機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的實(shí)踐運(yùn)用

高露

（蘭州現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院，甘肅蘭州，730300）

1 機(jī)電一體化與智能制造

1.1 機(jī)電一體化技術(shù)

機(jī)電一體化技術(shù)是以大規(guī)模集成電路和微電子技術(shù)，現(xiàn)代工業(yè)為基礎(chǔ)，將各種機(jī)械技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)融為一體的綜合技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，能夠?qū)夹g(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化和更新，通過(guò)調(diào)整相關(guān)技術(shù)參數(shù)，減少實(shí)際生產(chǎn)制造過(guò)程中對(duì)于設(shè)備造成的壓力和影響，能夠有效減少設(shè)備損耗，還具備自動(dòng)、檢測(cè)、診斷以及記錄等智能化功能。同時(shí)，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用也極大地降低了實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的操作難度，保障了生產(chǎn)制造的精度和安全性，有助于減小工作壓力，以及對(duì)于人力資源的需求。

1.2 智能制造

智能制造顧名思義，就是以智能化技術(shù)手段進(jìn)行生產(chǎn)制造，智能制造主要包括智能制造技術(shù)和系統(tǒng)兩個(gè)部分內(nèi)容，在實(shí)際生產(chǎn)制造的過(guò)程中，能夠進(jìn)行自動(dòng)化、智能化活動(dòng)，例如，分析、判斷、決策等，以智能技術(shù)取代部分人腦活動(dòng)，進(jìn)一步提升制造生產(chǎn)的智能化水平。在實(shí)際進(jìn)行智能制造的過(guò)程中，通過(guò)采集多樣化的，與生產(chǎn)制造相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，并針對(duì)此類信息進(jìn)行深入分析，以此為后續(xù)制造過(guò)程提供可靠依據(jù)，同時(shí)智能決策下的制造過(guò)程，也能夠減少由于人為失誤造成的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

2 智能制造當(dāng)中機(jī)電一體化技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)在智能制造業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用，給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了新的契機(jī)，也進(jìn)一步促進(jìn)了制造業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展。在最初階段，傳感器的主要功能就是用于感受和轉(zhuǎn)化信號(hào)，其本身的結(jié)構(gòu)也相對(duì)較為簡(jiǎn)單，然后隨著各種半導(dǎo)體、磁性材料在傳感器當(dāng)中的應(yīng)用，使得傳感器逐漸具備了簡(jiǎn)單的信號(hào)處理功能，而當(dāng)前在微機(jī)的應(yīng)用之下，智能傳感器逐漸得以開(kāi)發(fā)，相較于普通傳感器而言，智能傳感器具備自動(dòng)采集、處理、信息交換以及診斷等功能，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的信息采集，而且成本相對(duì)較低，還具備自動(dòng)化編程能力，使得智能傳感器有了更強(qiáng)大的適應(yīng)力。而通過(guò)將智能傳感技術(shù)，應(yīng)用在智能制造當(dāng)中，不僅能夠使得系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，能夠?qū)ψ陨砬闆r進(jìn)行監(jiān)督，還能夠?qū)ν饨绛h(huán)境條件以及相關(guān)參數(shù)等進(jìn)行檢測(cè)，然后再進(jìn)行信號(hào)的識(shí)別和處理，進(jìn)而形成控制信息，為后續(xù)決策提供可靠依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用傳感器時(shí)，智能傳感器能夠?qū)χ圃爝^(guò)程中，系統(tǒng)出現(xiàn)的誤差進(jìn)行采集，并發(fā)送相應(yīng)識(shí)別信號(hào)，將采集到的信息經(jīng)過(guò)處理單元進(jìn)行優(yōu)化處理之后，生成控制信息，然后再將控制信息傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)會(huì)按照相應(yīng)控制信息和指令，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控[2]。傳感器的組成如圖1所示。

