機電一體化技術在智能制造中的應用分析

唐睿炎

摘 要：智能制造是新時期我國工業現代化發展的重要組成部分，對于社會經濟的發展進步具有深遠的影響，因此如何提高智能制造的水平，促進其健康持續發展備受各行業的關注。機電一體化技術是融合電子、機械、信息等多領域技術的綜合性技術，具有諸多的應用優勢，是推動工業快速發展的重要因素。基于此，本文將在簡要闡述智能制造、機電一體化技術特點及優勢的基礎上，分析總結機電一體化技術在智能制造中的具體應用，以期促進二者的有機融合，推動智能制造的健康發展。

關鍵詞：機電一體化技術 智能制造 應用

智能制造是新時期工業制造業發展的重要趨勢。而涉及多個科學領域、集合多種先進技術的機電一體化技術在工業制造業中的應用，對于智能制造的發展具有極為重要的推動作用。因此，在工業智能化發展的時代背景下，探究總結機電一體化技術在智能制造中的應用策略，具有重要的現實意義。

1 智能制造概述

智能制造指的是在制造過程中，由人類專家和智能機器共同構建起人機一體化智能系統，通過自動化技術、計算機技術及智能化技術的整合運用，在制造過程中進行判斷、分析、推理、構思等智能活動，并做出正確決策，以此擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動，實現人與智能機器的合作共事，達到提高制造效率，推動制造活動柔性化、智能化和高度集成化的目的。相較于傳統制造模式，智能制造能夠大幅度降低人力資源成本， 提高工作效率及制造精度，因此是制造業自動化發展的必然趨勢[1]。

2 機電一體化技術特點及應用優勢分析

機電一體化技術包含傳感器控制、自動控制、機械制造、信息處理等多種分支技術，是通過多種技術整合運用來促進職能目標實現的現代科學技術。該技術的應用既能夠實現多領域技術優勢的互補利用，又能夠監控優化目標，對系統整體資源進行優化配置，以此降低系統運行能耗，提高系統運行效率。同時依托信號傳輸技術，可對系統運行參數和狀態進行實時調整，從而更有力地保證系統運行的有效性和安全性[2]。

從實際應用情況來看，機電一體化技術具有以下技術特點：（1）結構最優化。以往，在機械產品制造過程中，為實現機械產品的變速控制，通常會設計機電機構和變速箱，并通過人為操控的方式進行控制。而機電一體化技術的出現，使得變頻調速電子設備取代了需要人為操控的傳統機電機構，能夠利用計算機系統實現機械產品的智能化變速控制，從而在提升制造生產效率的同時，使機械產品的結構得到整體優化；（2）系統智能化。機電一體化技術的應用能夠實現智能化控制系統規劃、管理生產脈絡的目標。即基于機電一體化技術開發的智能化控制系統，能夠對各項系統、程序實施有效控制，如：系統運行信息自動化采集與處理，系統或程序運行故障自動化檢測與排除等。與以往相比，這一技術發展變化不僅能夠提升機械制造的效率和質量，還能夠提高制造過程及機械產品的整體安全性；（3）交換優勢。包含傳感器技術和信息處理技術的機電一體化技術，不僅具有更顯著的控制功能和更高的操控靈敏度，而且具有更強大的數據信息處理能力。在以上分支技術的支持下，機電一體化技術在應用過程中，對數據信息的處理流程會更加簡潔高效，數據信息交換也會更加安全，從而最大限度保證數據信息的完整性，為制造活動及系統運行提供有力保障[3]。

