智能制造中的機(jī)電一體化應(yīng)用

王澤琪

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，山東德州 253034）

0 引言

隨著我國的科技的發(fā)展，智能制造領(lǐng)域迎來了發(fā)展好契機(jī)。智能制造領(lǐng)域離不開機(jī)電一體化技術(shù)，機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的廣泛應(yīng)用，為我國工業(yè)發(fā)展注入了新的活力。目前，智能制造技術(shù)、智能制造系統(tǒng)是智能制造主要涉及的領(lǐng)域。智能制造業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，一方面擴(kuò)大了機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用范圍，另一方面凸顯出機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的重要地位。在智能制造過程中，各類智能制造設(shè)備的使用，可以依托機(jī)電一體化技術(shù)，進(jìn)行高效、精準(zhǔn)的控制與管理。工業(yè)生產(chǎn)從傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)化為自動(dòng)化、智能化、人性化，使工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量得到顯著提高。作為智能制造中核心技術(shù)，機(jī)電一體化技術(shù)在保障工業(yè)生產(chǎn)精準(zhǔn)控制與管理同時(shí)，進(jìn)一步降低企業(yè)的生產(chǎn)成本投入，使企業(yè)效益最大化。因此，加強(qiáng)機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用研究，對(duì)我國工業(yè)整體發(fā)展有著重要意義。

1 智能制造與機(jī)電一體化概述

1.1 智能制造

新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)的不斷沖擊，智能制造在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生。目前智能制造在全世界得到廣泛關(guān)注，智能制造的發(fā)展主要依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，機(jī)電一體化技術(shù)也是智能制造主要根脈之一。世界各國對(duì)智能制造有著不同的定義，我國對(duì)智能制造主要定義是依托于先進(jìn)的信息技術(shù)，將信息技術(shù)貫穿于產(chǎn)品制造、設(shè)計(jì)、管理、服務(wù)等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造的智能化、自動(dòng)化、系統(tǒng)化。信息技術(shù)與制造設(shè)備的融合，是智能制造得以實(shí)現(xiàn)的根本，先進(jìn)的信息技術(shù)是智能制造設(shè)備的基本依托。智能制造并不是指某一個(gè)單一的技術(shù)應(yīng)用，而是多個(gè)先進(jìn)技術(shù)共同融合，促成制造智能化，識(shí)別技術(shù)、實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)、信息物理融合系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)是其主要的關(guān)鍵性技術(shù)。

1.2 機(jī)電一體化技術(shù)

機(jī)電一體化，即現(xiàn)代信息技術(shù)、傳感技術(shù)、機(jī)械制造等主要先進(jìn)技術(shù)融合為一體的技術(shù)。機(jī)電一化技術(shù)和其他技術(shù)相比，具有靈敏、精準(zhǔn)度高、控制能力強(qiáng)、處理能力強(qiáng)等主要特征。智能制造中，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠幫助作業(yè)人員進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的收集，更能夠依靠自身的技術(shù)，及時(shí)分析出相關(guān)制造事項(xiàng)的安全強(qiáng)弱，并進(jìn)行有效處理[2]。除此之外，在非線性控制和線性控方面，機(jī)電一體化依靠較高的精準(zhǔn)度，能夠?yàn)橹圃煜到y(tǒng)和控制系統(tǒng)提供強(qiáng)大支撐。機(jī)電一體化技術(shù)，整體結(jié)構(gòu)最佳化、操作柔性化、系統(tǒng)控制職能化是其主要的特點(diǎn)。如今，科技不斷沖擊工業(yè)，工業(yè)不斷改革，機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造領(lǐng)域的有效應(yīng)用具有重大意義。智能制造中機(jī)電一體化技術(shù)的融合與推進(jìn)，已經(jīng)成為我國未來工業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。

2 智能制造中機(jī)電一體化的應(yīng)用體現(xiàn)

2.1 傳感技術(shù)應(yīng)用

使機(jī)械系統(tǒng)信息采集和處理功能更加完善科學(xué)，是機(jī)電一體化技術(shù)在傳感技術(shù)中的主要特征。機(jī)電一體化系統(tǒng)獲取外部信息主要依靠傳感器，傳感器是能夠探測(cè)到被測(cè)量物體并將其轉(zhuǎn)換為可用的輸出信號(hào)的重要裝置。傳感技術(shù)是智能制造的核心，因此，機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中應(yīng)用，應(yīng)將傳感技術(shù)作為核心的考慮內(nèi)容[3]。通過傳感技術(shù)能夠有效的獲取生產(chǎn)制造中的動(dòng)態(tài)信息，挖掘系統(tǒng)中細(xì)小問題，并進(jìn)行分析解決。傳感器的工作大致是從輸入量至輸出量轉(zhuǎn)換的過程，一般情況下傳感器的構(gòu)成如圖1 所示。

圖1 傳感器的構(gòu)成

傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的創(chuàng)建是實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)條件，利用傳感器自身的靈活性、精準(zhǔn)性，使其在信息傳輸和對(duì)接之間將優(yōu)勢(shì)發(fā)揮至最大化。在互聯(lián)網(wǎng)背景下，智能制造與傳感技術(shù)的結(jié)合，可以有效降低企業(yè)成本，提高數(shù)據(jù)資源在生產(chǎn)過程中的利用率，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)力進(jìn)步。

