機(jī)電一體化技術(shù)在企業(yè)智能制造中的發(fā)展與應(yīng)用探討

劉加芹

廣州市交通技師學(xué)院 廣東 廣州 510540

引言

隨著科技的進(jìn)步，機(jī)電一體化技術(shù)已成為大多數(shù)企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造的重要手段，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)展。其中所包含的信息和自動(dòng)化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)與制造的實(shí)時(shí)監(jiān)控，讓信息傳遞變得更快，運(yùn)用網(wǎng)際網(wǎng)路仿真系統(tǒng)，既可節(jié)約人力、物力，又可確保企業(yè)的產(chǎn)品等到穩(wěn)定研發(fā)。二者的功能是互相促進(jìn)、共同發(fā)展，這對(duì)提高我國(guó)的工業(yè)水平有積極的作用。

1 企業(yè)智能制造的現(xiàn)狀

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的機(jī)械制造技術(shù)也在不斷地提高，然而，要想滿足人們對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的高精度和高質(zhì)量的需求，就需要通過開發(fā)和引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，來推動(dòng)企業(yè)的發(fā)展。智能制造技術(shù)，是指機(jī)械裝備對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)，從而達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)的目的，是今后機(jī)械裝備工業(yè)的重要發(fā)展方向。傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)在生產(chǎn)效率和質(zhì)量上的潛力逐漸耗盡的情況下，智能制造技術(shù)必將成為推動(dòng)機(jī)械制造行業(yè)不斷發(fā)展的動(dòng)力。智能制造技術(shù)借助多種技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用，可以以人機(jī)交互的方式縮短生產(chǎn)周期，同時(shí)也可以保證生產(chǎn)效率和質(zhì)量。因?yàn)橹悄苤圃旒夹g(shù)可以使勞動(dòng)力得到很大程度上的解放，所以它可以很好地解決目前企業(yè)所面臨的勞動(dòng)力短缺的困境，這不僅能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)一些高危險(xiǎn)性的作業(yè)，要盡可能地采用智能化的方法，對(duì)作業(yè)過程中出現(xiàn)的問題要及時(shí)加以解決，以確保作業(yè)的安全。因?yàn)橹悄苤圃旒夹g(shù)可以進(jìn)行精細(xì)化控制，所以可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)工藝與流程的嚴(yán)格管控，減少人為失誤和差錯(cuò)的發(fā)生，有力地提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

最初的機(jī)電一體化技術(shù)是在20世紀(jì)60年代初由電子和機(jī)械兩種工藝的簡(jiǎn)單組合而成的。在應(yīng)用之初，機(jī)電一體化技術(shù)主要是利用在機(jī)械工業(yè)中的電子技術(shù)來提高生產(chǎn)效率，但由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平比較低、生產(chǎn)規(guī)模也比較小，所以并沒有得到廣泛的應(yīng)用。伴隨著微處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)在生產(chǎn)中得到了更多的應(yīng)用，并將其與電子技術(shù)、信息技術(shù)以及智能控制技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，逐步走向智能化的發(fā)展之路。因?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)將光學(xué)、控制、信息、計(jì)算機(jī)、機(jī)械以及電子等技術(shù)融合在一起，所以這些技術(shù)的發(fā)展也可以推動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。模塊化、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化是機(jī)電一體化技術(shù)未來的主要發(fā)展趨勢(shì)，利用人工智能的模擬功能和獨(dú)立決策功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械裝備的智能化控制。隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的快速發(fā)展，以及遠(yuǎn)程控制技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)視技術(shù)的投入使用，機(jī)電一體化技術(shù)必然會(huì)取得巨大的進(jìn)展，逐漸地將原來的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槟K化集成生產(chǎn)[1]。

