機電工程技術(shù)應用及自動化應對措施

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機電工程技術(shù)是工業(yè)制造和自動化控制領(lǐng)域內(nèi)的核心技術(shù)之一[1]。近些年，在計算機科學技術(shù)、自動控制技術(shù)、大數(shù)據(jù)云計算和人工智能技術(shù)的推動下，機電工程及其自動化獲得了極大的發(fā)展，并在工業(yè)制造、電網(wǎng)建設(shè)、智能建筑等領(lǐng)域發(fā)揮著核心作用。本文對機電系統(tǒng)的需求功能進行分解，探討了機電工程技術(shù)的應用價值和現(xiàn)階段存在的問題，并對機電工程自動化的發(fā)展趨勢進行了分析和展望。

1機電工程系統(tǒng)的功能分解

作為工業(yè)產(chǎn)業(yè)和制造業(yè)的核心設(shè)備之一，機電工程設(shè)備是一個復雜綜合性系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計之初，就要考慮到技術(shù)的創(chuàng)新性和技術(shù)應用的多樣性問題。系統(tǒng)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新包括多層次的含義，具體包括結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化、動態(tài)布局調(diào)整及核心功能的拓展等；系統(tǒng)多樣性的目標，主要指更好地滿足市場多元化的需求，提高設(shè)備和技術(shù)的兼容性。一個完整的機電系統(tǒng)通常包括以下幾個部分，具體如圖1所示。機電工程系統(tǒng)的機械部分是控制系統(tǒng)的核心單元，具體包含了機械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)，負責系統(tǒng)全部功能的實現(xiàn)；能源部分為系統(tǒng)提供能量和動力，主要以電力驅(qū)動為主；傳感部分利用安置于設(shè)備上的各種傳感器采集設(shè)備的工作信息，進而判斷設(shè)備的工作狀態(tài)；系統(tǒng)上位機控制執(zhí)行機構(gòu)、系統(tǒng)程序和具體的算法，來控制指令信息的執(zhí)行，完成指定的動作；驅(qū)動裝置主要靠電力驅(qū)動，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)完成各種指令動作；控制信息處理單元通常集成于上位機系統(tǒng)內(nèi)，負責指令自上而下的傳達，也負責各種數(shù)據(jù)信息的存儲、加工、分析和調(diào)用。機電工程系統(tǒng)是機電工程技術(shù)應用的載體，各種機電工程技術(shù)的應用能夠讓機電工程系統(tǒng)的功能得到最大限度的發(fā)揮。

2機電工程技術(shù)的具體應用

2.1機電工程技術(shù)的應用價值探討

在計算機控制技術(shù)、自動化技術(shù)、通信技術(shù)和人工智能技術(shù)的推動下，機電功能技術(shù)的應用范圍越來越廣泛，其應用價值主要體現(xiàn)在以下3個方面。首先，機電工程技術(shù)的應用提高了工廠的自動化作業(yè)程度，顯著提升了生產(chǎn)加工效率，并提高了產(chǎn)品的加工精度。機電工程技術(shù)的應用意味著自動化水平的提升，這是提升生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)條件。機電工程設(shè)備具有更快的響應速度，可以準確執(zhí)行指令操作。借助機電工程技術(shù)和其他類別的自動化加工技術(shù)，還可以提高產(chǎn)品加工的一致性，降低產(chǎn)品加工誤差，同時縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，為工廠創(chuàng)造更多的收益。其次，機電工程技術(shù)的應用還可以降低人力成本的投入和資源能源的損耗。機電工程技術(shù)的廣泛應用，可以最大限度地降低企業(yè)人力成本投入，提升企業(yè)的利潤空間。隨著企業(yè)生產(chǎn)加工自動化程度的不斷提高，產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性也在穩(wěn)定提升。由此可見，機電工程技術(shù)和自動化技術(shù)的引入，對于實現(xiàn)中國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展也具有重要的價值。最后，提升企業(yè)生產(chǎn)加工作業(yè)的安全性，確保一線工作者的生命安全，降低企業(yè)事故發(fā)生率。自動化水平的提升不僅大大提高了一線操作者的安全性，且對于操作人員的技術(shù)水平和專業(yè)程度要求均有所降低。此外，自動化設(shè)備通常都配有在線故障檢測系統(tǒng)，在設(shè)備的工作過程中即可實時監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)，當設(shè)備出現(xiàn)異常狀況后監(jiān)控系統(tǒng)會自動預警，提醒工作人員及時檢修設(shè)備的工作狀態(tài)，有效避免了由于設(shè)備突然停機而給企業(yè)帶來額外的經(jīng)濟損失。

