機電一體化技術在智能制造中的應用分析

唐睿炎

摘 要：智能制造是新時期我國工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要組成部分，對于社會經(jīng)濟的發(fā)展進步具有深遠的影響，因此如何提高智能制造的水平，促進其健康持續(xù)發(fā)展備受各行業(yè)的關注。機電一體化技術是融合電子、機械、信息等多領域技術的綜合性技術，具有諸多的應用優(yōu)勢，是推動工業(yè)快速發(fā)展的重要因素?；诖?，本文將在簡要闡述智能制造、機電一體化技術特點及優(yōu)勢的基礎上，分析總結(jié)機電一體化技術在智能制造中的具體應用，以期促進二者的有機融合，推動智能制造的健康發(fā)展。

關鍵詞：機電一體化技術 智能制造 應用

智能制造是新時期工業(yè)制造業(yè)發(fā)展的重要趨勢。而涉及多個科學領域、集合多種先進技術的機電一體化技術在工業(yè)制造業(yè)中的應用，對于智能制造的發(fā)展具有極為重要的推動作用。因此，在工業(yè)智能化發(fā)展的時代背景下，探究總結(jié)機電一體化技術在智能制造中的應用策略，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 智能制造概述

智能制造指的是在制造過程中，由人類專家和智能機器共同構(gòu)建起人機一體化智能系統(tǒng)，通過自動化技術、計算機技術及智能化技術的整合運用，在制造過程中進行判斷、分析、推理、構(gòu)思等智能活動，并做出正確決策，以此擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動，實現(xiàn)人與智能機器的合作共事，達到提高制造效率，推動制造活動柔性化、智能化和高度集成化的目的。相較于傳統(tǒng)制造模式，智能制造能夠大幅度降低人力資源成本， 提高工作效率及制造精度，因此是制造業(yè)自動化發(fā)展的必然趨勢[1]。

2 機電一體化技術特點及應用優(yōu)勢分析

機電一體化技術包含傳感器控制、自動控制、機械制造、信息處理等多種分支技術，是通過多種技術整合運用來促進職能目標實現(xiàn)的現(xiàn)代科學技術。該技術的應用既能夠?qū)崿F(xiàn)多領域技術優(yōu)勢的互補利用，又能夠監(jiān)控優(yōu)化目標，對系統(tǒng)整體資源進行優(yōu)化配置，以此降低系統(tǒng)運行能耗，提高系統(tǒng)運行效率。同時依托信號傳輸技術，可對系統(tǒng)運行參數(shù)和狀態(tài)進行實時調(diào)整，從而更有力地保證系統(tǒng)運行的有效性和安全性[2]。

從實際應用情況來看，機電一體化技術具有以下技術特點：（1）結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。以往，在機械產(chǎn)品制造過程中，為實現(xiàn)機械產(chǎn)品的變速控制，通常會設計機電機構(gòu)和變速箱，并通過人為操控的方式進行控制。而機電一體化技術的出現(xiàn)，使得變頻調(diào)速電子設備取代了需要人為操控的傳統(tǒng)機電機構(gòu)，能夠利用計算機系統(tǒng)實現(xiàn)機械產(chǎn)品的智能化變速控制，從而在提升制造生產(chǎn)效率的同時，使機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)得到整體優(yōu)化；（2）系統(tǒng)智能化。機電一體化技術的應用能夠?qū)崿F(xiàn)智能化控制系統(tǒng)規(guī)劃、管理生產(chǎn)脈絡的目標。即基于機電一體化技術開發(fā)的智能化控制系統(tǒng)，能夠?qū)Ω黜椣到y(tǒng)、程序?qū)嵤┯行Э刂?，如：系統(tǒng)運行信息自動化采集與處理，系統(tǒng)或程序運行故障自動化檢測與排除等。與以往相比，這一技術發(fā)展變化不僅能夠提升機械制造的效率和質(zhì)量，還能夠提高制造過程及機械產(chǎn)品的整體安全性；（3）交換優(yōu)勢。包含傳感器技術和信息處理技術的機電一體化技術，不僅具有更顯著的控制功能和更高的操控靈敏度，而且具有更強大的數(shù)據(jù)信息處理能力。在以上分支技術的支持下，機電一體化技術在應用過程中，對數(shù)據(jù)信息的處理流程會更加簡潔高效，數(shù)據(jù)信息交換也會更加安全，從而最大限度保證數(shù)據(jù)信息的完整性，為制造活動及系統(tǒng)運行提供有力保障[3]。

