提質(zhì)培優(yōu)視域下機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用策略研究

岑曦

（百色職業(yè)學(xué)院，廣西 百色 533000）

2020 年9 月16 日，教育部等九部門聯(lián)合印發(fā)《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動2020-2023 年》（簡稱《行動計(jì)劃》）的通知，恰逢“十四五”開局之前，各個(gè)地區(qū)都將任務(wù)承接和“十四五”規(guī)劃同部署、共落實(shí)，通過各項(xiàng)創(chuàng)新舉措，保證各項(xiàng)任務(wù)可以順利落地實(shí)施。在此背景下，制造業(yè)需要以“提質(zhì)培優(yōu)”為抓手，嘗試轉(zhuǎn)型發(fā)展，實(shí)現(xiàn)以機(jī)電一體化技術(shù)為核心的智能化發(fā)展，提升制造業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和效率，使得我國制造業(yè)能夠邁上全新的發(fā)展階段。

1 機(jī)電一體化技術(shù)和智能制造概述

1.1 機(jī)電一體化技術(shù)

機(jī)電一體化技術(shù)是在傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)的基礎(chǔ)上，加入了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、自動控制技術(shù)以及傳感檢測技術(shù)等多種技術(shù)，從而產(chǎn)生的全新工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。該技術(shù)具備了復(fù)雜化、自動化以及模塊化的基本特征，是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)模式向集約型規(guī)模型生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變的推動力量。在制造業(yè)中推行機(jī)電一體化技術(shù)，能夠?qū)Χ鄠€(gè)機(jī)電產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)做統(tǒng)一管理，依據(jù)既定的流程，加強(qiáng)對流水作業(yè)的智能化管控，保證生產(chǎn)的產(chǎn)品更加的合理而又規(guī)范，生產(chǎn)質(zhì)量與水平持續(xù)提升。

1.2 智能制造

智能制造作為計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在生產(chǎn)制造中融合了智能技術(shù)和智能系統(tǒng)，保證了智能系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中可以根據(jù)環(huán)境與生產(chǎn)要求，自動調(diào)整自身的行為，從而實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行的目標(biāo)，保證最終生產(chǎn)和制造出的產(chǎn)品滿足標(biāo)準(zhǔn)化的要求。相較傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)，智能制造系統(tǒng)有著更加強(qiáng)烈的智能功能，這些功能包括學(xué)習(xí)、分析以及自主解決問題的能力，不論是進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，還是產(chǎn)品生產(chǎn)、控制，都能夠和人腦力活動相互融合，更加理智和靈活地處理各項(xiàng)工作，顯著減少人力負(fù)擔(dān)，提升生產(chǎn)效率，推動行業(yè)健康發(fā)展。

1.3 機(jī)電一體化技術(shù)與智能制造的相關(guān)性

從當(dāng)前現(xiàn)代化技術(shù)的使用情況來看，機(jī)電一體化技術(shù)和智能制造本身都存在創(chuàng)新性與突破性的優(yōu)勢特征，能夠?qū)⒏鞣N技術(shù)手段相互融合，這樣才可以充分發(fā)揮出集成技術(shù)的優(yōu)勢。智能制造要對現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行組合利用，借此提升應(yīng)用程序質(zhì)量以及技術(shù)水平。機(jī)電一體化技術(shù)不管是在信息化還是在自動化方面，都能夠保證技術(shù)的有效應(yīng)用，從而全面提升工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。作為人工智能的重要組成內(nèi)容，智能制造可以通過模擬人類智慧實(shí)現(xiàn)智能化的制造以及生產(chǎn)，以人工智能為基礎(chǔ)凸顯智能制造目標(biāo)。智能制造的整個(gè)過程中，信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)是其中比較重要的內(nèi)容，機(jī)械和電子技術(shù)同樣也是生產(chǎn)制造中尤為重要的關(guān)鍵因素，機(jī)械和電子技術(shù)被認(rèn)為是生產(chǎn)制造的基礎(chǔ)。人工智能接收和完成各種指令以后，通過和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及信息技術(shù)的融合，能夠直接生成與之相符的操作指令?？梢?，智能制造未來發(fā)展進(jìn)程中，是將機(jī)電一體化技術(shù)作為基礎(chǔ)，二者之間存在緊密的聯(lián)系。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展

