传感器技术在机械设计制造中的应用分析

传感器技术在机械设计制造中的应用分析

张沛浩

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摘要：在时代发展的背景下，传感器技术在机械设计制造方面具有良好的应用前景，其凭借自身数控化、智能化、网络化等特征，能实现动态机械加工机床可持续运行。机械制造领域是工业生产的支柱之一,然而,随着科技的不断进步和全球市场竞争的不断升级,制造企业需要不断探索新的方法来提高生产效率、降低成本、提高质量,并适应市场的不断变化需求。在此背景下,智能化技术成为了机械制造业的关键驱动力之一。

关键词：传感器技术；在机械设计制造；应用分析

引言

随着科技的不断进步和现代化的推进,传感器技术作为机械领域的一项重要创新,正日益成为生产的关键推动力,实现资源的有效利用和生产效率的提升。传感器一方面可以感知土壤的湿度、温度和养分含量,对作物生长情况、病虫害发生等进行预警和控制,另一方面,传感器通过内置的感知元件,实时感知机械的运动状态和环境条件,能够测量机械的加速度、角速度、温度等关键参数,将这些数据转换成电信号。例如,通过监测农机的振动和角度变化,传感器可以判断机械的工作状态,包括是否在正常运转、是否存在异常振动或倾斜等情况,从而为生产提供了大量实时数据。这些数据为农民提供了科学决策的基础,助力实现精准和可持续的目标。

1传感器技术应用现状

传感器技术作为最常见的技术形式，将信息技术和科学技术相互结合，涉及到电子学、控制学、液压气压技术、信息技术等，在机械设备制作方面具有重要作用，能给机械设备设计工作提供技术支撑。通过将传感器技术应用到机械设备制造方面，不仅能传感器检测机械设计，还能保证机械设备产品生产精确度达到行业标准，降低机械设计制造的误差值，全面提高机械设计制造效率。目前，将传感器技术应用到机械设计制造方面具有诸多优点：1）传感器技术能全面提高机械设备生产效率，主要原因是传感控制技术程序代替传统人为控制操作流程，程序化运行流程，降低人工操作因素产生的负面影响；2）传感技术能提高机械制造质量。在传感技术下所有流程在相同水平线进行，既能降低人工操作精确度的问题，还能提高机械设备生产精度；3）传感技术能提高企业经济效益。传统机械设计制造技术要消耗大量人力、物力，而传感技术能替换传统人工生产流程，合理控制机械设计制造时间消耗，对提升企业经济效益有重要作用。

2传感器技术在机械设计制造中的应用分析

2.1物料感知传感器

农用物料感知传感器根据感知对象类型进行划分，可以分为感知作物生长信息传感器、感知农机具状态传感器以及感知土壤信息传感器等。作物的生长信息主要包括农作物的生长位置、长势情况以及病虫害等信息;土壤信息主要包括土壤的微量元素含量、酸碱程度以及含水率等信息;农机具状态信息主要包括农机具的离地高度、运行速度以及载荷量等信息;上述信息都是构建精准作业决策模型的主要参考，是实现精准、智慧的关键依据。对此，国内外的专家学者都进行大量研究，主要的研究成果包括基于光谱技术进行农作物长势差异判定的便携式光谱测量仪，监测农作物叶片氮含量的测氮仪，实时测量土壤微量元素信息的电导率测量模块，基于雷达测速原理的电驱播种监测模块等;上述大部分研究成果都可与机械相融合，完成对生产中各种状态量的实时监测、快速调整。此类物料感知传感器在生产的各个方面都获得了广泛应用，为生产提供了强大的助力。

