機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用分析

費(fèi)建鋒

（無錫立信高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，無錫 214000）

目前，機(jī)械制造加工行業(yè)在現(xiàn)代化發(fā)展潮流體系中，已經(jīng)逐漸開始注重機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)的運(yùn)用，而且一部分加工企業(yè)已經(jīng)開始全方位應(yīng)用數(shù)控加工機(jī)床來取代傳統(tǒng)形式的生產(chǎn)機(jī)床，但就控制層面的整體性而言，依然存在諸多問題急待解決，導(dǎo)致系統(tǒng)未能發(fā)揮自身的最大作用。所以，有關(guān)人員需要對此予以高度重視，在機(jī)械制造領(lǐng)域?qū)C(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)在應(yīng)用層面進(jìn)行深層次分析與研究，推動技術(shù)體系實(shí)現(xiàn)更高層次的發(fā)展，促使我國機(jī)械制造行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)的發(fā)展概述

1.1 實(shí)時(shí)智能化

一般情況下，傳統(tǒng)形式的實(shí)時(shí)系統(tǒng)只是對于相對簡單的理想化環(huán)境，主要作用是合理調(diào)度任務(wù)，保證任務(wù)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。然而，人工智能是應(yīng)用計(jì)算機(jī)模型來實(shí)現(xiàn)和模仿人類的各種智能化行為。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人工智能和實(shí)時(shí)系統(tǒng)二者之間的有機(jī)結(jié)合，推動著人工智能朝著更加現(xiàn)實(shí)、實(shí)時(shí)響應(yīng)的方向不斷發(fā)展，也促使實(shí)時(shí)系統(tǒng)不斷朝著更加智能、復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，衍生出了實(shí)時(shí)智能控制這一嶄新領(lǐng)域。在機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域中，實(shí)時(shí)智能控制的應(yīng)用與研究目前主要朝著前饋控制、學(xué)習(xí)控制、專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制以及自適應(yīng)控制等方向發(fā)展。比如，在數(shù)控系統(tǒng)中，自動化配備相應(yīng)的刀具、自動化管理以及補(bǔ)償、自動化設(shè)置參數(shù)、故障診斷的專家系統(tǒng)、編程專家系統(tǒng)等，均為具有自適應(yīng)性的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在高速加工環(huán)節(jié)的綜合化運(yùn)動管控中，應(yīng)用動態(tài)前饋功能、預(yù)算功能、提前預(yù)測功能，在速度、位置、壓力、溫度等控制層面采取模糊控制方式，極大地提升了數(shù)控系統(tǒng)在控制層面的性能，最終實(shí)現(xiàn)了控制目標(biāo)。

1.2 工藝環(huán)節(jié)的多軸化和復(fù)合性

目前，以輔助時(shí)間降低工序?yàn)橹饕繕?biāo)的復(fù)合性加工方式，正朝著多系列、多種化的方向不斷發(fā)展。數(shù)控機(jī)床在工藝層面的復(fù)合化，主要指的是在一臺機(jī)床上對工件完成一次性裝夾后，通過自動化的轉(zhuǎn)臺、旋轉(zhuǎn)主軸等諸多方式，完成多個(gè)表面、工藝的復(fù)合性加工步驟。

1.3 柔性化

柔性化主要包含兩個(gè)層面：一是數(shù)控系統(tǒng)自身的柔性數(shù)控系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)層面應(yīng)用的是模塊化方式，能夠更好地滿足不同用戶提出的不同需求，同時(shí)可裁剪性相對較強(qiáng)，功能覆蓋面積比較大；二是群控系統(tǒng)自身的柔性，相同群控系統(tǒng)可以按照生產(chǎn)環(huán)節(jié)的不同程序需求，對信息流、物料流實(shí)現(xiàn)動態(tài)化、自動化調(diào)控，最終有效發(fā)揮群控系統(tǒng)的功能、效率。

1.4 高效化、高精度、高速度

效率、精度、速度對于機(jī)械制造技術(shù)而言是主要的性能指標(biāo)。因?yàn)閼?yīng)用到了多中央處理器（Central Processing Unit，CPU）的控制系統(tǒng)、精簡指令集計(jì)算機(jī)（Reduced Instruction Set Computer，RISC）芯片、高速CPU 芯片、高分辨率的絕對式檢測元件，所以組成了交流數(shù)字化伺服系統(tǒng)，同時(shí)有效優(yōu)化和完善了機(jī)床在靜態(tài)化、動態(tài)化層面的性能，大大提升了機(jī)床在高效、高精度、高速層面的性能[1]。

