推广机电一体化技术的有效保障。在成本管理上，企业应该对设备进行合理选择，满足企业需求的前提下，选择一些性价比较高的机电一体化设备，并不是越高级的越好；借助优化设计、集中采购等方法，对企业机器设备采购成本进行降低；在机械设备运用的时期，要建立健全的设备维护管理机制，借助于预知式维修技术，使设备维修故障的停机时间降至最低，进而对成本费用进行压缩。

3.4 标准制定与规范完善

统一的标准与规范是机电一体化技术健康发展之根本。行业团体与企业、科研单位一起尽快制订机电一体化技术在机械工程改造中应用的技术标准，包括机械设备接口和数据通信的协议、安全等方面的标准，建立标准定期维护和修改制度，随时根据行业技术发展及市场变化情况进行标准的修改，保持标准的时效性和实效性。加强标准执行情况检查，引导机械行业企业按标准对机电一体化进行技术改造，从而不断提升行业的技术水平，为机电一体化技术在机械工程改造中的广泛应用创造适宜的发展空间。

结语

机电一体化技术深度应用于机械工程改造，在提升生产效率、保障产品质量、降低能耗成本及增强设备安全等方面成效显著，成为推动行业智能化转型的核心力量。尽管当前面临技术、人才、成本等挑战，但随着创新研发推进、人才培养体系完善及政策标准优化，机电一体化技术将进一步深化应用，持续赋能机械工程高质量发展，重塑制造业竞争新格局。

参考文献

[1] 王涛. 机电一体化技术在工程机械设备中的应用[J]. 现代制造技术与装备,2024,60(12):158-160.

[2]刘秀娟,武新尧.机电一体化技术在机械工程中的应用分析[N].山西科技报,2024-11-28(B11).