基于對機電一體化技術特點的了解和分析，可以清楚地認識到其在智能制造中的應用具有以下突出優(yōu)勢：（1）可降低智能制造的應用門檻。機電一體化技術包含多領域技術內(nèi)容，屬于綜合性極強的技術類別，而這一技術架構(gòu)形式與智能制造技術具有較高的契合度，因此機電一體化技術可作為智能制造的技術基礎，將機電一體化技術與智能制造技術有效結(jié)合既能夠在技術層面上降低智能制造的應用門檻，又能夠有效彌補智能制造技術的不足之處，促進智能制造的多元化、長遠化發(fā)展；（2）可提高智能制造的應用廣泛性。機電一體化技術在智能制造中的應用，有利于智能制造技術的優(yōu)化和拓展，從而達到提高智能制造應用廣泛性的效果。例如：機電一體化技術下，想要實現(xiàn)生產(chǎn)設備的遠程操控，需要借助電信號傳輸來實現(xiàn)；智能制造技術下，則可借助網(wǎng)絡信號來實現(xiàn)。而將二者有效結(jié)合，則可通過雙信號模式來對生產(chǎn)設備進行遠程操控，這不僅能夠更有力地保證遠程操控的可靠性，還能夠一定程度上提升智能制造生產(chǎn)設備遠程控制功能的應用廣泛性和便捷性；（3）可提高生產(chǎn)設備的檢測和維修水平。智能制造會涉及較多、較復雜的生產(chǎn)設備和儀器儀表，這些儀器設備在使用過程中難免會出現(xiàn)故障或異常。由于生產(chǎn)儀器設備復雜且精密，一旦發(fā)生故障或異常，其檢測和維修過程往往十分繁雜，需要耗費較多的時間和精力。而在智能制造中引入機電一體化技術，借助其包含的傳感器技術、自動化監(jiān)控技術及計算機集成技術，可實現(xiàn)生產(chǎn)儀器設備運行參數(shù)和狀態(tài)的實時監(jiān)測，能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)故障并確定故障點，從而大幅提升生產(chǎn)設備的檢測、維修效率和水平[4]。

3 機電一體化技術與智能制造的相關性分析

機電一體化技術是多領域技術的有機整合，具備明顯的集成技術優(yōu)勢，智能制造同樣強調(diào)多種技術的組合運用，通過技術互補來滿足制造需求、提高制造水平和質(zhì)量；機電一體化技術中，計算機技術和信息技術是其重要組成部分，而這兩項技術同樣是實現(xiàn)智能制造的核心技術；機電一體化技術主要以自動化、信息化等方式對機械設備實施控制，以此提升工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和水平，而智能制造技術則是在生產(chǎn)自動化的基礎上，以模擬人類智慧的方式實現(xiàn)智能化制造。由此可見，機電一體化技術是智能制造的技術基礎，智能制造是機電一體化技術應用發(fā)展的重要方向，二者之間具有相輔相成、相互帶動的緊密關系。因此，機電一體化技術在智能制造中的應用是制造行業(yè)健康發(fā)展的必然趨勢[5]。

4 機電一體化技術在智能制造中的具體應用

4.1 傳感器技術的應用

目前，傳感器技術在智能制造中的應用是機電一體化技術與智能制造相融合的重要標志，其能夠顯著提升智能制造的精準度和靈活性，從而提高智能制造的水平和質(zhì)量。具體而言，現(xiàn)階段在進行智能制造的過程中，會在智能制造系統(tǒng)中加入都具有較高刷新速率、固定時間內(nèi)監(jiān)控范圍數(shù)據(jù)信息高效處理能力以及高精度動態(tài)捕捉功能的各種類型的傳感器裝置，以此提高生產(chǎn)制造內(nèi)容反饋的高效性?；趥鞲衅骷夹g的應用，智能制造過程中可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高效傳輸、延時反饋和中斷處理，并且能夠以毫秒級的時間差來控制數(shù)據(jù)信息的傳輸和反饋，從而有效保障智能制造過程中，數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)募皶r性、有序性和完整性，為智能制造奠定堅實的數(shù)據(jù)信息傳輸基礎[6]。

