機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的實(shí)踐運(yùn)用

張誼

（普洱市職業(yè)教育中心（普洱技工學(xué)校），云南 普洱 665000）

隨著信息技術(shù)水平的飛速提高，工業(yè)領(lǐng)域也將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用在智能制造中，是對(duì)當(dāng)下的工業(yè)制造模式的探索和創(chuàng)新，有助于提升智能制造的質(zhì)量和效率，保障工業(yè)領(lǐng)域的持續(xù)進(jìn)步，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)。同時(shí)，智能制造的加快實(shí)現(xiàn)也將促進(jìn)機(jī)械制造的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)二者的共同進(jìn)步。

1 機(jī)電一體化技術(shù)與智能制造的概述

1.1 機(jī)電一體化技術(shù)

機(jī)電一體化技術(shù)是綜合機(jī)械、電子和信息科學(xué)的復(fù)合手段與方法，是在傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的工業(yè)生產(chǎn)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)械工程和電子、智能計(jì)算機(jī)的集成作用。機(jī)電一體化技術(shù)最關(guān)鍵的影響是突破了對(duì)機(jī)械的人工操作模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的智能化控制。具體而言，機(jī)電一體化技術(shù)通過(guò)利用電子控制系統(tǒng)，制作指定的運(yùn)行程序，按照運(yùn)行步驟實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)、信息處理以及相關(guān)的診斷和修改。在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，一旦發(fā)生故障問(wèn)題，系統(tǒng)將自動(dòng)采取應(yīng)急處理措施，保護(hù)系統(tǒng)不受破壞同時(shí)發(fā)出應(yīng)急信號(hào)，通知維修人員前來(lái)檢修處理，最大限度地保障控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行，提升工作效率。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用有效地緩解了工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的操作壓力，減少了人力資源的投入，提高了生產(chǎn)制造的安全性和精準(zhǔn)性，促進(jìn)了生產(chǎn)效益的增長(zhǎng)。如今，機(jī)電一體化技術(shù)已成為機(jī)電領(lǐng)域發(fā)展的主流趨勢(shì)，是振興機(jī)電工作的正確發(fā)展方向。

1.2 智能制造

智能制造主要借助計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)模擬人的思維，并根據(jù)編寫(xiě)的控制程序在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各項(xiàng)設(shè)備的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)。智能制造在實(shí)踐生產(chǎn)中，利用多種自動(dòng)控制系統(tǒng)收集和匯總各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)信息的儲(chǔ)存、整理和分析，為后續(xù)制定出決策和處理措施提供可靠的參考依據(jù)。因此，智能制造對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)而言發(fā)揮著重要作用：一方面，以智能制造代替人工生產(chǎn)，可以降低生產(chǎn)事故的高發(fā)，減少人力成本支出。例如，將智能制造應(yīng)用在具有高污染性和傷害性的工業(yè)生產(chǎn)中，保障企業(yè)員工的身體健康，減少安全事故的發(fā)生，維護(hù)生產(chǎn)制造的穩(wěn)定運(yùn)行。另一方面，避免由于人工操作失誤造成的經(jīng)濟(jì)損失。工人在工作狀態(tài)不佳或?qū)I(yè)能力不足的情況下會(huì)出現(xiàn)操作失誤，給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)損失。而智能制造有著高度的流程化和標(biāo)準(zhǔn)化，可以嚴(yán)格按照程序執(zhí)行操作規(guī)范，降低生產(chǎn)過(guò)程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的實(shí)踐運(yùn)用價(jià)值