2 機(jī)械制造環(huán)節(jié)對機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)在應(yīng)用層面的需求

2.1 加工速度的需求

機(jī)械制造領(lǐng)域?qū)庸に俣扔杏残砸?，需要從生產(chǎn)規(guī)劃的具體編制著手，針對所有內(nèi)容進(jìn)行精確化安排，要求全部生產(chǎn)工作可以在指定時(shí)間內(nèi)完成，所以對于加工環(huán)節(jié)的速度和效率提出了更高需求。在實(shí)際加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)，針對在檢測環(huán)節(jié)有落實(shí)要求的各種項(xiàng)目，要求在生產(chǎn)內(nèi)容研發(fā)和有關(guān)項(xiàng)目分析層面，必須在指定時(shí)間內(nèi)完成全部。應(yīng)用機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)，采取智能化方式，有效規(guī)劃和完善控制系統(tǒng)，可在加工環(huán)節(jié)在指定的時(shí)間內(nèi)完成所有的生產(chǎn)任務(wù)。

2.2 銜接性的需求

銜接性在機(jī)械生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的應(yīng)用至關(guān)重要。應(yīng)用機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)，能夠更好地銜接加工工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)，使設(shè)備在生產(chǎn)和加工中實(shí)現(xiàn)有效管控。應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)后，可以在較短時(shí)間內(nèi)高速生產(chǎn)產(chǎn)品，且可以實(shí)現(xiàn)不同零部件在具體裝配環(huán)節(jié)的更好銜接。此種方式能夠使系統(tǒng)第一時(shí)間接收有關(guān)零部件的所有信息。另外，機(jī)械加工制造環(huán)節(jié)有關(guān)部門必須提升銜接性，保證工作體系內(nèi)部完成高效合理的銜接，并以此為基礎(chǔ)貫徹落實(shí)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 精準(zhǔn)性的需求

在生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，精準(zhǔn)性是確保產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)條件。只有滿足精準(zhǔn)性要求，才能夠保證后續(xù)的生產(chǎn)加工可以正常開展。在機(jī)械制造環(huán)節(jié)，合理應(yīng)用機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)，能夠更好地確定有關(guān)參數(shù)，從而滿足精準(zhǔn)性層面的各項(xiàng)需求。在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，可以從系統(tǒng)在運(yùn)行層面的整體性著手，應(yīng)用機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)輸入、處理有關(guān)余量，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全，避免由于人工操作失誤而出現(xiàn)不必要的誤差[2]。

3 機(jī)械制造環(huán)節(jié)應(yīng)用機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)的價(jià)值

3.1 提升生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的工作效率

在機(jī)械制造環(huán)節(jié)應(yīng)用機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)，能夠有效提升有關(guān)參數(shù)在控制層面的精準(zhǔn)度，實(shí)現(xiàn)有效對接，最終提升加工生產(chǎn)的效率。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)可以通過提升零部件在加工層面的精準(zhǔn)度來減少返工情況的出現(xiàn)，在指定的時(shí)間范圍內(nèi)更好地生產(chǎn)加工各種零部件以及產(chǎn)品，提升生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的工作效率。

3.2 合理管控加工環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)度

機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)可以合理應(yīng)用傳感器，收集和調(diào)控各類參數(shù)，通過數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)當(dāng)前存在的問題，從而優(yōu)化和完善管理層面的理念、體系，最終推動行業(yè)實(shí)現(xiàn)健康良好發(fā)展。就控制層面而言，可以應(yīng)用反饋系統(tǒng)過濾干擾信息，然后在應(yīng)用環(huán)節(jié)與各類參數(shù)進(jìn)行比對，針對系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計(jì)，最后清除無應(yīng)用價(jià)值的信息。

3.3 優(yōu)化和完善工業(yè)系統(tǒng)

在機(jī)械制造環(huán)節(jié)應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以優(yōu)化和完善各項(xiàng)工作，從而推動我國工業(yè)化體系實(shí)現(xiàn)高速發(fā)展，及時(shí)查找發(fā)展環(huán)節(jié)存在的各種問題進(jìn)行有針對性的解決，促使機(jī)械加工系統(tǒng)得到全方位、整體性的良好發(fā)展[3]。

4 機(jī)械制造環(huán)節(jié)機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1 在航空工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

