智能制造中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用

楊 宏

（武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430205）

0 引言

在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)組成中，工業(yè)制造業(yè)一直是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分之一，在當(dāng)前日益激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中，提高工業(yè)制造業(yè)的智能化和自動(dòng)化水平，推動(dòng)傳統(tǒng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)關(guān)鍵核心生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行改革創(chuàng)新能夠使我國(guó)工業(yè)提升在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。因此在工業(yè)制造生產(chǎn)中加大對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，是提高工業(yè)生產(chǎn)智能制造水平，提高工業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量的有效措施。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的相關(guān)概述

1.1 概念和特征

所謂機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)就是指在生產(chǎn)中運(yùn)用機(jī)械動(dòng)力設(shè)備，信息技術(shù)手段，控制中心等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備管理功能，信息處理功能，控制功能，軟件組合功能有機(jī)統(tǒng)一而構(gòu)成的系統(tǒng)總稱。該技術(shù)的核心就是將傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，通過網(wǎng)絡(luò)信息設(shè)備對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高設(shè)備的使用效率，從而增加生產(chǎn)收益。值得注意的是，機(jī)電一體化技術(shù)并不是單純地用計(jì)算機(jī)技術(shù)去取代機(jī)械技術(shù)，而是在將機(jī)械技術(shù)與現(xiàn)代信息化技術(shù)有機(jī)結(jié)合，形成兩者的最大化效益，減少出錯(cuò)率，充分保障安全。因此機(jī)電一體化是把微電子的信息技術(shù)為主要應(yīng)用手段，將多種高新技術(shù)手段應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的控制設(shè)計(jì)之中，從而形成的一種高質(zhì)量，高效率，高性價(jià)比的綜合性生產(chǎn)技術(shù)。機(jī)電一體化也是對(duì)機(jī)械、自動(dòng)化控制技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感監(jiān)測(cè)、信息處理編程等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)統(tǒng)一的綜合性技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的功能優(yōu)化為目標(biāo)，對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行合理分配和布局，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量高、性能優(yōu)秀、能耗低、安全性高的自動(dòng)化控制應(yīng)用，通過機(jī)械與電子信息技術(shù)的有機(jī)融合，互相補(bǔ)充，相輔相成，而形成了更具科學(xué)性和系統(tǒng)性的機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)，體現(xiàn)了生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，使機(jī)電一體化產(chǎn)品在當(dāng)前環(huán)境下的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和靈活適應(yīng)性。

機(jī)電一體化技術(shù)有以下幾個(gè)鮮明的特征：第一，具有廣泛的實(shí)用性。機(jī)電一體化技術(shù)是以機(jī)械技術(shù)為基礎(chǔ)，有機(jī)結(jié)合計(jì)算機(jī)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的高效率生產(chǎn)和控制，這種技術(shù)不受到行業(yè)、種類、企業(yè)規(guī)模的限制，能夠廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的機(jī)械工程生產(chǎn)系統(tǒng)，并且不斷開發(fā)優(yōu)化，具有廣泛而強(qiáng)大的實(shí)用性。第二，具有鮮明的系統(tǒng)化和層次性。機(jī)電一體化技術(shù)是將各種技術(shù)有機(jī)整合并協(xié)同運(yùn)作，形成電子管理集合系統(tǒng)，對(duì)機(jī)械工程的生產(chǎn)和控制形成了完整的、多功能的多層次系統(tǒng)。第三，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的最優(yōu)性。綜合運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在機(jī)械工程中節(jié)能減排，降低污染，提高生產(chǎn)效率，保障機(jī)械產(chǎn)品的高品質(zhì)高性能，體現(xiàn)出生產(chǎn)過程的整體最優(yōu)性。第四，操作門檻低，清晰直觀。對(duì)于缺乏高精尖人才的一線生產(chǎn)車間來說，清晰直觀的操作系統(tǒng)，能夠大大提高使用機(jī)電一體化產(chǎn)品的有效性，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)的強(qiáng)大功能。

1.2 發(fā)展趨勢(shì)

隨著目前生產(chǎn)活動(dòng)的發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)和控制水平的要求越來越高，在此背景下，機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)的出現(xiàn)是適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)要求的必然產(chǎn)物，并且隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)還將進(jìn)一步呈現(xiàn)良好的發(fā)展趨勢(shì)，比如：第一，實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)化。過去控制系統(tǒng)缺乏系統(tǒng)性和網(wǎng)絡(luò)化，無法有效提高生產(chǎn)的效率和抗風(fēng)險(xiǎn)能力，因此機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢(shì)，系統(tǒng)控制更具有靈活性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)功能模塊靈活重組，適應(yīng)各種生產(chǎn)環(huán)境。第二，實(shí)現(xiàn)人工智能化。人工智能是近年來信息技術(shù)發(fā)展的一大方向，在計(jì)算機(jī)控制理論的基礎(chǔ)上，增加計(jì)算機(jī)科學(xué)，心理學(xué)，深度學(xué)習(xí)等方法，能夠讓生產(chǎn)系統(tǒng)具備學(xué)習(xí)能力，自主推理和處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的智能化、自動(dòng)化。第三，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全息化。隨著生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化水平越來越高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會(huì)由原來的平面化結(jié)構(gòu)升級(jí)為更為復(fù)雜的全息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多向聯(lián)系，進(jìn)一步提高機(jī)電一體化的高性能，提高生產(chǎn)效益。

