智能制造背景下機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展

冼錦羲 廣東鴻圖武漢壓鑄有限公司

1 智能制造和機(jī)電一體化概述

1.1 智能制造

智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一種由智能機(jī)器和人類(lèi)專(zhuān)家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過(guò)程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過(guò)人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類(lèi)專(zhuān)家在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化的概念更新，擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。

1.2 機(jī)電一體化

機(jī)電一體化技術(shù)是電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)的集合，由機(jī)械體、動(dòng)力部分、執(zhí)行部位、遙感測(cè)試部分、信息處理單元等基本部分組成。如今還涵蓋了控制、光學(xué)、聲學(xué)、信息等技術(shù)，隨著這些科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)電一體化技術(shù)向著模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展[4]。將人工智能技術(shù)融入機(jī)電一體化中，賦予系統(tǒng)信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、模擬和決策功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)制造過(guò)程的智能控制。

1.3 機(jī)電一體化的技術(shù)特征

1.3.1 模塊化

模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。

1.3.2 網(wǎng)絡(luò)化

20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們的日常生活都帶來(lái)了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái)，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷(xiāo)全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。

2 智能制造在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

中國(guó)在2014年提出了《中國(guó)制造2025》，旨在全面提高我國(guó)的制造業(yè)水平，屆時(shí)，我國(guó)將進(jìn)入世界制造強(qiáng)國(guó)中的中等水平。在國(guó)家層面的大力支持下，智能制造得到了快速地推進(jìn)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到具體的生產(chǎn)領(lǐng)域中。

2.1 自動(dòng)生產(chǎn)線和自動(dòng)機(jī)械成為生產(chǎn)的主要場(chǎng)景

自動(dòng)生產(chǎn)線和自動(dòng)機(jī)械方面的應(yīng)用是機(jī)電一體化技術(shù)在企業(yè)智能制造中的另一項(xiàng)主要應(yīng)用，通過(guò)光電控制系統(tǒng)以及人機(jī)界面控制裝置等技術(shù)實(shí)現(xiàn)全部操作流程的控制和管理，該技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣闊，例如：飲料自動(dòng)生產(chǎn)線和印刷包裝生產(chǎn)線中都有這種技術(shù)的應(yīng)用。與之相對(duì)應(yīng)的柔性制造系統(tǒng)技術(shù)是一種將計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)以及數(shù)控機(jī)床等要素結(jié)合在一起的計(jì)算機(jī)化的制造系統(tǒng)技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、動(dòng)態(tài)化的生產(chǎn)模式，不僅可以節(jié)省大量的人力、物力以及實(shí)踐，還能夠滿足不同用戶(hù)的不同要求，這類(lèi)技術(shù)主要應(yīng)用在設(shè)計(jì)要求高、種類(lèi)較多的中小型企業(yè)中。

2.2 工業(yè)機(jī)器人投入生產(chǎn)

工業(yè)機(jī)器人是應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人，接受人類(lèi)指令并按照預(yù)設(shè)的程序執(zhí)行運(yùn)動(dòng)和完成工作，是機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中最先進(jìn)的應(yīng)用[5]。包括高精密減速器、高性能伺服電機(jī)、高速高性能控制器等關(guān)鍵技術(shù)，綜合機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、人工智能等多門(mén)學(xué)科。國(guó)產(chǎn)機(jī)器人行業(yè)迅速發(fā)展，涌現(xiàn)了一批著名品牌，如沈陽(yáng)新松、廣州啟帆、上海新時(shí)達(dá)等。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展順應(yīng)了我國(guó)人口紅利降低的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)機(jī)器換人，提高機(jī)械制造的質(zhì)量和效率，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、冶金行業(yè)、化工行業(yè)、食品行業(yè)。

2.3 傳感器技術(shù)常態(tài)化

經(jīng)過(guò)對(duì)我國(guó)智能制造業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的深入觀察可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)電一體化在智能制造領(lǐng)域的實(shí)際運(yùn)用中必然會(huì)涉及與企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)相關(guān)的核心技術(shù)，比如傳感技術(shù)。該技術(shù)在智能制造的過(guò)程中承擔(dān)著信息傳遞和信息接收的重要意義。當(dāng)傳感技術(shù)與智能制造技術(shù)合二為一的時(shí)候，智能制造生產(chǎn)活動(dòng)的準(zhǔn)確性和靈敏性將會(huì)大幅度增加；同時(shí)智能制造技術(shù)還將反作用于傳感技術(shù)，即利用智能制造技術(shù)構(gòu)建專(zhuān)門(mén)的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，保障傳感技術(shù)不受到其他外在信號(hào)的干擾。在智能制造生產(chǎn)過(guò)程中，傳感器具有對(duì)目標(biāo)信號(hào)收集的作用，其能夠通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸信號(hào)，然后再由計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)信息進(jìn)行分析和處理，這樣能夠嚴(yán)格監(jiān)控和管理智能制造業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程。