2.2機電工程技術(shù)的具體應用分析

目前，機電工程技術(shù)的應用領(lǐng)域主要涵蓋了機械制造領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域和電力領(lǐng)域。第一，機械制造領(lǐng)域是機電工程技術(shù)應用最為廣泛的領(lǐng)域，因為機電工程技術(shù)的發(fā)展和應用將會極大地解放生產(chǎn)力和發(fā)展生產(chǎn)力，并推動中國工業(yè)技術(shù)和制造領(lǐng)域的革命。機電工程自動化不僅可以大幅度地提高生產(chǎn)效率，確保加工產(chǎn)品的一致性，更重要的是自動化和智能化發(fā)展趨勢擁有巨大的發(fā)展?jié)摿?，是全球未來科技競爭的焦點。將機電工程及其自動化技術(shù)應用于機械制造領(lǐng)域，是互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算時代背景下的必然選擇，同時也能夠為機械制造領(lǐng)域內(nèi)的企業(yè)創(chuàng)造更多的收益和價值。第二，機電工程技術(shù)在建筑相關(guān)領(lǐng)域的應用也十分普遍，給中國智能建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來新的活力。建筑智能化的發(fā)展需要借助機電工程技術(shù)的支持，一方面，各種信息技術(shù)、電氣化設(shè)備及電氣工程技術(shù)的引入，會使建筑智能化的水平越來越高，給使用者帶來更大的便捷性；另一方面，機電工程技術(shù)的引入會使建筑的安全性越來越高，這對于高層建筑而言具有更加重要的意義。其中，BIM技術(shù)就是信息技術(shù)、機電工程技術(shù)與建筑行業(yè)融合發(fā)展的最好體現(xiàn)[2]。BIM技術(shù)在建筑設(shè)計中的引入，提升了建筑物的智能化水平和安全性，同時也給建筑物的使用者提供了更多的優(yōu)質(zhì)服務。第三，機電工程技術(shù)在電力系統(tǒng)的應用也具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛢r值。隨著中國電能消耗水平的逐年提升，電力系統(tǒng)的復雜程度也在不斷提高，需要監(jiān)控和處理的參數(shù)越來越多，客觀上要求在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方面要不斷地優(yōu)化和改進。在電網(wǎng)的電能調(diào)度方面機電工程技術(shù)也有廣泛的應用，例如，電氣自動化技術(shù)目前在電能調(diào)度環(huán)節(jié)就發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用，基于電氣工程自動化分析及各種模擬仿真軟件，可以優(yōu)選出最佳的供電方案，避免電力能源在輸送和調(diào)配環(huán)節(jié)出現(xiàn)過度損耗，節(jié)省電力資源。此外，電氣工程及其自動化還可以實現(xiàn)對電網(wǎng)運行狀態(tài)的監(jiān)督，確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。對于電網(wǎng)系統(tǒng)而言，智能變電站是重要的節(jié)點樞紐，智能變電站中包含有變壓器和各種儀器儀表，構(gòu)造較為復雜。智能變電站穩(wěn)定工作將關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的安全，變電站的控制也需要基于電氣工程技術(shù)的輔助，利用各種電氣工程技術(shù)、計算機控制算法和自動化控制技術(shù)，在確保電能穩(wěn)定供應的前提下提升電力系統(tǒng)的運行效率，同時保證電網(wǎng)的安全。

2.3機電工程技術(shù)應用存在的問題與應對措施

目前，機電工程技術(shù)的應用在中國仍處于起步階段，還存在一些具體問題，如機電工程技術(shù)的應用難度較大，缺乏能夠熟練使用機電工程技術(shù)和自動化技術(shù)的優(yōu)秀人才，此外由于新技術(shù)的投入較大，企業(yè)對于引入機電工程技術(shù)的熱情不高。機電工程技術(shù)及其自動化，在實際應用過程中要求操作者具有良好的理論知識、實踐技能和職業(yè)素養(yǎng)，對技術(shù)人才和操作人員均提出了較高的要求。在實際應用機電工程技術(shù)時，還會遇到不同的新問題，因此該類技術(shù)的實際操作難度較大。機電工程設(shè)備系統(tǒng)本身的設(shè)計復雜度和組裝難度均較大，與之匹配的軟件系統(tǒng)功能復雜，尤其是程序的編寫具有較大的難度，給技術(shù)人員的維護和操作者的使用，增加了更多的困惑。機電工程技術(shù)從項目引入到形成生產(chǎn)力并為企業(yè)創(chuàng)造價值，是一個較長的周期，需要企業(yè)持續(xù)不斷地投入資金，并培養(yǎng)和積極招募機電工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的高端人才。而目前對于企業(yè)而言，所面臨的實際情況是技術(shù)資金投入不足和高端技術(shù)人才極為匱乏，結(jié)果導致了企業(yè)的機電工程技術(shù)項目推進遲緩，難以為企業(yè)創(chuàng)造更大的價值。針對機電工程技術(shù)應用過程中存在的問題，首先需要解決的是技術(shù)資金的投入和人才的培養(yǎng)。一方面，企業(yè)管理層應從長遠視角考慮，做好機電工程技術(shù)資金投入的中長期規(guī)劃，在制定企業(yè)全面預算時考慮到相關(guān)的技術(shù)投入問題，將技術(shù)投入成本費用均攤到每一個會計周期內(nèi)。機電工程技術(shù)資金的穩(wěn)定投入將會給企業(yè)未來發(fā)展帶來巨大的收益。另一方面，培養(yǎng)和引入高端技術(shù)人才是處理好機電工程技術(shù)應用的核心手段。