4.2 數(shù)控技術的應用

數(shù)控技術是機電一體化技術中出現(xiàn)時間較早的分支技術，發(fā)展至今以具有一定的技術成熟度。該技術可在特定編寫程序、光電電子控制裝置及系統(tǒng)的驅(qū)動下時實現(xiàn)人機交互，是構(gòu)建自動化制造生產(chǎn)線的基礎技術。目前，傳感器技術在智能制造中的應用是機電一體化技術與智能制造相融合的重要標志，是提升智能制造生產(chǎn)效率和質(zhì)量的重要手段。具體而言，現(xiàn)階段數(shù)控技術在智能制造中的應用主要體現(xiàn)為：通過PLC控制技術、模糊控制理論、“CPU+總線”設計模式的整合運用，構(gòu)建出多元化的三維仿真模型，以此對整個智能制造過程進行動態(tài)化模擬，使生產(chǎn)過程中的具體參數(shù)、設計流程及工藝缺陷直觀地呈現(xiàn)在技術人員面前。而技術人員可在全面分析以上數(shù)據(jù)信息的基礎上，對制造生產(chǎn)過程和細節(jié)進行針對性調(diào)整并通過智能制造控制系統(tǒng)對數(shù)控機床進行遠程操控，從而最大限度保證智能制造的質(zhì)量和效率[7]。

4.3 自動化生產(chǎn)及信號處理技術的應用

傳統(tǒng)制造模式中，產(chǎn)品生產(chǎn)基本以手工操控形式為主，不僅工作效率較低而且容易因人為因素而影響生產(chǎn)質(zhì)量。而機電一體化技術中自動化生產(chǎn)及信號處理技術在智能制造中的應用，則能夠有效促進自動化生產(chǎn)模式的實現(xiàn)，在提升制造生產(chǎn)效率，解放勞動力的同時，進一步提高智能制造的生產(chǎn)質(zhì)量，使產(chǎn)品性能得到顯著提升。具體表現(xiàn)為：自動化生產(chǎn)及信號處理技術的應用，可同時連接智能制造系統(tǒng)的終端生產(chǎn)設備和后臺控制系統(tǒng)，并基于電信號和網(wǎng)絡信號雙模信號傳輸模式，構(gòu)建起具有較強抗干擾能力和較高傳輸速度的數(shù)據(jù)信號傳輸通路，從而為智能制造過程中數(shù)據(jù)信息的傳輸和處理提供有力保障。同時，自動化生產(chǎn)及信號處理技術的應用可一定程度上提升智能制造系統(tǒng)終端設備或局部操控系統(tǒng)的信息處理和智能決策能力，并在PLC技術的支持下，使終端設備或局部操控系統(tǒng)在接收到特定信號的同時，按照預定程序進行相應的動作響應，以此提升智能制造的效率和安全性。

4.4 遠程監(jiān)控技術的應用

工業(yè)制造生產(chǎn)活動具有一定的危險性，在以人工操作為主的傳統(tǒng)制造生產(chǎn)模式中，若發(fā)生生產(chǎn)安全事故，極容易對現(xiàn)場工作人員的生命安全造成威脅。而機電一體化技術在智能制造中的應用則能夠有效應對上述問題。具體應用方式為：利用機電一體化技術中的傳感器技術，對智能制造系統(tǒng)的運行環(huán)境、各系統(tǒng)部件的運行參數(shù)和工況等數(shù)據(jù)信息進行實時采集，然后利用信息處理技術對采集信息進行快速的整理和初步分析，并將處理結(jié)果上傳至智能制造管理后臺。在管理后臺中，計算機系統(tǒng)會根據(jù)預設參數(shù)指標和實際制造需求，對接收信息進行深度分析，以此實現(xiàn)智能制造系統(tǒng)異常運行狀態(tài)報警并根據(jù)后臺操控人員的指令或管理平臺預設的智能化處理指令，向智能系統(tǒng)終端設備傳輸操控信息，以此調(diào)整生產(chǎn)行為或處理運行故障，從而實現(xiàn)智能制造系統(tǒng)的實時監(jiān)控和遠程操控。相較于傳統(tǒng)制造生產(chǎn)模式，上述生產(chǎn)模式無需在現(xiàn)場留有操控人員，可最大限度保障高危制造生產(chǎn)活動中，工作人員的生命安全[8]。

