機(jī)電一體化技術(shù)在企業(yè)智能制造中的發(fā)展與應(yīng)用研究

林忠文

【摘 要】我國(guó)經(jīng)濟(jì)雖然正在高速發(fā)展，但是可以明顯看到我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在一定的失衡，網(wǎng)絡(luò)虛擬經(jīng)濟(jì)的高速繁榮掩蓋了我國(guó)實(shí)體經(jīng)濟(jì)未能跟上時(shí)代前沿步伐的問(wèn)題。在實(shí)體制造業(yè)中，機(jī)電一體化技術(shù)成為我國(guó)目前工業(yè)企業(yè)的重要技術(shù)組成，是目前復(fù)合交叉領(lǐng)域技術(shù)的代表，設(shè)計(jì)自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)等等，是智能化生產(chǎn)與智能化生活的關(guān)鍵技術(shù)。本文主要對(duì)于機(jī)電一體化與企業(yè)智能制造的發(fā)展做一個(gè)簡(jiǎn)單概述，研究探討機(jī)電一體化技術(shù)在企業(yè)智能制造中的相關(guān)應(yīng)用，希望對(duì)于我國(guó)智能制造業(yè)的發(fā)展提供一些參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化技術(shù)；企業(yè)智能制造；軟件硬件有機(jī)結(jié)合

隨著科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)于生活的要求也越來(lái)越高，原有的相互獨(dú)立的技術(shù)領(lǐng)域不能夠單獨(dú)滿足消費(fèi)者需求，因此各專業(yè)領(lǐng)域的交叉是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的必然。機(jī)電一體化就是在這一時(shí)代中交叉學(xué)科的代表之一，它以計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)為主體，同時(shí)也融合了其他各種知識(shí)，是一門具有豐富內(nèi)涵的獨(dú)立交叉學(xué)科。而企業(yè)智能制造與機(jī)電一體化技術(shù)的結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械制造進(jìn)行高精度的控制，提高企業(yè)智能制造的產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)也可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

一、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展概況

機(jī)電一體化雖然是一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，但是其誕生時(shí)間可以追溯到上世紀(jì)60年代之前，這一時(shí)期對(duì)電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的結(jié)合還處在無(wú)意識(shí)的階段，雖然得到了廣泛承認(rèn)但是并沒(méi)有深入研究。到了私人計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)，電子元器件的小型化水平大大提高，機(jī)電一體化技術(shù)得以快速發(fā)展，與信息技術(shù)相互促進(jìn)，發(fā)展迅疾。進(jìn)入新世紀(jì)之后，社會(huì)生產(chǎn)力與需求都有了很大的提高，因此對(duì)于機(jī)電一體化技術(shù)的重視程度也更上一層，我國(guó)及市場(chǎng)上的制造業(yè)企業(yè)都極為重視機(jī)電一體化技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。上世紀(jì)八十年代末，第一屆國(guó)際先進(jìn)機(jī)電一體化學(xué)術(shù)會(huì)議于東京召開(kāi)，標(biāo)志著機(jī)電一體化技術(shù)到了一個(gè)新階段，開(kāi)始向更加廣泛領(lǐng)域縱深發(fā)展。自此，各個(gè)工業(yè)大國(guó)也開(kāi)始重視機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)其發(fā)展制定較為完善的計(jì)劃。目前的機(jī)電一體化技術(shù)的前沿國(guó)家有美國(guó)、日本，這些國(guó)家的主要特點(diǎn)是工業(yè)基礎(chǔ)很好，信息電子技術(shù)的水平也處于先進(jìn)地位。美國(guó)憑借其完善的工業(yè)體系與豐富資源要更勝一籌，而日本在機(jī)器視覺(jué)與軟件技術(shù)的研究相對(duì)美國(guó)有所不足。現(xiàn)在國(guó)際上的機(jī)電一體化的前沿課題主要有：智能計(jì)算機(jī)芯片制造、具有深度學(xué)習(xí)能力的智能機(jī)器人技術(shù)，柔性制造系統(tǒng)與智能傳感器等。

