機電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

摘" 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，我國政府部門越發(fā)提高對機電一體化的重視程度，針對機電一體化實際情況提出各種相關(guān)政策，來推動機電一體化實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。但從目前機電一體化實際情況來看，由于受到各種外在因素影響，其發(fā)展程度無法滿足現(xiàn)代社會發(fā)展要求，因此，將先進(jìn)智能化技術(shù)應(yīng)用到機電一體化設(shè)計中不可避免，將兩者進(jìn)行深度融合，最終實現(xiàn)機電設(shè)備自動化管理，不僅能極大提升配置資源的有效性，還能充分發(fā)揮智能化技術(shù)自身作用，提高日常應(yīng)用價值，從而促進(jìn)相關(guān)企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?；诖?，該文通過闡述智能制造技術(shù)和機電一體化系統(tǒng)概述為基礎(chǔ)，來分析現(xiàn)代機電設(shè)備數(shù)字化設(shè)計發(fā)展的實際情況，讓專業(yè)人員對其基本情況有進(jìn)一步了解，再從不同方面來分析智能化技術(shù)的優(yōu)勢，將其應(yīng)用到日常機電一體化設(shè)計中，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：智能制造；機電一體化；實踐價值；實踐應(yīng)用；自動化控制

中圖分類號：TH-39" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）17-0174-04

Abstract： With the continuous development of social economy， our government departments have increasingly increased the importance of electromechanical integration， and put forward various relevant policies according to the actual situation of electromechanical integration to promote the sustainable development of electromechanical integration. However， from the current actual situation of electromechanical integration， due to various external factors， its development level cannot meet the development requirements of modern society. Therefore， it is inevitable to apply advanced intelligent technology to the electromechanical integration design. The integration of the two will be carried out in depth， and finally the automatic management of electromechanical equipment will be realized. This will not only greatly improve the effectiveness of resource allocation， but also give full play to the role of intelligent technology itself， so as to improve the value of daily application， so as to promote the sustainable development of relevant enterprises. Based on this， this paper analyzes the actual situation of the development of modern electromechanical equipment digital design based on the introduction of smart manufacturing technology and electromechanical integration system， so that professionals can have a further understanding of its basic situation; then， this paper analyzes the advantages of intelligent technology from different aspects， and applies it to the daily electromechanical integration design， bringing huge economic benefits to enterprises.

Keywords： smart manufacturing; mechatronics; practical value; practical application; automation control

近年來，智能化技術(shù)出現(xiàn)在人們視線范圍內(nèi)，作為實現(xiàn)機電一體化數(shù)字化設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，其對于提高機電一體化日常工作效率具有重要作用。將智能化技術(shù)和機電一體化數(shù)字化設(shè)計相互結(jié)合，能促進(jìn)機電一體化向自動化方向發(fā)展，不僅提高機電一體化自動化控制工作效率，還突破傳統(tǒng)技術(shù)作業(yè)限制，避免出現(xiàn)滯后性、延遲性強等問題。同時，隨著智能技術(shù)應(yīng)用不斷深入，讓機電一體化自動化控制效果無限接近預(yù)期效果，有效降低工作人員工作強度和設(shè)備維修費用，解決在傳統(tǒng)機械化管理中存在的問題，用最科學(xué)的方式來選擇最佳控制措施，有利于工作人員節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)建設(shè)成本，加強相關(guān)企業(yè)核心競爭力。因此，本文通過分析機電一體化技術(shù)基本原理，加強智能制造水平，提高制造效率[1]。

