機電一體化在智能制造中的有效應用

張晶晶 李寧

摘要：隨著生態(tài)環(huán)境的污染和資源的枯竭化，人類開始重視環(huán)境保護和生態(tài)發(fā)展。進入到21世紀后，信息技術得到了迅猛的發(fā)展，以信息技術、電子科技為主的第四層工業(yè)革命重新向人類發(fā)起了挑戰(zhàn)，新一輪的現(xiàn)代化生產(chǎn)方式將帶人類走向綠色工業(yè)革命一智能制造。機電一體化是第四代綠色工業(yè)革命發(fā)展的前提條件與基礎。研究機電一體化在智能制造中的有效應用對于第四層工業(yè)革命的發(fā)展有著重要的促進意義。

關鍵詞：機電一體化;智能制造;有效應用

1機電一體化和智能制造的基本概述

1.1機電一體化系統(tǒng)概述

機電一體化系統(tǒng)主要包括機械系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)三個組成部分，其中機械系統(tǒng)中包含傳動機構(gòu)、支承部件、數(shù)學模型幾個環(huán)節(jié);伺服系統(tǒng)中包含各項性能指標、執(zhí)行元件、檢測元件、電氣元件等多個環(huán)節(jié);傳感檢測系統(tǒng)中包含位移傳感、速度傳感、加速度傳感、力矩傳感、扭矩傳感、測距傳感、視覺傳感等多個傳感部分，這些部分共同組成了一個完整的機電一體化系統(tǒng)，完成物理、化學、生物量變化度的測量、信號轉(zhuǎn)化和信號傳遞。

1.2智能制造概述

智能制造的概念于20世紀80年代末正式提出，隨著計算機、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展和在制造業(yè)中的應用，智能制造受到世界各國越來越多的關注。各個國家也都推出一系列的智能制造支持政策和發(fā)展計劃，如歐盟的7個研發(fā)框架計劃和德國的工業(yè)4.0戰(zhàn)略計劃、美國的國家科學基金智能制造項目和先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃、日本的智能制造研究10年計劃和機器人新戰(zhàn)略、韓國的高級先進技術國家計劃和制造業(yè)創(chuàng)新3.0戰(zhàn)略]等。我國早在1991年即開啟了智能制造領域的研究，國家自然科學基金設立了重大項目“智能制造系統(tǒng)關鍵技術”，特別是在德國提出工業(yè)4.0后，我國政府相繼提出了兩化深層次融合、互聯(lián)網(wǎng)+、中國制造2025等一系列行動計劃，用以指導中國智能制造的發(fā)展。智能制造是制造業(yè)的發(fā)展方向，也是中國制造2025的主攻方向。經(jīng)過近30年的發(fā)展，智能制造的研究涵蓋了產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、管理、服務等制造活動的各個環(huán)節(jié)。

2機電一體化在智能制造中的有效應用

在微電子技術和自動化技術持續(xù)發(fā)展的背景下，機電一體化技術應運而生，且在智能制造中的作用也逐漸突出。機電一體化技術是傳感技術、自動生產(chǎn)線技術等多個先進技術的整合，能夠在保障產(chǎn)品質(zhì)量的同時促進制造業(yè)整體運行的效率的提升。鑒于此，加大對智能制造中機電一體化技術及應用的探究力度具有重要意義，從而在機電一體化技術支撐下確保對機電設備管理和控制的科學、合理進行。

2.1傳感檢測技術的應用

傳感檢測技術是機電一體化實現(xiàn)自動化功能的關鍵技術。傳感技術顧名思義就是指為機電一體化設備設置智能傳感器作為傳感檢測系統(tǒng)的感受器官，用于自動采集和獲取信息數(shù)據(jù)，并應用采集的數(shù)據(jù)來自動調(diào)節(jié)、控制設備，實現(xiàn)系統(tǒng)自動化生產(chǎn)管理的作用。智能傳感器一般設置在較為惡劣的環(huán)境中，用于代替人在在復雜、惡劣的環(huán)境中完成信息采集與生產(chǎn)監(jiān)測，因此對于智能傳感器的質(zhì)量要求較高，同時也對于信息采集的精確度和自動化程序要求較高。將傳感檢測技術應用到智能制造中，可充分發(fā)揮傳感器與智能制造的優(yōu)勢，實現(xiàn)對信息資源的整合與資源的優(yōu)化。這一技術的應用需要結(jié)合計算機技術與標準化接口技術，將傳感檢測系統(tǒng)集成到智能制造系統(tǒng)中，并與控制系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等相結(jié)合。傳感檢測系統(tǒng)將自動監(jiān)測和采集的信息通過互聯(lián)網(wǎng)同時傳遞給生產(chǎn)車間、管理平臺、服務端等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。這些數(shù)據(jù)可用于產(chǎn)品生命周期的管理，對于智能制造各個領域的而言，不僅提高了產(chǎn)品管理的效率，還確保了信息資源的精準性，提高了資源的利用率。對于生產(chǎn)企業(yè)而言，該系統(tǒng)的應用接解放了惡劣工作環(huán)境下的勞動力，確保了生產(chǎn)工人的人身安全。

