機電一體化技術在智能制造中的應用分析

郭文斌

（中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300452）

智能化制造技術在當前信息技術的背景下對智能化工業制造的發展具有積極的影響。機電集成技術是將多種學科知識和技術內容進行融合，在制造行業中能夠應對多種復雜作業情況，有利于智能化制造業的可持續發展。將機電一體化技術的可持續性進行研究，有利于工業智能化的可行性拓展，對其系統的創新發展也具有重要作用。

1 智能制造概述

在生產過程中，利用智能機器人取代人工操作的智能化系統是當代制造業的主要生產過程。利用智能化制造技術，以網絡技術為核心，通過網絡協同，將計算機和各種生產制造設備相連接，通過既定的程序控制設備進行機械化生產。這種綜合的智能化操作，對計算機技術的可持續創新發展也具有極大的挑戰，但將其技術進行生產加工，融合其計算機智能化計算過程，模擬人腦的智能化操作，從判斷、分析到思維的拓展等過程，都需要計算機系統的數據應用，以柔性的思維運算模式，取替傳統人工腦力活動。相對傳統機械制造行業的局限性，當代的智能化制造，應用機電一體化技術，其工作效能較高，投入能耗較小，與當代信息數據時代的智能化發展相匹配。

2 機電一體化技術特點及應用優勢分析

機電集成技術通過本項目的實施，不僅可以充分發揮多個領域的技術優勢，還可以監測優化目標，優化整個系統的資源，從而減少系統的運行能耗，提升系統的運行效率。同時，借助信號傳遞技術，可以實時調節系統的工作參數及工作狀態，使其更加有效、安全地工作。在實踐中，機電集成技術的主要特征是：（1）結構優化。傳統上，為了實現機械產品的變速控制，一般都要對電機、齒輪箱等進行結構化設計，然后采用人工操作的方法對其進行控制。而機電一體化技術的興起，使傳統的需要人工操作的機電機構被變頻調速電子裝置所代替，優化總體生產效率，加強對智能化系統的控制效能。（2）系統的智能化。系統的智能化體現在其強大的運算能力和管理能力，通過一定的計算機語言對所有的網絡連接的設備進行控制，能夠達到綜合管理的效能。在智能化控制系統的操控下，所有的主要系統和子系統之間能夠建立一定的聯合關系，可根據其運行需求進行信息系統的自動化運算，不依靠人力進行故障排除和檢測。相對過去，這種技術上的變革，不但可以提高加工效率與品質，而且可以改善加工工藝與安全。（3）交易利益。以傳感與信息處理為核心的機電一體化技術，使其在控制性能、操作靈敏度等方面都有了長足的進步。有了上述分支技術的支撐，機電融合技術在應用時，可以使數據信息的處理過程變得更簡單、更有效，同時，也能更好地進行數據信息的交互，使數據信息的完整性得到最大程度的保障，為生產活動和系統的正常運轉提供了強有力的保證。

機電一體化的發展對于當前工業化制造行業具有一定的優勢：（1）能夠降低其應用的門檻。機電一體化行業對于多領域的生產都具有積極的促進意義，其技術應用的廣泛性，包括電子零件、航空航天以及機械制造加工等，其制造的零件可達到極高的精度，能夠與當前工業領域內的所有行業相關聯。還可以對其進行有效的補充，推動其多元化和長期化的發展。（2）增強 ITS的適用范圍。將機電集成技術引入智能制造，有助于優化與擴展智能制造技術，提升其應用范圍。比如，在機電一體化的條件下，要對生產裝置進行遙控，必須通過電信號的傳遞來完成；在智能制造領域，可以通過網絡信號的方式來完成。而將兩者有機地融合在一起，提升整體智能化操作的通時，完善其系統的綜合性，有利于其創新發展。（3）能有效地提升制造裝備的檢驗與維護能力。智能制造涉及的生產設備數量多、結構復雜，在運行中不可避免地會發生一些故障或異常現象。但因其結構復雜、結構復雜，當出現故障或異常時，檢修工作煩瑣，費時費力。而將機電融合技術融入智能制造中，其傳感器以及其自動監控系統都能夠在計算機的遠程控制下實現系統的自動化運轉，對相關設備的運行參數進行自適應的調整，監控其設備的啟動狀態，為其正常的工作和生產提供最佳的便利條件。同時，在自動化監控的過程中，還能夠自動存儲其監控數據，上傳到云端儲存，為后續的人工運維提供方便，機電一體化系統的綜合性工作效能，能夠為其行業的發展提供更多的便捷性。

