智能制造背景下機電一體化技術發展

冼錦羲 廣東鴻圖武漢壓鑄有限公司

1 智能制造和機電一體化概述

1.1 智能制造

智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。

1.2 機電一體化

機電一體化技術是電子技術和機械技術的集合，由機械體、動力部分、執行部位、遙感測試部分、信息處理單元等基本部分組成。如今還涵蓋了控制、光學、聲學、信息等技術，隨著這些科學技術的進步，機電一體化技術向著模塊化、網絡化、智能化的方向發展[4]。將人工智能技術融入機電一體化中，賦予系統信息處理、自動檢測、模擬和決策功能，實現對制造過程的智能控制。

1.3 機電一體化的技術特征

1.3.1 模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。

1.3.2 網絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育以及人們的日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。

2 智能制造在機電一體化中的應用

中國在2014年提出了《中國制造2025》，旨在全面提高我國的制造業水平，屆時，我國將進入世界制造強國中的中等水平。在國家層面的大力支持下，智能制造得到了快速地推進，已經被廣泛的應用到具體的生產領域中。

2.1 自動生產線和自動機械成為生產的主要場景

自動生產線和自動機械方面的應用是機電一體化技術在企業智能制造中的另一項主要應用，通過光電控制系統以及人機界面控制裝置等技術實現全部操作流程的控制和管理，該技術的應用范圍非常廣闊，例如：飲料自動生產線和印刷包裝生產線中都有這種技術的應用。與之相對應的柔性制造系統技術是一種將計算機、自動化倉庫以及數控機床等要素結合在一起的計算機化的制造系統技術，該技術能夠實現網絡化、動態化的生產模式，不僅可以節省大量的人力、物力以及實踐，還能夠滿足不同用戶的不同要求，這類技術主要應用在設計要求高、種類較多的中小型企業中。

2.2 工業機器人投入生產

工業機器人是應用于工業領域的多關節機械手或多自由度機器人，接受人類指令并按照預設的程序執行運動和完成工作，是機電一體化技術在智能制造中最先進的應用[5]。包括高精密減速器、高性能伺服電機、高速高性能控制器等關鍵技術，綜合機械、電子、控制、計算機、人工智能等多門學科。國產機器人行業迅速發展，涌現了一批著名品牌，如沈陽新松、廣州啟帆、上海新時達等。工業機器人的發展順應了我國人口紅利降低的現狀，實現機器換人，提高機械制造的質量和效率，廣泛應用于汽車制造業、電子電氣行業、橡膠及塑料工業、冶金行業、化工行業、食品行業。

2.3 傳感器技術常態化

經過對我國智能制造業實際生產過程的深入觀察可以發現，機電一體化在智能制造領域的實際運用中必然會涉及與企業生產活動相關的核心技術，比如傳感技術。該技術在智能制造的過程中承擔著信息傳遞和信息接收的重要意義。當傳感技術與智能制造技術合二為一的時候，智能制造生產活動的準確性和靈敏性將會大幅度增加；同時智能制造技術還將反作用于傳感技術，即利用智能制造技術構建專門的傳感器網絡系統，保障傳感技術不受到其他外在信號的干擾。在智能制造生產過程中，傳感器具有對目標信號收集的作用，其能夠通過無線傳感器網絡來傳輸信號，然后再由計算機來對信息進行分析和處理，這樣能夠嚴格監控和管理智能制造業的生產過程。

3 智能制造背景下機電一體化技術發展的前景分析

在制造業轉型的過程中，智能裝備的發展不可忽視，制造業升級需要智能裝備幫助一般制造業從繁重的人力勞動中解脫，降低生產成本，更多的投入到研發和服務中去，建立新的發展模式。

3.1 國家產業政策大力支持智能裝備發展

為了貫徹落實《國務院加快培育和發展戰略性新興產業的決定》，加快智能制造裝備的創新發展和產業化，發改委、財政部、工信部組織實施了智能制造裝備發展專項，專項重點支持智能測控裝置、重大智能成套裝備的研發和示范應用，以及重點領域的數字化車間的示范建設。支持項目包括焊接自動化生產線、沖壓生產線、自動化裝配生產線等項目，以及重卡的變速器、汽車車橋、汽車液壓油缸、發動機等加工裝配的生產線項目。

3.2 下游需求的穩定增長提供廣闊發展空間

自動化生產線在發展初期，主要運用于汽車行業，經過長期發展，汽車行業自動化程度已達較高水平。中國市場的汽車銷售量已經連續八年全球第一，2016年銷量超過2800萬輛，未來即使保持個位數增長，其增量規模也很大。而隨著環保標準的不斷提升，以及客戶對汽車消費品質的提升、個體化和差異化消費需求增長，汽車生產向差異化小規模等定制生產模式方向發展，汽車生產廠商管理向工業互聯網、物聯網和大數據方向發展，新車型的推出速度和更新換代周期不斷加快，這些趨勢都對以自動化生產線為代表的汽車制造裝備的自動化、柔性化、智能化和信息化水平提出了更高的要求，相應汽車行業固定資產投資將保持持續較快的增長。

目前，我國正處于經濟結構調整和工業轉型升級的關鍵時期，加快發展以智能制造裝備為代表的高端裝備制造業，用高端制造裝備改造提升傳統產業，已經成為增強我國制造業核心競爭力和可持續發展能力的重要著力點。

4 結論

在以往的生產中機電一體化技術已經能很好的滿足生產領域中一般性的生產，但是隨著科技的進步，智能裝備技術已經趨于成熟，開始大規模進入生產領域，智能裝備技術對傳統的機電一體化技術進行了很好的改造，生產效益和市場效率都得到了大幅的提升。

當前我國正處在經濟轉型的關鍵時期，也是進入“十三五”規劃的第三個年頭，我國在智能裝備制造領域已經取得了一定的突破，智能裝備技術在機電一體化中的廣泛應用，一方面提高了我國制造業的整體水平，為我國的經濟轉型打下堅實的技術基礎，另一方面為我國的裝備制造業走向全球指引了明確的方向。