智能制造中的機(jī)電一體化技術(shù)探究

呂亞偉，沈 威

（浙江省機(jī)電設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310051）

0 引言

科技水平的不斷提高，標(biāo)志著各行各業(yè)迎來了全新的上升空間，機(jī)電一體化技術(shù)日趨成熟，意味著制造業(yè)有更多的改變，智能制造將不再只是空談。機(jī)電一體化技術(shù)可以說是一種全新的現(xiàn)代化技術(shù)，是一種集百家之長的混合型技術(shù)，在推進(jìn)制造業(yè)甚至整個工業(yè)的發(fā)展有著極為重要的作用。對于智能制造而言，機(jī)電一體化技術(shù)的有效運(yùn)用，將有效提升設(shè)備整體的生產(chǎn)效率，其符合未來的發(fā)展趨勢，因此，有必要對機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造領(lǐng)域的運(yùn)用路徑展開研究。

1 智能制造與機(jī)電一體化技術(shù)

1.1 智能制造技術(shù)

智能制造即人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，是由人工智能理念延伸而出的現(xiàn)代化技術(shù)。基于5G技術(shù)的不斷成熟，智能制造技術(shù)在我國的應(yīng)用空間也在不斷增大。其標(biāo)志性的特點(diǎn)就是可以對所有設(shè)備的制造環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，確保各生產(chǎn)環(huán)節(jié)均可以穩(wěn)定進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。也可以將自動化技術(shù)理解為全時智能管家，其可以對所有的生產(chǎn)行為進(jìn)行自主分析，可以實(shí)時對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)錯誤的環(huán)節(jié)進(jìn)行修正，以此確保所有設(shè)備均可以按照既定要求被制造。智能制造技術(shù)的成熟，意味著我國的制造業(yè)水平即將邁入無人時代，企業(yè)將大幅減少人工等成本的投入，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價值。

1.2 機(jī)電一體化技術(shù)

機(jī)電一體化技術(shù)，是一種混合化、多元化的技術(shù)，可以將其理解為傳感器技術(shù)、信息技術(shù)以及數(shù)據(jù)技術(shù)等一眾現(xiàn)代化技術(shù)的結(jié)合體。與智能制造技術(shù)類似，機(jī)電一體化也擁有極強(qiáng)的控制力、數(shù)據(jù)處理能力。使用機(jī)電一體化技術(shù)，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)均可得到實(shí)時處理，這將進(jìn)一步提升智能制造的效率，讓各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)更加及時反饋到控制中心，設(shè)備制造的全過程將獲得更高的安全保障。此外，機(jī)電一體化技術(shù)因自身極為出色的控制能力，可以確保整體制造系統(tǒng)，控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。譬如在模塊化生產(chǎn)中，在確定相應(yīng)的模塊后，機(jī)電一體化技術(shù)能通過自身超強(qiáng)的信息處理能力，數(shù)據(jù)整合能力，對制造實(shí)行全程控制，使設(shè)備生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

2 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

2.1 彌補(bǔ)智能制造技術(shù)的不足

縱觀機(jī)電一體化技術(shù)與智能制造的核心技術(shù)來看，其涵蓋了信息技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及機(jī)械技術(shù)等多種技術(shù)，有著極高的互通性。對于智能制造而言，機(jī)電一體化技術(shù)的納入使用，意味著智能制造得到了一次極大的補(bǔ)足，其將有效提升智能制造的整體水平，消解智能技術(shù)運(yùn)用過程中的種種不足。其次，機(jī)電一體化技術(shù)與智能制造技術(shù)的充分結(jié)合，將構(gòu)建出完整的智能創(chuàng)造體系，技術(shù)的應(yīng)用范圍將得到極大的擴(kuò)充，為制造業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，提供核心技術(shù)支持。

2.2 消除智能制造技術(shù)的局限性

相較于傳統(tǒng)制造業(yè)，智能制造技術(shù)雖然擁有更便捷的操控性、更高的安全性以及更高的效率，但是始終存在制造局限性，無法滿足所有的制造需求。而機(jī)電一體化技術(shù)的加入，讓智能制造技術(shù)的局限性被打破。通過機(jī)電一體化技術(shù)，生產(chǎn)將完全實(shí)現(xiàn)無人化，制造過程的操控形式也可以變得更加多樣，即自動操控與人工遠(yuǎn)程操控。多元化的操控方式將使智能制造技術(shù)得到更多拓展的可能性，可以在更多的制造領(lǐng)域中發(fā)揮性能。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用路徑

