智能制造中機電一體化技術的應用

楊萬瓊

（貴州裝備制造職業學院，貴州省貴陽市，551400）

1 引言

在5G技術的加持下，工業制造逐漸由自動化向智能化轉型升級，工業4.0時代來臨，實現了從制造流程自動化向基于信息物理融合系統下的遠程控制轉變。這項原本被德國定位未來十大項目之一的工業發展戰略，隨著各類現代科技的發展，很快在一些發達國家工業領域中掀起波瀾。2014年11月4日，在中國十六屆工業博覽會上我國第一套工業4.0流水線問世，這也標志著我國智能工業發展的開端。在未來新工業革命中，其核心技術必將圍繞智能化、數字化技術，而機電一體化作為多學科交叉技術，可以對不斷融合的IT和OT的復雜性進行簡化，從而提高生產效率，推動供應鏈自動化更快更高效。對智能制造中機電一體化技術的應用進行研究，對于催生動態、實時優化、自我組織的價值鏈，實現制造業中所有參與者與資源的高度社會技術互動都有著積極的促進作用。

2 智能制造與機電一體化技術的概念

2.1 智能制造

智能制造是一種基于人機一體化的智能系統，在制造活動中主要從事各類智能活動，如分析、推理、判斷、決策等。通過人機合作，取代制造過程中人類專家所從事的腦力活動，是自動化制造的內涵升級。與傳統制造業相比，智能制造以計算機模擬系統為媒介，能夠細化生產各環節，使其具有柔性化、智能化以及高度集成化等特點，有助于全面整合各方資源，提高生產效率與質量。其中，計算機模擬系統是智能制造的核心構成部分，各種復雜計算、操作等工作都有其完成，可以實現人類設想。

目前，我國已經具備智能制造發展與建設的基礎條件，一方面在專家學者的共同努力下攻克了諸如機器人技術、感知技術、智能信息處理技術、復雜制造系統等長期制約我國產業發展的智能制造技術難關，初步形成了以新型傳感器、工業機器人、智能控制系統為代表的智能制造裝備產業體系［1］。另一方面，我國規模以上工業企業在研發設計領域數字化工具應用普及率達到54%，生產線上數控裝備占比達30%，制造業具備數字化發展基礎。

2.2 機電一體化技術

機電一體化技術是基于傳統機械技術升級轉型而來，經過不斷地完善、改進和優化，實現集傳感技術、電子技術、機械技術、計算機技術等于一體，是現代機械技術的代表，具有靈活和可擴展性，可以為智能制造提供更高效的數據流，使得實時決策、診斷、預測分析等成為現實。機電一體化技術具有如下特點：

2.2.1 有利于優化整體結構

以往在機械產品生產過程中，為了將控制功能融入到生產系統中，就必須要具備相應的機械機構，如變速箱、變速齒輪等，以便可以合理掌控系統運行速度［2］。而隨著科技的不斷發展，齒輪變速與電子技術逐漸融合，變頻調速裝置由此產生，如通過電腦軟件就可以進行機床自動走刀，還可以根據生產實際進行調整。

2.2.2 系統控制更加智能化

在智能制造中應用機電一體化技術，借助電子控制系統，根據生產需求進行程序設計，可以確保系統每個操作與功能之間的協調性，如信息自動化處理功能、自動檢測功能等，智能制造系統控制功能不斷完善。

2.2.3 應用范圍不斷擴大

機電一體化技術在智能制造中的應用范圍不斷擴大，如機械設備、電氣設備中的傳感器，就可以及時收集和反饋先關信息，為操作人員提供更加有效的數據參考。信息處理技術可以提高機電設備管理效能，確保信息的準確性，同時還能自動處理所收集的信息，有效保障設備穩定運行。

3 智能制造中機電一體化技術的實踐應用

3.1 數控技術

在我國工業生產中，機械制造業一直占據著非常重要的地位，而伴隨著相關技術的不斷更新，使得該行業具有明顯的前瞻性，尤其是在機電一體化技術的推動下，行業發展勢頭良好。數控技術作為一種控制手段，其本質就是利用數字信息技術對機械生產各環節進行精準控制，如計算機技術、現代控制技術、網絡通信技術等均有利于提高制造業的生產效率，有助于推動我國智能制造高質量發展［3］。在智能制造領域中，數控技術是機電一體化技術應用較早的技術之一，在很大程度上推動了我國機械制造水平，尤其是數字化技術的應用，極大改善了機械加工的效率。當前，數控技術在智能制造中主要模式為CPU+總線模式，可進行三維仿真模擬，可提高數控生產效率。

