機(jī)電一體化技術(shù)在汽車智能制造的應(yīng)用分析

申麗

西安交通工程學(xué)院 陜西省西安市 710102

1 引言

近年來(lái)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展明顯，尤其是針對(duì)機(jī)械加工進(jìn)一步向智能化、信息化方向推進(jìn)的智能2025 的提出。在汽車智能制造工藝中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，使汽車的安全性、可靠性、舒適性得到有效提升。通過(guò)有機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)、智能控制技術(shù)和智能制造技術(shù)，制定出更加完整的解決方案，以檢測(cè)、分析和整合汽車行駛過(guò)程中的各種參數(shù)。機(jī)電設(shè)備可借助智能終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自主控制汽車，逐步提高汽車行駛安全性。然而，僅僅依靠智能終端來(lái)控制散亂的汽車機(jī)械部件，并不能完全保證用戶的安全，必須不斷改進(jìn)汽車的智能制造模式，才能使汽車品質(zhì)得到進(jìn)一步的提升。機(jī)電一體化技術(shù)的巧妙應(yīng)用，使相對(duì)獨(dú)立的機(jī)電設(shè)備連接起來(lái)，指令之間提高了一致性，使設(shè)備在各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行效率得到提高，車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性得到了保證。

2 技術(shù)特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)智能

近年來(lái)，在不斷創(chuàng)新的背景下，機(jī)電一體化技術(shù)水平彌補(bǔ)了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的不足，并不斷進(jìn)步。在這個(gè)階段，大眾逐漸提高了對(duì)汽車性能的要求，為了享受到智能化的體驗(yàn)，通過(guò)機(jī)電一體化來(lái)智能設(shè)計(jì)各種系統(tǒng)。智能管理通過(guò)在運(yùn)行出現(xiàn)嚴(yán)重失誤時(shí)采取針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，讓汽車用戶了解系統(tǒng)運(yùn)行的具體情況，最大限度地降低行車風(fēng)險(xiǎn)，從而起到預(yù)警和保護(hù)作用。

2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

汽車生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，在生產(chǎn)管理中廣泛應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)。在相應(yīng)的機(jī)械生產(chǎn)環(huán)節(jié)中增加機(jī)電機(jī)構(gòu)，對(duì)變速箱進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，從而達(dá)到系統(tǒng)的變速控制的目的。另外，變頻調(diào)速的電子設(shè)備隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展而普及，使人工操作模式逐漸被替代。在實(shí)施過(guò)程中，可采用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使機(jī)械產(chǎn)品在系統(tǒng)軟件更新升級(jí)后實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。

2.3 交互優(yōu)勢(shì)

精準(zhǔn)高效地處理相關(guān)數(shù)據(jù)，完整的數(shù)據(jù)交互。為了緩解現(xiàn)階段面臨的技術(shù)難題，逐步改進(jìn)制造信息處理，防止信息交換過(guò)程中出現(xiàn)系統(tǒng)癱瘓，我們必須在具體操作過(guò)程中最大限度地發(fā)揮機(jī)電一體化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

3 應(yīng)用類型

現(xiàn)代制造工藝進(jìn)步很大，尤其在加工工藝和設(shè)計(jì)上有了很大的提高。另一方面，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，消除了已有的加工弊端，提高了制造工藝的效率，在加工中應(yīng)用了許多機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)。并且為提高加工部件的精度，有效保證加工表面精度，在制造業(yè)中各種機(jī)床、加工設(shè)備和制造設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。機(jī)器自動(dòng)化技術(shù)也扮演著流程整合的重要角色，整個(gè)制造過(guò)程不需要太多人手，能夠縮短流程周期、提高能效。

3.1 自動(dòng)化生產(chǎn)工藝

自動(dòng)生產(chǎn)技術(shù)能夠?qū)⑵嚨纳a(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的效果。在加入自動(dòng)生產(chǎn)技術(shù)之后，根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理，對(duì)汽車的全面、高效進(jìn)行控制，并不斷地更新和升級(jí)其規(guī)模。與傳統(tǒng)的汽車制造方式相比，自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)可以滿足汽車的設(shè)計(jì)需求，實(shí)現(xiàn)與信息化智能系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，提高產(chǎn)品性能，創(chuàng)新生產(chǎn)方式，使產(chǎn)品生產(chǎn)效率和質(zhì)量不斷提高。