3 智能制造中機(jī)電一體化技術(shù)的意義

隨著時(shí)代的發(fā)展，在新的時(shí)代，工業(yè)制造已經(jīng)超越了傳統(tǒng)、過時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)與方式，傳統(tǒng)、過時(shí)的工業(yè)制造方式很難再起到高效率的工業(yè)生產(chǎn)作用，也不能滿足當(dāng)前人們對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量要求。如果不能在工業(yè)生產(chǎn)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，就只能原地踏步，不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且對(duì)國(guó)家的整體發(fā)展也不利。因此，要促進(jìn)并強(qiáng)化在智能制造領(lǐng)域中的機(jī)電一體化技術(shù)，將其科學(xué)、合理地運(yùn)用到區(qū)域制造業(yè)中，才能有效地促進(jìn)區(qū)域制造業(yè)的整體發(fā)展。例如，在某些具有特色化資源的地區(qū)，通過對(duì)先進(jìn)技術(shù)的不斷改進(jìn)和引入，可以解決生產(chǎn)中的有關(guān)問題，并且可以提高生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。其次，將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于智能制造，可以保證對(duì)今后的工作進(jìn)行合理的規(guī)劃，既符合時(shí)代的發(fā)展需要，又可以防止出現(xiàn)冒進(jìn)性的問題。

4 分析企業(yè)智能制造中機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 小型化

隨著集成技術(shù)的發(fā)展，小型化產(chǎn)品在一些特定的產(chǎn)業(yè)中會(huì)占據(jù)很大的優(yōu)勢(shì)。比如，日本電力改革前，EPS馬達(dá)以電剎車為主，以較高的輸出功率為動(dòng)力，以商品化生產(chǎn)。因此，企業(yè)推出了一款主打小型化、輕量化的E-Axle，并利用其高效率、低成本的優(yōu)勢(shì)，采用大批量生產(chǎn)的方式，可以大幅降低零部件的采購(gòu)成本。

4.2 個(gè)性化

不管電機(jī)集成向哪種方向發(fā)展，其服務(wù)的對(duì)象通常都是人，所以在今后的設(shè)計(jì)中，要確保它的個(gè)性，在色彩、環(huán)境和造型上采用合理的方式，在符合一定條件的情況下，盡量提高其藝術(shù)價(jià)值。特別是在面對(duì)越來越激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，要想讓我國(guó)的制造業(yè)不斷地創(chuàng)新，就需要把整體的設(shè)計(jì)和真實(shí)的生產(chǎn)線結(jié)合起來，使制造業(yè)客戶能夠有效地將設(shè)計(jì)平臺(tái)與自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，逐步向個(gè)性化發(fā)展，使制造業(yè)也開始步入工業(yè)4.0時(shí)代。

4.3 智能化

隨著高科技的發(fā)展，人們對(duì)人工智能的關(guān)注也越來越多，各種數(shù)控智能裝備的使用也越來越多，甚至可以模仿人類的動(dòng)作。因此，對(duì)機(jī)電行業(yè)實(shí)施相應(yīng)的轉(zhuǎn)型，不僅是優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)、提高機(jī)電行業(yè)質(zhì)量的需要，而且也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。要想實(shí)現(xiàn)新的發(fā)展，就要從控制的智能化、精準(zhǔn)化等方面著手。

5 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用策略

5.1 在數(shù)控領(lǐng)域中的應(yīng)用

在CNC行業(yè)中，由于其操作過程相對(duì)于其他行業(yè)來說，具有更多的復(fù)雜性和更多的細(xì)節(jié)要求。若有關(guān)人員對(duì)工作過程不夠重視，則極易因操作失誤而導(dǎo)致工作失敗，從而帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失。在CNC中引入機(jī)電一體化技術(shù)，可以大大提高作業(yè)效率、精度、安全性。例如，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用已經(jīng)成為一種發(fā)展方向，它已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)過程中不可或缺的一項(xiàng)裝備，而在機(jī)械生產(chǎn)過程中，它的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。該方法不僅能促進(jìn)企業(yè)的工業(yè)化，而且能有效地提高企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，還能促進(jìn)我國(guó)機(jī)床鑄造產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。找到最優(yōu)的CNC系統(tǒng)加工方法，利用CNC中的預(yù)算和計(jì)算功能，在改善性能的同時(shí)，還能增強(qiáng)其本身的穩(wěn)定性和精確性。建立三維仿真模型，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行必要的控制，更好的完善數(shù)控加工生產(chǎn)任務(wù)，為實(shí)際操作提供更多的信息數(shù)據(jù)[2]。

