基于智能制造中的機電一體化技術(shù)初探

岳 雷

(內(nèi)蒙古宣悅科技有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯，017000 )

1 前言

中國制造業(yè)綜合實力呈良好發(fā)展的態(tài)勢，隨著對先進科學(xué)技術(shù)的研究以及應(yīng)用，其制造技術(shù)實現(xiàn)了巨大的突破，并擁有了更加強大的動力。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與完善，我國智能制造、自動化以及數(shù)字化水平均實現(xiàn)了一定程度的提升。因此，對于智能制造領(lǐng)域來說，必須高度重視機電一體化的研究與應(yīng)用，這將有利于促進我國成為制造強國。

2 智能制造與機電一體化技術(shù)的概念

2.1 智能制造

智能制造主要是以計算機模擬系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對工業(yè)各個環(huán)節(jié)進行智能化操作，從而達成預(yù)定制造目標。相比傳統(tǒng)工業(yè)制造模式來講，智能制造借助計算機模擬系統(tǒng)，能夠?qū)ιa(chǎn)各個環(huán)節(jié)進行細化，能夠?qū)ΜF(xiàn)有資源進行全面整合，從而實現(xiàn)生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量的提升。計算機模擬系統(tǒng)是智能制造的核心，該系統(tǒng)由專業(yè)人士與智能技巧共同組成，具體制造是由計算機模擬系統(tǒng)完成復(fù)雜計算、操作等工作，可將人類的設(shè)想轉(zhuǎn)化成為現(xiàn)實，即：具有可行性的工業(yè)生產(chǎn)流程。智能制造最大的優(yōu)勢在于將人類思維與計算機完美融合，可基于實際情況不斷完善，能夠充分提升生產(chǎn)性能，更是未來工業(yè)發(fā)展的主要趨勢[1]。

2.2 機電一體化技術(shù)

該技術(shù)是在傳統(tǒng)機械技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，經(jīng)過不斷發(fā)展、改進以及更新，從而將計算機技術(shù)、信息化技術(shù)、機械技術(shù)、傳感技術(shù)以及電子技術(shù)等集于一身的現(xiàn)代機械技術(shù)，是當(dāng)前制造領(lǐng)域較為成熟的自動化、模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)，并成功將傳統(tǒng)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)化成為集約生產(chǎn)模式。體現(xiàn)在：第一，有利于對整體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。曾經(jīng)有很長一段時間，在生產(chǎn)機械產(chǎn)品的過程中，為了能夠融入控制功能，就需要建立機械機構(gòu)，例如，變速齒輪、變速箱等，作用是對系統(tǒng)變速進行合理控制。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，將電子技術(shù)與齒輪變速進行融合，形成了變頻調(diào)速電子裝置，例如，機床走刀由電腦軟件完成，可基于實際情況進行調(diào)整，因此能夠?qū)φw結(jié)構(gòu)進行有效優(yōu)化。第二，系統(tǒng)控制朝著智能化完善。基于智能制造的機電一體化技術(shù)得到突破，以電子控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)需求設(shè)計程序，確保系統(tǒng)之中每一個動作與功能之間保持協(xié)調(diào)性，這樣才能有效發(fā)揮機電一體化的自動化功能，例如，信息自動處理功能、自動化檢測功能等。第三，機電一體化技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴大，體現(xiàn)在：(1)傳感技術(shù)，主要是在機械設(shè)備、電氣設(shè)備中安裝傳感器，可對相關(guān)信息進行及時收集、監(jiān)管以及反饋，為工作人員提供參考依據(jù)可及時完成調(diào)控。(2)信息處理技術(shù)。若要對機電設(shè)備等信息進行有效管理，那么就要確保信息的準確性，這就需要達到信息自動化處理的標準，可對收集到的信息進行自動化處理，將有利于提升設(shè)備的穩(wěn)定性。(3)自動控制技術(shù)，需要通過自動化控制系統(tǒng)進行實現(xiàn)，例如，可以采用PID閉環(huán)原理管控機電設(shè)備，可提升管理效能[2]。

3 基于智能制造中的機電一體化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用

最近幾年，我國機械加工行業(yè)的規(guī)模實現(xiàn)快速擴展，其中主要原因之一是機電一體化技術(shù)的全面落實與突破。機電一體化技術(shù)初期主要是應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，作用是促進機械制造的整體效果實現(xiàn)提升，尤其是提升了工業(yè)制造的生產(chǎn)效率。隨著對技術(shù)的深入研究以及突破，數(shù)控制造進入到智能化控制時代，一方面有效提升了產(chǎn)品生產(chǎn)的精準度，另外一方面也解放了工作人員的雙手，實現(xiàn)了勞動強度的降低。未來，要讓數(shù)控技術(shù)達到更好的效果，建議針對機械制造流程進行優(yōu)化，在實際制造過程中與CPU段寄存器(可結(jié)合制造需求匯編功能)進行結(jié)合完成操作，可對機械生產(chǎn)過程進行實時性爭端、智能化控制，進而讓機械加工流程更加立體化。

