機電一體化技術的應用及發展趨勢

摘要：人工智能技術、仿生技術以及信息處理技術的迅速崛起給機電一體化技術的應用帶來了新的思路。在當今的制造業與其它生產領域中，已經不存在單純的機械設備，而是根據實際產品功能及其加工工藝的需要，開發并應用了具備特定生產功能的數字化單機設備、制造系統、生產線甚至是計算機系統集成控制下的信息化制造系統。本文簡要介紹了機電一體化技術在生產領域中的應用情況，探討了制約機電一體化技術發展的核心技術問題，并分析了目前機電一體化的主要研究課題及其未來的研究與應用方向。

關鍵詞：發展趨勢；機電一體化；數字化；智能化

在將科研領域的研究成果進行集成應用方面，機電一體化的生產設備和裝置以及產品最具有代表性。在近四十年的發展過程中，通過先后將電子電力、自動控制以及計算機應用技術等融合到了制造業的生產技術和工業產品中，機電一體化已經徹底改變了企業生產與管理工作的內涵。

一、機電一體化技術在生產領域中的應用

目前在傳統生產領域中使用的機械加工設備及其制造的產品中，都能夠找到機電一體化技術的應用實例，并且由于信息技術、微電子技術以及人工智能技術在生產和生活領域的廣泛應用，以汽車為代表的很多傳統工業產品也都轉變為了機電一體化技術的杰作。

（一）數字化單機生產設備的應用

實現機械設備生產過程的自動控制是機電一體化技術的核心理念，而基于微處理器強大的信息處理功能和測控技術的應用，在現代制造企業中數字化控制的單機生產設備已經十分普遍。一方面，這類設備中的數控機床能夠通過可編程的控制系統調整設備的控制功能，實現了對產品的自動化生產。另一方面，基于智能化單機控制系統的工業生產機器人可以獨立完成復雜的生產工序，具備一定的邏輯判斷和決策功能，可以在代替人力從事風險指數較高的工作的同時，提高工作的質量與效率。

（二）柔性制造系統與柔性生產線的應用

對大型的制造業企業而言，產品的生產涉及到眾多種類零部件的加工，并且其生產加工工藝應產品更新換代的要求需要不斷調整。而且鑒于消費市場需求的日益個性化和競爭的激烈程度，企業新產品的研發生產周期需要盡量縮短。因此為提高企業生產設備的使用效率和對不同加工工藝的適應性，提出了柔性制造系統與柔性生產線的概念。依托微電子技術、測控技術以及計算機管理軟件強大的控制功能，讓多臺數字化的生產設備或整條生產線能夠按需實現不同的產品加工工藝流程，在產品加工工藝更改時可以便捷的調節相關設備的運行[1]。并且柔性生產線和制造系統具有設備自檢和自我調試的功能，產品的原材料與半成品、加工所需工具和信息的輸送能夠自動化完成。

（三）依托計算機集成控制的數字化制造系統的應用

有分析顯示，在過去幾十年間人類在生產領域工作效率的進步遠遠領先于產品的研發設計與企業的管理，這是機電一體化技術在生產環節深入應用造成的獨特現象。而近二十年來人們不斷地探討運用計算機應用技術和信息技術扭轉這一局面，實現工業企業產品從管理決策到生產和銷售的全面信息化。因此建立在計算機集成控制系統基礎上的數字化制造概念應運而生。在應用這一理念建造的現代化生產企業中，有關產品的需求分析、設計、生產工藝流程與計劃的制定、產品的制造過程以及各項管理決策的相關信息都通過計算機系統進行集中管理和控制。因此，企業生產設備的運行不僅通過機電一體化技術實現了對加工工藝流程的自動化控制，還與企業的各個管理環節結合在了一起，實現了更深層次的一體化控制。

二、制約機電一體化技術發展的因素分析

（一）快速精確的傳感檢測與控制功能的實現

傳感與檢測技術的應用目的是實現對設備運行參數實時采集，從而為精確的調控設備的運行狀態提供數據資源，因此設備傳感檢測系統的靈敏度和精確度是自動化發展程度的決定性因素。在對產品的使用性能要求越來越高的今天，產品零部件的加工工藝日益復雜，加工時需要采集的數據參數已經從機械設備本身拓展到了外部環境和控制系統中的保護裝置。這些數據涵蓋了幾何、電氣以及溫度等參數，設備的傳感檢測系統對其進行的感應、識別與轉換需要伴隨設備的運行同步完成，因此要求設備的傳感與檢測模塊有足夠快的響應時間，確保參數采集的精確性和實時性，才能達到對設備運行的極度精準控制。

（二）高度自動化與柔性化生產需求之間的矛盾

在機械生產設備中深度融入自動化控制功能，提高了加工工藝的可控性和加工精度的同時，也意味著加工設備的功能越發細化和專業。因此在自動化程度不斷提高的情況下，設備往往不能夠勝任不同的產品加工工藝，影響了企業精密設備的利用效率。所以在機電一體化技術的發展過程中，提高現代制造企業數字化設備性能的柔性成為了一個重要的研究課題。

三、機電一體化技術目前的主要研究課題及方向

（一）機電一體化技術目前的主要研究課題

對機電一體化系統的傳感檢測和控制功能的研究是近年來的熱點課題，這是由于光電子技術、信息處理技術和計算機軟件技術在近年來的快速發展，給進一步提高傳感檢測與控制功能模塊的功能提供了新的思路。此外，國外很多專家致力于在微加工領域取得機電一體化技術應用的突破，開發在醫療以及信息工程領域中應用的精密機電一體化系統。

（二）機電一體化技術未來的研究與應用方向

基于人工智能技術、仿生技術以及信息技術領域近年來的科技研究成果，機電一體化系統的性能在未來會擁有更多人性化的元素。在系統的應用過程中能夠實現機械設備的自學習和自主決策，并且顯現出更加人格化的特征[2]。從而讓設備的管理和使用中，擁有接近人際交互模式的友好人機交互界面，進而實現生產環境與生活環境的智能化。

四、結束語

機電一體化技術的應用改變了人類文明發展的軌跡，基于智能化機電一體化系統的應用，人們的工作和生活方式將會再一次迎來變革。

參考文獻：

[1]謝雷. 淺析機電一體化技術的應用及發展趨勢[J]. 建筑工程技術與設計， 2016（13）.

[2]徐孝輝. 淺談機電一體化技術的應用現狀及其發展趨勢[J]. 科研， 2017（2）：00005-00005.

（作者身份證號：131127198610110533）

作者簡介：鄭學松（1986-10）男，漢族，河北省石家莊市，從事機電專業相關技術工作。