1" 機電一體化技術(shù)概述

機電一體化最早出現(xiàn)在20世紀(jì)中期，是由日本研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時日本經(jīng)濟(jì)正處于高速發(fā)展階段，由于科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，這項技術(shù)被逐漸普及到各個國家，受到各國政府高度重視，相關(guān)專家對其進(jìn)行深度研究，將機電一體化應(yīng)用到日常生產(chǎn)中。同時，機電一體化是由可控性驅(qū)動元件、計算機技術(shù)、控制技術(shù)和信息處理技術(shù)等組成，是一種新型智能化機械系統(tǒng)，主要包括動力組成要素、運動組成要素、結(jié)構(gòu)組成要素、智能組成要素和感知組成要素等環(huán)節(jié)。在機械日常生產(chǎn)過程中，很多企業(yè)都相繼建立自動化生產(chǎn)線，如雷沃自動化生產(chǎn)線，進(jìn)一步推動拖拉機的智能化制造。同時，通過利用數(shù)字化仿真技術(shù)，對制造過程中各環(huán)節(jié)進(jìn)行定量描述，如制造系統(tǒng)、制造工藝、制造裝備和產(chǎn)品性能等環(huán)節(jié)，能讓農(nóng)機工藝設(shè)計向科學(xué)推理進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而加強機械產(chǎn)品的智能化制造水平。因此，在進(jìn)行要素能量轉(zhuǎn)換時，工作人員要建立有機系統(tǒng)，能有效提高機械產(chǎn)品生產(chǎn)效率。機電一體化技術(shù)構(gòu)成因素和組成如圖1所示。

2" 智能制造技術(shù)在機電一體化自動化控制應(yīng)用中的作用

2.1" 加強機電設(shè)備自動化控制性能

與人工技術(shù)相比，智能自動化處理方式具有多樣化特征，如操作簡單、效率高、成本低和安全性高等特征，能控制機電一體化工作時間，減少工作人員工作內(nèi)容，避免其受到外界各種因素影響，進(jìn)一步改善整個操作流程，通過遠(yuǎn)程操作解決生產(chǎn)中存在的問題，加強生產(chǎn)設(shè)備的安全性。工作人員要全面分析機電設(shè)備自動化系統(tǒng)運行中存在的問題，根據(jù)實際情況來建立數(shù)據(jù)信息模型，提前預(yù)測事故發(fā)生原因和具體位置，避免出現(xiàn)停止生產(chǎn)的問題從而給生產(chǎn)效率帶來嚴(yán)重影響，要合理控制生產(chǎn)損失[2]。

2.2" 優(yōu)化機電設(shè)備自動化系統(tǒng)運行模型

通過利用模型化管理方式，有利于工作人員控制自動化控制系統(tǒng)，保證每個環(huán)節(jié)順利運行。因此，相關(guān)人員要根據(jù)實際工作情況設(shè)計運行模式，完善日常工作流程，發(fā)現(xiàn)隱藏在工作中的問題。但值得注意的是，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)卡頓問題，很容易給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的安全隱患。工作人員可利用智能系統(tǒng)分析出現(xiàn)卡頓設(shè)備的具體原因，再對比實際數(shù)據(jù)和以往檢修數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)存在的故障問題，再將數(shù)據(jù)上傳到中控平臺，便于工作人員進(jìn)行處理。通過上述分析，能看到在自動生產(chǎn)模型中可準(zhǔn)確判斷機械設(shè)備和機械線路的基本情況，根據(jù)實際情況來做出科學(xué)處理，從而提高系統(tǒng)運行效率[3]。光機電一體化技術(shù)示意圖如圖2所示。

2.3" 減少機電設(shè)備自動化誤差率

在分析機械自動化系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)時，要從不同方面進(jìn)行分析，保證系統(tǒng)運行效率達(dá)到預(yù)期水平。同時，針對系統(tǒng)中誤差率較高的問題，要合理利用智能化技術(shù)進(jìn)行處理，提高數(shù)據(jù)信息的實時性，科學(xué)控制設(shè)備運行情況，有效確保技術(shù)人員在查閱時的準(zhǔn)確性。隨著智能技術(shù)應(yīng)用不斷深入，讓機電一體化自動化控制效果無限接近預(yù)期效果，能有效降低工作人員工作強度和設(shè)備維修費用，可解決在傳統(tǒng)機械化管理中存在的問題，采用合理方式選擇最佳控制措施，有效控制工作人員生產(chǎn)成本，提高企業(yè)核心競爭力。而利用智能化控制技術(shù)，可跳過模型設(shè)計環(huán)節(jié)，避免出現(xiàn)無法評估的問題，提高了機電一體化自動化控制效果，同時，在機械控制系統(tǒng)復(fù)雜性的影響下，這種設(shè)備分析處理方式能診斷設(shè)備故障，為提高電控系統(tǒng)生產(chǎn)效率、推動機械技術(shù)發(fā)展提供豐富的數(shù)據(jù)資源[4]。

