機(jī)電一體化在智能制造中的應(yīng)用

苗 廣

（博睿智能制造系統(tǒng)（廣州）股份有限公司，廣州 510000）

機(jī)電一體化技術(shù)屬于一種現(xiàn)代化技術(shù)，集機(jī)械化技術(shù)、傳感技術(shù)以及信息技術(shù)等于一體。因此，其中任意一種技術(shù)的創(chuàng)新與改進(jìn)對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用都有積極意義。近些年，社會(huì)不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)需求不斷擴(kuò)大，因此促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)低能耗和低污染發(fā)展是現(xiàn)階段需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。滿足社會(huì)發(fā)展需求，需要不斷創(chuàng)新優(yōu)化機(jī)電一體化技術(shù)。在機(jī)電一體化生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)智能制造技術(shù)的有效應(yīng)用，是技術(shù)創(chuàng)新的重要渠道。工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行的同時(shí)，需要將機(jī)電一體化技術(shù)作為智能制造的關(guān)鍵性技術(shù)，為智能制造技術(shù)的發(fā)展奠定重要基礎(chǔ)，以此推動(dòng)智能制造產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展。

1 機(jī)電一體化技術(shù)與智能制造技術(shù)概述

1.1 機(jī)電一體化技術(shù)概述

機(jī)電一體化技術(shù)是融合多種技術(shù)的綜合性技術(shù)，已被應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。目前，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中使用的設(shè)備基本都是機(jī)電一體化設(shè)備。應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)可以積極提升制造業(yè)的生產(chǎn)有效性[1]。隨著不同類型技術(shù)的改進(jìn)與優(yōu)化，機(jī)電一體化技術(shù)獲得了較大進(jìn)步。針對(duì)制造業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)的資源枯竭和環(huán)境污染問(wèn)題，可通過(guò)應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)有效予以解決。

1.2 智能制造概述

智能制造可以劃分為智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)兩部分。智能制造是人工智能的基礎(chǔ)，也是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的重要方向。現(xiàn)階段，制造業(yè)在不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)中均使用了智能制造技術(shù)，提高了生產(chǎn)效率和管理水平。智能制造系統(tǒng)的構(gòu)成主要是智能機(jī)器和人類專家，形成人機(jī)一體化智能系統(tǒng)。在使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制等先進(jìn)技術(shù)后，智能機(jī)器在制造過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)分析、推理以及判斷等能力[2]。

2 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

2.1 在系統(tǒng)集成技術(shù)方面的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，產(chǎn)業(yè)的整個(gè)生命周期主要包括原材料設(shè)計(jì)、加工制造、產(chǎn)品銷售以及售后管理等不同環(huán)節(jié)。通過(guò)規(guī)范智能制造管理體系，可實(shí)現(xiàn)智能化管理。生產(chǎn)企業(yè)要高效智能化管理產(chǎn)品，需要詳細(xì)掌握不同環(huán)節(jié)的信息，可積極利用系統(tǒng)集成技術(shù)。應(yīng)用分布式框架實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化子系統(tǒng)的有效集成，囊括在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，之后使用人工智能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化管理子系統(tǒng)信息，形成人機(jī)一體化的管理形式，促進(jìn)智能制造技術(shù)不斷進(jìn)步與發(fā)展[3]。

2.2 在生產(chǎn)線方面的應(yīng)用

隨著工業(yè)發(fā)展速度的加快，工業(yè)生產(chǎn)線生產(chǎn)和發(fā)展過(guò)程不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，逐漸實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)線，并逐漸取代了傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)模式，對(duì)提升生產(chǎn)效率具有重要意義。企業(yè)在這一過(guò)程中可以節(jié)省數(shù)量較多的人力資源成本[4]。

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，技術(shù)工作人員需要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，制定科學(xué)化的生產(chǎn)線模塊，依據(jù)相應(yīng)的生產(chǎn)要求，設(shè)置正確的模塊參數(shù)，便于實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)參數(shù)調(diào)整控制生產(chǎn)線的運(yùn)行。應(yīng)用這種生產(chǎn)模式可以滿足智能制造生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)需求，達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)水平。機(jī)電一體化技術(shù)的有效應(yīng)用可以控制生產(chǎn)車間的系統(tǒng)以及相關(guān)設(shè)備，定期管理工作人員的設(shè)備和進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)督，有助于在最短時(shí)間內(nèi)掌握車間設(shè)備或者系統(tǒng)的應(yīng)用故障，及時(shí)采取有效措施，防止出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。管理人員在智能生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，需要實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)督自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行情況。

2.3 在傳感器技術(shù)方面的應(yīng)用

傳感器屬于檢測(cè)裝置的一種，作用是使用不同的元件感受元素變化，如熱量、光源或者壓力等，再將感受到的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或者其他信號(hào)形式，實(shí)現(xiàn)處理、存儲(chǔ)或者控制等多種功能。機(jī)電一體化設(shè)備應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)傳感器技術(shù)可以保證設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，同時(shí)確保生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。智能制造生產(chǎn)過(guò)程中，傳感器是其中的重要組成部分，可以使生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)智能控制和智能化管理。在這一過(guò)程中，結(jié)合生產(chǎn)線實(shí)際情況設(shè)置相應(yīng)類型的傳感器，使用比較靈敏的感知元件采集生產(chǎn)過(guò)程中的需求信息，使之轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號(hào)形式傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的有效控制。例如，光電傳感器在智能制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)物體位置的感知以及相應(yīng)變化。在生產(chǎn)線階段，物體位置產(chǎn)生偏移，傳感系統(tǒng)也會(huì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)并做出相應(yīng)處理，提高了產(chǎn)品加工質(zhì)量[5]。

