機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的運(yùn)用分析

張良坤 張春平

[摘? ? 要]機(jī)電一體化發(fā)展，已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展動(dòng)力，被廣泛應(yīng)用到智能制造中，具備強(qiáng)大的綜合性能。機(jī)電一體化技術(shù)，能夠結(jié)合自動(dòng)化生產(chǎn)線、柔性控制系統(tǒng)，提升智能制造水平與效果。智能制造處于無(wú)人操控環(huán)境，采用編程方式，促進(jìn)機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。收集相關(guān)數(shù)據(jù)之后，能夠加強(qiáng)學(xué)習(xí)能力，實(shí)現(xiàn)自我優(yōu)化與修復(fù)。在本文研究中，注重分析機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的運(yùn)用問(wèn)題，僅供參考。

[關(guān)鍵詞]機(jī)電一體化技術(shù);智能制造;技術(shù)運(yùn)用

[中圖分類(lèi)號(hào)]TH-39;TH16 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）10–00–03

Analysis on the Application of Mechatronics Technology in Intelligent Manufacturing

Zhang Liang-kun，Zhang Chun-ping

[Abstract]The development of mechatronics has become a driving force for industrial development and is widely used in intelligent manufacturing with strong comprehensive performance. Mechatronics technology can combine automated production lines and flexible control systems to improve the level and effectiveness of intelligent manufacturing. Intelligent manufacturing is in an unmanned environment， using programming methods to promote the operation of machinery and equipment. After collecting relevant data， you can strengthen your learning ability and realize self-optimization and repair. In the research of this article， we focus on analyzing the application of mechatronics technology in intelligent manufacturing， which is for reference only.

[Keywords]Mechatronics technology; Intelligent manufacturing; Technology application

1 智能制造、機(jī)電一體化技術(shù)分析

智能制造屬于新型工業(yè)生產(chǎn)模式，利用計(jì)算機(jī)編程方式，對(duì)生產(chǎn)效益予以提升。智能制造為制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，深入研究和分析機(jī)電一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)、高新技術(shù)融合發(fā)展，提升一體化技術(shù)智能化水平，有效作用于智能制造業(yè)，競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力較強(qiáng)。在智能制造中，機(jī)電一體化技術(shù)快速應(yīng)用，可以模擬人類(lèi)思維與活動(dòng)，按照生產(chǎn)內(nèi)容提出操作指令，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)活動(dòng)與組裝測(cè)試，以此促進(jìn)生產(chǎn)活動(dòng)開(kāi)展。為了確保機(jī)電一體化技術(shù)更好地應(yīng)用到智能制造中，應(yīng)當(dāng)明確智能制造的作用和價(jià)值，做好分析與研究工作。在時(shí)代發(fā)展過(guò)程中，人力施工逐漸被機(jī)械施工模式所代替，不僅可以降低人力投入成本，還能夠加快工程施工效率。因此，為了提升工作效率，優(yōu)化改善機(jī)械性能，必須將一體化技術(shù)應(yīng)用到智能制造中。電力管理系統(tǒng)的探索應(yīng)用，能夠全面促進(jìn)機(jī)械一體化發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)智能制造的智能化、現(xiàn)代化與信息化發(fā)展。

機(jī)電一體化技術(shù)指的是將信息、控制和系統(tǒng)理論作為基礎(chǔ)理論，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合計(jì)算機(jī)、傳感器等現(xiàn)代信息技術(shù)，屬于融合多學(xué)科技術(shù)的產(chǎn)物之一。機(jī)電一體化技術(shù)主要由控制器和控制主體組成，結(jié)合了無(wú)線傳感、信息處理、實(shí)時(shí)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、計(jì)算機(jī)集成等技術(shù)，形成一門(mén)綜合性的交叉學(xué)科。在這些技術(shù)中，信息處理技術(shù)屬于機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成部分，信息處理技術(shù)主要將微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)相融合，能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)處理。機(jī)電一體化組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中，控制器主要由控制信息和信息處理部分組成，控制主體主要由機(jī)械本體、驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)、執(zhí)行元件組成。能量供應(yīng)主要是供應(yīng)系統(tǒng)能量。控制信息處理主要是處理和控制系統(tǒng)信息，通過(guò)傳感器檢測(cè)信號(hào)，按照一定的算法，存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和信息。并利用接口發(fā)出執(zhí)行命令，控制設(shè)定的動(dòng)作等。驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)元件主要是按照信息處理要求，對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)械進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械動(dòng)作。為了提供控制信息發(fā)送依據(jù)，對(duì)移動(dòng)機(jī)構(gòu)或物理量進(jìn)行檢測(cè)，并在基礎(chǔ)上向控制信息處理傳送信息。

