機電一體化技術在智能制造中的應用與研究

楊鑫鋒

（日照市農業學校，山東 日照 276511）

在當前技術革命時代，科技的飛速發展促進機電一體化技術的發展步伐穩健，使其不斷擴大生產范圍和能力，可以說現今工業信息時代的全面來臨離不開機電一體化技術的廣泛應用，而將機械與電子相互集合形成的機電一體化技術，對各類機械設備實現智能化控制起到了決定性關鍵作用[1]。在機電一體化技術的實踐應用中，智能制造技術與智能制造系統結合構成了完整的智能制造，它不斷推動社會工業技術的轉型發展，使得工業生產越發科學和人性化。正是基于機電一體化技術的發展帶動了智能制造的進步，故此對智能制造過程中機電一體化的應用進行探討極為必要。

1 機電一體化技術的概念

機電一體化這一技術概念最早出現在日本，后來伴隨社會經濟的發展，科技技術逐步向工業制造領域延伸，為社會工業的進步發展提供了更大的可行性。由于計算機技術的發展范圍擴大，通過在機電一體化技術中引入計算機相關技術，以此極大的促進了機電一體化技術的革新發展，形成了由機械和電子技術融合并綜合微型計算機技術的高端技術手段。現在，工業生產中所應用到的機械化技術包括很多，其中應用廣泛的就有微電子技術、信息化技術、自動監控技術、電子電力技術、終端接口技術和軟件編程技術等等，這些技術的應用讓整個機械系統轉換為一個微型電子電路系統，以此對系統從各方位傳感器接收到的信息予以控制管理，而為有效降低系統能耗，通過計算機系統還可對制造系統進行控制，比如增強機械操作中機械臂的精準度等[2]。通過在工業制造中應用機電一體化技術，能夠有效提高產品生產的質量和效率，而此種更加智能化、人性化的機械性操作也減少了相應的人力作業負荷量，為企業有效降低人力資源成本，反之還提高了產品生產的工藝性以及精密度。

2 機電一體化在智能制造中的重要性

不斷追求品質是人們對生活的更高需求，因此如今用戶對產品種類和級別的標準越來越高。基于市場需求和競爭環境，制造者只有不斷革新優化現有產品，通過縮短產品生產時間、生命周期，才能更好地滿足用戶的需求，提升自我在市場競爭中的核心能力。由此來說，產品的制造以及裝配操作極為關鍵，如將產品制造過程分為兩個部分應包括產品設計和制造兩個重要階段。通過在產品設計階段應用機電一體化技術，同時會涉及到機械、電氣、控制以及計算機工程等相關學科[3]。比如自動控制技術可協助開發各類基于電子元器件的控制系統，以此強化或取代機械系統的機械化性能；計算機技術可廣泛應用到各種軟件的編寫中，以此來控制系統作業、產品設計、開發活動、制定資源計劃、記錄市場調研以及開展銷售活動等[4]。我們可以借助計算機技術進行CAD設計，輕松有效的開發出三維立體產品模型；并通過CAE分析產品模型，應用數字工具模擬研究產品的各項性能，通過實踐模擬能為產品的開發設計人員在早期階段提供一些準確的設想；而基于仿真研究的可行性，設計人員再進行相應的優化修改，幫助產品設計實現更好的性能和作用。我們知道，在傳統產品設計領域，設計評估一般是以首批次生產的產品作為評估實體，而這樣做既費時又耗力，使得產品開發的前置周期被拉長，現在使用計算機CADCAE軟件操作則可以節省大量的設計過程和時間。以機電一體化技術為依托的還有計算機CAM系統、自動化系統等，如機床自動化可幫助生產中精簡人工操作的加工環節；包裝自動化可進行全面的產品自動包裝；質量檢測自動化可記錄生產制作過程、檢驗產品合格率等等。這些系統的投入應用能夠更好的保證產品的生產質量、工藝效率，讓企業搶占市場先機。故此，對機電一體化技術進行探究并應用到智能制造中具有實踐的重要意義。

3 機電一體化技術在智能制造中的具體應用

3.1 應用于傳感技術中

傳感系統是機電一體化系統中最基礎的部分，其中傳感技術在智能制造中的應用更為廣泛，利用傳感技術可直接檢測數控機床系統在零件和機械部件施工方面的具體情況。傳感器具有收集數據系統的能力，而數控系統水平的高低則取決于傳感技術的應用。在數控生產中，傳感技術是收集生產數據的重要組件，它可輔助生產實現自動化控制與調節，通過傳感技術在制造系統中及時對生產信息予以反饋。由此可知，傳感技術程度越高則系統的自動化程度會相應提高。在精準快速檢測的條件下機電一體化制造系統才可及時性對目標進行控制，利用傳感技術掌握生產制造整個過程中的各項參數，并將系統中的控制系統指令傳輸到目標處。目前，在工業機器人制造領域應用最為普遍的是光電傳感技術，它可通過對空間內光線、溫感、氣體等進行感應，對零部件的直徑大小、粗糙程度、震動效果、平整光滑度等相關產品參數進行檢測，以此針對產品性狀來控制產品質量；計算機系統還可通過光電傳感技術回傳過來的數據判斷生產操作的進度，以便自動生成下一個指令，針對產品的外觀、性狀進行合理的控制改進[5]。此外，光電傳感技術的應用還十分廣泛，它可用于手機、汽車的智能制造中，包括醫療領域也有所涉及。