機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生于20 世紀(jì)60 年代，開始階段，機(jī)電一體化技術(shù)被機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)兩個(gè)部分，通過二者的有機(jī)結(jié)合，保證了工業(yè)生產(chǎn)中所要求效率與精度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。初期，機(jī)電一體化并不復(fù)雜，較為簡單，只是利用計(jì)算機(jī)電子手段介入機(jī)械技術(shù)中，從而提高機(jī)械生產(chǎn)效率。通過多年的發(fā)展，現(xiàn)在機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)逐漸完成了和計(jì)算機(jī)技術(shù)的有效融合。21 世紀(jì)以來，依托信息技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)、高新技術(shù)的不斷突破，機(jī)電一體化正朝著電子信息技術(shù)的智能化、操作便捷化、科技化，為人們提供更高效的生產(chǎn)方式。機(jī)電一體化是當(dāng)代企業(yè)生產(chǎn)的競爭資本。該技術(shù)將電子與機(jī)械相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的信息化、智能化。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用將越來越廣泛，發(fā)展前景十分廣闊。機(jī)電一體化技術(shù)是基于人工智能的自主決策能力，利用計(jì)算機(jī)的模擬功能，使復(fù)雜的操作變得簡單有效，從而使技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的自動化控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、高效化。目前，機(jī)電一體化發(fā)展趨勢猛烈，呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化、智能化、模塊化的發(fā)展趨勢。目前的機(jī)電一體化技術(shù)幾乎涵蓋了所有大型控制技術(shù)，如電子技術(shù)、光學(xué)和聲學(xué)技術(shù)以及機(jī)械技術(shù)。隨著全球化的發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)的競爭壓力空前。許多企業(yè)將來料市場分布到世界各地。此時(shí)，可以采用機(jī)電一體化，通過遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域管理。相信在未來制造業(yè)的發(fā)展中，機(jī)電一體化技術(shù)會有更廣闊的發(fā)展空間。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用策略

3.1 機(jī)電一體化技術(shù)在數(shù)控生產(chǎn)中的應(yīng)用

（1）機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)在數(shù)控生產(chǎn)中的應(yīng)用。提質(zhì)培優(yōu)對機(jī)電設(shè)備提出了全新的要求，使得機(jī)械設(shè)備朝著材質(zhì)更輕盈、精度更高的方向不斷發(fā)展。所以，需要不斷優(yōu)化傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)，從而滿足機(jī)械工業(yè)發(fā)展的需求。當(dāng)前，一些陳舊的數(shù)控設(shè)備已經(jīng)無法和現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展相匹配，數(shù)控設(shè)備中PLC 機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，其不僅可以提升數(shù)控設(shè)備的功能和質(zhì)量，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸和主傳動的有效控制，極大地提升設(shè)備運(yùn)行效率，為后續(xù)的生產(chǎn)活動打下基礎(chǔ)。機(jī)電一體化技術(shù)在數(shù)控設(shè)備中的應(yīng)用表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①為了防止切削液外濺造成浪費(fèi)，需要在數(shù)控裝備的防護(hù)裝置上安裝應(yīng)用功能，提升生產(chǎn)安全性。②在數(shù)控設(shè)備上安裝自動排屑裝置，提升設(shè)備生產(chǎn)效率，保證數(shù)控設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行。③機(jī)械設(shè)備技術(shù)被廣泛地用于數(shù)控設(shè)備上，提升了主軸運(yùn)轉(zhuǎn)的速度，保證了數(shù)控設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，生產(chǎn)質(zhì)量也獲得保障。