基于對機電一體化技術特點的了解和分析，可以清楚地認識到其在智能制造中的應用具有以下突出優勢：（1）可降低智能制造的應用門檻。機電一體化技術包含多領域技術內容，屬于綜合性極強的技術類別，而這一技術架構形式與智能制造技術具有較高的契合度，因此機電一體化技術可作為智能制造的技術基礎，將機電一體化技術與智能制造技術有效結合既能夠在技術層面上降低智能制造的應用門檻，又能夠有效彌補智能制造技術的不足之處，促進智能制造的多元化、長遠化發展；（2）可提高智能制造的應用廣泛性。機電一體化技術在智能制造中的應用，有利于智能制造技術的優化和拓展，從而達到提高智能制造應用廣泛性的效果。例如：機電一體化技術下，想要實現生產設備的遠程操控，需要借助電信號傳輸來實現；智能制造技術下，則可借助網絡信號來實現。而將二者有效結合，則可通過雙信號模式來對生產設備進行遠程操控，這不僅能夠更有力地保證遠程操控的可靠性，還能夠一定程度上提升智能制造生產設備遠程控制功能的應用廣泛性和便捷性；（3）可提高生產設備的檢測和維修水平。智能制造會涉及較多、較復雜的生產設備和儀器儀表，這些儀器設備在使用過程中難免會出現故障或異常。由于生產儀器設備復雜且精密，一旦發生故障或異常，其檢測和維修過程往往十分繁雜，需要耗費較多的時間和精力。而在智能制造中引入機電一體化技術，借助其包含的傳感器技術、自動化監控技術及計算機集成技術，可實現生產儀器設備運行參數和狀態的實時監測，能夠在第一時間發現故障并確定故障點，從而大幅提升生產設備的檢測、維修效率和水平[4]。

3 機電一體化技術與智能制造的相關性分析

機電一體化技術是多領域技術的有機整合，具備明顯的集成技術優勢，智能制造同樣強調多種技術的組合運用，通過技術互補來滿足制造需求、提高制造水平和質量；機電一體化技術中，計算機技術和信息技術是其重要組成部分，而這兩項技術同樣是實現智能制造的核心技術；機電一體化技術主要以自動化、信息化等方式對機械設備實施控制，以此提升工業生產質量和水平，而智能制造技術則是在生產自動化的基礎上，以模擬人類智慧的方式實現智能化制造。由此可見，機電一體化技術是智能制造的技術基礎，智能制造是機電一體化技術應用發展的重要方向，二者之間具有相輔相成、相互帶動的緊密關系。因此，機電一體化技術在智能制造中的應用是制造行業健康發展的必然趨勢[5]。

4 機電一體化技術在智能制造中的具體應用

4.1 傳感器技術的應用

目前，傳感器技術在智能制造中的應用是機電一體化技術與智能制造相融合的重要標志，其能夠顯著提升智能制造的精準度和靈活性，從而提高智能制造的水平和質量。具體而言，現階段在進行智能制造的過程中，會在智能制造系統中加入都具有較高刷新速率、固定時間內監控范圍數據信息高效處理能力以及高精度動態捕捉功能的各種類型的傳感器裝置，以此提高生產制造內容反饋的高效性。基于傳感器技術的應用，智能制造過程中可實現數據信息的高效傳輸、延時反饋和中斷處理，并且能夠以毫秒級的時間差來控制數據信息的傳輸和反饋，從而有效保障智能制造過程中，數據信息傳輸的及時性、有序性和完整性，為智能制造奠定堅實的數據信息傳輸基礎[6]。

4.2 數控技術的應用

數控技術是機電一體化技術中出現時間較早的分支技術，發展至今以具有一定的技術成熟度。該技術可在特定編寫程序、光電電子控制裝置及系統的驅動下時實現人機交互，是構建自動化制造生產線的基礎技術。目前，傳感器技術在智能制造中的應用是機電一體化技術與智能制造相融合的重要標志，是提升智能制造生產效率和質量的重要手段。具體而言，現階段數控技術在智能制造中的應用主要體現為：通過PLC控制技術、模糊控制理論、“CPU+總線”設計模式的整合運用，構建出多元化的三維仿真模型，以此對整個智能制造過程進行動態化模擬，使生產過程中的具體參數、設計流程及工藝缺陷直觀地呈現在技術人員面前。而技術人員可在全面分析以上數據信息的基礎上，對制造生產過程和細節進行針對性調整并通過智能制造控制系統對數控機床進行遠程操控，從而最大限度保證智能制造的質量和效率[7]。