3.2 智能機(jī)器人

在復(fù)雜環(huán)境下能夠充分體現(xiàn)智能機(jī)器人技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，工作人員能夠根據(jù)具體情況對(duì)技術(shù)進(jìn)行妥善地處理。在企業(yè)發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)信息的全面篩選和精準(zhǔn)判斷，借助智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)環(huán)境管理，奠定企業(yè)生產(chǎn)效益提升的基礎(chǔ)。應(yīng)用智能機(jī)器人技術(shù)，不僅能降低企業(yè)人力成本，為提升利潤(rùn)騰出更多空間，同時(shí)也能有效減少環(huán)境因素帶來(lái)的負(fù)面影響。

3.3 人機(jī)一體化

人機(jī)一體化技術(shù)是機(jī)電一體化的重要技術(shù)，它被廣泛地用于智能系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和各種制造設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，特別是在智能制造中的應(yīng)用。在融合中，信息控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，可以將有關(guān)操作者利用智能設(shè)備，并按照工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求，完成收集、整理有關(guān)生產(chǎn)資料和信息的工作。最后，通過(guò)對(duì)機(jī)器運(yùn)行范圍和參數(shù)的合理調(diào)節(jié)，推動(dòng)工業(yè)制造向信息化和智能化方向發(fā)展得科學(xué)合理的生產(chǎn)計(jì)劃。

3.4 系統(tǒng)監(jiān)控的增強(qiáng)

機(jī)電一體化技術(shù)能夠?qū)に囅到y(tǒng)和制造系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況進(jìn)行有效的分析和監(jiān)控，能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行情況和可能發(fā)生的故障進(jìn)行識(shí)別，從而使系統(tǒng)運(yùn)行在一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境中。相關(guān)的傳感技術(shù)增強(qiáng)了反饋系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息，是機(jī)電一體化技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)。并允許對(duì)包括電流、電壓、角速度、動(dòng)量等參數(shù)在內(nèi)的系統(tǒng)的各種物理參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，便于了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，保證加工過(guò)程的準(zhǔn)確、優(yōu)質(zhì)、高效。

3.5 故障的排除技術(shù)

故障診斷技術(shù)是一種能夠完成系統(tǒng)錯(cuò)誤的自動(dòng)診斷和自動(dòng)排除，使系統(tǒng)運(yùn)行在安全穩(wěn)定的環(huán)境中，是機(jī)電一體化的重要技術(shù)。在處理系統(tǒng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種故障，但通過(guò)自動(dòng)診斷技術(shù)，直接影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的故障的將會(huì)被監(jiān)控并排除。

在工作中分析判斷系統(tǒng)的各種運(yùn)行參數(shù)，就能確定故障的種類和類別，這時(shí)通過(guò)故障診斷技術(shù)就能消除故障，使維修的質(zhì)量和效率得到提高。對(duì)出現(xiàn)的差錯(cuò)，及時(shí)向有關(guān)人員反饋，并進(jìn)行詳細(xì)記錄，也為系統(tǒng)維護(hù)管理提供了便利，之后同樣的問(wèn)題出現(xiàn)也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

4 技術(shù)應(yīng)用

4.1 防抱死系統(tǒng)

汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)中的發(fā)展和提升，使得機(jī)電一體化的發(fā)展水平和方向有了充分的反映。汽車產(chǎn)業(yè)具有特殊的特點(diǎn)，ABS 可以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而不會(huì)有跑偏，從而為系統(tǒng)的運(yùn)行提供更高的要求。因此，在汽車系統(tǒng)中，汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)具有重要的地位，將機(jī)電一體化技術(shù)與汽車ABS 系統(tǒng)相結(jié)合，可以促進(jìn)汽車技術(shù)的迅速發(fā)展。智能的汽車防抱死剎車系統(tǒng)能夠及時(shí)地檢測(cè)包括姿態(tài)、減速、動(dòng)量、車速等狀態(tài)參數(shù)，以及汽車輪胎的所有行駛狀態(tài)參數(shù)。把汽車系統(tǒng)的安全性和可靠性提升到一個(gè)新的水平，通過(guò)對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，從而盡量減少失誤的發(fā)生。