（2）自動化技術(shù)在數(shù)控生產(chǎn)中的應(yīng)用。數(shù)控設(shè)備中廣泛使用自動控制技術(shù)，不僅能夠提升數(shù)控設(shè)備的自動運(yùn)行能力，同時(shí)還能夠降低成本支出，提升數(shù)控設(shè)備運(yùn)行效率與成本。此外，PLC 機(jī)電一體化要有計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備自動化功能，比如，自動輸入與自動查詢等，提升數(shù)控設(shè)備智能化、信息化水平，還有利于提升數(shù)控設(shè)備運(yùn)行效率。假如電氣設(shè)備當(dāng)中普遍使用PLC 機(jī)電一體化技術(shù)，能夠拓展電氣設(shè)備發(fā)展空間，同時(shí)也能夠得到顯著運(yùn)行效果，推動生產(chǎn)工藝的發(fā)展，提升電氣機(jī)床運(yùn)行的安全性與可靠性。所以，在實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)程中，企業(yè)要注重設(shè)備的生產(chǎn)環(huán)境，對其做合理的開發(fā)，充分發(fā)揮PLC 控制系統(tǒng)的兼容性與智能化特征，提升設(shè)備的工作效率和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（3）執(zhí)行驅(qū)動技術(shù)在數(shù)控生產(chǎn)中的應(yīng)用。驅(qū)動裝置和執(zhí)行元件是驅(qū)動技術(shù)的重要載體，其可以推動PLC機(jī)電一體化技術(shù)在數(shù)控設(shè)備中的有效應(yīng)用。數(shù)控設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行的進(jìn)程中，數(shù)控裝置與執(zhí)行元件通常會自動連接，從而接受控制系統(tǒng)指令，提升機(jī)床運(yùn)行效率。同時(shí)，執(zhí)行元件還能夠利用機(jī)械外接口和執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，確保數(shù)控設(shè)備主傳動和進(jìn)給傳動功能，規(guī)范動作的完成。所以，我們能夠獲取有效的應(yīng)用驅(qū)動技術(shù)，既能夠提升數(shù)控設(shè)備操作效果，同時(shí)也能夠強(qiáng)化對數(shù)控設(shè)備的控制，提升系統(tǒng)運(yùn)行能力。在數(shù)控設(shè)備中，伺候系統(tǒng)多為傳達(dá)和接收中心系統(tǒng)信息，從而對設(shè)備運(yùn)行能力進(jìn)行規(guī)范。提升數(shù)控設(shè)備完成效率，保障工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)培優(yōu)的目標(biāo)。

3.2 機(jī)電一體化技術(shù)中傳感技術(shù)的應(yīng)用

傳感技術(shù)被認(rèn)為是機(jī)電一體化技術(shù)的關(guān)鍵與核心，車輛制造和生產(chǎn)的整個(gè)過程中自動調(diào)節(jié)以及自動化都使用了傳感技術(shù)。在車輛和零部件的生產(chǎn)進(jìn)程中，每道工序和任何問題都要依托傳感技術(shù)進(jìn)行采集并將其傳送到計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)中，利用集成系統(tǒng)的判斷做后續(xù)處理，從而快速地生產(chǎn)出客戶急需的產(chǎn)品。是否可以實(shí)現(xiàn)自動化以及高效率生產(chǎn)的核心在于傳感技術(shù)的成熟度。當(dāng)前，最有效同時(shí)也是應(yīng)用比較廣泛的傳感技術(shù)為光電傳感，其充分結(jié)合了電學(xué)以及光學(xué)的相關(guān)原理，能夠?qū)Χ鄠€(gè)引發(fā)光電變化的因子實(shí)施檢測活動，并且記錄其發(fā)展情況。比如，在汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)進(jìn)程中，一個(gè)結(jié)構(gòu)件通過某道工序的時(shí)候，因?yàn)殂@頭利用頻繁度較高，導(dǎo)致產(chǎn)品孔徑偏小，在后續(xù)工序開始前，會對產(chǎn)品進(jìn)行檢測，產(chǎn)品通過紅外光線的時(shí)候，因?yàn)榭讖竭^小會將更多的光線反射出去，傳感器接收信息以后將其傳送到集成系統(tǒng)當(dāng)中，然后通過集成系統(tǒng)進(jìn)行判斷，最后給予特殊化處理。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛地用于各個(gè)行業(yè)當(dāng)中，在汽車、工業(yè)、醫(yī)療以及航空航天等相關(guān)領(lǐng)域中都有所涉及。