4.3 自動化生產及信號處理技術的應用

傳統制造模式中，產品生產基本以手工操控形式為主，不僅工作效率較低而且容易因人為因素而影響生產質量。而機電一體化技術中自動化生產及信號處理技術在智能制造中的應用，則能夠有效促進自動化生產模式的實現，在提升制造生產效率，解放勞動力的同時，進一步提高智能制造的生產質量，使產品性能得到顯著提升。具體表現為：自動化生產及信號處理技術的應用，可同時連接智能制造系統的終端生產設備和后臺控制系統，并基于電信號和網絡信號雙模信號傳輸模式，構建起具有較強抗干擾能力和較高傳輸速度的數據信號傳輸通路，從而為智能制造過程中數據信息的傳輸和處理提供有力保障。同時，自動化生產及信號處理技術的應用可一定程度上提升智能制造系統終端設備或局部操控系統的信息處理和智能決策能力，并在PLC技術的支持下，使終端設備或局部操控系統在接收到特定信號的同時，按照預定程序進行相應的動作響應，以此提升智能制造的效率和安全性。

4.4 遠程監控技術的應用

工業制造生產活動具有一定的危險性，在以人工操作為主的傳統制造生產模式中，若發生生產安全事故，極容易對現場工作人員的生命安全造成威脅。而機電一體化技術在智能制造中的應用則能夠有效應對上述問題。具體應用方式為：利用機電一體化技術中的傳感器技術，對智能制造系統的運行環境、各系統部件的運行參數和工況等數據信息進行實時采集，然后利用信息處理技術對采集信息進行快速的整理和初步分析，并將處理結果上傳至智能制造管理后臺。在管理后臺中，計算機系統會根據預設參數指標和實際制造需求，對接收信息進行深度分析，以此實現智能制造系統異常運行狀態報警并根據后臺操控人員的指令或管理平臺預設的智能化處理指令，向智能系統終端設備傳輸操控信息，以此調整生產行為或處理運行故障，從而實現智能制造系統的實時監控和遠程操控。相較于傳統制造生產模式，上述生產模式無需在現場留有操控人員，可最大限度保障高危制造生產活動中，工作人員的生命安全[8]。

4.5 柔性制造技術的應用

集合數控管理、信息過程控制管理等系統所形成的綜合化制造系統稱之為柔性制造系統。該系的研發是機電一體化技術在制造領域一項重要的技術突破，也是現階段機電一體化技術在智能制造中最主要的應用形式。柔性制造系統在智能制造中的應用，可對市場分析統計結果加以合理運用，以此對生產流程進行科學優化和調整，使現有生產資源得到最合理、最充分的利用。同時，還能夠對智能制造過程中產生的各類數據進行整合處理和挖掘分析，并通過多樣化的技術軟件對智能制造過程進行科學操控，從而使智能制造更加科學性和高效性。

4.6 智能機器人技術的應用

隨著人工智能技術的不斷成熟，具有較高智能化水平的工業機器人在智能制造中的應用愈發普及，已逐漸成為現階段智能制造的重要技術支撐。智能機器人涉及仿生學、人工智能、機電一體化等多個技術領域，能夠將信息技術、傳感技術、控制技術有機結合。其在智能制造領域中的應用，既能夠對人工勞動強度和工作壓力進行有效控制，從而大幅度提升生產制造的效率和質量，還能夠利用執行端安裝的各類型傳感器，實時采集生產作業過程中產生的各類數據信息，并借助人工智能技術對采集數據進行深度分析，在此基礎上對自身工作流程和操控精度進行自動優化和調節，以此不斷提升制造質量和效率。基于上述技術優勢，智能機器人非常適宜應用在惡劣生產環境、高危生產環境或具有高精度要求、高工作強度的智能制造工作中，如軍工制造領域、車輛和船舶制造領域、自動化裝配及物流搬運領域等。目前，智能制造中常見的智能機器人有：焊接機器人、搬運機器人、組裝機器人等。

5 結語

綜上所述，機電一體化技術具有結構最優化、系統智能化、交換優勢明顯等特點，其在智能制造中的應用具有降低智能制造應用門檻、提高智能制造的應用廣泛性和提高生產設備的檢測和維修水平的優勢。因此，新時期背景下，相關行業及企業應深刻意識到機電一體化技術對于智能制造的重要性和價值，通過傳感器技術、數控技術、信息處理技術、遠程監控技術、柔性制造技術的靈活運用，使二者有機融合，從而進一步推動我國智能制造的健康、高效發展。

參考文獻：

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[6]賈海朝.探究機電一體化技術在智能制造中的應用[J].農業裝備技術，2021，47（03）：60-61.

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[8]王軍亞.探析機電一體化技術在智能制造中的發展與應用[J].中國設備工程，2020（20）：27-28.