3" 機電設(shè)備智能制造平臺構(gòu)建

農(nóng)機生成智能工廠將數(shù)字化制造和智能工廠相互結(jié)合，在結(jié)合過程中要以智能裝備和三維仿真為核心，來實現(xiàn)制造工藝智能化。目前，整個智能化過程主要包括數(shù)字化模擬、智能制造過程管理、優(yōu)化數(shù)字化車間和零部件虛擬仿真等環(huán)節(jié)，工作人員可通過分析二維數(shù)據(jù)掌握智能制造的業(yè)務(wù)范圍。在數(shù)字化工廠運行過程中，企業(yè)層、設(shè)備層、車間層等環(huán)節(jié)要充分發(fā)揮自身作用，將智能制造技術(shù)應(yīng)用到日常生產(chǎn)工藝、設(shè)計環(huán)節(jié)，構(gòu)建健全的三維模型，來實現(xiàn)智能制造和數(shù)字化設(shè)計相互結(jié)合。例如，美國在設(shè)計飛機時，就合理利用數(shù)字化技術(shù)來生產(chǎn)無紙化，有效縮短2/3的研究周期，將生產(chǎn)成本控制在合理范圍內(nèi)[5]。

仿真模擬作為智能制造的重要方法，工作人員需要以虛擬仿真技術(shù)為主體，真實仿真機械零部件和虛擬裝配，模擬整個加工制造和零部件設(shè)計環(huán)節(jié)，掌握零件從材料采購到生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的整個過程。①加工仿真。該環(huán)節(jié)能分析加工路徑的準(zhǔn)確性，查看其是否出現(xiàn)工件和刀具碰撞問題，加強切削余量的合理性，有利于工作人員掌握整個加工流程。②裝配仿真。通過裝配仿真檢驗零部件，發(fā)現(xiàn)零件中存在的問題，并且通過動力學(xué)仿真和運動學(xué)仿真建立零件模型。③物流仿真。該環(huán)節(jié)真實仿真物流運營內(nèi)容，如路徑規(guī)劃效率、物流設(shè)施容量等方面，提高生產(chǎn)流程的合理性。④工程布局仿真，如倉儲物流設(shè)施規(guī)劃、新建廠房規(guī)劃、生產(chǎn)線規(guī)劃。工作人員通過仿真模型進(jìn)行真實模擬，有利于其發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，引導(dǎo)加工過程和設(shè)計過程向數(shù)字化方向發(fā)展。通過真實仿真甲供系統(tǒng)項目，能有效縮短工廠施工周期，將設(shè)計成本控制在合理范圍內(nèi)。同時，通過智能制造技術(shù)，工作人員可建立大數(shù)據(jù)云平臺和機電設(shè)備智能制造數(shù)字化平臺，來開發(fā)各種應(yīng)用程序平臺，如智能產(chǎn)品、智能物料、智能工廠等平臺，存儲各種虛擬仿真數(shù)據(jù)，將虛擬仿真過程保存下來。另外，要使用智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來設(shè)置傳感器設(shè)備，通過控制系統(tǒng)來操作移動設(shè)備和執(zhí)行器自動化運行，從而實現(xiàn)智能化制造過程。

4" 機電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

4.1" 智能制造中CAD/CAPP/CAM信息集成的應(yīng)用

在智能制造過程中要應(yīng)用各種信息集成系統(tǒng)，如CAD（計算機輔助設(shè)計）、CAM（計算機輔助制造）、CAPP（計算機輔助工藝規(guī)程）等信息集成系統(tǒng)，能將不同位置的加工中心和智能計算控制系統(tǒng)相互結(jié)合，讓機械加工各環(huán)節(jié)能協(xié)同作業(yè)，從而實現(xiàn)整個機械生產(chǎn)和加工的智能化管理，實時傳輸系統(tǒng)加工數(shù)據(jù)，工作人員可根據(jù)企業(yè)需求加工出對應(yīng)產(chǎn)品[6]。同時，在智能控制背景下進(jìn)行協(xié)同管理，能將不同智能技術(shù)進(jìn)行融合，建立智能化機械加工管理系統(tǒng)，具有方案設(shè)計、數(shù)控編程、造型設(shè)計和加工仿真等功能，合理應(yīng)用工程數(shù)據(jù)庫中各種數(shù)據(jù)，編制數(shù)據(jù)自動設(shè)計加工方案，充分體現(xiàn)智能制造中各種功能，形成自動化控制生產(chǎn)線。CAD、CAM、CAPP集成智能控制系統(tǒng)如圖3所示。