3.3 機(jī)電一體化技術(shù)在柔性制造系統(tǒng)中的應(yīng)用

我國制造業(yè)2021 年增加值在整個(gè)GDP 中的占比為27.45%，多年以來制造業(yè)增長總量始終處于世界領(lǐng)先地位。隨著工業(yè)4.0 時(shí)代的來臨，國家依托“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)提出了提質(zhì)培優(yōu)的戰(zhàn)略方針，提升了機(jī)械制造業(yè)人才質(zhì)量，推動了制造業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，特別是機(jī)電一體化技術(shù)被廣泛使用背景下，傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)銷形式逐漸改變，柔性生產(chǎn)已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢。柔性制造系統(tǒng)中包括了物料儲運(yùn)系統(tǒng)、信息控制系統(tǒng)等相關(guān)內(nèi)容，能夠?qū)庸ο筮M(jìn)行自動轉(zhuǎn)換，充分體現(xiàn)出智能制造的基本特征。同時(shí)，智能制造中廣泛使用柔性制造系統(tǒng)，不僅可以深度了解產(chǎn)品生產(chǎn)的整個(gè)過程，同時(shí)也可以在生產(chǎn)的進(jìn)程中為各種決策的提出提供相關(guān)依據(jù)，比如，加工設(shè)備的使用、物料的存儲等相關(guān)內(nèi)容。比如，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，利用柔性制造系統(tǒng)做數(shù)字化評估，對需求進(jìn)行精準(zhǔn)化分析，從而根據(jù)需要進(jìn)行科學(xué)化生產(chǎn)。再比如，在生產(chǎn)方案的制定過程中，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、5G 技術(shù)，借助大數(shù)據(jù)展開分析，AI 做智能決策。除此以外，柔性制造系統(tǒng)還可以提升智能制造供應(yīng)鏈以及物流等相關(guān)環(huán)節(jié)的柔性程度，有助于構(gòu)建協(xié)同的關(guān)系。比如，通過對物流路徑所實(shí)施的柔性管理，能夠推動資源動態(tài)協(xié)同，借助精益排產(chǎn)和調(diào)度，可以顯著提升設(shè)備使用效率。供應(yīng)鏈柔性則有助于生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化，通過精準(zhǔn)化生產(chǎn)保證庫存的清零目標(biāo)，降低庫存的壓力。

3.4 機(jī)電一體化技術(shù)在智能機(jī)械人中的應(yīng)用

部分企業(yè)存在惡劣的生產(chǎn)線環(huán)境，在環(huán)境以及人為因素的共同影響下，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量不容樂觀，需要做進(jìn)一步提升。通過應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)中的機(jī)器人控制論、傳感器技術(shù)以及仿生學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對人類思維模式的模仿，并且在系統(tǒng)生產(chǎn)與運(yùn)行的整個(gè)階段識別和判斷各種信息，快速反應(yīng)，取代人工操作系統(tǒng)。

相較傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，機(jī)電一體化技術(shù)在智能機(jī)械人領(lǐng)域中的應(yīng)用主要凸顯以下幾點(diǎn)：（1）降低人工成本。傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下，企業(yè)通常需要大量的技術(shù)與生產(chǎn)類人員，要付出巨大的薪酬資金，提升了財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)。使用機(jī)電一體化技術(shù)，企業(yè)通常需要購置一定數(shù)量的智能機(jī)器人，就可以在保證生產(chǎn)效率的同時(shí)，降低了人力資源損耗。（2）提升生產(chǎn)效率。在應(yīng)用智能機(jī)械人的時(shí)候，會通過對人類思維模式的模仿，精確地識別和分析各類信息數(shù)據(jù)，并且高效地實(shí)施生產(chǎn)活動。在生產(chǎn)的時(shí)候，智能機(jī)械人通常不會產(chǎn)生操作失誤與注意力不集中的問題，防止了因?yàn)槿藶橐蛩卦斐傻纳a(chǎn)效率與質(zhì)量降低的問題。（3）智能機(jī)械人可以在長時(shí)間與高負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)下依然保持良好的精準(zhǔn)度，保證不間斷生產(chǎn)。

4 結(jié)語

總而言之，在制造業(yè)與機(jī)電一體化的融合過程中，受到市場變化的影響，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了不斷的創(chuàng)新與優(yōu)化。目前，機(jī)電一體化技術(shù)逐漸成了生產(chǎn)制造業(yè)的核心力量，其可以讓生產(chǎn)制造更加的智能化，并且提升生產(chǎn)質(zhì)量、效率，幫助企業(yè)可以更好地規(guī)避各種經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)，全面推動了經(jīng)濟(jì)效益的顯著提升，有助于改革傳統(tǒng)制造模式。此外，機(jī)電一體化在發(fā)展進(jìn)程中會持續(xù)創(chuàng)新，推動智能制造行業(yè)持續(xù)而又穩(wěn)定的發(fā)展。