2.2 工業(yè)智能機(jī)器人應(yīng)用

工業(yè)智能機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用，是機(jī)電一體化技術(shù)的重要呈現(xiàn)之一。智能機(jī)器人涉及到電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、仿生學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)和內(nèi)容。就目前階段而言，機(jī)電一體化的研究與發(fā)展中，智能機(jī)器人的研發(fā)與創(chuàng)新，已經(jīng)成為了機(jī)電一體化技術(shù)重要的研究方向。它能夠根據(jù)人類的的操作指令自主識(shí)別信息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、判斷，處理，模仿人類的思維，完成制造生產(chǎn)中一切可實(shí)現(xiàn)的操作[4]。智能機(jī)器人的運(yùn)用，是機(jī)電一體化在智能制造領(lǐng)域不斷成熟進(jìn)步的體現(xiàn)，它不僅可以降低生產(chǎn)難度，更可以代替作業(yè)人員完成一系列危險(xiǎn)性、高難度、復(fù)雜性的作業(yè)任務(wù)，使人們即使處于惡劣環(huán)境下，仍然可以完成一系列工作任務(wù)。例如，工廠物料罐泄漏，人們可以利用智能機(jī)器人深入車間，通過對(duì)智能機(jī)器人一系列的指令，使機(jī)器人代替人們完成問題探測(cè)和處理任務(wù)。目前，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的成果的不斷累積，人們開始在原有的技術(shù)成果上進(jìn)行創(chuàng)新，智能機(jī)器人未來將朝著更加規(guī)范化、人性化、智能化的方向邁進(jìn)。

2.3 自動(dòng)機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用

除了上述的傳感技術(shù)、智能機(jī)器人外，自動(dòng)化生產(chǎn)控制也是機(jī)電一體化技術(shù)的一種重要應(yīng)用表現(xiàn)。當(dāng)前隨著我國工業(yè)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化生產(chǎn)線已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)線。自動(dòng)化生產(chǎn)控制技術(shù)主要以可編程控制裝置、人機(jī)界面控制裝置、智能化控制裝置為主要工作器件，通過人為設(shè)定好的程序完成一系列工作任務(wù)。例如，手機(jī)制造企業(yè)，人們利用對(duì)機(jī)床進(jìn)行程序編碼設(shè)定，采用自動(dòng)化控制技術(shù)，使手機(jī)殼、手機(jī)部件等進(jìn)行批量生產(chǎn)，更好地完成生產(chǎn)任務(wù)。除了數(shù)碼制造之外，在食品加工、包裝等領(lǐng)域也可以應(yīng)用自動(dòng)化生產(chǎn)控制技術(shù)，自動(dòng)機(jī)械不僅能夠提高企業(yè)生產(chǎn)效率，還可以完成傳統(tǒng)人工生產(chǎn)線不能完成的工作。例如，在食品包裝方面，人工包裝由于趕速度難免出現(xiàn)疏漏或包裝不整齊、不規(guī)范等問題，但是自動(dòng)化機(jī)械則可以完美解決這一難題，使得食品包裝更加美觀、符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)下的數(shù)控技術(shù)應(yīng)用，在工業(yè)體系生產(chǎn)中出現(xiàn)較早，而且發(fā)展時(shí)間較長，也是機(jī)體一體化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中最典型的應(yīng)用體現(xiàn)之一。近幾年來，我國在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用方面積累了一定經(jīng)驗(yàn)，并且在智能制造發(fā)展的背景下一直不斷創(chuàng)新，為智能制造業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐[5]。數(shù)控加工技術(shù)對(duì)智能制造系統(tǒng)有著比較高的要求，智能制造系統(tǒng)除了要對(duì)各類信息進(jìn)行深次加工處理外，還有對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)給予控制和管理，以及對(duì)各類模擬信息進(jìn)行處理。就目前而言，我國數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中以CPU（Central Processing Unit，中央處理器）、總主線模式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)是智能控制系統(tǒng)主要運(yùn)用形式。在該模式下，不僅能夠?qū)ιa(chǎn)問題實(shí)行診斷，更可以結(jié)合不同產(chǎn)品的特點(diǎn)和需求，實(shí)現(xiàn)三維仿真效果。如今數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，在智能制造領(lǐng)域的影響力也越來越大，這本身也是機(jī)電一體化在智能制造中的有效應(yīng)用。

3 結(jié)束語

近幾年來，新的技術(shù)不斷研發(fā)和出現(xiàn)，工業(yè)領(lǐng)域一直在不斷的改革和進(jìn)步。智能制造業(yè)的不斷發(fā)展，是工業(yè)改革的一種體現(xiàn)。智能制造領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)是智能制造發(fā)展的核心力量。機(jī)電一體化在智能制造中的應(yīng)用不僅僅體現(xiàn)在傳感技術(shù)、智能機(jī)器人、數(shù)控生產(chǎn)、自動(dòng)化控制方面，更體現(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域中其他方面。在智能制造化飛速發(fā)展的今天，人們可以隨處看到機(jī)電一體化技術(shù)的身影。為使機(jī)電一體化技術(shù)更好地應(yīng)用在智能制造中，仍然需要不斷加強(qiáng)對(duì)機(jī)電一體化的研究和投入，使其助力我國工業(yè)和智能制造的長遠(yuǎn)進(jìn)步。