3機電工程技術(shù)的自動化問題探析

3.1機電工程技術(shù)設(shè)計的自動化

自動化是機電工程設(shè)計的主要方向，而機電工程技術(shù)設(shè)計自動化依賴于知識庫系統(tǒng)，基于知識庫模塊編寫和調(diào)整系統(tǒng)程序，可以確保系統(tǒng)軟硬件匹配度更高，同時提升機電工程系統(tǒng)的自動水平。在機電工程技術(shù)自動化設(shè)計過程中，需要以9種知識庫模塊為基礎(chǔ)，并重點利用人機交互接口輸入指令和分析傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息。機電工程技術(shù)的設(shè)計者可以根據(jù)具體需求選擇最適合的原理方案和功能單元，并選擇和設(shè)定相關(guān)的功能載體，確保自動化程序的順利執(zhí)行。在人機交互方式的選擇方面，可以選擇對話框式的交互方式，或向?qū)е笝谑降慕换シ绞?，持續(xù)完善系統(tǒng)的人機交互功能，提高機電工程技術(shù)的自動化水平。

3.2機電工程技術(shù)自動化的發(fā)展趨勢

在未來，毋庸置疑的一點是機電工程系統(tǒng)和機電工程技術(shù)將朝著全面自動化的方向邁進，并具體表現(xiàn)出以下的發(fā)展特征。首先，數(shù)字化將成為機電工程自動化最主要的發(fā)展趨勢。在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和信息科學技術(shù)的推動下，人類社會已經(jīng)邁入了數(shù)字時代，萬物皆可數(shù)字化和虛擬化。計算機科學技術(shù)是機電工程自動化的基礎(chǔ)，驅(qū)動機電工程系統(tǒng)穩(wěn)定工作的軟件程序和各種智能算法均是數(shù)字化發(fā)展模式下的產(chǎn)物，因此，機電工程自動化一定會朝著數(shù)字化的方向邁進，并且大數(shù)據(jù)和云計算將成為機電工程自動化的最主要驅(qū)動力之一。其次，模塊化也是機電工程自動化的重要發(fā)展趨勢之一。機電工程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復雜，要實現(xiàn)對機電工程系統(tǒng)的精確控制并熟練掌握各種機電工程控制技術(shù)，先要對整個系統(tǒng)進行拆分，將其分解為若干個模塊，并分別賦予每個模塊獨立運行的子程序，提升各模塊與整個系統(tǒng)的匹配程度。從目前國內(nèi)外信息市場和各種計算機硬件、控制軟件市場的發(fā)展情況來看，模塊化發(fā)展的趨勢也越來越明顯。模塊化趨勢是市場分工細化和專業(yè)化的主要表現(xiàn)之一，基于模塊化的發(fā)展思路可以更好地促進各類技術(shù)的融合發(fā)展，降低技術(shù)研發(fā)成本，給企業(yè)的技術(shù)投入減輕負擔。最后，智能化將成為機電工程自動化的終極發(fā)展目標。伴隨著計算機科學技術(shù)、自動化控制技術(shù)和人工智能技術(shù)的進一步發(fā)展，機電工程系統(tǒng)將朝著越來越智能化的方向邁進。在機電工程自動化的發(fā)展道路上，一些新的無線通信技術(shù)、智能傳感技術(shù)、各種仿生算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法不斷被提出和應用，大大提高了機電工程自動化的效率。隨著人工智能技術(shù)的進一步發(fā)展及在機電工程自動化領(lǐng)域應用的不斷深入，企業(yè)的運營成本會持續(xù)降低，科學技術(shù)會源源不斷地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

4結(jié)束語

機電工程技術(shù)及自動化控制技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域及電力系統(tǒng)中，均發(fā)揮著關(guān)鍵作用。但由于機械工程技術(shù)本身難度較大，且機械工程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計較為復雜，技術(shù)的使用和更新依賴于大量的后續(xù)資金投入和專業(yè)化的技術(shù)人才，導致了企業(yè)與機械工程技術(shù)研發(fā)相關(guān)的項目推進速度較慢。企業(yè)要想進一步充分利用機械工程技術(shù)，并盡快將其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，需要保證持續(xù)不斷的研發(fā)投入，并積極培養(yǎng)和引入領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人才。在計算機科學技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的推動下，機電工程自動化的發(fā)展趨勢會愈加明顯，并朝著數(shù)字化和智能的方向發(fā)展。

參考文獻：

［1］房超，李正風，薛穎，等.基于比較分析的人工智能技術(shù)創(chuàng)新路徑研究［J］.中國工程科學，2020，22（4）：147-153.

［2］鐘云海，李華磊.BIM技術(shù)在機電工程中的應用［J］.公路交通科技（應用技術(shù)版），2019，15（4）：7-9.

作者：李佳犖 單位：江蘇省常熟職業(yè)教育中心校