通過分析圖3，發(fā)現(xiàn)智能控制是利用機械加工企業(yè)特征，來設(shè)計日常加工流程和加工工藝，有利于保證加工工藝和方案的合理性。當(dāng)加工方案滿足加工要求后，要將其上傳到CAD部門，結(jié)合企業(yè)產(chǎn)品類型，判斷加工工藝數(shù)據(jù)的科學(xué)性，再通過CAM模塊和CAPP模塊自動生成虛擬加工工藝流程，保證加工仿真過程順利進(jìn)行，提高加工產(chǎn)品質(zhì)量[7]。

4.2" 智能制造中智能機器人技術(shù)的應(yīng)用

智能機器人是機電一體化自動化的重要產(chǎn)物，其推動機電一體化設(shè)備向智能化方向發(fā)展，能有效解決傳統(tǒng)勞動者腦力和智力不足的問題，受到相關(guān)企業(yè)的高度重視。通過將智能機器人應(yīng)用到日常制造工作中，能自動判斷生產(chǎn)過程是否滿足后期使用要求，不僅能降低工業(yè)制造生產(chǎn)成本，還能提高機械加工效率，代替工作人員開展各種危險工作。利用多樣化技術(shù)打造模擬人操作智能機器人，如自動控制技術(shù)、智能控制模塊、機電一體化技術(shù)等。針對該種情況，工作人員要提高對機電一體化技術(shù)的重視程度，將機電一體化技術(shù)和智能制造相互結(jié)合，實現(xiàn)智能機器人仿真控制，并利用智能控制技術(shù)模擬人的思維邏輯，讓制造機器人和人員具有相同的判斷能力，在工作人員發(fā)布相關(guān)指令后，機器人完全模擬人的各種動作進(jìn)行加工，有效提高機械加工的智能制造技術(shù)水平[8]。

4.3" 數(shù)控技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

通過PLC控制編程技術(shù)自動化控制機械加工設(shè)備，能結(jié)合其實際情況設(shè)置程序控制命令，加強生產(chǎn)任務(wù)分配的合理性。當(dāng)其滿足預(yù)期條件時，自動激活設(shè)備指令，控制機器進(jìn)行有序開展。同時，在智能制造過程中，采用計算機向生產(chǎn)機器設(shè)備發(fā)送指令，機器會根據(jù)指令內(nèi)容完成整個生產(chǎn)作業(yè)，并將生產(chǎn)信息傳輸?shù)接嬎銠C中，有利于管理人員全面檢測日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)，合理調(diào)整生產(chǎn)信息。在進(jìn)行智能制造時，要科學(xué)應(yīng)用可編程控制系統(tǒng)，讓存儲數(shù)據(jù)的機器設(shè)備進(jìn)一步分析生產(chǎn)條件，同時在加工中將有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)相互結(jié)合，從而實現(xiàn)機器生產(chǎn)的遠(yuǎn)程控制[9]。另外，工作人員可通過數(shù)字控制技術(shù)和計算機控制技術(shù)來控制機器設(shè)備，提高整個生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，利用計算機系統(tǒng)向機器控制系統(tǒng)發(fā)布生產(chǎn)命令，再使用機器控制系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)完成自動化生產(chǎn)控制，促進(jìn)機電一體化生產(chǎn)過程向智能化方向發(fā)展。智能制造中的數(shù)字控制系統(tǒng)如圖4所示。