5.2 自動(dòng)化生產(chǎn)線與自動(dòng)化機(jī)械的結(jié)合

智能制造業(yè)同樣屬于一個(gè)技術(shù)發(fā)展比較快的行業(yè)，如果想要制造出更多滿足人們需要的產(chǎn)品，從而提高其在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，就需要不斷地完善自身生產(chǎn)工藝和加工技術(shù)，而運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)則能充分顯示出企業(yè)的時(shí)代性。將機(jī)電一體化技術(shù)整合到各類智能機(jī)械裝備的內(nèi)部系統(tǒng)中，以促進(jìn)各類機(jī)械裝備的智能化，使總體生產(chǎn)過程的簡(jiǎn)單化。所以，這一技術(shù)是最常用于企業(yè)生產(chǎn)區(qū)的流水線上的自動(dòng)化生產(chǎn)和機(jī)器設(shè)備。在這兩個(gè)主要工藝中采用了機(jī)電一體化技術(shù)，可以提高生產(chǎn)工藝的有序性，而且在應(yīng)用時(shí)，還可以有效地提升生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的智能化控制性和生產(chǎn)作業(yè)能力。在這種情況下，智能制造企業(yè)就能夠使用新的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備，在不同的生產(chǎn)過程中，有效降低企業(yè)的人力成本。智能化的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備，其構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，操作起來也很容易，并且能夠?qū)ιa(chǎn)中出現(xiàn)的事故和危險(xiǎn)進(jìn)行快速的處理，從而可以代替人工進(jìn)行一系列的生產(chǎn)工藝，從而大大提高企業(yè)的生產(chǎn)效率[3]。

5.3 自動(dòng)生產(chǎn)控制

通過對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)控制的研究，可以發(fā)現(xiàn)，在加工制造企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中，很可能會(huì)遇到由于人為原因而導(dǎo)致的產(chǎn)品精度和質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題，而運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的現(xiàn)代控制與介入，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與智能化，提高其工作效率和效率，當(dāng)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)某些異常狀況時(shí)，就可以依靠自動(dòng)生產(chǎn)控制及時(shí)介入，保證產(chǎn)品生命活動(dòng)早日恢復(fù)正常。目前，主要開展自動(dòng)生產(chǎn)控制的行業(yè)包括香煙生產(chǎn)、飲料生產(chǎn)、卷煙生產(chǎn)等，這些生產(chǎn)活動(dòng)具有高度的重復(fù)性，且生產(chǎn)量大，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有較高的要求，采用這種方法，通過對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)控制，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。除此之外，還對(duì)最近幾年，許多學(xué)者所做的關(guān)于智能制造中機(jī)電一體化應(yīng)用研究文章進(jìn)行了分析，最后得出的結(jié)論是，自動(dòng)生產(chǎn)過程跟蹤控制系統(tǒng)屬于一種新研發(fā)出來的自動(dòng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，可以對(duì)產(chǎn)品的全流程進(jìn)行控制，可以對(duì)與產(chǎn)品生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和分析，從而保證在產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)，可以按照這些參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的自動(dòng)化操作，從而使產(chǎn)品具有較高的綜合價(jià)值。