圖1 傳感器的基本組成圖

在智能制造當(dāng)中，智能傳感器的應(yīng)用主要體現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)方面，例如產(chǎn)品的粘度、硬度、成分以及氣味等多方面，不僅有著較高的監(jiān)測(cè)效率，還能夠?qū)崿F(xiàn)在線控制。此外，通過(guò)智能傳感器，還能夠直接測(cè)量與產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)，例如溫度、壓力等，并建立這些參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算，直接能夠反映出產(chǎn)品質(zhì)量。結(jié)合當(dāng)前智能制造的實(shí)際情況，常用的傳感器類型包括壓力傳感器、光學(xué)傳感器以及RFID技術(shù)等，由于不同傳感器的功能和作用不同，因此在智能制造當(dāng)中的應(yīng)用場(chǎng)景也各不相同。其中壓力傳感器基于其較高的靈敏度和較低的誤差，主要應(yīng)用于汽車制造、航空動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域；光學(xué)傳感器由于其較高的分辨率、成像能力以及均勻性，被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)顯示屏的監(jiān)測(cè)等方面；RFID則主要應(yīng)用于智能制造系統(tǒng)的流程管理以及物聯(lián)網(wǎng)智能識(shí)別和數(shù)據(jù)采集方面。

2.2 數(shù)控技術(shù)

數(shù)控技術(shù)是指利用數(shù)字信息，通過(guò)編程對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的技術(shù)，數(shù)控技術(shù)融合了機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及光機(jī)電技術(shù)等。數(shù)控技術(shù)主要由機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)以及外圍技術(shù)三個(gè)部分組成，機(jī)床本體包括床身、立柱、導(dǎo)軌以及工作臺(tái)等，如圖2所示；數(shù)控系統(tǒng)包括輸入、輸出設(shè)備，計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、可編程控制器、主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置，以及測(cè)量裝置等；外圍技術(shù)則主要包括工具技術(shù)、編程技術(shù)以及管理技術(shù)。實(shí)際上制造行業(yè)是應(yīng)用數(shù)控技術(shù)最早的行業(yè)，也是智能制造領(lǐng)域的核心技術(shù)，對(duì)于制造行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展有著極大的意義和作用。

數(shù)控技術(shù)在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，提高加工精度，數(shù)控技術(shù)的功能和作用，需要在精密的儀器設(shè)備，以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)的共同支持下才能夠得以實(shí)現(xiàn)和發(fā)揮，而這些精密儀器，以及自動(dòng)控制系統(tǒng)其本身都具有較高的精度，使得在機(jī)床運(yùn)行的過(guò)程中，具有較好的剛度和穩(wěn)定性，極大地減少了機(jī)床運(yùn)行誤差，并且在數(shù)控系統(tǒng)的支持下，還能夠?qū)λa(chǎn)生誤差進(jìn)行補(bǔ)償，也進(jìn)一步提高了加工的精度，有效保障了產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。第二，提高生產(chǎn)效率，相較于傳統(tǒng)生產(chǎn)加工方式，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，極大提高了機(jī)床的加工效率，通過(guò)各種自動(dòng)化功能，有效地縮短了加工時(shí)間。第三，有著較高的適應(yīng)性，數(shù)控技術(shù)其主要是通過(guò)數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)于機(jī)床的控制，因此在改變加工對(duì)象的情況之下，只需要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行調(diào)整即可，不僅省去了模具樣板的制作成本，而且還能夠縮短生產(chǎn)周期。第四，提高了加工技術(shù)水平，在數(shù)控技術(shù)的支持下，使得很多復(fù)雜零件的加工成產(chǎn)成為可能，而且極大地降低了這部分零件的加工難度[3]。