4.4" 機器視覺檢測的應(yīng)用

機器視覺技術(shù)作為智能制造的重要技術(shù)，能真實模擬人眼識別機械加工圖，進(jìn)一步掌握機械加工產(chǎn)品中存在的問題，真實模擬人腦全面處理相關(guān)信息。工作人員可通過機械視覺收集相關(guān)信息，再使用計算機數(shù)據(jù)庫將相關(guān)數(shù)據(jù)整理出來，將其應(yīng)用到機械加工，自動控制整個機械生產(chǎn)過程。同時，機械視覺是由信息技術(shù)、自動化技術(shù)、智能控制技術(shù)等技術(shù)組成，通過詳細(xì)記錄機械加工產(chǎn)品的各種數(shù)據(jù)，再根據(jù)加工參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)判斷零件加工中存在的問題，能全面檢測機器零件，提高系統(tǒng)檢測的準(zhǔn)確性。另外，機器視覺檢測成本較低，有利于檢測者進(jìn)行分析。可通過應(yīng)用機械零部件三維模型，設(shè)置加工工藝數(shù)據(jù)，如加工方法、刀具參數(shù)等數(shù)據(jù)，利用數(shù)字化仿真設(shè)計云平臺來仿真整個加工過程，預(yù)測加工軌跡結(jié)果，保存加工軌跡數(shù)據(jù)和加工過程動畫，提高云平臺計算效率。對比單臺計算機工作效率發(fā)現(xiàn)，大數(shù)據(jù)云平臺能減少計算時間，主要原因為云平臺是采用協(xié)同化技術(shù)提高設(shè)計效率，增加零件設(shè)計制造效率，將生產(chǎn)成本控制在合理范圍內(nèi)[10]。

5" 結(jié)束語

綜上所述，為提高機械產(chǎn)品的加工制造效率，推動機械向數(shù)字化設(shè)計方向發(fā)展，相關(guān)技術(shù)人員要將大數(shù)據(jù)云平臺和智能制造技術(shù)相互結(jié)合，應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中，通過智能化虛擬建模和加工仿真，能提高設(shè)計效率，增強企業(yè)日常加工制造質(zhì)量。同時，要利用云平臺來對比仿真計算效率和虛擬設(shè)計，分析各方面的數(shù)據(jù)，提升仿真計算速度和設(shè)計效率，引導(dǎo)機械制造向智能化方向發(fā)展，促進(jìn)相關(guān)企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李梅紅.智能制造視域下高職專業(yè)人才培養(yǎng)研究——以機電一體化專業(yè)為例[J].天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報，2019，21（7）：3-8.

[2] 張鳳香.智能再制造，前景廣闊，大有可為——中機維協(xié)六屆三次理事（擴(kuò)大）會暨機床再制造與工業(yè)服務(wù)產(chǎn)業(yè)高峰論壇[J].設(shè)備管理與維修，2018（1）：5.

[3] 李海峰.機電技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用研究——評《機電設(shè)備與機械電子制造》[J].鑄造，2021，70（4）：514.

[4] 李莉.萬福樂：專注液壓擁抱綠色智能時代——訪瑞士萬福樂中國區(qū)總裁鄧凌生[J].經(jīng)濟(jì)，2019（8）：78-81.

[5] 潘兆龍.基于Ethernet/IP以太網(wǎng)工業(yè)總線及邊緣計算網(wǎng)關(guān)的智能懸掛鏈系統(tǒng)開發(fā)[D].杭州：杭州電子科技大學(xué)，2022.

[6] 吳嘉琪，尹玉鑫.淺談機械制造的智能化技術(shù)與機電一體化的結(jié)合發(fā)展及趨勢[J].電腦愛好者（普及版），2021（2）：13-14.

[7] 盧香平.機電一體化趨勢研究——評《國家機械產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展報告（2019）》[J].中國資源與區(qū)劃，2021，42（7）：26，36.

[8] 任芳.凱樂士：筑牢技術(shù)底盤 賦能智能制造——訪浙江凱樂士科技集團(tuán)股份有限公司創(chuàng)始人amp;董事長谷春光[J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2022，27（6）：72-75.

[9] 江宏.施耐德電氣：數(shù)智化升級助推綠色智能制造——訪施耐德電氣全球供應(yīng)鏈中國區(qū)高級副總裁張開鵬[J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2022，27（2）：92-95.

[10] 和征，李彥妮，楊小紅.制造企業(yè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與智能制造轉(zhuǎn)型分析——基于三一重工的案例研究[J].制造技術(shù)與機床，2022（7）：69-74.