機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的運(yùn)用價(jià)值主要包括以下幾個(gè)方面：（1）隨著工業(yè)制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，企業(yè)在市場(chǎng)中面臨的競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，企業(yè)要想充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本投入，從而獲取更大的利潤(rùn)收益。因此，企業(yè)要改革和創(chuàng)新現(xiàn)存的生產(chǎn)模式，通過(guò)在智能制造中融入機(jī)電一體化技術(shù)，促進(jìn)生產(chǎn)制造的智能化、一體化和高效化，優(yōu)化人員組織結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)設(shè)備投入，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)利潤(rùn)和生產(chǎn)質(zhì)量的共同提升，在市場(chǎng)中吸引和轉(zhuǎn)換更多的潛在消費(fèi)者，樹(shù)立良好的品牌形象，幫助企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位。（2）工業(yè)制造業(yè)涉及的領(lǐng)域和內(nèi)容較為廣泛，包括服裝行業(yè)、智能機(jī)器人等，都需要采用先進(jìn)的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行批量生產(chǎn)。將機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用在智能制造中，可以幫助這些行業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級(jí)和行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)現(xiàn)代化信息技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的有效融合，繼而帶動(dòng)其他行業(yè)的技術(shù)變革，加快實(shí)現(xiàn)我國(guó)向智能制造業(yè)的轉(zhuǎn)變。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的實(shí)踐運(yùn)用

3.1 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中的重要組成部分，有著高精準(zhǔn)度和高敏感性的顯著優(yōu)勢(shì)，在智能制造中避免干擾信號(hào)的影響。傳感技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，可以建立傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)高效實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的收集和整理，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)傳輸和動(dòng)態(tài)控制。隨著高新技術(shù)的使用，傳感器的使用性能也得到了強(qiáng)化，具備對(duì)信息的高精準(zhǔn)度采集和自動(dòng)化編程能力，高效實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的采集、處理和交換，同時(shí)，制造成本較低，能夠廣泛應(yīng)用在智能制造中。傳感技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)傳感器自動(dòng)檢測(cè)外部環(huán)境條件，識(shí)別并處理接收到的信號(hào)，形成相應(yīng)的控制信息，給決策的制定提供參考。同時(shí)，傳感器在工作時(shí)還能檢測(cè)自身狀況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題將控制信息傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)控。

傳感器通常由三部分組成：光感元件、變換元件和變換電路（如圖1 所示）。光感元件用于感受光和接受光，將被測(cè)量的光傳遞給變換元件，變換元件將光信息轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的同時(shí)傳遞給變換電路，最終變換電路再以電信號(hào)的方式繼續(xù)傳輸。智能傳感器一般應(yīng)用在產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)及其相關(guān)數(shù)據(jù)方面，例如，產(chǎn)品的硬度、濕度、氣味、成分等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，全方位掌握產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)。并且建立數(shù)據(jù)信息與產(chǎn)品質(zhì)量的數(shù)學(xué)模型，直觀反映出產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。根據(jù)傳感器類(lèi)型的不同，其對(duì)應(yīng)的功能作用也有所不同，要根據(jù)其特性應(yīng)用在不同的生產(chǎn)領(lǐng)域中。壓力傳感器在智能制造中可以檢測(cè)出物體的移動(dòng)數(shù)據(jù)、設(shè)備零件尺寸大小等，在汽車(chē)、航空等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著極高的應(yīng)用價(jià)值；光學(xué)傳感器具有一定的識(shí)別能力和成像能力，通常被用于手機(jī)顯示屏的智能感應(yīng)。

圖1 傳感器組成結(jié)構(gòu)

3.2 數(shù)控技術(shù)

數(shù)控技術(shù)是在收集數(shù)字信息的前提下，掌握和控制機(jī)械生產(chǎn)制造過(guò)程的方式，涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代化通訊技術(shù)、機(jī)械控制技術(shù)等多項(xiàng)制造業(yè)所使用的技術(shù)手段，有利于促進(jìn)生產(chǎn)制造的高效化和高質(zhì)量化。數(shù)控技術(shù)主要包含數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術(shù)3 部分，數(shù)控機(jī)床由數(shù)控裝置、加工程序載體、數(shù)控裝置、機(jī)床主體、伺服驅(qū)動(dòng)裝置以及其他輔助部分共同組成。數(shù)控系統(tǒng)包含控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和位置檢測(cè)系統(tǒng)。外圍技術(shù)主要涉及工具技術(shù)、編程技術(shù)和管理技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是智能制造領(lǐng)域應(yīng)用較早的技術(shù)手段，對(duì)智能制造業(yè)起著重要的技術(shù)引領(lǐng)作用，促進(jìn)行業(yè)整體水平的不斷提升。