2 智能制造中的機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用

2.1 傳感技術(shù)應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)中，傳感技術(shù)屬于重要技術(shù)。傳統(tǒng)技術(shù)具備高精確度、敏感性?xún)?yōu)勢(shì)，可以防止工業(yè)生產(chǎn)遭受信號(hào)干擾影響，全面展示出智能制造優(yōu)勢(shì)。在功能效果上，傳感技術(shù)可以建立傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息高效傳輸，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)收集和整合，高效控制工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。工業(yè)生產(chǎn)中，傳感器應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化接口，能夠確保設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度，減少成本投入。在應(yīng)用傳感技術(shù)時(shí)，通過(guò)光傳感器，檢測(cè)環(huán)境光度變化，同時(shí)檢測(cè)光度變化影響因素。在智能制造中，傳感器可以檢測(cè)出零件尺寸、物體位移信息，因此廣泛應(yīng)用到汽車(chē)、航空等領(lǐng)域，應(yīng)用價(jià)值顯著。

傳感器由3個(gè)部分組成，分別是光感、變換元件以及變換電路。傳感器組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

光照射到光感元件，光感元件將這種光以某種方式傳遞到變換元件，變換元件將接收到的信息以電學(xué)量的方式傳遞到變換電路，變換電路將電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行輸出。

2.2 數(shù)控生產(chǎn)

數(shù)控加工生產(chǎn)，技術(shù)要求比較高，必須全面提升機(jī)械制造水平。工業(yè)化發(fā)展下，機(jī)械指導(dǎo)水平多表現(xiàn)在機(jī)電一體化技術(shù)上。在數(shù)控生產(chǎn)中，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用，可以確保機(jī)械加工精度，確保機(jī)械加工效率。數(shù)控生產(chǎn)對(duì)智能制造要求高，多應(yīng)用中央處理器、總主線模式，可以實(shí)現(xiàn)在線診斷，建立三維仿真模型，科學(xué)控制工業(yè)生產(chǎn)，優(yōu)化完善數(shù)控加工生產(chǎn)，確保操作數(shù)據(jù)與信息準(zhǔn)確性。將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械制造業(yè)，能夠提升工作水平，并且對(duì)智能制造系統(tǒng)提出嚴(yán)格要求，可以處理多種數(shù)據(jù)信息。針對(duì)不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)，都必須加大控制與管理力度。科學(xué)應(yīng)用技術(shù)措施，確保生產(chǎn)過(guò)程控制與管理實(shí)效性，提升生產(chǎn)速度。

2.3 自動(dòng)生產(chǎn)與機(jī)械

當(dāng)企業(yè)規(guī)模較大時(shí)，需要應(yīng)用自動(dòng)化生產(chǎn)線，以此確保機(jī)械生產(chǎn)有效性，加強(qiáng)生產(chǎn)效率與質(zhì)量。機(jī)電一體化技術(shù)，通過(guò)電子技術(shù)把控光電控，在人機(jī)界面系統(tǒng)優(yōu)化完善控制裝置，詳細(xì)控制生產(chǎn)流程。自動(dòng)生產(chǎn)與機(jī)械結(jié)合可以擴(kuò)大應(yīng)用范圍，將自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用到科技產(chǎn)品中。在工業(yè)生產(chǎn)中，融合柔性系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)控制生產(chǎn)設(shè)備，以此加強(qiáng)集約化生產(chǎn)效果。