3.2 人工智能技術

在智能制造中，人工智能是終極目標，也是中國制造2025年的核心目標。依托新工業革命，人工智能技術迅速崛起，其應用程度直接反映出核心競爭力。智能制造系統在人工智能的加持下，柔性化、信息量以及數字化程度明顯提升，系統可以模擬專家進行智能分析、判斷和決策，更好地滿足智能制造的生產需求［4］。其系統如圖1所示，可以很好地適應自身及外部環境。其中，智能控制器發揮著非常重要的作用，主要由自動感知信息與處理、數據庫、控制鞠策、評價機構等部分構成，其不僅可以對系統本身進行控制，同時還能對執行器、控制傳感器等進行控制，有效避免外界因素對系統運行的干擾。

3.3 傳感技術

作為最早促進機電一體化智能化轉型的技術之一，傳感技術為智能制造的運行奠定了技術基礎。目前，智能制造中智能傳感器的應用非常廣泛。如在制造流程中，通過智能傳感器可以對系統運行中存在的誤差進行自動采集，然后向系統發送識別信號。在信息處理單元中，對傳輸的識別信號進行分析，并自動生成控制信息。此時，系統將會向執行機構傳輸控制信息，執行機構在接收到指令后自動完成相關控制動作。而在自動調整控制信息后，動力將會自動匹配驅動系統功率。

當前，常用的傳感器有壓力傳感器、光學傳感器、RFID技術等，在不同場景中所使用的傳感器不同，所發揮的功能和作用也存在差異。比如壓力傳感器主要應用于航空動力學、汽車制造、微機電系統等領域；光學傳感器分辨率極高，可達5000萬像素，且具有良好的成像力，在手機顯示屏檢測、機械裝配件檢測、電路板檢測等領域應用較多［5］；RFID作為物聯網的核心技術，其準確率較高，可以有效保障機械制造的精準性，在智能識別、數據采集中應用較多，是目前智能制造系統中應用最廣泛的傳感器。

3.4 自動化生產控制技術

自動化生產控制技術是智能制造領域中機電一體化技術最為常見的手段之一，其運用范圍廣，涉及領域多，如包裝印刷、香煙、飲料等行業。其主要設備包括微電子設備、傳感器、人機界面控制裝置、可編程序控制裝備等。此外，在產品生產過程中，也可以運用自動化生產控制技術，從而對生產過程進行全方位監控，形成相應的跟蹤控制系統，對生產各環節進行實時追蹤［6］。

通過該系統可以直接向計算機反饋所收集的信息和數據，借助大數據技術對數據進行分析處理，提高數據利用率，從而更好地掌握生產過程。此外，運用自動化生產控制技術還能對智能制造的生產過程、資源以及系統等進行精細化管理，有效提高企業的生產效率和管理水平，從而為企業獲得更多的經濟利益，推動制造企業在激烈的社會競爭中脫穎而出，實現可持續、高質量發展。

4 應用前景分析

以傳感技術、數控技術、人工智能為代表的機電一體化技術在智能制造領域中的有效應用，推動了我國制造業規模化、集約化發展，為實現從制造大國向制造強國轉變奠基。但就機械產品質量而言，我國與德國、日本等工業強國相比還存在一定差距。隨著人工智能的廣泛應用，智能制造必將向智能化、模塊化、微型化、綠色化發展，真正發揮出智能制造節能減排、提質增效的作用。

未來，制造強國是發展目標，也是必然趨勢，相信智能制造在人工智能的推動下，必將會實現從自動化生產向人機系統全面布局發展，機械制造系統的誤差也會更小，機械制造產品質量將會得到極大提升。總而言之，對于智能制造而言，產品質量提升是關鍵，是塑造機械產品品牌的先決條件，將極大推動我國從制造大國向制造強國轉型。

5 結語

在智能制造生產過程中，科學合理應用機電一體化技術是符合時代發展需求的，同時也是我國工業戰略發展的必然要求。盡管當前智能制造尚處于探索階段，依舊存在很多問題亟待解決，但我們相信，只要加大研發力度，就一定能提高我國機電一體化水平，助力智能制造業更好發展。