4.2 自動(dòng)變速器

汽車智能生產(chǎn)中不可或缺的設(shè)備就是自動(dòng)變速器，可以保證汽車動(dòng)力系統(tǒng)的無(wú)縫連接，并通過(guò)靈活的應(yīng)用，有效地改善汽車的可靠性和安全性，提高汽車的擋位數(shù)量。采用機(jī)電一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可執(zhí)行的自動(dòng)變速箱，以實(shí)現(xiàn)其卓越性能。例如，利用傳感器技術(shù)，可以連續(xù)地監(jiān)控汽車的各個(gè)狀態(tài)參數(shù)，并利用有關(guān)的算法進(jìn)行監(jiān)控信息的計(jì)算和分析，并對(duì)自動(dòng)換擋進(jìn)行了科學(xué)的設(shè)計(jì)。同時(shí)，采用了車輛自檢技術(shù)，將自動(dòng)變速箱技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)結(jié)合起來(lái)，有效地實(shí)現(xiàn)排查車輛運(yùn)行中隱藏的安全隱患。

4.3 激光測(cè)距雷達(dá)系統(tǒng)

汽車系統(tǒng)還有一個(gè)非常重要的設(shè)備，激光測(cè)距雷達(dá)系統(tǒng)，這個(gè)雷達(dá)通常安裝在車頭和車尾，能夠很大程度上幫助駕駛者對(duì)汽車尤其是障礙物周圍的情況進(jìn)行了解。通過(guò)對(duì)駕駛視覺(jué)盲點(diǎn)問(wèn)題的解決，確保了駕駛者的安全，通過(guò)提供有效地幫助來(lái)幫助駕駛者做出正確的決策。機(jī)電一體化技術(shù)的有效應(yīng)用可以有效提高激光雷達(dá)在激光雷達(dá)系統(tǒng)中的可靠性。對(duì)于激光測(cè)距雷達(dá)系統(tǒng)而言，主要任務(wù)是將中央處理系統(tǒng)與傳感系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，對(duì)汽車周邊環(huán)境進(jìn)行綜合識(shí)別，完成對(duì)汽車的相關(guān)數(shù)據(jù)信息收集并對(duì)汽車進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。如果確定的數(shù)據(jù)距離超出安全距離，汽車的報(bào)警設(shè)備就會(huì)被自動(dòng)觸發(fā)，駕駛員也會(huì)在收到報(bào)警反饋信息的同時(shí)，對(duì)汽車行進(jìn)方向進(jìn)行調(diào)整，確保汽車一直處于安全狀態(tài)。因?yàn)轳{駛安全越來(lái)越重要，所以機(jī)電一體化技術(shù)與激光測(cè)距雷達(dá)系統(tǒng)必然會(huì)與未來(lái)汽車智能制造業(yè)的發(fā)展緊密結(jié)合在一起。

5 應(yīng)用難題

5.1 傳感器靈敏度難題

現(xiàn)代機(jī)電感應(yīng)器在機(jī)器視覺(jué)上有特定的瑕疵，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)法識(shí)別障礙物或無(wú)法實(shí)時(shí)延遲的情況，可能會(huì)對(duì)使用者造成風(fēng)險(xiǎn)。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵在于提高傳感器的靈敏度，今后可借助光學(xué)技術(shù)繼續(xù)深入研究。

5.2 技術(shù)彈性問(wèn)題

在汽車智能化制造中，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用是受控的，即現(xiàn)代汽車的機(jī)電一體化技術(shù)系統(tǒng)面對(duì)智能化的終端指令，一般都是無(wú)條件地執(zhí)行，每一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)都必須按照智能終端指令運(yùn)行，說(shuō)明在靈活性上還是略顯不足。有時(shí)候用戶想讓車子更快，但智能終端對(duì)自動(dòng)變速箱發(fā)出的指令，對(duì)車子的剎車力度造成了限制，車速未必能讓用戶滿意。未來(lái)汽車智能制造中的機(jī)電一體化技術(shù)要解決的問(wèn)題是，終端可以根據(jù)周圍環(huán)境判斷制動(dòng)力是否需要調(diào)整，提高技術(shù)靈活性。