3 機電一體化技術與智能制造的相關性分析

機電一體化是多個學科的結合和融合，在諸多領域的支持下，體現出綜合性的優勢。根據當前工業領域的發展近況，將機電一體化技術與智能技術相結合，對于其生產方面來說，不僅是技術上的互補，也是智能化可持續發展的關鍵性內容。根據當前信息化社會的構建因素來說，工業化的可持續發展是其智能化技術的最佳體現，當機電技術與智能化技術銜接，不僅僅是促進了工業生產領域的創新發展，也是工業研究領域的拓展。因此，從其技術和理論研究等范圍來看，智能化的關鍵是機電一體化的融合發展，而工業生產效率的提升，必須在智能化基礎上進行機電一體化的技術更新。

4 機電一體化技術在智能制造中的具體應用

4.1 傳感器技術的應用

傳感器是對信息收集的關鍵性元素，機電一體化技術的創新發展離不開傳感器的支撐。在智能化制造領域中，傳感器的制造水平不斷升級，在靈敏度和數據傳輸精確度方面具有極大的提升。尤其是在智能制造業的傳感器更新中，所有器件的刷新率會隨設備的升級和計算機系統的更新，進行檢測范圍和數據傳輸的高效率升級。使智能制造中的數據信息傳遞的及時性、有序性和完整性得到充分的保證。利用計算機技術對實際數控加工的全過程進行了直觀的表示，對生產實踐具有十分重要的指導意義。它的出現標志著我國機電技術向信息化、快速邁進了一大步。

4.2 數控技術的應用

數控技術作為一種新興的機械制造技術，其發展到今天，已經具備了相當的成熟度。數控技術需要通過一定的程序對相關的電子設備進行驅動，計算機語言在此過程中較為重要。數控技術的創新發展對其機電一體化的智能化進程是其重要的組成部分。將PLC 控制技術與模糊控制理論相結合，應用計算機語言的編寫，在總體的語言框架基礎上融合動態化的仿真模型，能夠在網絡構建的基礎上將抽象化的數據具現化，將代碼語言轉化為圖形語言，這樣在生產過程中相關的技術人員和工作人員就能夠通過直觀的圖像信息，對工作流程的各種缺陷性問題進行探討，避免了技術壁壘與交流障礙。此外，相關的技術人員也能夠在數信息的動態化技術上，結合相應的代碼技術，調整工業生產的細節，進行遠程控制，提升工作效率的同時，減少人工投入成本。

4.3 自動化生產及信號處理技術的應用

在傳統的生產方式下，主要依靠人工操作的方式來完成，這種方式的工作效率很低，并且會受到人的影響。而在機電集成技術中，將自動化生產和信號處理技術運用到智能制造中，可以有效地推動自動化生產模式的實施，從而提高了生產效率，釋放了人力，并進一步提升了智能制造的生產品質，從而大幅度地提高了產品的性能。其主要特點是：生產過程的自動化和信號處理。

智能制造系統中需要采用雙控模式，在終端與后臺控制裝置進行統一的控制，利用同一網絡傳輸線路，對終端控制的所有設備的信號頻率進行連接，以實現后臺計算機的遠程控制。為了防止在數據傳輸過程中出現信號同頻干擾的情況，就需要應用智能化技術，在數據傳輸過程中確保其安全性和準確效率。主要應用自動化的信息處理技術，將信息的輸入與輸出內容進行邏輯判斷，進行信息的篩選和加工，并借助PLC 技術，提高智能制造的效率與安全。

