機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用與研究

楊鑫鋒

（日照市農(nóng)業(yè)學(xué)校，山東 日照 276511）

在當(dāng)前技術(shù)革命時(shí)代，科技的飛速發(fā)展促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展步伐穩(wěn)健，使其不斷擴(kuò)大生產(chǎn)范圍和能力，可以說現(xiàn)今工業(yè)信息時(shí)代的全面來臨離不開機(jī)電一體化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，而將機(jī)械與電子相互集合形成的機(jī)電一體化技術(shù)，對(duì)各類機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化控制起到了決定性關(guān)鍵作用[1]。在機(jī)電一體化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用中，智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)結(jié)合構(gòu)成了完整的智能制造，它不斷推動(dòng)社會(huì)工業(yè)技術(shù)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，使得工業(yè)生產(chǎn)越發(fā)科學(xué)和人性化。正是基于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了智能制造的進(jìn)步，故此對(duì)智能制造過程中機(jī)電一體化的應(yīng)用進(jìn)行探討極為必要。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的概念

機(jī)電一體化這一技術(shù)概念最早出現(xiàn)在日本，后來伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技技術(shù)逐步向工業(yè)制造領(lǐng)域延伸，為社會(huì)工業(yè)的進(jìn)步發(fā)展提供了更大的可行性。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展范圍擴(kuò)大，通過在機(jī)電一體化技術(shù)中引入計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)，以此極大的促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的革新發(fā)展，形成了由機(jī)械和電子技術(shù)融合并綜合微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的高端技術(shù)手段?，F(xiàn)在，工業(yè)生產(chǎn)中所應(yīng)用到的機(jī)械化技術(shù)包括很多，其中應(yīng)用廣泛的就有微電子技術(shù)、信息化技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)、電子電力技術(shù)、終端接口技術(shù)和軟件編程技術(shù)等等，這些技術(shù)的應(yīng)用讓整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為一個(gè)微型電子電路系統(tǒng)，以此對(duì)系統(tǒng)從各方位傳感器接收到的信息予以控制管理，而為有效降低系統(tǒng)能耗，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還可對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行控制，比如增強(qiáng)機(jī)械操作中機(jī)械臂的精準(zhǔn)度等[2]。通過在工業(yè)制造中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，能夠有效提高產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，而此種更加智能化、人性化的機(jī)械性操作也減少了相應(yīng)的人力作業(yè)負(fù)荷量，為企業(yè)有效降低人力資源成本，反之還提高了產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝性以及精密度。

2 機(jī)電一體化在智能制造中的重要性

不斷追求品質(zhì)是人們對(duì)生活的更高需求，因此如今用戶對(duì)產(chǎn)品種類和級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)越來越高?；谑袌?chǎng)需求和競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，制造者只有不斷革新優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品，通過縮短產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間、生命周期，才能更好地滿足用戶的需求，提升自我在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的核心能力。由此來說，產(chǎn)品的制造以及裝配操作極為關(guān)鍵，如將產(chǎn)品制造過程分為兩個(gè)部分應(yīng)包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造兩個(gè)重要階段。通過在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，同時(shí)會(huì)涉及到機(jī)械、電氣、控制以及計(jì)算機(jī)工程等相關(guān)學(xué)科[3]。比如自動(dòng)控制技術(shù)可協(xié)助開發(fā)各類基于電子元器件的控制系統(tǒng)，以此強(qiáng)化或取代機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械化性能；計(jì)算機(jī)技術(shù)可廣泛應(yīng)用到各種軟件的編寫中，以此來控制系統(tǒng)作業(yè)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)活動(dòng)、制定資源計(jì)劃、記錄市場(chǎng)調(diào)研以及開展銷售活動(dòng)等[4]。我們可以借助計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行CAD設(shè)計(jì)，輕松有效的開發(fā)出三維立體產(chǎn)品模型；并通過CAE分析產(chǎn)品模型，應(yīng)用數(shù)字工具模擬研究產(chǎn)品的各項(xiàng)性能，通過實(shí)踐模擬能為產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)人員在早期階段提供一些準(zhǔn)確的設(shè)想；而基于仿真研究的可行性，設(shè)計(jì)人員再進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化修改，幫助產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更好的性能和作用。我們知道，在傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)評(píng)估一般是以首批次生產(chǎn)的產(chǎn)品作為評(píng)估實(shí)體，而這樣做既費(fèi)時(shí)又耗力，使得產(chǎn)品開發(fā)的前置周期被拉長(zhǎng)，現(xiàn)在使用計(jì)算機(jī)CADCAE軟件操作則可以節(jié)省大量的設(shè)計(jì)過程和時(shí)間。以機(jī)電一體化技術(shù)為依托的還有計(jì)算機(jī)CAM系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)等，如機(jī)床自動(dòng)化可幫助生產(chǎn)中精簡(jiǎn)人工操作的加工環(huán)節(jié)；包裝自動(dòng)化可進(jìn)行全面的產(chǎn)品自動(dòng)包裝；質(zhì)量檢測(cè)自動(dòng)化可記錄生產(chǎn)制作過程、檢驗(yàn)產(chǎn)品合格率等等。這些系統(tǒng)的投入應(yīng)用能夠更好的保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量、工藝效率，讓企業(yè)搶占市場(chǎng)先機(jī)。故此，對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行探究并應(yīng)用到智能制造中具有實(shí)踐的重要意義。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的具體應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于傳感技術(shù)中