二、企業(yè)智能制造技術(shù)的發(fā)展

我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也帶動(dòng)了各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，人民對(duì)于幸福生活有了更高的要求。為了滿足新時(shí)代人民對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的需求，機(jī)械制造技術(shù)也在不斷的提升，不斷引進(jìn)創(chuàng)新制造技術(shù)。智能制造技術(shù)是機(jī)械設(shè)備脫離人工控制，利用預(yù)設(shè)的軟件程序進(jìn)行操控，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)制造。它包含了一下幾點(diǎn)特征：脫離人工操作、計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)能力、與機(jī)械設(shè)備進(jìn)行反饋修正的能力。即智能化制造技術(shù)下的設(shè)備可以自行按照預(yù)設(shè)程序進(jìn)行工作，在工作期間可以不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)系，通過(guò)復(fù)雜的基因算法幫助計(jì)算機(jī)能夠自主吸收知識(shí)，不斷改進(jìn)加工方案，這與傳統(tǒng)機(jī)械加工手段截然不同在，傳統(tǒng)機(jī)械制造方案在應(yīng)用中會(huì)發(fā)現(xiàn)一些不足之處，之后則需要技術(shù)人員對(duì)于重新制造測(cè)試，分析找出問(wèn)題的確切原因，在重新規(guī)劃工藝方案與設(shè)備，而智能化制造的控制端口具備自主學(xué)習(xí)的能力，將制造過(guò)程中的接受信息生成日志報(bào)表，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后調(diào)出后臺(tái)報(bào)表進(jìn)行技術(shù)分析，自主生成解決方案，減少了許多不必要的環(huán)節(jié)，技術(shù)得以不斷優(yōu)化進(jìn)步。通過(guò)計(jì)算機(jī)快速編程、三維立體動(dòng)態(tài)展示模擬等手段對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過(guò)程進(jìn)行輔助，提高設(shè)計(jì)階段與加工階段的對(duì)接緊密程度，縮短機(jī)械生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，解放勞動(dòng)力，緩解目前的勞動(dòng)力困局。此外，利用智能制造，可以將一些不適合有人直接操作的加工環(huán)節(jié)，如高污染的、高輻射的、高危險(xiǎn)的工作環(huán)節(jié)，利用機(jī)器人替代可以減少安全事故的發(fā)生，更加可以利用機(jī)械的高精度操作來(lái)完成一些人工達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的加工，有效管理和控制生產(chǎn)細(xì)節(jié)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

三、機(jī)電一體化技術(shù)在企業(yè)智能制造中的發(fā)展與應(yīng)用

智能制造技術(shù)已經(jīng)在各種工業(yè)制造企業(yè)投入生產(chǎn)實(shí)踐，機(jī)電一體化技術(shù)與智能化生產(chǎn)緊密結(jié)合可以更好地促進(jìn)工業(yè)發(fā)展，為機(jī)械生產(chǎn)帶來(lái)新的方向，其中涉及一系列新的技術(shù)。

（一）傳感器技術(shù)的應(yīng)用

在智能化制造中對(duì)于數(shù)據(jù)的傳輸與收集主要應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用，利用傳感器技術(shù)將測(cè)試得到的數(shù)據(jù)輸送到計(jì)算機(jī)控制端。在傳感器技術(shù)的運(yùn)用中，要保證檢測(cè)的靈敏性與精確性，在制造加工中保證不受到其他因素的干擾，在企業(yè)智能制造中，為了保證數(shù)據(jù)的高效傳輸，需要建立無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，將傳感器收集的數(shù)據(jù)完整及時(shí)的傳輸?shù)诫娔X設(shè)備，利用非接觸是的檢測(cè)技術(shù)與光纖電纜傳感器實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)聯(lián)通，簡(jiǎn)化原有接口技術(shù)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)與管理的難度。

（二）數(shù)控智能控制技術(shù)