4.4 遠程監控技術的應用

遠程監控技術的應用為制造業的發展提供了安全的制作環境，有利于員工的安全生產。機電一體化技術的創新為智能化領域的安全性問題也提供了很好的發展環境。在穩固生產環境方面，可以采用機電一體化信息技術中的相關傳感器，利用靈敏的信息捕捉能力，對設備的所有參數進行監控，對其可能出現的故障信息進行識別，有針對性地預防其生產操作故障行為。在此過程中，通過傳感技術之間的數據傳輸，上傳到智能制造系統，在后臺的控制系統中能夠計算機將接收的數據信息，通過相應的技術轉化為圖形語言或計算機語言，對智能制造系統的異常運行狀況預警。相對在現場進行人工監控，這種通過計算機進行遠程操控的手段，更利于安全生產。也解放了大量的人力資源，將高風險的生產作業中的工人的生命安全進行最大程度的保護。

4.5 柔性制造技術的應用

將CNC 管理與多種信息控制系統相結合，以柔性的制造技術為基礎，能夠更加靈活地應對系統的操控。在工業生產中，許多的工業設備都需要提前進行程序的編寫，但在其具體的執行操作中，必然會因為設備的故障和操作障礙問題，產生一定的問題。針對這種可能出現的故障性問題，機電一體化系統在智能化技術的支持下，就可以采用多程序的控制系統，針對其出現故障程序的行為進行判定，然后采用備用程序，或其他控制程序，對其進行系統的分析，采取最優的生產線路，對其進行智能化的處理，提高智能制造的科學性與高效性。

4.6 智能機器人技術的應用

智能機器人的類型多種多樣，被應用于多種作業環境，能夠適應人類難以承受的高溫、高壓等危險環境，更利于工業制造效率的提升，也減少因為人工操作而產生的危險事故。智能機器人是根據相應的傳感器和仿生程序結合而成，其主要模擬人體的勞動狀態，在生產過程中，可以按照計算機編程程序進行作業。在程序的控制下，不會產生其他多余的動作，在生產效率上，具有高效性。

同時，還可以通過安裝在執行端的各種傳感器，對生產運行中產生的各種數據進行實時收集，并通過人工智能技術對收集的數據進行深入的分析，進而自動地優化與調整自己的工作流程與操作精度，從而持續提高生產的質量與效率。本項目的研究成果將為實現高精度、高強度、高風險、高精度的智能制造提供新的解決方案。當前，在智能化生產過程中，常用的是焊接機器人、搬運機器人和裝配機器人。

4.7 機器視覺檢測技術的應用

在智能化制造中，機器視覺模仿人類的眼睛，對加工中的圖形進行解析，并對其進行識別與檢測；該系統模仿人類的大腦，對數據進行識別，并利用計算機視覺進行信息的抽取。運用計算機數據庫技術，將有關信息進行歸類、分析和歸類，并將其運用到生產全流程中，從而達到對生產全過程的有效控制。監測技術在實踐中的應用，主要有：（1）對象的分類。即使在使用材質的過程中，上級、下級、采集的影像、分析以及對應的結果都要借助視覺識別技術與檢測；材質對準的最后完成。（2）圖像檢測。此階段的重點是對制品的質量進行檢驗。該系統通過對采集到的圖像進行對比和分析，從而可以迅速地得到檢測結果。比如，產品條碼鑒別與玻璃瓶瑕疵鑒別等都有很大的區別。（3）視覺定位。在應用這種方法時，為了進行下一步驟的生產，必須先確定產品的立體空間坐標。工業攝像機在拍攝商品時，必須先拍攝出商品的圖片，然后經過可視化軟件的自動比對和分析，從而獲得商品的精確定位。“機器視覺”是一項集自動控制和智能控制于一身的新技術，它可以對工件的表面參數進行實時處理、整合和記錄。在生產實踐中，利用這些參數信息，可以對零件的缺陷或缺陷進行判斷。該方法更加合理，更加規范，更加有效地提高了系統測試的準確性。另外，這種方法成本低，數據保存時間長，便于檢索和分析。

5 結語

綜上所述，機電一體化技術為智能制造提供新的思路。所以，在新的時代背景下，有關的產業和公司都要充分認識到機電集成技術在智能制造中的重要作用和價值，將傳感器技術、數控技術、信息處理技術、遠程監控技術、柔性制造技術等有機地結合在一起，促進我國智能制造健康高效發展。