智能制造背景下機電一體化技術發(fā)展

冼錦羲 廣東鴻圖武漢壓鑄有限公司

1 智能制造和機電一體化概述

1.1 智能制造

智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。

1.2 機電一體化

機電一體化技術是電子技術和機械技術的集合，由機械體、動力部分、執(zhí)行部位、遙感測試部分、信息處理單元等基本部分組成。如今還涵蓋了控制、光學、聲學、信息等技術，隨著這些科學技術的進步，機電一體化技術向著模塊化、網(wǎng)絡化、智能化的方向發(fā)展[4]。將人工智能技術融入機電一體化中，賦予系統(tǒng)信息處理、自動檢測、模擬和決策功能，實現(xiàn)對制造過程的智能控制。

1.3 機電一體化的技術特征

1.3.1 模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。

1.3.2 網(wǎng)絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網(wǎng)絡技術。網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們的日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品。

2 智能制造在機電一體化中的應用

中國在2014年提出了《中國制造2025》，旨在全面提高我國的制造業(yè)水平，屆時，我國將進入世界制造強國中的中等水平。在國家層面的大力支持下，智能制造得到了快速地推進，已經(jīng)被廣泛的應用到具體的生產(chǎn)領域中。

2.1 自動生產(chǎn)線和自動機械成為生產(chǎn)的主要場景

自動生產(chǎn)線和自動機械方面的應用是機電一體化技術在企業(yè)智能制造中的另一項主要應用，通過光電控制系統(tǒng)以及人機界面控制裝置等技術實現(xiàn)全部操作流程的控制和管理，該技術的應用范圍非常廣闊，例如：飲料自動生產(chǎn)線和印刷包裝生產(chǎn)線中都有這種技術的應用。與之相對應的柔性制造系統(tǒng)技術是一種將計算機、自動化倉庫以及數(shù)控機床等要素結(jié)合在一起的計算機化的制造系統(tǒng)技術，該技術能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡化、動態(tài)化的生產(chǎn)模式，不僅可以節(jié)省大量的人力、物力以及實踐，還能夠滿足不同用戶的不同要求，這類技術主要應用在設計要求高、種類較多的中小型企業(yè)中。

2.2 工業(yè)機器人投入生產(chǎn)

工業(yè)機器人是應用于工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度機器人，接受人類指令并按照預設的程序執(zhí)行運動和完成工作，是機電一體化技術在智能制造中最先進的應用[5]。包括高精密減速器、高性能伺服電機、高速高性能控制器等關鍵技術，綜合機械、電子、控制、計算機、人工智能等多門學科。國產(chǎn)機器人行業(yè)迅速發(fā)展，涌現(xiàn)了一批著名品牌，如沈陽新松、廣州啟帆、上海新時達等。工業(yè)機器人的發(fā)展順應了我國人口紅利降低的現(xiàn)狀，實現(xiàn)機器換人，提高機械制造的質(zhì)量和效率，廣泛應用于汽車制造業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、冶金行業(yè)、化工行業(yè)、食品行業(yè)。

2.3 傳感器技術常態(tài)化

經(jīng)過對我國智能制造業(yè)實際生產(chǎn)過程的深入觀察可以發(fā)現(xiàn)，機電一體化在智能制造領域的實際運用中必然會涉及與企業(yè)生產(chǎn)活動相關的核心技術，比如傳感技術。該技術在智能制造的過程中承擔著信息傳遞和信息接收的重要意義。當傳感技術與智能制造技術合二為一的時候，智能制造生產(chǎn)活動的準確性和靈敏性將會大幅度增加；同時智能制造技術還將反作用于傳感技術，即利用智能制造技術構(gòu)建專門的傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，保障傳感技術不受到其他外在信號的干擾。在智能制造生產(chǎn)過程中，傳感器具有對目標信號收集的作用，其能夠通過無線傳感器網(wǎng)絡來傳輸信號，然后再由計算機來對信息進行分析和處理，這樣能夠嚴格監(jiān)控和管理智能制造業(yè)的生產(chǎn)過程。

3 智能制造背景下機電一體化技術發(fā)展的前景分析

在制造業(yè)轉(zhuǎn)型的過程中，智能裝備的發(fā)展不可忽視，制造業(yè)升級需要智能裝備幫助一般制造業(yè)從繁重的人力勞動中解脫，降低生產(chǎn)成本，更多的投入到研發(fā)和服務中去，建立新的發(fā)展模式。

3.1 國家產(chǎn)業(yè)政策大力支持智能裝備發(fā)展

為了貫徹落實《國務院加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，加快智能制造裝備的創(chuàng)新發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化，發(fā)改委、財政部、工信部組織實施了智能制造裝備發(fā)展專項，專項重點支持智能測控裝置、重大智能成套裝備的研發(fā)和示范應用，以及重點領域的數(shù)字化車間的示范建設。支持項目包括焊接自動化生產(chǎn)線、沖壓生產(chǎn)線、自動化裝配生產(chǎn)線等項目，以及重卡的變速器、汽車車橋、汽車液壓油缸、發(fā)動機等加工裝配的生產(chǎn)線項目。

3.2 下游需求的穩(wěn)定增長提供廣闊發(fā)展空間

自動化生產(chǎn)線在發(fā)展初期，主要運用于汽車行業(yè)，經(jīng)過長期發(fā)展，汽車行業(yè)自動化程度已達較高水平。中國市場的汽車銷售量已經(jīng)連續(xù)八年全球第一，2016年銷量超過2800萬輛，未來即使保持個位數(shù)增長，其增量規(guī)模也很大。而隨著環(huán)保標準的不斷提升，以及客戶對汽車消費品質(zhì)的提升、個體化和差異化消費需求增長，汽車生產(chǎn)向差異化小規(guī)模等定制生產(chǎn)模式方向發(fā)展，汽車生產(chǎn)廠商管理向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)方向發(fā)展，新車型的推出速度和更新?lián)Q代周期不斷加快，這些趨勢都對以自動化生產(chǎn)線為代表的汽車制造裝備的自動化、柔性化、智能化和信息化水平提出了更高的要求，相應汽車行業(yè)固定資產(chǎn)投資將保持持續(xù)較快的增長。

目前，我國正處于經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整和工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關鍵時期，加快發(fā)展以智能制造裝備為代表的高端裝備制造業(yè)，用高端制造裝備改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)成為增強我國制造業(yè)核心競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力的重要著力點。

4 結(jié)論

在以往的生產(chǎn)中機電一體化技術已經(jīng)能很好的滿足生產(chǎn)領域中一般性的生產(chǎn)，但是隨著科技的進步，智能裝備技術已經(jīng)趨于成熟，開始大規(guī)模進入生產(chǎn)領域，智能裝備技術對傳統(tǒng)的機電一體化技術進行了很好的改造，生產(chǎn)效益和市場效率都得到了大幅的提升。

當前我國正處在經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的關鍵時期，也是進入“十三五”規(guī)劃的第三個年頭，我國在智能裝備制造領域已經(jīng)取得了一定的突破，智能裝備技術在機電一體化中的廣泛應用，一方面提高了我國制造業(yè)的整體水平，為我國的經(jīng)濟轉(zhuǎn)型打下堅實的技術基礎，另一方面為我國的裝備制造業(yè)走向全球指引了明確的方向。