目前，我國航空工業(yè)屬于重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，自身具備特殊性質(zhì)，在技術(shù)層面有較高要求。目前，航空工業(yè)材料自身擁有密度低、柔性好的特征，所以能夠很好地滿足航空工業(yè)領(lǐng)域加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各項(xiàng)需求。常用的材料主要包含鋁、鋁合金等。應(yīng)用機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)科學(xué)處理這些材料，能夠更好地滿足高精準(zhǔn)度、良好柔韌性的需求。機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)相較于傳統(tǒng)制造技術(shù)而言，在材料切割層面速度更快，能夠提升切割工藝環(huán)節(jié)的精細(xì)度，也能極大程度地節(jié)省對資源和能源的消耗。

4.2 在汽車工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

目前，伴隨公眾物質(zhì)生活水平的日益提升，交通出行便捷程度不斷提高。現(xiàn)階段，汽車已經(jīng)成為公眾出行的主要工具，需求量逐年遞增，推動了汽車行業(yè)的高速發(fā)展。汽車制造廠家為了在數(shù)量層面可以更好地滿足公眾日益增長的需求，高度重視汽車在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量。但是，汽車生產(chǎn)環(huán)節(jié)提升需求和性能的同時(shí)，也使得汽車零部件的復(fù)雜程度逐步遞增。將機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，可以有效滿足復(fù)雜零部件在具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各項(xiàng)需求，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線在柔性、高速、多品種層面上的規(guī)模化發(fā)展。當(dāng)前，在汽車領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)，不僅可以提升汽車在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)量，也能更好地推動產(chǎn)品更新?lián)Q代。此外，集成制造、虛擬制造、柔性控制等諸多機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)，都可以應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，在汽車生產(chǎn)環(huán)節(jié)以經(jīng)濟(jì)、高效為基礎(chǔ)制造各種零部件，推動汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[4]。

4.3 在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

目前，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域可將機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于食品加工、造紙印刷等生產(chǎn)線，亦或應(yīng)用于金屬冶煉、農(nóng)藥加工等環(huán)境。工業(yè)生產(chǎn)線應(yīng)用機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)能夠有效減少工作人員的工作強(qiáng)度，提升生產(chǎn)線的工作效率。工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)周圍環(huán)境危險(xiǎn)性相對較高，而機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)可以替代工作人員進(jìn)行一部分危險(xiǎn)操作，從而保證工作人員的人身安全。在具體操作環(huán)節(jié)，機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)主要通過人為操作方式，在有關(guān)程序中通過計(jì)算機(jī)輸入產(chǎn)品生產(chǎn)的相關(guān)指令，然后通過自動控制方式開展各項(xiàng)生產(chǎn)操作。需注意，自動化操作并不代表生產(chǎn)人員可以完全不用操作。工作人員的主要工作職責(zé)是監(jiān)督管理，向驅(qū)動單元發(fā)送相應(yīng)的控制指令，實(shí)時(shí)監(jiān)測運(yùn)行狀況，一旦發(fā)現(xiàn)問題立刻采取相應(yīng)措施，以便科學(xué)開展維修與養(yǎng)護(hù)。

4.4 在煤礦機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用

我國煤礦資源相對豐富，在能源開發(fā)環(huán)節(jié)具有重要地位。但是，在煤礦資源開發(fā)環(huán)節(jié)，如何有效提升效率并減少經(jīng)濟(jì)成本，是煤礦開發(fā)需要研究的主要問題。要想推動煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)健康長遠(yuǎn)發(fā)展，在日益激烈的現(xiàn)代化競爭環(huán)境中，企業(yè)需要提升自身的工業(yè)水平，實(shí)現(xiàn)自身與現(xiàn)代化先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。在煤礦開發(fā)環(huán)節(jié)，大設(shè)備的數(shù)據(jù)收集相對困難。針對原有的開發(fā)設(shè)備如機(jī)床，工作環(huán)節(jié)的效率不高，需要在資金投入環(huán)節(jié)全方位進(jìn)行思考。目前，煤礦企業(yè)在開展環(huán)節(jié)可以應(yīng)用機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)，將原有設(shè)計(jì)與現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，改善設(shè)備的原有性能，提升設(shè)備的技術(shù)性能，從而提高煤礦開采工藝水平。機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)在煤礦企業(yè)的應(yīng)用，不僅可以減少設(shè)備的購買成本和投入成本，還可以優(yōu)化并完善原有設(shè)備的性能，最終提高煤礦企業(yè)的工作效率[5]。

5 結(jié)語

機(jī)械制造水平的高低是衡量一個(gè)國家發(fā)展水平的主要標(biāo)志，也是全球范圍內(nèi)科技競爭的重中之重。當(dāng)前，機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)已經(jīng)得到了大范圍應(yīng)用，減少了人力勞動工作量，提升了機(jī)械制造環(huán)節(jié)的工作效率。