2.4 智能機(jī)器人

在機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展中，智能機(jī)器人屬于重要表現(xiàn)。智能機(jī)器人聯(lián)合機(jī)電一體化技術(shù)，融合仿生學(xué)科研成果，因此智能機(jī)器人成為發(fā)展重點(diǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)中，智能機(jī)器人應(yīng)用范圍擴(kuò)大，不僅可以提升產(chǎn)品質(zhì)量，還可以保護(hù)人員安全，增加生產(chǎn)數(shù)量，降低工作強(qiáng)度。在工業(yè)生產(chǎn)中，智能機(jī)器人能夠甄別和收集信息，快速完成復(fù)雜工作流程，確保產(chǎn)品質(zhì)量精準(zhǔn)度，以免產(chǎn)生大的安全事故。

2.5 自動(dòng)生產(chǎn)與自動(dòng)機(jī)械中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，企業(yè)開(kāi)始廣泛應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，以智能化制造技術(shù)最為常用，既可以體現(xiàn)出自動(dòng)生產(chǎn)線的應(yīng)用，還可以體現(xiàn)出自動(dòng)機(jī)械生產(chǎn)應(yīng)用。無(wú)論是電子技術(shù)，還是現(xiàn)代傳感技術(shù)，都可以應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。計(jì)算機(jī)制造系統(tǒng)，是一種柔性制造技術(shù)，能夠連接工業(yè)機(jī)器人、計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床，形成生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)技術(shù)，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著，同時(shí)可以滿足生產(chǎn)部門(mén)提出的問(wèn)題。

2.6 計(jì)算機(jī)集成化體制

戰(zhàn)略發(fā)展理念下，通過(guò)全局動(dòng)態(tài)形式，能夠優(yōu)化完善計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。在該體系中，系統(tǒng)并非簡(jiǎn)單組合，而是在當(dāng)前系統(tǒng)中，突破各部門(mén)界限。在該系統(tǒng)中，制造系統(tǒng)屬于主干系統(tǒng)。針對(duì)企業(yè)而言，當(dāng)具備集成性特征時(shí)，能夠優(yōu)化配置生產(chǎn)資源，提升生產(chǎn)開(kāi)發(fā)水平，由此激發(fā)出企業(yè)潛力。

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各控制器與儀表設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制，使現(xiàn)場(chǎng)可以有效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字通信與自動(dòng)化控制的完美結(jié)合。將它與智能設(shè)備的連接，組成自動(dòng)化系統(tǒng)綜合功能，以完成基本控制、補(bǔ)償計(jì)算等功能，代表將來(lái)工業(yè)體系的發(fā)展趨勢(shì)。

2.7 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是自適應(yīng)非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)之一，主要是通過(guò)模擬動(dòng)物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息傳遞過(guò)程，采用調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的連接方式，對(duì)信息進(jìn)行處理，通過(guò)設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如圖3所示。

圖3中，用qi（i=1，2，…，n）表示為輸入端的輸入信號(hào)，將wi描述為聯(lián)接強(qiáng)度系數(shù)，將∑描述為聯(lián)接后信號(hào)空間求和，用r表示為神經(jīng)元的閾值，用a表示為神經(jīng)元響應(yīng)函數(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型表示為：

（1）

x=a（z） （2）

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可對(duì)非線性函數(shù)實(shí)行處理，并在一定程度上逼近任意非線性連續(xù)函數(shù)，其自學(xué)能力較好，可以在復(fù)雜環(huán)境完成多目標(biāo)處理。為了應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的非線性和不確定性，設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力和自組織能力。自動(dòng)生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)若出現(xiàn)不確定性等問(wèn)題，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以提高容錯(cuò)性，通過(guò)單元之間的大量連接完成，多個(gè)較穩(wěn)定的平衡態(tài)系統(tǒng)演化的多樣性，幫助自動(dòng)生產(chǎn)解決不確定性等問(wèn)題。

3 緊固件制造行業(yè)在智能制造中應(yīng)用實(shí)踐

3.1 緊固件發(fā)展

工業(yè)快速發(fā)展，相應(yīng)帶動(dòng)了智能制造領(lǐng)域發(fā)展，開(kāi)始關(guān)注緊固件制造與應(yīng)用問(wèn)題，緊固件可以起到重要作用。在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)支持下，緊固件發(fā)展速度加快，開(kāi)始將其投入智能制造領(lǐng)域進(jìn)行研究。由于緊固件需求量逐年上升，應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，可以掌握緊固件性能與質(zhì)量，產(chǎn)品生產(chǎn)不再局限于傳統(tǒng)層面，開(kāi)始注重性能與質(zhì)量要求，根據(jù)緊固件制造發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)大量特種緊固件，以此滿足緊固件應(yīng)用要求。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