2.2增强现实和虚拟现实

1)人员培训。通过VR,工作人员可以在虚拟环境中进行实际设备的模拟操作,新员工可以在没有实际设备的情况下学习如何正确操作复杂的机械设备,直到他们熟练掌握。同时,VR技术可以模拟危险工作场所,以进行安全培训。员工可以在虚拟环境中学习安全程序,识别危险,并学习如何应对紧急情况。2)机械设备维护。首先AR头戴设备可以在实地维护中提供实时故障诊断,工作人员可以通过头戴设备查看设备的传感器数据、维护手册和可视化指导,以确定问题并采取适当措施。AR技术允许远程专家通过网络连接,实时查看设备并提供指导,可以解决设备问题、减少停机时间和降低维护成本。3)机械产品设计。工程师可以使用VR来创建和操纵三维模型,直观的交互方式可以加速设计过程,允许工程师更好地理解设计细节,更快地制作原型和样品,以进行测试和验证,可以加速产品开发周期。

2.3数据分析与决策支持

传感器技术生成的大量数据可以进行有效的分析和利用,为机械操作提供决策支持,进一步提高生产效率。通过数据分析和建模,可以深入理解农田、作物和环境等复杂因素之间的关系,优化作业方案和决策。例如,基于历史数据和实时传感器数据,可以建立预测模型,优化种植和施肥方案,提高作物产量和品质。此外,通过数据分析还可以优化农机的调度和资源分配,提高机械的利用率和生产效率。

2.4网络化应用

在实施传感器技术时，要以网络为载体，推动机械设计制造向主动化管理和控制方向发展，真正发挥创新传感技术的作用，把生产流程和传感技术结合起来。近年来，随着我国信息技术的迅猛发展，网络技术支持正在机械设计制造领域得到广泛应用，将传感器技术应用到机械生产制造方面，能提高生产中数据信息传输效率，优化机械设计制造流程，促进其向传感器方向发展。如传感器焊接技术作为现代机械制造中最常见的技术手段，在焊接目标工件时，在电弧周围产生大量气体，该气体能保护焊头和工件表面，实现空气、电弧分离。同时，气体保护作用能降低外部空气给焊接工作带来的负面影响，提高焊接电弧燃烧的充分性。在传感器焊接技术中涉及气焊技术工艺，其通过编程程序进行控制，结合行业标准进行工作，自身具有较强的密闭性，能在封闭环境中进行保温处理，科学控制焊接后的回火温度，保证工作人员能在冷却后进行焊后处理。

2.5姿态监测传感器

在机械上应用最为广泛的智能传感器类型之一就是农用姿态监测传感器。机械监测传感技术主要是利用GNSS卫星导航、惯性测量以及激光控制等传感器技术产品，通过测量机械和农机具在地理空间的位置坐标、机体角速度以及加速度等参数信息，获得机械作业过程中的实时姿态数据，为机械驾驶员或智能控制器提供作业参考。姿态监测传感器技术作为机械自动控制的关键技术之一，国内外研究人员进行了大量研究。

2.6柔性化应用

柔性化应用模式是指对企业机械化生产水平的提升具有重要意义的，通过有机结合机械生产和传感器技术，构建完整的智能化机械生产体系。柔性化机械设计制造应用方式主要包括以下三个方面：1）设计体系。与传统机械生产工艺不同的是，柔性化理念在减少人力物力投入的同时，能够有效提升企业经济效益，在机械设计制造中应用传感器控制技术，能实现机械设备的高效利用。2）制造体系问题。制造系统主要以即时性机械化生产方式为重点，实现机械生产的全天化、无人化目标，技术人员只需根据机械设计制造的实际要求，设计相应参数即可。

结语

传感器技术在机械操作中具有广阔的应用前景。通过传感器技术的应用,可以实现农田、作物和环境等多个因素的精准监测与控制,从而优化资源利用和提高生产效率。然而,仍然存在一些挑战需要克服,如成本、数据管理、技术标准和培训等方面。为了进一步推动传感器技术在机械操作中的应用,需要政府、企业和研究机构等各方共同努力,加强合作与创新,推动相关政策的制定和培训计划的实施,为机械操作的优化提供支持和保障。

参考文献

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[3]　彭汉艮,倪军,陈可.传感器发展态势研究[J].江苏农机化,2021(4):25-27.