圖2 數(shù)控機(jī)床

2.3 智能機(jī)器人

人工智能技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的分支，主要是通過(guò)模擬人類智能的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)于機(jī)器設(shè)備的控制，當(dāng)前智能及其人作為機(jī)電一體化當(dāng)中的先進(jìn)技術(shù)成果，在智能制造當(dāng)中的應(yīng)用也取得了較好的效果。在智能制造領(lǐng)域，應(yīng)用智能機(jī)器人技術(shù)的過(guò)程中，可以結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)制造需求，對(duì)智能機(jī)器人進(jìn)行編程，然后再借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)于機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制，并且根據(jù)設(shè)定好的程序，智能機(jī)器人還能夠?qū)ιa(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，并合理做出相應(yīng)決策，以此確保整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程順利、有序地推進(jìn)下去。而且，基于智能機(jī)器人較高的適應(yīng)性以及執(zhí)行力，還能夠適應(yīng)多樣化生產(chǎn)環(huán)境，代替此部分人力工作，以此有效保障生產(chǎn)制造的質(zhì)量、效率，以及生產(chǎn)安全，降低生產(chǎn)過(guò)程對(duì)于員工人身安全的威脅和危險(xiǎn)指數(shù)。

2.4 自動(dòng)生產(chǎn)

自動(dòng)化生產(chǎn)控制在智能制造當(dāng)中的應(yīng)用主要包括自動(dòng)機(jī)械和自動(dòng)控制兩個(gè)方面。其中自動(dòng)機(jī)械是以電子技術(shù)為依托，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)制造過(guò)程地管理和控制，能夠?qū)崿F(xiàn)智能制造的動(dòng)態(tài)化、網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)管理。自動(dòng)控制則主要是針對(duì)在無(wú)人值守的情況之下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)進(jìn)行產(chǎn)品的加工生產(chǎn)控制，以此確保產(chǎn)品的生產(chǎn)制造能夠依舊按照相應(yīng)規(guī)范有序進(jìn)行。在智能制造領(lǐng)域當(dāng)中，自動(dòng)化生產(chǎn)控制技術(shù)常見(jiàn)于產(chǎn)品包裝的印刷，例如飲料、香煙等等。自動(dòng)化生產(chǎn)控制技術(shù)的合理應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于生產(chǎn)制造過(guò)程的監(jiān)控和追蹤，還能夠借助相應(yīng)控制系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行深入分析，并借助系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)信息，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中存在的不足之處，進(jìn)而進(jìn)行生產(chǎn)流程的優(yōu)化和更新。

2.5 柔性制造

柔性制造系統(tǒng)就是指在一個(gè)傳輸系統(tǒng)的作用之下，將系統(tǒng)當(dāng)中的各個(gè)設(shè)備連接在一起，并由傳輸裝置將需要加工的工件傳輸?shù)狡渌a(chǎn)加工設(shè)備上，進(jìn)行工件的加工，以此提高工件加工的準(zhǔn)確性、效率。整個(gè)柔性制造系統(tǒng)主要以下三個(gè)部分：第一，加工設(shè)備，主要包括數(shù)控機(jī)床以及加工中心；第二，儲(chǔ)存和搬運(yùn)系統(tǒng)，主要是負(fù)責(zé)物料的搬運(yùn)和物料的存儲(chǔ)；第三，信息控制系統(tǒng)，主要采用的是群控方式，包括對(duì)加工過(guò)程的控制、指令的下達(dá)和信息的反饋、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的制定、數(shù)據(jù)管理，以及全廠管理。柔性制造系統(tǒng)在智能制造領(lǐng)域當(dāng)中的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，有著較為穩(wěn)定的生產(chǎn)能力，在出現(xiàn)機(jī)床故障的情況之下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)繞過(guò)故障機(jī)床，保障了加工過(guò)程的連續(xù)性；其次，產(chǎn)品質(zhì)量較高，在實(shí)際生產(chǎn)制造的過(guò)程中，整個(gè)加工、裝卸流程順暢，加工精度也相對(duì)較高；最后，柔性系統(tǒng)有著極強(qiáng)的靈活性和應(yīng)變能力，不僅裝置具有一定可調(diào)整性，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于磨損刀具等的自動(dòng)更換。