數(shù)控技術(shù)應(yīng)用在智能制造領(lǐng)域：（1）提高生產(chǎn)制造的加工精度。數(shù)控技術(shù)的運(yùn)用需要借助精密專(zhuān)業(yè)的儀器設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng)，在應(yīng)用過(guò)程中，這些組成部分本身就具有極高的精準(zhǔn)性，并且在數(shù)控系統(tǒng)對(duì)誤差的調(diào)整下，使得加工精度和加工質(zhì)量得以進(jìn)一步的提升。（2）實(shí)現(xiàn)高效化生產(chǎn)。數(shù)控技術(shù)通過(guò)采用分鐘自動(dòng)化的設(shè)備及技術(shù)，使得機(jī)床的加工效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出于過(guò)去的生產(chǎn)方式。（3）應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛。數(shù)控技術(shù)對(duì)機(jī)床的控制主要借助對(duì)數(shù)控程序的制定，即使加工對(duì)象有所不同，只需更改數(shù)控程序便能持續(xù)使用數(shù)控技術(shù)，因此，技術(shù)具有較高的適應(yīng)性和可變性，既節(jié)省了生產(chǎn)過(guò)程中模具樣板的制作成本，同時(shí)還能有效縮短工期。（4）促進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)水平的提升。在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，較為復(fù)雜和煩瑣的設(shè)備零件的生產(chǎn)難度高且耗費(fèi)的人力、物力成本較高，而在隨著數(shù)控技術(shù)在智能制造的應(yīng)用，使高難度的加工工藝成為可能，促進(jìn)智能制造業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的提升。

3.3 柔性制造

柔性制造系統(tǒng)是綜合數(shù)據(jù)加工系統(tǒng)、物料運(yùn)儲(chǔ)設(shè)備以及信息控制系統(tǒng)形成的自動(dòng)化系統(tǒng)制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)可劃分為多個(gè)柔性制造單元，根據(jù)制造產(chǎn)品、制造環(huán)境、制造任務(wù)等進(jìn)行合理調(diào)整，對(duì)多樣化、批量化的生產(chǎn)提供便捷服務(wù)。加工系統(tǒng)主要包含各項(xiàng)生產(chǎn)加工設(shè)備，比如，數(shù)控機(jī)床、加工中心等；物料運(yùn)儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行物料的儲(chǔ)存和傳輸；信息控制系統(tǒng)利用信息技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)加工的全程控制。包括對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的制定、加工過(guò)程的監(jiān)管、信息的發(fā)送和反饋、各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理等。柔性制造使用在智能生產(chǎn)中主要有以下作用：第一，提高加工設(shè)備的使用效率。柔性制造在生產(chǎn)過(guò)程中利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有零件和生產(chǎn)機(jī)床的合理調(diào)配，機(jī)床對(duì)零件的加工不會(huì)出現(xiàn)空閑的情況，源源不斷地補(bǔ)足加工零件，使在智能制造中的所有加工設(shè)備都能被充分利用。在設(shè)備高利用率的情況下，有利于用最短的時(shí)間完成生產(chǎn)線的任務(wù)量，間接降低設(shè)備的投入成本。第二，提高生產(chǎn)的應(yīng)變能力。柔性制造系統(tǒng)具有靈活性和可變空間，當(dāng)市場(chǎng)環(huán)境需求發(fā)生變化時(shí)，可以及時(shí)根據(jù)消費(fèi)者的需求和產(chǎn)品內(nèi)容對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，在面臨緊急生產(chǎn)任務(wù)時(shí)，也能不打亂原來(lái)的生產(chǎn)計(jì)劃完成指標(biāo)條件。第三，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升。柔性制造屬于按需生產(chǎn)的拉動(dòng)型生產(chǎn)模式，在生產(chǎn)過(guò)程中不需要花費(fèi)時(shí)間等待前面生產(chǎn)工序的完成，減少生產(chǎn)過(guò)程中耗費(fèi)的時(shí)間。同時(shí)，生產(chǎn)效率的提高還有利于清空庫(kù)存，節(jié)約倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)藏的成本投入。

