机电一体化技术在数字化生产中的应用研究概述

引言

随着工程建设行业的快速发展，工程机械设备面临着更高的性能、效率和安全性要求。传统机械设备功能单一、自动化程度低，已难以满足现代复杂工程的需求。在此背景下，机电一体化技术应运而生，为工程机械设备的升级转型提供了有力支撑。

一、机电一体化技术的发展历程：数字化作为新时代产物的演进逻辑

机电一体化技术的发展是一个逐步融合、不断升级的过程，而数字化的深度渗透并非外部附加，而是其内在发展到新时代的必然结果，成为该技术在当前阶段的核心特征：萌芽阶段（20 世纪 60-70 年代）：技术形态以 “机械 + 电子” 的初步结合为核心，如早期数控车床通过简单电子电路实现机械动作的自动化控制，功能聚焦于替代重复性人工操作，尚未形成与数字化的深度关联，数字化在此阶段仅是潜在可能性。形成阶段（20世纪 80-90 年代）：计算机技术的引入推动机电一体化进入 “机械 + 电子 + 计算机”的融合期，开始出现基于程序的设备控制（如 PLC 控制系统），数字化雏形开始显现— 但此时的数字化更多体现为 “工具性应用”，尚未成为技术体系的核心构成。

二、技术特征与应用价值：数字化赋予机电一体化的新时代特质

多学科交叉的深度拓展：在传统机械、电子、计算机学科基础上，数字化技术成为核心交叉领域，形成 “机械 - 电子 - 数字信息” 三位一体的技术体系。这种拓展并非简单叠加，而是使设备具备了数据感知、分析与自主决策能力，是新时代机电一体化区别于传统技术的本质特征。系统性应用的数字化延伸：传统系统性聚焦于设备内部子系统的协同，而新时代的系统性则通过数字化拓展至 “设备 - 生产线 - 供应链” 的全域协同。

在汽车、电子等高端制造领域，这种新时代价值尤为显著：某汽车工厂的数字化焊接生产线中，机电一体化设备不仅完成机械焊接动作，更通过内置传感器采集焊接电流、温度等 300 余项数据，经数字系统分析后自动校准焊枪轨迹，使焊接合格率提升至99.9% ；这些数据上传至工厂数字平台，为供应链优化、产品设计改进提供依据，实现了 “生产 - 研发 - 供应链” 的数字化协同 —— 这正是数字化作为机电一体化新时代产物的典型应用场景。

三、应用中的突出问题：数字化作为新产物面临的成长挑战

3.1 核心数字化技术自主化不足

数字化所需的高端传感器、工业级数字孪生引擎、实时数据处理芯片等核心技术，国内企业仍依赖进口，导致数字化功能的实现受限于国外技术框架，难以进行深度定制化开发。设备与数字平台的接口协议、数据加密算法等 “数字神经中枢” 技术，被少数国际巨头垄断，使国内数字化生产系统存在 “数据安全后门” 风险。

3.2 数字化人才与技术体系不匹配

传统机电人才懂机械维修、电子电路，但缺乏数字化思维 —— 如某企业引进数字化生产线后，技术人员因无法理解设备生成的海量数据含义，导致数字系统长期处于“半休眠” 状态，未能发挥其核心价值。数字化与机电一体化的跨学科人才稀缺，既懂机械结构设计，又能编写数据采集算法、搭建数字孪生模型的复合型团队，成为行业普遍缺口。

3.3 数字化升级成本的时代性压力

相较于传统机电设备，具备数字化功能的设备成本增加 30%-50% ，且需配套数字平台建设、数据中心维护等额外投入，中小企业难以承担这种 “新时代技术门槛”。数字化系统的迭代速度远超机械设备寿命，导致 “设备未报废，数字系统已过时” 的现象，加剧了成本压力。

3.4 数字化标准的行业协同滞后

不同厂商对 “数字化机电设备” 的定义、数据格式、通信协议存在差异如甲厂商设备数据采用 JSON 格式，乙厂商采用 XML 格式，导致数字化生产网络中 “数据孤岛”普遍存在，违背了数字化的协同本质。针对设备数字孪生的精度标准、数据安全等级等，尚未形成行业共识，制约了数字化技术在机电一体化中的规模化应用。

四、解决对策与发展路径：推动新时代产物的成熟与落地

4.1 突破核心数字化技术瓶颈

设立 “机电一体化数字化技术专项基金”，重点攻关数字孪生建模引擎、工业数据加密芯片、实时数据处理算法等 “卡脖子” 技术，实现从 “机械自主” 到 “数字自主”的全链条突破。鼓励企业联合高校共建 “数字化机电实验室”，聚焦设备与数字平台的接口标准化、数据格式统一化等基础研究，夯实技术底座。

4.2 构建数字化人才培育的新时代体系

企业自主培养需聚焦 “数字技能重塑”：对现有技术人员开展 “机电基础 + 数字化工具” 的双轨培训如教授 Python 数据处理、数字孪生平台操作等，通过 “老设备改造+ 数字化功能叠加” 的实操项目，提升其数字化应用能力。高校开设 “机电一体化（数字化方向）” 专业，课程设置增加《工业大数据分析》《数字孪生技术应用》等核心课程，强化 “机械拆装 + 数字建模” 的一体化实训，培养新时代所需的复合型人才。

4.3 降低数字化升级的成本门槛

推广 “模块化数字化改造” 模式：针对存量设备，通过加装标准化数字传感器、接入通用型数字平台，实现 “低成本数字化升级”（改造成本可降低 50% 以上），避免 “一刀切” 式更换设备。政府牵头建立 “数字化技术共享平台”，中小企业可按需租赁数字孪生软件、工业数据分析工具等，降低前期投入；同时推行 “数字化升级贷款贴息” 政策，缓解资金压力。

4.4.建立数字化协同的行业新秩序

由行业协会主导制定《新时代机电一体化设备数字化标准》，明确数据接口、通信协议、安全规范等核心指标，推动设备厂商、数字平台商、用户企业协同遵守。成立 “数字化机电产业联盟”，促进企业间的技术交流与资源共享如共享数字孪生模型库、数据算法库，加速技术迭代与成果转化。

结语

数字化并非机电一体化技术的外部附加，而是其在新时代发展的必然产物，是技术体系从 “物理自动化” 向 “数字智能化” 演进的核心标志。这一产物的成熟与落地，不仅关乎机电一体化技术自身的升级，更决定着制造业数字化转型的深度与广度。通过突破核心技术、培育专业人才、降低应用成本、建立协同标准，必将推动数字化这一新时代产物充分释放价值，为制造业高质量发展注入强劲动力。

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]蔡家松,徐峰.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(07):132-134.