3.2 柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用

從機電一體化技術(shù)的范疇來看，所謂柔性制造系統(tǒng)具體包括的是物質(zhì)儲存系統(tǒng)以及信息系統(tǒng)。在柔性制造系統(tǒng)的支持下，可將加工對象進行靈活變化；同時，該系統(tǒng)是以成組技術(shù)為基礎(chǔ)，所以在實際應(yīng)用的過程中，首先，要對制造過程進行明確，并合理規(guī)劃加工制造設(shè)備與物料，然后通過計算機系統(tǒng)實現(xiàn)有效控制。現(xiàn)階段，柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用范圍正在不斷擴大，其效果比較穩(wěn)定，借助中央計算機系統(tǒng)完成機床傳輸以及各個功能的控制，不僅能夠滿足多種產(chǎn)品的成批生產(chǎn)，而且還可以同時對幾種不同零件進行加工，具體需要根據(jù)制造需求進行調(diào)整[3]。

3.3 傳感技術(shù)的應(yīng)用

在機電一體化技術(shù)中，傳感器技術(shù)是非常重要的組成部分。現(xiàn)階段，傳感器技術(shù)在實際應(yīng)用中發(fā)揮著比較大的優(yōu)勢，借助該技術(shù)能夠全面監(jiān)控外界情況，而且可以在實際生產(chǎn)過程中構(gòu)建與之相對應(yīng)的傳感器終端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠有效處理傳感器所收集到的各種信息數(shù)據(jù)。從實際應(yīng)用成效來看，還需要借助計算機系統(tǒng)完成傳感器的信號，從而對各種信息數(shù)據(jù)進行精準掌握。如今，光纖傳感器應(yīng)用范圍極廣，作為一種比較特殊的類型，前期投入的成本很大，目前主要在汽車等機械生產(chǎn)中進行應(yīng)用。以長春一汽汽車生產(chǎn)為例，圖1為長春汽車生產(chǎn)體系對汽車設(shè)置有激光測距雷達裝置，該設(shè)計足以體現(xiàn)傳感器技術(shù)在智能制造中的具體應(yīng)用。將激光測距雷達安裝在汽車的前后方，可以及時提醒司機汽車周圍存在的障礙物，從而對距離進行合理控制。激光測距雷達裝置可以幫助實際準確判斷障礙物的距離變化情況，一旦距離過近，將會通過報警裝置報警，從而提升汽車駕駛的安全性。

圖1 基于傳感技術(shù)設(shè)計的激光測距雷達裝置[4]

3.4 工業(yè)機器人的應(yīng)用

工業(yè)機器人的應(yīng)用充分體現(xiàn)出機電一體化技術(shù)的智能化發(fā)展。工業(yè)機器人的工作效率比較高，而且能夠推動智能化制造的發(fā)展速度，可以提升加工制造的精準性與質(zhì)量。隨著工業(yè)機器人的不斷升級與改善，目前已經(jīng)具備了一定的智能化功能，工作人員與機器人之間可以完成一定程度溝通、互動；同時，機器人能夠適應(yīng)更多不同的工作環(huán)境，以快速靈活的速度按照產(chǎn)品的生產(chǎn)標準進行生產(chǎn)，特別是一些生產(chǎn)加工環(huán)境存在危害性與危險性，可用工業(yè)機器人代替人工模式，從而達到保障生產(chǎn)的安全性。工業(yè)機器人有導(dǎo)航、交互、傳感以及控制等四個基本系統(tǒng)，不同系統(tǒng)發(fā)揮不同作用，共同協(xié)作推進生產(chǎn)穩(wěn)定開展，可快速診斷故障并及時進行維護。具體來講，第一，導(dǎo)航系統(tǒng)，可結(jié)合實際需求對生產(chǎn)制造線路、故障檢測線路、原材料傳輸線路等進行規(guī)劃，一方面要滿足生產(chǎn)實際需求，另外一方面，要保障巡視的效果。第二，交互系統(tǒng)，作用是對操作者的指令進行傳達與轉(zhuǎn)化，進而保障機器人能夠嚴格按照預(yù)期規(guī)劃有序進行。第三，傳感系統(tǒng)，為了確保機器人能夠全面感知各位的環(huán)境以及監(jiān)控設(shè)備運行狀況，需要配置加速度感應(yīng)器以及紅外感應(yīng)器，可及時將相關(guān)信息傳達給操作者以及管理者。第四，控制系統(tǒng)，對傳感系統(tǒng)所采集的信息進行快速分析以及整合，可及時找到故障原因以及制定維修方案，以達到快速解決故障的目標。

3.5 專家系統(tǒng)的應(yīng)用

專家系統(tǒng)將人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)以及相關(guān)理論進行了全面融合，對某領(lǐng)域的專家經(jīng)驗、知識進行集中，并構(gòu)建以及完善經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，可為實際操作提供有參考依據(jù)的解決措施。具體來講，包括知識經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫、信號輸入系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、推理決策系統(tǒng)、信息與信號輸出系統(tǒng)等，具有分析決策、推理判斷、信息咨詢等功能，因此非常有利于解決制造設(shè)備故障中的“疑難雜癥”[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，基于智能制造中的機電一體化技術(shù)的應(yīng)用，很大程度上改變了傳統(tǒng)制造模式，使得制造效率與質(zhì)量得到了大幅度的提升，這也是制造領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢。其中，傳感器技術(shù)、工業(yè)機器人以及專家系統(tǒng)等，未來的發(fā)展空間很大，建議加強這些技術(shù)的研究與應(yīng)用，將能夠更大程度解放人力，從而促進我國制造水平的實現(xiàn)全面提升。