傳感系統(tǒng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的部分，其中傳感技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用更為廣泛，利用傳感技術(shù)可直接檢測(cè)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)在零件和機(jī)械部件施工方面的具體情況。傳感器具有收集數(shù)據(jù)系統(tǒng)的能力，而數(shù)控系統(tǒng)水平的高低則取決于傳感技術(shù)的應(yīng)用。在數(shù)控生產(chǎn)中，傳感技術(shù)是收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)的重要組件，它可輔助生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制與調(diào)節(jié)，通過傳感技術(shù)在制造系統(tǒng)中及時(shí)對(duì)生產(chǎn)信息予以反饋。由此可知，傳感技術(shù)程度越高則系統(tǒng)的自動(dòng)化程度會(huì)相應(yīng)提高。在精準(zhǔn)快速檢測(cè)的條件下機(jī)電一體化制造系統(tǒng)才可及時(shí)性對(duì)目標(biāo)進(jìn)行控制，利用傳感技術(shù)掌握生產(chǎn)制造整個(gè)過程中的各項(xiàng)參數(shù)，并將系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)指令傳輸?shù)侥繕?biāo)處。目前，在工業(yè)機(jī)器人制造領(lǐng)域應(yīng)用最為普遍的是光電傳感技術(shù)，它可通過對(duì)空間內(nèi)光線、溫感、氣體等進(jìn)行感應(yīng)，對(duì)零部件的直徑大小、粗糙程度、震動(dòng)效果、平整光滑度等相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，以此針對(duì)產(chǎn)品性狀來控制產(chǎn)品質(zhì)量；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還可通過光電傳感技術(shù)回傳過來的數(shù)據(jù)判斷生產(chǎn)操作的進(jìn)度，以便自動(dòng)生成下一個(gè)指令，針對(duì)產(chǎn)品的外觀、性狀進(jìn)行合理的控制改進(jìn)[5]。此外，光電傳感技術(shù)的應(yīng)用還十分廣泛，它可用于手機(jī)、汽車的智能制造中，包括醫(yī)療領(lǐng)域也有所涉及。

3.2 應(yīng)用于數(shù)控生產(chǎn)中

目前，機(jī)械制造在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)體系中占據(jù)著重要地位，推動(dòng)著我國(guó)工業(yè)以及農(nóng)業(yè)技術(shù)的飛快發(fā)展。在當(dāng)前領(lǐng)域，數(shù)控制造企業(yè)應(yīng)該是我國(guó)行業(yè)中應(yīng)用機(jī)電一體化及時(shí)最早的企業(yè)之一。企業(yè)進(jìn)行數(shù)控化生產(chǎn)的過程中對(duì)智能控制系統(tǒng)的要求頗高，這是因?yàn)橐环矫嫦到y(tǒng)內(nèi)部的模擬信息與數(shù)據(jù)資料存在較大關(guān)聯(lián)性，另一方面在進(jìn)行生產(chǎn)控制及管理的同時(shí)數(shù)控技術(shù)從中發(fā)揮著極其重要的功能。目前我國(guó)大型機(jī)床廠中，數(shù)控機(jī)床構(gòu)造的種類主要以總主線和CPU模式的較多，該類模式可利用智能控制的方法在診斷工作中促進(jìn)設(shè)備數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性獲得更大程度的提高；同時(shí)還可依據(jù)計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用將動(dòng)態(tài)畫面進(jìn)行三維立體呈現(xiàn)，讓原來看起來抽象化的生產(chǎn)工作流程變得具體形象化，從而為相關(guān)的生產(chǎn)、技術(shù)等工作人員提供有效的指導(dǎo)[6]。