3.1 信號處理技術(shù)的應(yīng)用

智能制造的局限性主要來自信號處理方面，因?yàn)橹悄苤圃旒夹g(shù)是一種聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，所有的數(shù)據(jù)均需要通過網(wǎng)絡(luò)信號傳遞，若網(wǎng)絡(luò)通訊終端，則將喪失所有功能，而通過運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，信號的傳輸方式將改為電信號傳輸，這意味著整體制造過程將擺脫網(wǎng)絡(luò)信號的掣肘[1]。具體運(yùn)用模式為依靠機(jī)電一體化技術(shù)特有的電信號傳輸平臺，對網(wǎng)絡(luò)傳輸信息進(jìn)行模擬，這樣的方式可以將所有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過傳遞數(shù)字信號的方式，實(shí)現(xiàn)全方位信號傳送與處理。還可以打造雙模信號系統(tǒng)，即構(gòu)建由網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與數(shù)字信號同步化傳輸通道，在制造過程中，數(shù)據(jù)將優(yōu)先通過更暢通的通道進(jìn)行傳輸處理，以此使裝備的制造始終保持更高的效率，確保智能制造技術(shù)可以更迅速的處理各類信息。

3.2 計算機(jī)集成數(shù)字化采集技術(shù)的應(yīng)用

計算機(jī)集成數(shù)字化采集技術(shù)，即由計算機(jī)和數(shù)字傳感器結(jié)合而成的技術(shù)手段，在應(yīng)用過程中，由數(shù)字傳感器捕捉的各類信息均能在計算機(jī)中得以儲存，最終依靠人工計算或大數(shù)據(jù)技術(shù)智能計算的方式，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及歸納。在智能制造技術(shù)中運(yùn)用該技術(shù)，可以有效提升智能制造技術(shù)對各項(xiàng)設(shè)備制造信息的監(jiān)控力度，無論是設(shè)備信息還是制造信息將得到更迅速的反饋。此外，該技術(shù)在智能制造技術(shù)中運(yùn)用，還可以實(shí)現(xiàn)更多技術(shù)的拓展，譬如數(shù)據(jù)信息管理、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)取８匾氖窍噍^于其他技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)非常成熟，可以在智能制造中充分釋放自身功能，使智能制造技術(shù)的數(shù)據(jù)處理功能得到充分的提升。

3.3 傳感器技術(shù)的應(yīng)用

傳感器技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中應(yīng)用非常頻繁的一項(xiàng)技術(shù)，其最主要的功能是實(shí)時傳輸各項(xiàng)需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)到控制中心，由監(jiān)控中心及時根據(jù)需要做出調(diào)整。在智能制造中運(yùn)用傳感器技術(shù)，可以確保在極短的時間內(nèi)，對某一特定生產(chǎn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)做出判斷，這樣的改變將加速設(shè)備的生產(chǎn)速度[2]。其次，運(yùn)用傳感器技術(shù)，智能制造技術(shù)的指令執(zhí)行能力將得到有效的補(bǔ)足，可以使各項(xiàng)指令更迅速地在各個制造環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，各項(xiàng)制造信息也更迅速反饋至終端。最后，也是最重要的一點(diǎn)，傳感器技術(shù)的運(yùn)用將最大程度地降低智能制造技術(shù)處理各項(xiàng)數(shù)據(jù)的延遲性，在以往因?yàn)閿?shù)據(jù)量過大的情況，若超出智能制造技術(shù)的處理能力，數(shù)據(jù)并不能得到及時的處理，而傳感器技術(shù)的運(yùn)用，可以使所有數(shù)據(jù)的傳輸處理均保持在一個極高的水準(zhǔn)內(nèi)，解決因信息延遲出現(xiàn)的各類不良影響。