5.4 工業(yè)智能機(jī)器人

除了大型的智能生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備和小型的電子產(chǎn)品之外，工業(yè)智能機(jī)器人的出現(xiàn)更多地顯示出機(jī)電一體化所具有的包括合并在內(nèi)的功能結(jié)構(gòu)特征。在其內(nèi)部系統(tǒng)中，通過模擬技術(shù)，使其外形、身體結(jié)構(gòu)以及發(fā)力節(jié)點(diǎn)更加與人體相似，這一物理特性也可以用在重力加載的機(jī)器人上。從這里可以看到，在各類生產(chǎn)機(jī)器系統(tǒng)中，利用機(jī)電一體化技術(shù)所生產(chǎn)的智能生產(chǎn)機(jī)器人，在很多方面都得到了認(rèn)可，而且可以按一定的程序進(jìn)行各類生產(chǎn)操作，而最能將這些工業(yè)機(jī)器人的智能性發(fā)揮到極致的，就是制造業(yè)。該企業(yè)可以通過智能機(jī)器人的識(shí)別系統(tǒng)，區(qū)別設(shè)計(jì)圖紙中所標(biāo)化的各類型、規(guī)格及性能的物料，根據(jù)該廠實(shí)際的加工及生產(chǎn)條件，和相應(yīng)的加工步驟，進(jìn)行科學(xué)合理的安排，完成整個(gè)制造流程。另外，生產(chǎn)功能機(jī)器人還擁有強(qiáng)大的自動(dòng)監(jiān)控能力，它可以對(duì)產(chǎn)品的每一道制造工序進(jìn)行全面的檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，它會(huì)立即停止所有的制造作業(yè)，并將錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，從而觸發(fā)報(bào)警裝置，提醒有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行系統(tǒng)的檢測(cè)和維護(hù)，因此，在生產(chǎn)操作中，這些智能化的生產(chǎn)機(jī)器人，可以使意外的發(fā)生概率降低到最低[4]。

5.5 加強(qiáng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建

機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用是非常明顯的，但這項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用的過程中卻不能完全脫離人工，對(duì)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的依賴性還是很大的。為此，需要建立一支科技隊(duì)伍，使其能科學(xué)、合理地運(yùn)用于智能制造。首先，要對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用的相關(guān)培訓(xùn)，使每個(gè)人都能在意識(shí)和實(shí)際操作上，根據(jù)自身實(shí)際情況，很好地調(diào)整自己原有的工作方式。其次，建立一個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，需要一個(gè)長(zhǎng)期的創(chuàng)新過程，特別是要將新的技術(shù)，融入自己的項(xiàng)目中，這樣才能保證項(xiàng)目的實(shí)施更加緊密。

5.6 提高技術(shù)管理

在工藝管理中，要對(duì)與智能制造相關(guān)的各種數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的記錄。與此同時(shí)，還應(yīng)該持續(xù)地對(duì)必要的技術(shù)管理體系進(jìn)行改進(jìn)，針對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用特征，高效地建立該系統(tǒng)，從而為未來的事業(yè)布局和產(chǎn)業(yè)調(diào)整提供更多保障。

5.7 制造行業(yè)中的柔性系統(tǒng)

柔性系統(tǒng)在制造行業(yè)中的應(yīng)用比較廣泛，它以計(jì)算機(jī)自我控制為核心，在進(jìn)行批量產(chǎn)品的高效生產(chǎn)時(shí)，可以充分地滿足不同市場(chǎng)的需要，柔性系統(tǒng)包含計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)等較為先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，因此，它可以有效解決傳統(tǒng)制造業(yè)所面臨的問題，從而提升生產(chǎn)效率，并減少庫(kù)存問題。

6 結(jié)束語

綜上所述，在企業(yè)智能制造的過程中，運(yùn)用到了機(jī)電一體化技術(shù)，這是對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的一種創(chuàng)新和變革，它不但可以顛覆以往的運(yùn)作模式，而且也可以在生產(chǎn)的方式上也做出一定的調(diào)整。伴隨著這項(xiàng)技術(shù)的持續(xù)普及，它對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也起到了積極的影響。在智能控制技術(shù)持續(xù)優(yōu)化的同時(shí)，智能化技術(shù)也為我國(guó)各領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。