在現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床加工中，需要進(jìn)行預(yù)設(shè)編程來(lái)控制具體加工過(guò)程，在比較早的時(shí)候，數(shù)控領(lǐng)域就一直在開(kāi)始了機(jī)電一體化技術(shù)與智能化制造技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用。利用智能化技術(shù)將需要制造的零件性能完整的輸入計(jì)算機(jī)中，還需要計(jì)算機(jī)自行進(jìn)行延伸與擴(kuò)展，一些環(huán)節(jié)難以進(jìn)行建模，或者設(shè)計(jì)圖紙中沒(méi)有明確要求的模糊信息，這些需要智能控制技術(shù)進(jìn)行模糊處理，優(yōu)化執(zhí)行與管理環(huán)節(jié)。為了對(duì)接智能制造技術(shù)，數(shù)控機(jī)床運(yùn)用多總線多CPU的設(shè)置，這是為了方便在線診斷錯(cuò)誤與模糊控制智能的引入，實(shí)現(xiàn)真正脫離人工的高效自動(dòng)化生產(chǎn)，類似人腦的多過(guò)程復(fù)雜控制。

（三）柔性制造技術(shù)

企業(yè)智能制造需要面對(duì)更加靈活的生產(chǎn)，不因設(shè)備限制而只能完成有限的零件制造，理論上智能制造技術(shù)可以完成非常多的產(chǎn)品種類，這是在機(jī)電一體化中極為重要的一部分，柔性制造系統(tǒng)，它有計(jì)算機(jī)進(jìn)行終端控制，利用數(shù)控機(jī)床、光電控制系統(tǒng)、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、工業(yè)機(jī)器人、運(yùn)輸機(jī)器人等手段實(shí)現(xiàn)完整的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，在面對(duì)不同產(chǎn)品的不同工藝制造要求，可以通過(guò)修正計(jì)算機(jī)中的加工數(shù)據(jù)與模型進(jìn)行修正，這個(gè)柔性制造系統(tǒng)會(huì)按照設(shè)計(jì)制造的方案修正加工工藝順序，可以滿足現(xiàn)在的小批量的私人訂制產(chǎn)品，不需要由于頻繁的設(shè)計(jì)更改而增加設(shè)備的調(diào)整修正成本。

（四）微型化制造技術(shù)

微型化一直以來(lái)是電子信息產(chǎn)品的發(fā)展方向，智能制造技術(shù)也有此趨勢(shì)。近十余年來(lái)， 微機(jī)電系統(tǒng)（ Micro Electro Mechanic System ，MEMS）的發(fā)展十分迅速，是機(jī)電一體化技術(shù)的一項(xiàng)前沿技術(shù)分支，它主要特點(diǎn)是產(chǎn)品的體積小，而對(duì)于高精度加工技術(shù)、微電子技術(shù)、材料、微型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、微型零件的摩擦性質(zhì)研究等等領(lǐng)域都有著極高的要求。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中的蝕刻技術(shù)， 在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件，在這樣的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械與電子的融合，進(jìn)一步消弭了機(jī)械與控制器的區(qū)分，除了可以進(jìn)一步將機(jī)電一體化設(shè)備縮小外，將智能制造中的CPU、傳感器與最終的執(zhí)行器件融合起來(lái)，減小了原有能耗與在傳輸數(shù)據(jù)途中受到干擾的影響，具有極大的優(yōu)勢(shì)。

四、結(jié)語(yǔ)

智能制造技術(shù)是現(xiàn)在工業(yè)企業(yè)發(fā)展的主要方向，是制造業(yè)發(fā)展的必然結(jié)果，智能制造技術(shù)作為一項(xiàng)綜合性交叉技術(shù)，與許多科學(xué)技術(shù)關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，并且會(huì)起到相互促進(jìn)的作用，最終共同步入新的技術(shù)水平。因此，多學(xué)科交叉技術(shù)的未來(lái)技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)，而智能制造技術(shù)是這一趨勢(shì)的主要體現(xiàn)，其發(fā)展前景也將越來(lái)越光明。

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