6 發(fā)展趨勢(shì)

6.1 綠色發(fā)展

汽車加工行業(yè)數(shù)量眾多，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞作用不可忽視，汽車加工過(guò)程中的能源消耗也很大。鼓勵(lì)和引導(dǎo)汽車制造業(yè)更新加工技術(shù)，確保環(huán)保、綠色、可持續(xù)發(fā)展，以消除環(huán)保與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾。通過(guò)在汽車設(shè)備聯(lián)動(dòng)、故障診斷、處理技術(shù)等方面不斷加強(qiáng)機(jī)電一體化技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠很好地發(fā)揮提升汽車性能的作用，將不必要的能耗降到最低，促進(jìn)汽車逐步發(fā)展綠色環(huán)保的智能汽車制造。

6.2 自動(dòng)化和信息化

汽車制造業(yè)在不斷發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)的同時(shí)，逐步走向智能化、信息化。汽車加工工藝和方式也在朝著更加人性化、集成化的方向不斷創(chuàng)新和變革。將智能控制技術(shù)和智能算法加入到加工過(guò)程和加工過(guò)程中，使加工的精度和效率得到提高。在汽車制造技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，需要不斷完善工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，將汽車制造劃分成不同的體系架構(gòu)，完成不同的體系功能和任務(wù)，在不同的架構(gòu)層面上進(jìn)行分工。未來(lái)在移動(dòng)端或者云端完成處理過(guò)程，并完成與設(shè)計(jì)點(diǎn)相分離的相應(yīng)加工點(diǎn)，更好地為用戶提供個(gè)性化的加工服務(wù)。信息技術(shù)的發(fā)展是通過(guò)算法和硬件的發(fā)展，在完善過(guò)程中推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的，是與基礎(chǔ)加工技術(shù)、基礎(chǔ)加工材料緊密相連的。

6.3 降低加工誤差

在機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，我們應(yīng)該把發(fā)展的重點(diǎn)放在發(fā)展基礎(chǔ)技術(shù)上。我國(guó)目前缺乏高精度的加工，造成了一定的局限性，一方面是加工工藝的問(wèn)題，另一方面是基礎(chǔ)設(shè)備的問(wèn)題。通過(guò)更智能的糾錯(cuò)算法，加強(qiáng)基礎(chǔ)工藝在降低加工誤差方面的改進(jìn)，以更好地將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到汽車智能制造中。另外，還應(yīng)加大對(duì)基礎(chǔ)機(jī)床等基礎(chǔ)設(shè)備的研發(fā)力度，例如基礎(chǔ)加工設(shè)備。

6.4 安全發(fā)展

工業(yè)數(shù)據(jù)需加強(qiáng)防護(hù)，這是因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)一旦被黑客盜取，很可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成很大影響。為此，在處理安全系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，需要加強(qiáng)信息保護(hù)系統(tǒng)的建立和完善，使其能夠在直接有效識(shí)別非法訪問(wèn)的情況下，很好地抵御外部惡意攻擊。具體可以從以下幾個(gè)方面著手，一是通過(guò)系統(tǒng)升級(jí)，努力有效解決這些問(wèn)題，減少安全漏洞，我們的信息保護(hù)系統(tǒng)要定期升級(jí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的安全漏洞。為了保證核心數(shù)據(jù)的安全可靠，針對(duì)不同的數(shù)據(jù)可以設(shè)置不同的加密等級(jí)。二是建立完善的入侵檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)違規(guī)訪問(wèn)用戶進(jìn)行有效的阻斷和阻斷，防止違規(guī)訪問(wèn)通過(guò)查詢各種訪問(wèn)方式進(jìn)入系統(tǒng)，判斷是否存在違規(guī)訪問(wèn)行為。另外，要能夠加強(qiáng)系統(tǒng)安全建設(shè)，在抵御各種非法攻擊方面，提高系統(tǒng)安全水平。

7 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，將各種先進(jìn)技術(shù)引入到汽車智能制造環(huán)節(jié)，是夯實(shí)行業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益提升的基礎(chǔ)。通過(guò)應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，有助于完善工藝流程，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn)，使汽車穩(wěn)定性、安全性得到全面提升，為各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能化運(yùn)行提供技術(shù)支持。