3.4 工業(yè)智能機(jī)器人的應(yīng)用

對于制造業(yè)而言，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)、自動化生產(chǎn)以及智能化生產(chǎn)是制造業(yè)不斷升級的主要方向。工業(yè)智能機(jī)器人則是機(jī)電一體化技術(shù)和智能創(chuàng)造技術(shù)結(jié)合而誕生的產(chǎn)物。工業(yè)智能機(jī)器人的出現(xiàn)，可以是智能制造技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)包含的種種功能進(jìn)行整合及實(shí)現(xiàn)的集成化功能。這樣的改變，將使各項(xiàng)技術(shù)獲得統(tǒng)一調(diào)度的平臺，工業(yè)智能機(jī)器人中包含的各類操作程序，可以使各項(xiàng)技術(shù)及西寧完美的配合，技術(shù)的使用將具備更高的秩序。工業(yè)智能機(jī)器人因?yàn)橹悄苤圃旒夹g(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的緣故，可以運(yùn)用人工思維、數(shù)據(jù)算法以及控制技術(shù)等，在使用過程中，其可以對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算模擬分析，最終下達(dá)最準(zhǔn)確的指令。與單一的執(zhí)行命令不同，工業(yè)智能機(jī)器人在下達(dá)或執(zhí)行某一命令時，會自動對該項(xiàng)命令進(jìn)行分析，例如分析執(zhí)行該項(xiàng)命令是否會對其他制造環(huán)節(jié)造成影響，若存在影響，其會在分析之后下達(dá)相應(yīng)的矯正命令，確保各制造環(huán)節(jié)已然可以穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

3.5 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)是非常成熟的一項(xiàng)技術(shù)，在以往人工機(jī)械制造過程中就有著廣泛的應(yīng)用，但其同樣是機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成部分。其最主要的功能就是可以提供更高的操作精確度，實(shí)現(xiàn)制式化生產(chǎn)，確保所有設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)保持一致。其次，數(shù)控技術(shù)也滿足智能化技術(shù)的使用需求，在早期通過對數(shù)控設(shè)備下達(dá)指令，設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，擁有極高的效率。在智能制造技術(shù)中應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，設(shè)備制造的精確度將得到有效的提升，且因?yàn)橹悄苤圃熘悄芸刂葡到y(tǒng)的加持，數(shù)控技術(shù)所提供的生產(chǎn)效率也將進(jìn)一步提高。

3.6 生產(chǎn)制造遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用

在設(shè)備制造的過程中，整體作業(yè)的安全性是各項(xiàng)制造工序開展的前提，相較于以往的人工制造模式，智能制造技術(shù)無疑呈現(xiàn)出了更高的安全性。遠(yuǎn)程控制技術(shù)就是機(jī)電一體化技術(shù)中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)分支，該技術(shù)也符合智能制造技術(shù)的制造理念，即高效、無人且自動化制造。但機(jī)電一體化技術(shù)中的遠(yuǎn)程控制技術(shù)，有著非常明顯的弊病，即信息傳輸?shù)姆秶邢蓿瑹o法實(shí)現(xiàn)真正的無線傳輸。將其與智能制造技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，該方面的局限性將被有效打破，且能為智能制造技術(shù)的信息傳輸提供更多可能性。因?yàn)橹悄苤圃旒夹g(shù)在傳輸信號時，是通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，這就意味著在進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時，可以通過網(wǎng)絡(luò)完成更遠(yuǎn)距離的控制。同時，在網(wǎng)絡(luò)信號不佳時，亦能繼續(xù)通過電信號的形式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。多元化的控制使制造遠(yuǎn)程控制的安全性也得到了有效的提升，譬如依靠網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，外部互聯(lián)網(wǎng)中是存在風(fēng)險的，而兩種信號模式的混合使用，可以使信號純熟實(shí)現(xiàn)多模組傳輸，以此降低在傳輸過程中數(shù)據(jù)丟失或被截取的可能性。最后，遠(yuǎn)程控制技術(shù)的使用路徑也非常多元，其不僅可以應(yīng)用在對各項(xiàng)操作的控制，更是可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程排查故障等。