在近幾年發(fā)展中，計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)發(fā)展速度加快，計(jì)算機(jī)應(yīng)用市場(chǎng)需求發(fā)展多樣化，企業(yè)發(fā)展積累大量數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)成為熱門(mén)應(yīng)用表現(xiàn)，可以有效作用于數(shù)據(jù)信息管理與應(yīng)用中。數(shù)據(jù)庫(kù)功能與作用比較多，已經(jīng)成為重要的信息傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)、信息存儲(chǔ)技術(shù)。新興技術(shù)帶動(dòng)下，加快了數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展速度，在新技術(shù)體系下，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容逐漸豐富。注重研究和分析數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，可以有效推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，對(duì)社會(huì)發(fā)展的益處也比較大。

3.3 重要緊固件分析

螺栓分為5類(lèi)，以通用型螺栓內(nèi)六角螺栓最為常用。按照性能等級(jí)，可以將螺栓分為10級(jí)。高強(qiáng)度螺栓，等級(jí)在8.8級(jí)以上;普通螺栓，等級(jí)小于8.8級(jí)。工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以通用螺栓為主，可以加強(qiáng)連接部件抗疲勞性能，提升部件強(qiáng)度，還可以延長(zhǎng)使用壽命。

螺柱只有螺紋，無(wú)螺栓頭。使用期間，一端與帶有內(nèi)螺紋孔零件相連接，一端和螺母相連接。螺柱連接稱(chēng)為可拆卸連接，多應(yīng)用在厚度大且結(jié)構(gòu)緊湊的部件中。

螺母是通過(guò)與螺栓配合的緊固件，需要與同等級(jí)螺絲共同使用，起到固定連接作用，螺母形狀多為六邊形。

墊圈被連接件、螺母間放置緊固件。在正常情況下，主要為金屬圓環(huán)，避免連接件破壞螺母，同時(shí)可以分擔(dān)連接件承受壓力。使用期間，使用帶有預(yù)警功能的墊圈，改善螺栓抗疲勞壽命。墊圈包含雙同心鋼環(huán)，擰緊操作時(shí)，內(nèi)環(huán)受壓收縮，會(huì)夾住外環(huán)，起到預(yù)警效果，同時(shí)改善螺栓抗疲勞壽命。

墊圈鍵是穿束扭矩的緊固件作用，對(duì)象為軸與軸傳動(dòng)件。鍵的大小主要由連接件軸孔尺寸、傳輸扭曲大小決定。

3.4 緊固件參數(shù)數(shù)據(jù)表

緊固件信息管理系統(tǒng)圖，要求用戶管理緊固件數(shù)據(jù)，將緊固件螺栓螺母墊圈螺柱作為設(shè)計(jì)對(duì)象，建立標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)表。數(shù)據(jù)表為系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，在專(zhuān)業(yè)軟件支持下，數(shù)據(jù)表可以記錄羅晉內(nèi)徑外徑等參數(shù)，不同規(guī)格的參數(shù)也不同。當(dāng)規(guī)格為主鍵，則字段數(shù)據(jù)類(lèi)型為數(shù)字。

4 結(jié)束語(yǔ)

在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)顯著，能夠有效用到智能制造中，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化管理，以此提高工業(yè)生產(chǎn)效率，維護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)與社會(huì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。機(jī)電一體化技術(shù)，能夠作為智能制造中點(diǎn)，反映出工業(yè)生產(chǎn)智能制造實(shí)況。只有高度重視機(jī)電一體化水平，才可以提升工業(yè)生產(chǎn)智能化，優(yōu)化完善智能化建設(shè)。機(jī)電一體化技術(shù)快速發(fā)展，多數(shù)人員關(guān)注機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用，綜合體現(xiàn)出高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式優(yōu)化改革與創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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