2.2智能機器人的應用

機電一體化技術在智能機器人制造領域的推廣促進了智能制造產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。智能機器人制造技術是多行業(yè)多領域的綜合交叉技術，其涉及到傳感技術、智能控制、仿生學等多種學科技術。如今由于智能機器人的大范圍應用，不同行業(yè)都有所受益，類似于信息重復傳輸?shù)葐栴}不再發(fā)生，信息識別的準確度提高，機械生產(chǎn)設備的效率也獲得大幅提升。（1）主控制級。主控制級的功能是建立操作和工業(yè)機器人之間的信息通道，傳遞作業(yè)指令和參數(shù)，反饋工作狀態(tài)，完成作業(yè)所需的各種計算，建立與伺服控制級之間的接口。它由以下幾個部紛組成：主控制計算機、主控制軟件、外圍設備、示教控制盒。（2）伺服控制級。伺服控制級由一組伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成，每個伺服控制系統(tǒng)分別驅(qū)動工業(yè)機器人操作機構(gòu)的一個關節(jié)。每個關節(jié)的運動參數(shù)來自控制級計算機的輸出。伺服控制級主要組成部份有：①伺服驅(qū)動器。工業(yè)機器人常用的的電動伺服驅(qū)動器通常由伺服電動機（氣動伺服驅(qū)動器則通過電磁伐控制）、位置傳感器、速度傳感器及制動器組成。②伺服控制器電路。伺服控制器的基本電路是比較器、偏差放大器、運算器和功率放大器等。輸入信號除參考信號外，還有各種傳感器反饋信號?？刂破骺梢圆捎媚M調(diào)節(jié)電路也可用微處理器構(gòu)成的數(shù)字調(diào)節(jié)器構(gòu)成。數(shù)字伺服系統(tǒng)靈活性強，調(diào)節(jié)參數(shù)可自動改變適應性強，便于實現(xiàn)各種復雜控制。

2.3數(shù)控技術的應用

機電一體化技術最先應用于我國各類機床生產(chǎn)當中，將數(shù)控機場類型設定為CPU模式和總主線模式，通過精準數(shù)據(jù)的檢測和存儲，運用模糊智能控制方法對其進行診斷和管理，并結(jié)合計算機技術，做出三維仿真圖，不僅規(guī)范了操作生產(chǎn)的流程、步驟，同時還將數(shù)據(jù)精準到最小的差值范圍，較大程度的提高了生產(chǎn)效率。其中智能制造長生產(chǎn)中，數(shù)據(jù)模擬和數(shù)據(jù)、信息傳遞、處理等技術，都需要依靠精準的數(shù)據(jù)監(jiān)測和計算系統(tǒng)，通過此系統(tǒng)將數(shù)據(jù)和信息傳遞、統(tǒng)計、模擬與感應，來及時掃描并發(fā)現(xiàn)流程中存在的問題與漏洞，并上傳到相應系統(tǒng)，進行問題分析與解決。而此過程中數(shù)控技術與軟件技術，以及計算機信息技術等全面融合與協(xié)作，制作出三維仿真畫面，進一步優(yōu)化了智能化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，將CPU設定為生產(chǎn)核心，使其更真切、安全和數(shù)據(jù)、信息精準。

2.4自動化生產(chǎn)線的應用

自動生產(chǎn)控制技術是機電一體化技術在智能制造中的又一應用形式，其主要是以人機界面控制裝置、可編程序控制等多個裝置為輔助。對智能制造領域進行深入剖析可知，無論是基本的飲料生產(chǎn)線還是印刷包裝生產(chǎn)線等，都可以看到自動化生產(chǎn)控制技術的身影。同時，車間的生產(chǎn)過程跟蹤和控制系統(tǒng)也是機電一體化技術在智能制造中應用的具體形式，一方面可以對產(chǎn)品制造流程中的數(shù)據(jù)予以采集、分析和處理，另一方面借助系統(tǒng)管理、資源管理等多個管理過程也為制造業(yè)綜合自動化管理的實現(xiàn)提供了動力。

3結(jié)束語

總而言之，機電一體化技術改善了智能制造業(yè)的生產(chǎn)效率低下的現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)的整體效率，并幫助智能制造業(yè)有效管控了各個流程和生產(chǎn)階段，代替人工解決了眾多難題，大力的推動了智能制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，我們應當重視機電一體化技術的應用領域拓展及創(chuàng)新，并充分利用其優(yōu)勢與特征，為我國更多產(chǎn)業(yè)做出貢獻，全面提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

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