2 智能制造中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 傳感技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)中傳感技術(shù)的應(yīng)用占據(jù)重要的地位，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制和監(jiān)測(cè)，就離不開運(yùn)用傳感技術(shù)對(duì)所要控制的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，因此可以說應(yīng)用傳感器是不是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化智能制造的前提和基礎(chǔ)，同時(shí)傳感技術(shù)也對(duì)當(dāng)前機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的方向起到了主導(dǎo)作用，尤其是在智能制造行業(yè)當(dāng)中傳感技術(shù)可以提供更為精確地控制，讓工業(yè)制造的結(jié)構(gòu)規(guī)格以及外形尺寸更加符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，從而提升了智能制造的水平和質(zhì)量。而要真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的應(yīng)用，就需要把傳感技術(shù)和信息技術(shù)結(jié)合起來，建立一個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)的傳感平臺(tái)，同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)，能夠?qū)C(jī)械制造設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，分析與傳輸，從而實(shí)現(xiàn)提升智能制造效率與質(zhì)量的目的?，F(xiàn)階段我國(guó)應(yīng)用范圍較廣的傳感技術(shù)主要是光纖傳感器，光纖傳感器具有穩(wěn)定的性能，其數(shù)據(jù)的可靠性較高，并且具有較高的兼容性，能夠與行業(yè)規(guī)范相統(tǒng)一，避免了由于智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同而引起的兼容性障礙。

2.2 數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)是智能制造中的重要內(nèi)容，主要是運(yùn)用對(duì)機(jī)械設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行操控從而實(shí)現(xiàn)智能制造生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品的精準(zhǔn)度，數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)是推動(dòng)工業(yè)制造邁向自動(dòng)化與智能化過程的重要部分。應(yīng)用該技術(shù)主要分為兩方面的內(nèi)容：一方面是運(yùn)用數(shù)字模型模擬處理數(shù)據(jù)信息。數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)在應(yīng)用模擬數(shù)據(jù)信息處理的過程中，能夠通過模擬中的數(shù)據(jù)分析并輸出在機(jī)電一體化智能制造中所形成的數(shù)據(jù)信息，從而提高產(chǎn)品制造的效率和精準(zhǔn)度。另一方面通過數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，能夠讓數(shù)控技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用范圍更加廣泛，主要運(yùn)用在加工處理信息，模擬分析數(shù)據(jù)和輸出控制數(shù)據(jù)信息等內(nèi)容上，通過應(yīng)用數(shù)控技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)信息，并且分析異常原因并進(jìn)行錯(cuò)誤信息處理，保證工業(yè)智能制造的順利運(yùn)行。

2.3 自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用

在機(jī)電一體化技術(shù)中，自動(dòng)化生產(chǎn)線是能夠有效提升智能制造工作效率的重要技術(shù)，通過事先設(shè)置好工業(yè)制造中的每一個(gè)工藝環(huán)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)化，大大提升智能制造的工作效率，減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作壓力。在大規(guī)模的生產(chǎn)車間中，對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的監(jiān)督與維護(hù)，僅需要較少的工作人員，節(jié)約了人力資源，同時(shí)也降低了系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備的操作難度，能夠?qū)崿F(xiàn)大批量的機(jī)械生產(chǎn)，從而提高智能制造的工作效率。除此之外，自動(dòng)化生產(chǎn)線還能夠通過控制系統(tǒng)以及傳感監(jiān)視器等平臺(tái)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制、故障檢測(cè)以及報(bào)警、自動(dòng)修復(fù)隱藏的故障風(fēng)險(xiǎn)、斷開故障電路等操作，提升了智能制造過程的安全性，同時(shí)也保證了生產(chǎn)管理水平的提高。自動(dòng)化生產(chǎn)線的有效應(yīng)用是我國(guó)的工業(yè)制造業(yè)朝著微控化、智能化以及集成化的方向發(fā)展。

2.4 智能工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)制造業(yè)已經(jīng)開始運(yùn)用數(shù)字化、信息化以及智能化的高科技生產(chǎn)設(shè)備，越來越多不同類型的智能工業(yè)機(jī)器人也開始利用于智能工業(yè)制造之中，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)加工制造的現(xiàn)代化信息化以及智能化的發(fā)展，并且在智能工業(yè)制造中發(fā)揮出巨大的應(yīng)用價(jià)值。智能工業(yè)機(jī)器人融合了人工智能，信息傳感，數(shù)據(jù)加工處理等技術(shù)，是現(xiàn)代化科技的創(chuàng)新產(chǎn)品，具備極高的智能化價(jià)值。在智能制造中應(yīng)用智能工業(yè)機(jī)器人，能夠保障工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別，并且對(duì)其中的關(guān)鍵信息進(jìn)行分析和處理，最后通過控制系統(tǒng)輸出，控制整個(gè)操作系統(tǒng)的生產(chǎn)過程，提高了生產(chǎn)管理的高效率，保障了工業(yè)生產(chǎn)過程中的精確性和安全性。同時(shí)智能工業(yè)機(jī)器人能夠快速地完成較為復(fù)雜的工作任務(wù)與程序，大大提高了智能制造的效率和質(zhì)量水平。

3 結(jié)束語

綜上所述，在智能制造中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，應(yīng)把握該技術(shù)未來的智能化發(fā)展趨勢(shì)，開發(fā)智能化制造系統(tǒng)，通過無人操控技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)，推動(dòng)工業(yè)制造改革。