3.7 自動生產(chǎn)線的應(yīng)用

以往所使用的人工生產(chǎn)模式，生產(chǎn)效率質(zhì)量都會受到人為操作的影響。因此設(shè)備制造存在非常多質(zhì)量瑕疵以及故障率，無法實(shí)現(xiàn)零失誤作業(yè)，也無法實(shí)現(xiàn)長時間持續(xù)作業(yè)。而自動化生產(chǎn)線的出現(xiàn)極大地解決了人工生產(chǎn)這些方面的問題。可以說，自動生產(chǎn)線的應(yīng)用，也標(biāo)志著我國的設(shè)備制造邁入了全新的領(lǐng)域，設(shè)備制造的人工成本得到了降低，設(shè)備制造工藝、制造質(zhì)量、效率及效益都得到了提升。在智能制造中應(yīng)用自動生產(chǎn)線技術(shù)，其主要承擔(dān)一個承接生產(chǎn)指令的角色，即在下達(dá)相應(yīng)的生產(chǎn)命令后，自動生產(chǎn)線將按照命令完成相應(yīng)產(chǎn)品的制造，使智能制造技術(shù)更高效的獲取產(chǎn)品結(jié)果[4]。隨著設(shè)備制造實(shí)現(xiàn)自動化，自動生產(chǎn)線的加入，可以幫助智能制造實(shí)現(xiàn)集成式管理，即開設(shè)多條自動化生產(chǎn)線，由智能制造技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，使多條自動生產(chǎn)線形成協(xié)同生產(chǎn)，提升生產(chǎn)效率，亦可通過智能制造技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，使不同的自動生產(chǎn)線同時成產(chǎn)不同的設(shè)備，完成截然不同的設(shè)備制造需求，使制造企業(yè)的設(shè)備產(chǎn)出量不斷攀升，以此獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

3.8 柔性制造工藝的應(yīng)用

柔性制造工藝其實(shí)是一種具備綜合性的設(shè)備制造運(yùn)行系統(tǒng)，其可以與智能制造技術(shù)有關(guān)的所有模塊進(jìn)行充分結(jié)合，繼而使整體設(shè)備制造系統(tǒng)按照實(shí)際制造需求，完成自我優(yōu)化。通俗來講，就是指在設(shè)備制造的過程中，一類技術(shù)無法有效地發(fā)揮功能或運(yùn)用該技術(shù)制造得到的設(shè)備無法達(dá)成既定質(zhì)量需求時，該系統(tǒng)將自動作出相關(guān)的反饋，并對整體設(shè)備生產(chǎn)進(jìn)行檢索，判斷是否有可以滿足此設(shè)備生產(chǎn)需求的技術(shù)，自動完成技術(shù)的更替，既保證了智能制造的連續(xù)性，又保證了設(shè)備生產(chǎn)的實(shí)際質(zhì)量[5]。可以說智能制造技術(shù)因?yàn)槿嵝灾圃旃に嚨募尤耄趯?shí)現(xiàn)大批量自動化制造的同時，所有設(shè)備的生產(chǎn)誤差將得到極為出色的控制，使生產(chǎn)可以隨時因?yàn)樯a(chǎn)參數(shù)的變化，進(jìn)行最優(yōu)處理。在制造設(shè)備時，柔性制造工藝還可以根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動判斷該設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)，選擇最契合的生產(chǎn)技術(shù)以及生產(chǎn)方案。

4 智能制造的未來發(fā)展趨勢

智能制造技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)未來發(fā)展會更好。二者的融合在未來會創(chuàng)造出更高的應(yīng)用價值。可以預(yù)見，未來的制造業(yè)有可能完全脫離人工模式，將徹底轉(zhuǎn)為由人工智能、柔性綜合系統(tǒng)以及機(jī)電一體化技術(shù)形成的智能制造模式。因?yàn)槿斯ぶ悄艿燃舛丝萍茧S著時代的演變早已不再不可觸摸，我國計算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，已然可以實(shí)現(xiàn)通過各類設(shè)備對人類思維的高度模擬。這些構(gòu)想實(shí)現(xiàn)的時間并不會太長，設(shè)備制造必然會因?yàn)楦喔呒舛思夹g(shù)的支持，而到達(dá)更高的臺階。

5 結(jié)語

綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)對智能制造技術(shù)有著極為重要的補(bǔ)足作用，將機(jī)電一體化技術(shù)中涵蓋的多項(xiàng)技術(shù)與智能制造技術(shù)進(jìn)行充分融合，智能制造技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用能力將得到有效的提升。而且因?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)與智能制造技術(shù)的高互通性，兩者的融合并不存在過高的門檻，所以智能制造技術(shù)融合機(jī)電一體化技術(shù)的成本不會很高，但最終獲得的正向收益會非常高。智能制造技術(shù)的應(yīng)用水平不斷提高，標(biāo)志著我國智能制造水平的不斷提升，標(biāo)志著制造行業(yè)的不斷進(jìn)步，更標(biāo)志著制造行業(yè)將迸發(fā)出更龐大的經(jīng)濟(jì)效能，進(jìn)一步推動我國的經(jīng)濟(jì)增長。