3.4 自動(dòng)化生產(chǎn)

機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的實(shí)踐運(yùn)用中，最普遍和常見(jiàn)的技術(shù)手段為自動(dòng)化生產(chǎn)，主要包括自動(dòng)機(jī)械和自動(dòng)控制兩種應(yīng)用。自動(dòng)機(jī)械是以電子技術(shù)為載體，發(fā)揮對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)督和管理作用，構(gòu)建起智能化、網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)管理體系，自動(dòng)控制是指在無(wú)人監(jiān)管的情況下，系統(tǒng)能夠根據(jù)流程執(zhí)行生產(chǎn)指令，持續(xù)增加產(chǎn)量。自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控追蹤，還能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息深入分析，發(fā)現(xiàn)其中存在的隱患和風(fēng)險(xiǎn)，并采取合理的措施對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，真正提高自動(dòng)化生產(chǎn)成效。因此，自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用，有利于加快實(shí)現(xiàn)制造業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、系統(tǒng)調(diào)配、資源管理等的全方位自動(dòng)化管理，推動(dòng)制造企業(yè)內(nèi)部管理水平的有效提升，幫助企業(yè)維持自身的良好運(yùn)作。自動(dòng)化生產(chǎn)在智能制造領(lǐng)域中常用于對(duì)產(chǎn)品的包裝印刷，比如，食品袋、飲料瓶、香煙盒等。

3.5 智能機(jī)器人

智能機(jī)器人代表了機(jī)電一體化技術(shù)的最高水準(zhǔn)，涉及許多核心知識(shí)領(lǐng)域，包括仿生學(xué)、多傳感器信息融合技術(shù)、機(jī)械技術(shù)等。隨著智能機(jī)器人在制造、家居、服務(wù)、快遞等各行各業(yè)的廣泛使用，智能機(jī)器人領(lǐng)域逐漸成為機(jī)電一體化的重點(diǎn)研究方向。智能機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人類(lèi)行為舉止和思維模式的復(fù)制與模仿，在智能系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)信息的識(shí)別和處理后，結(jié)合當(dāng)下情境做出合適的反應(yīng)，從而完成生產(chǎn)過(guò)程中的相關(guān)操作。在智能制造中運(yùn)用智能機(jī)器人，能夠有效降低工作人員的工作壓力，減輕人員的任務(wù)量，同時(shí)，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升。智能機(jī)器人在生產(chǎn)過(guò)程中可以保持24 小時(shí)的連續(xù)作業(yè)，當(dāng)面對(duì)緊迫的生產(chǎn)任務(wù)量時(shí)，智能機(jī)器人可以幫助解決生產(chǎn)危機(jī)。同時(shí)，由于智能機(jī)器人的高度機(jī)械化，所以在生產(chǎn)過(guò)程中能夠進(jìn)一步規(guī)范生產(chǎn)方式，保障各項(xiàng)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)無(wú)誤。此外，智能機(jī)器人在智能制造過(guò)程中不會(huì)受到周?chē)h(huán)境的影響，即使在高危的工作環(huán)境中，也能保持正常的操作標(biāo)準(zhǔn)，充分保障生產(chǎn)制造的效率和質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的日益激烈，制造業(yè)必須突破傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，尋求符合時(shí)代變化的高新技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中具有顯著優(yōu)勢(shì)，在智能制造中運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，能夠促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和效率的有效提升，實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的共同增長(zhǎng)。