4.5 柔性制造技術的應用

集合數(shù)控管理、信息過程控制管理等系統(tǒng)所形成的綜合化制造系統(tǒng)稱之為柔性制造系統(tǒng)。該系的研發(fā)是機電一體化技術在制造領域一項重要的技術突破，也是現(xiàn)階段機電一體化技術在智能制造中最主要的應用形式。柔性制造系統(tǒng)在智能制造中的應用，可對市場分析統(tǒng)計結(jié)果加以合理運用，以此對生產(chǎn)流程進行科學優(yōu)化和調(diào)整，使現(xiàn)有生產(chǎn)資源得到最合理、最充分的利用。同時，還能夠?qū)χ悄苤圃爝^程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進行整合處理和挖掘分析，并通過多樣化的技術軟件對智能制造過程進行科學操控，從而使智能制造更加科學性和高效性。

4.6 智能機器人技術的應用

隨著人工智能技術的不斷成熟，具有較高智能化水平的工業(yè)機器人在智能制造中的應用愈發(fā)普及，已逐漸成為現(xiàn)階段智能制造的重要技術支撐。智能機器人涉及仿生學、人工智能、機電一體化等多個技術領域，能夠?qū)⑿畔⒓夹g、傳感技術、控制技術有機結(jié)合。其在智能制造領域中的應用，既能夠?qū)θ斯趧訌姸群凸ぷ鲏毫M行有效控制，從而大幅度提升生產(chǎn)制造的效率和質(zhì)量，還能夠利用執(zhí)行端安裝的各類型傳感器，實時采集生產(chǎn)作業(yè)過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息，并借助人工智能技術對采集數(shù)據(jù)進行深度分析，在此基礎上對自身工作流程和操控精度進行自動優(yōu)化和調(diào)節(jié)，以此不斷提升制造質(zhì)量和效率。基于上述技術優(yōu)勢，智能機器人非常適宜應用在惡劣生產(chǎn)環(huán)境、高危生產(chǎn)環(huán)境或具有高精度要求、高工作強度的智能制造工作中，如軍工制造領域、車輛和船舶制造領域、自動化裝配及物流搬運領域等。目前，智能制造中常見的智能機器人有：焊接機器人、搬運機器人、組裝機器人等。

5 結(jié)語

綜上所述，機電一體化技術具有結(jié)構(gòu)最優(yōu)化、系統(tǒng)智能化、交換優(yōu)勢明顯等特點，其在智能制造中的應用具有降低智能制造應用門檻、提高智能制造的應用廣泛性和提高生產(chǎn)設備的檢測和維修水平的優(yōu)勢。因此，新時期背景下，相關行業(yè)及企業(yè)應深刻意識到機電一體化技術對于智能制造的重要性和價值，通過傳感器技術、數(shù)控技術、信息處理技術、遠程監(jiān)控技術、柔性制造技術的靈活運用，使二者有機融合，從而進一步推動我國智能制造的健康、高效發(fā)展。

參考文獻：

[1]羅千.智能制造中機電一體化技術的應用分析[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2022，35（03）：91-93.

[2]呂明皓.機電一體化技術在智能制造中的運用分析[J].中國設備工程，2022（09）：26-28.

[3]羅書明.機電一體化技術在智能制造中的應用策略[J].中國科技信息，2022（09）：112-113.

[4]胡杰.機電一體化技術在智能制造中的運用分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2021（17）：69-70.

[5]劉毅龍，寇元金.機電一體化技術在智能制造中的發(fā)展與應用[J].科技風，2021（17）：6-7.

[6]賈海朝.探究機電一體化技術在智能制造中的應用[J].農(nóng)業(yè)裝備技術，2021，47（03）：60-61.

[7]頓明新.智能制造中機電一體化技術的應用分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2020（35）：177-178.

[8]王軍亞.探析機電一體化技術在智能制造中的發(fā)展與應用[J].中國設備工程，2020（20）：27-28.