3 智能制造背景下機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的前景分析

在制造業(yè)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，智能裝備的發(fā)展不可忽視，制造業(yè)升級(jí)需要智能裝備幫助一般制造業(yè)從繁重的人力勞動(dòng)中解脫，降低生產(chǎn)成本，更多的投入到研發(fā)和服務(wù)中去，建立新的發(fā)展模式。

3.1 國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策大力支持智能裝備發(fā)展

為了貫徹落實(shí)《國(guó)務(wù)院加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，加快智能制造裝備的創(chuàng)新發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化，發(fā)改委、財(cái)政部、工信部組織實(shí)施了智能制造裝備發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)，專(zhuān)項(xiàng)重點(diǎn)支持智能測(cè)控裝置、重大智能成套裝備的研發(fā)和示范應(yīng)用，以及重點(diǎn)領(lǐng)域的數(shù)字化車(chē)間的示范建設(shè)。支持項(xiàng)目包括焊接自動(dòng)化生產(chǎn)線、沖壓生產(chǎn)線、自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線等項(xiàng)目，以及重卡的變速器、汽車(chē)車(chē)橋、汽車(chē)液壓油缸、發(fā)動(dòng)機(jī)等加工裝配的生產(chǎn)線項(xiàng)目。

3.2 下游需求的穩(wěn)定增長(zhǎng)提供廣闊發(fā)展空間

自動(dòng)化生產(chǎn)線在發(fā)展初期，主要運(yùn)用于汽車(chē)行業(yè)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，汽車(chē)行業(yè)自動(dòng)化程度已達(dá)較高水平。中國(guó)市場(chǎng)的汽車(chē)銷(xiāo)售量已經(jīng)連續(xù)八年全球第一，2016年銷(xiāo)量超過(guò)2800萬(wàn)輛，未來(lái)即使保持個(gè)位數(shù)增長(zhǎng)，其增量規(guī)模也很大。而隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，以及客戶(hù)對(duì)汽車(chē)消費(fèi)品質(zhì)的提升、個(gè)體化和差異化消費(fèi)需求增長(zhǎng)，汽車(chē)生產(chǎn)向差異化小規(guī)模等定制生產(chǎn)模式方向發(fā)展，汽車(chē)生產(chǎn)廠商管理向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)方向發(fā)展，新車(chē)型的推出速度和更新?lián)Q代周期不斷加快，這些趨勢(shì)都對(duì)以自動(dòng)化生產(chǎn)線為代表的汽車(chē)制造裝備的自動(dòng)化、柔性化、智能化和信息化水平提出了更高的要求，相應(yīng)汽車(chē)行業(yè)固定資產(chǎn)投資將保持持續(xù)較快的增長(zhǎng)。

目前，我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，加快發(fā)展以智能制造裝備為代表的高端裝備制造業(yè)，用高端制造裝備改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)成為增強(qiáng)我國(guó)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)發(fā)展能力的重要著力點(diǎn)。

4 結(jié)論

在以往的生產(chǎn)中機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)能很好的滿足生產(chǎn)領(lǐng)域中一般性的生產(chǎn)，但是隨著科技的進(jìn)步，智能裝備技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，開(kāi)始大規(guī)模進(jìn)入生產(chǎn)領(lǐng)域，智能裝備技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行了很好的改造，生產(chǎn)效益和市場(chǎng)效率都得到了大幅的提升。

當(dāng)前我國(guó)正處在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，也是進(jìn)入“十三五”規(guī)劃的第三個(gè)年頭，我國(guó)在智能裝備制造領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的突破，智能裝備技術(shù)在機(jī)電一體化中的廣泛應(yīng)用，一方面提高了我國(guó)制造業(yè)的整體水平，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，另一方面為我國(guó)的裝備制造業(yè)走向全球指引了明確的方向。