3.2 應用于數控生產中

目前，機械制造在我國社會經濟體系中占據著重要地位，推動著我國工業以及農業技術的飛快發展。在當前領域，數控制造企業應該是我國行業中應用機電一體化及時最早的企業之一。企業進行數控化生產的過程中對智能控制系統的要求頗高，這是因為一方面系統內部的模擬信息與數據資料存在較大關聯性，另一方面在進行生產控制及管理的同時數控技術從中發揮著極其重要的功能。目前我國大型機床廠中，數控機床構造的種類主要以總主線和CPU模式的較多，該類模式可利用智能控制的方法在診斷工作中促進設備數據的精準性獲得更大程度的提高；同時還可依據計算機軟件的應用將動態畫面進行三維立體呈現，讓原來看起來抽象化的生產工作流程變得具體形象化，從而為相關的生產、技術等工作人員提供有效的指導[6]。

3.3 應用于自動生產線和自動機械中

以人機界面控制裝置、光電控制系統等電子技術為依托，對產品生產操作的整個流程進行全面的掌控管理，這就是企業自動生產線和自動機械的應用。目前自動生產線和自動機械在智能制造中的應用也是十分廣泛，比如在生產的印刷和包裝領域等。與此同時，智能制造系統中還有一種與自動生產線相對應的柔性制造系統技術，它被廣泛應用在計算機與數控機床的整合生產中，能夠為企業節約大量的生產時間成本、財力以及物力等等，這對于產品生產種類多、設計需求高的中小型企業十分受用[7]。

3.4 應用于工業智能機器人

當前，應用于智能制造中的機電一體化技術當中最為先進的就是智能機器人，通過多種先進技術的相互結合，智能機器人成為了一種融合多學科技術的新型科技成果；而作為一項重點研究技術，我國的智能機器人在提升產品質量、保障產品強度方面均取得了較大的進步。在工業生產中應用智能機器人具備較大的優勢性，它不僅可甄別信息數據，還可替代人工操作完成一些原來較慢的工作環節，同時智能機器人的生產精準度非常高，這對于完成某些復雜性工作的幫助很大。

4 機電一體化在智能制造中的未來發展趨向

4.1 人工智能領域

實現人工智能是科學技術發展的重要目標，如今各類技術還在不斷開拓和創新，人們對人工智能技術的探索也從未止步，未來智能設備取代人腦活動而開展一些簡單性的思考和學習，以此代替人們參與腦力勞動也不是沒有可能性的。人工智能的全面發展將會讓智能化設備調節及控制形成一整條生產線，利用生產線各個模塊之間的聯動反應從而提升整套生產的效率，以此強化人工智能的性能作用。

4.2 人機一體化技術

智能制造發展到一定程度之后必然會形成人機一體化，而從現在工業生產的綜合發展情況來看，當前實現人機一體化會比實現機械全智能要更具合理性及可能性一些。通過人機一體化技術，以人腦作為技術控制的核心，以智能設備作為技術的載體，將兩者融合使之發揮技術作用，而借助大腦的靈活性、多元性實現技術的不斷創新，借助智能設備的專業性、全面性達到技術的共享，以此更好地推動工業科技的進步發展[8]。

4.3 微型化發展方向

微型化發展是機電一體化技術進一步獲得發展的新方向，從而將機電一體化技術應用到航天航空、醫療器械、智能制造的各個行業和領域之中。目前，機電一體化技術已被廣泛應用到智能制造方面并取得了較為顯著的成果，然而在其他領域尤其是醫療方面，由于智能機械的體積過大、耗能過高等一些客觀性問題有待解決，因此還無法滿足良好的使用需求。鑒于此，盡量優化智能機械的性能，縮小體積、減少能耗，從而使其從微型化方面發展極有必要。

5 總結

總而言之，隨著機電一體化技術的廣泛應用，我國早期傳統的生產作業模式已得到很大程度的改觀和優化。從整體層面來看，這一生產模式的轉變也是我國經濟發展進步的必然成果，將多項新型的技術綜合而形成更高科技的技術類別。通過在智能制造中廣泛應用機電一體化技術，不但有利于多項技術的融合發展，優化企業生產的整體結構，也促進了我國工業技術改革步伐的加快，為企業的經營發展創造出更大的經濟效益。