3.3 應(yīng)用于自動(dòng)生產(chǎn)線和自動(dòng)機(jī)械中

以人機(jī)界面控制裝置、光電控制系統(tǒng)等電子技術(shù)為依托，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)操作的整個(gè)流程進(jìn)行全面的掌控管理，這就是企業(yè)自動(dòng)生產(chǎn)線和自動(dòng)機(jī)械的應(yīng)用。目前自動(dòng)生產(chǎn)線和自動(dòng)機(jī)械在智能制造中的應(yīng)用也是十分廣泛，比如在生產(chǎn)的印刷和包裝領(lǐng)域等。與此同時(shí)，智能制造系統(tǒng)中還有一種與自動(dòng)生產(chǎn)線相對(duì)應(yīng)的柔性制造系統(tǒng)技術(shù)，它被廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床的整合生產(chǎn)中，能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)約大量的生產(chǎn)時(shí)間成本、財(cái)力以及物力等等，這對(duì)于產(chǎn)品生產(chǎn)種類多、設(shè)計(jì)需求高的中小型企業(yè)十分受用[7]。

3.4 應(yīng)用于工業(yè)智能機(jī)器人

當(dāng)前，應(yīng)用于智能制造中的機(jī)電一體化技術(shù)當(dāng)中最為先進(jìn)的就是智能機(jī)器人，通過多種先進(jìn)技術(shù)的相互結(jié)合，智能機(jī)器人成為了一種融合多學(xué)科技術(shù)的新型科技成果；而作為一項(xiàng)重點(diǎn)研究技術(shù)，我國(guó)的智能機(jī)器人在提升產(chǎn)品質(zhì)量、保障產(chǎn)品強(qiáng)度方面均取得了較大的進(jìn)步。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用智能機(jī)器人具備較大的優(yōu)勢(shì)性，它不僅可甄別信息數(shù)據(jù)，還可替代人工操作完成一些原來較慢的工作環(huán)節(jié)，同時(shí)智能機(jī)器人的生產(chǎn)精準(zhǔn)度非常高，這對(duì)于完成某些復(fù)雜性工作的幫助很大。

4 機(jī)電一體化在智能制造中的未來發(fā)展趨向

4.1 人工智能領(lǐng)域

實(shí)現(xiàn)人工智能是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要目標(biāo)，如今各類技術(shù)還在不斷開拓和創(chuàng)新，人們對(duì)人工智能技術(shù)的探索也從未止步，未來智能設(shè)備取代人腦活動(dòng)而開展一些簡(jiǎn)單性的思考和學(xué)習(xí)，以此代替人們參與腦力勞動(dòng)也不是沒有可能性的。人工智能的全面發(fā)展將會(huì)讓智能化設(shè)備調(diào)節(jié)及控制形成一整條生產(chǎn)線，利用生產(chǎn)線各個(gè)模塊之間的聯(lián)動(dòng)反應(yīng)從而提升整套生產(chǎn)的效率，以此強(qiáng)化人工智能的性能作用。

4.2 人機(jī)一體化技術(shù)

智能制造發(fā)展到一定程度之后必然會(huì)形成人機(jī)一體化，而從現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的綜合發(fā)展情況來看，當(dāng)前實(shí)現(xiàn)人機(jī)一體化會(huì)比實(shí)現(xiàn)機(jī)械全智能要更具合理性及可能性一些。通過人機(jī)一體化技術(shù)，以人腦作為技術(shù)控制的核心，以智能設(shè)備作為技術(shù)的載體，將兩者融合使之發(fā)揮技術(shù)作用，而借助大腦的靈活性、多元性實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，借助智能設(shè)備的專業(yè)性、全面性達(dá)到技術(shù)的共享，以此更好地推動(dòng)工業(yè)科技的進(jìn)步發(fā)展[8]。

4.3 微型化發(fā)展方向

微型化發(fā)展是機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)一步獲得發(fā)展的新方向，從而將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到航天航空、醫(yī)療器械、智能制造的各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域之中。目前，機(jī)電一體化技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到智能制造方面并取得了較為顯著的成果，然而在其他領(lǐng)域尤其是醫(yī)療方面，由于智能機(jī)械的體積過大、耗能過高等一些客觀性問題有待解決，因此還無法滿足良好的使用需求。鑒于此，盡量?jī)?yōu)化智能機(jī)械的性能，縮小體積、減少能耗，從而使其從微型化方面發(fā)展極有必要。

5 總結(jié)

總而言之，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，我國(guó)早期傳統(tǒng)的生產(chǎn)作業(yè)模式已得到很大程度的改觀和優(yōu)化。從整體層面來看，這一生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)步的必然成果，將多項(xiàng)新型的技術(shù)綜合而形成更高科技的技術(shù)類別。通過在智能制造中廣泛應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，不但有利于多項(xiàng)技術(shù)的融合發(fā)展，優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)的整體結(jié)構(gòu)，也促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)技術(shù)改革步伐的加快，為企業(yè)的經(jīng)營(yíng)發(fā)展創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益。