2.4 在數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)方面的應(yīng)用

智能制造生產(chǎn)過(guò)程中，數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)是其中的重點(diǎn)技術(shù)，對(duì)整體生產(chǎn)效率具有重要影響，。在數(shù)控生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)電一體化技術(shù)依照產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)，利用數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了處理模式的優(yōu)化，以此控制生產(chǎn)效果，減少了外界因素對(duì)生產(chǎn)的干擾。在深入化研究過(guò)程中，生產(chǎn)的重點(diǎn)內(nèi)容是精度控制，因?yàn)樘岣呔炔拍芸刂瀑|(zhì)量。只有實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)的合理化控制、生產(chǎn)模式的優(yōu)化以及保證生產(chǎn)控制過(guò)程的優(yōu)化，才能夠利用智能系統(tǒng)提高生產(chǎn)水平。機(jī)械制造企業(yè)發(fā)展過(guò)程深受自身性質(zhì)因素影響。生產(chǎn)階段，產(chǎn)品設(shè)備將常用設(shè)備作為基礎(chǔ)，而實(shí)際使用中會(huì)存在比較明顯的局限性，同時(shí)流程復(fù)雜[6]。生產(chǎn)過(guò)程中，需要重視先進(jìn)人才的引入，提高人才帶動(dòng)技術(shù)水平提升的能力，實(shí)現(xiàn)思維創(chuàng)新，不斷完善機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈，以適應(yīng)現(xiàn)階段的時(shí)代進(jìn)步與發(fā)展。自動(dòng)生產(chǎn)線是機(jī)械制造業(yè)應(yīng)用的重要方向，可以降低一體化技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的人力資源投入，提高工業(yè)生產(chǎn)水平和智能性，強(qiáng)化自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程，減少外界因素的干擾，提升機(jī)械制造的控制效果。將電子技術(shù)作為基礎(chǔ)，控制自動(dòng)生產(chǎn)線上的光電因素，優(yōu)化人機(jī)交互措施，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線系統(tǒng)的綜合性控制，能夠?yàn)闊o(wú)人化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。自動(dòng)化生產(chǎn)線技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，需要積極利用數(shù)控技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)的創(chuàng)新和優(yōu)化，同時(shí)加強(qiáng)自動(dòng)化生產(chǎn)，構(gòu)建一體化管理模式。智能技術(shù)與數(shù)控技術(shù)之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 智能技術(shù)與數(shù)控技術(shù)關(guān)系

在數(shù)控技術(shù)中，比較常見(jiàn)的有高速高精聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)和機(jī)床多源誤差補(bǔ)償技術(shù)。在高速高精聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)中，數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床應(yīng)用的最大區(qū)別是是否實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)以及是否實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程的控制。處于多軸聯(lián)動(dòng)狀態(tài)下，實(shí)施精確化控制會(huì)存在一定弊端。在這一技術(shù)中，信息實(shí)時(shí)交互式現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和多軸聯(lián)動(dòng)同步控制技術(shù)屬于其子技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用在制造產(chǎn)業(yè)中可以實(shí)現(xiàn)多種總線并存，以滿足高速高精的控制需求，且可以保證數(shù)控設(shè)備以及數(shù)控系統(tǒng)的同步高效應(yīng)用[7]。在機(jī)床多源誤差補(bǔ)償技術(shù)中，數(shù)控機(jī)床多軸聯(lián)動(dòng)加工過(guò)程精度會(huì)受到多種因素的影響產(chǎn)生誤差。機(jī)床多源誤差主要包括機(jī)床各個(gè)零部件的原始制造和安裝過(guò)程中磨損造成的幾何誤差。因此，企業(yè)需提升加工精確度，如使用機(jī)床多源誤差補(bǔ)償技術(shù)。

2.5 在智能機(jī)器人技術(shù)方面的應(yīng)用

智能機(jī)器人是智能制造領(lǐng)域發(fā)展的重要產(chǎn)物，具備比較顯著的智能化特色。在生產(chǎn)過(guò)程中，智能機(jī)器人可以替代人類進(jìn)行腦力勞動(dòng)和體力勞動(dòng)，受到了社會(huì)大眾的關(guān)注和企業(yè)的重視。在智能機(jī)器人應(yīng)用過(guò)程中，可以開(kāi)展相應(yīng)的智能制造工作，降低工業(yè)制造過(guò)程中投入的人力成本，提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和效率，促進(jìn)工業(yè)制造經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。在機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，可以建立模 擬人工操作和智能運(yùn)行的智能機(jī)器人代替人工生產(chǎn)，如圖2所示。

圖2 智能機(jī)器人生產(chǎn)

3 結(jié)語(yǔ)

多樣化技術(shù)不斷發(fā)展，機(jī)電一體化設(shè)備要實(shí)現(xiàn)智能制造，需要建立完善的綜合化產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)和智能制造系統(tǒng)。不同主體之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和資源的有效配置，從而綜合化管理產(chǎn)品壽命周期，使工業(yè)生產(chǎn)朝著數(shù)字化邁進(jìn)，推動(dòng)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入智能制造階段。