機電一體化技術在智能制造中的應用

摘" 要：隨著社會經濟不斷發展，我國政府部門越發提高對機電一體化的重視程度，針對機電一體化實際情況提出各種相關政策，來推動機電一體化實現可持續發展。但從目前機電一體化實際情況來看，由于受到各種外在因素影響，其發展程度無法滿足現代社會發展要求，因此，將先進智能化技術應用到機電一體化設計中不可避免，將兩者進行深度融合，最終實現機電設備自動化管理，不僅能極大提升配置資源的有效性，還能充分發揮智能化技術自身作用，提高日常應用價值，從而促進相關企業實現可持續發展。基于此，該文通過闡述智能制造技術和機電一體化系統概述為基礎，來分析現代機電設備數字化設計發展的實際情況，讓專業人員對其基本情況有進一步了解，再從不同方面來分析智能化技術的優勢，將其應用到日常機電一體化設計中，給企業帶來巨大的經濟效益。

關鍵詞：智能制造；機電一體化；實踐價值；實踐應用；自動化控制

中圖分類號：TH-39" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）17-0174-04

Abstract： With the continuous development of social economy， our government departments have increasingly increased the importance of electromechanical integration， and put forward various relevant policies according to the actual situation of electromechanical integration to promote the sustainable development of electromechanical integration. However， from the current actual situation of electromechanical integration， due to various external factors， its development level cannot meet the development requirements of modern society. Therefore， it is inevitable to apply advanced intelligent technology to the electromechanical integration design. The integration of the two will be carried out in depth， and finally the automatic management of electromechanical equipment will be realized. This will not only greatly improve the effectiveness of resource allocation， but also give full play to the role of intelligent technology itself， so as to improve the value of daily application， so as to promote the sustainable development of relevant enterprises. Based on this， this paper analyzes the actual situation of the development of modern electromechanical equipment digital design based on the introduction of smart manufacturing technology and electromechanical integration system， so that professionals can have a further understanding of its basic situation; then， this paper analyzes the advantages of intelligent technology from different aspects， and applies it to the daily electromechanical integration design， bringing huge economic benefits to enterprises.

Keywords： smart manufacturing; mechatronics; practical value; practical application; automation control

近年來，智能化技術出現在人們視線范圍內，作為實現機電一體化數字化設計的重要環節，其對于提高機電一體化日常工作效率具有重要作用。將智能化技術和機電一體化數字化設計相互結合，能促進機電一體化向自動化方向發展，不僅提高機電一體化自動化控制工作效率，還突破傳統技術作業限制，避免出現滯后性、延遲性強等問題。同時，隨著智能技術應用不斷深入，讓機電一體化自動化控制效果無限接近預期效果，有效降低工作人員工作強度和設備維修費用，解決在傳統機械化管理中存在的問題，用最科學的方式來選擇最佳控制措施，有利于工作人員節約企業生產建設成本，加強相關企業核心競爭力。因此，本文通過分析機電一體化技術基本原理，加強智能制造水平，提高制造效率[1]。

1" 機電一體化技術概述

機電一體化最早出現在20世紀中期，是由日本研究人員發現，當時日本經濟正處于高速發展階段，由于科學技術不斷發展，這項技術被逐漸普及到各個國家，受到各國政府高度重視，相關專家對其進行深度研究，將機電一體化應用到日常生產中。同時，機電一體化是由可控性驅動元件、計算機技術、控制技術和信息處理技術等組成，是一種新型智能化機械系統，主要包括動力組成要素、運動組成要素、結構組成要素、智能組成要素和感知組成要素等環節。在機械日常生產過程中，很多企業都相繼建立自動化生產線，如雷沃自動化生產線，進一步推動拖拉機的智能化制造。同時，通過利用數字化仿真技術，對制造過程中各環節進行定量描述，如制造系統、制造工藝、制造裝備和產品性能等環節，能讓農機工藝設計向科學推理進行轉變，從而加強機械產品的智能化制造水平。因此，在進行要素能量轉換時，工作人員要建立有機系統，能有效提高機械產品生產效率。機電一體化技術構成因素和組成如圖1所示。

2" 智能制造技術在機電一體化自動化控制應用中的作用

2.1" 加強機電設備自動化控制性能

與人工技術相比，智能自動化處理方式具有多樣化特征，如操作簡單、效率高、成本低和安全性高等特征，能控制機電一體化工作時間，減少工作人員工作內容，避免其受到外界各種因素影響，進一步改善整個操作流程，通過遠程操作解決生產中存在的問題，加強生產設備的安全性。工作人員要全面分析機電設備自動化系統運行中存在的問題，根據實際情況來建立數據信息模型，提前預測事故發生原因和具體位置，避免出現停止生產的問題從而給生產效率帶來嚴重影響，要合理控制生產損失[2]。

2.2" 優化機電設備自動化系統運行模型

通過利用模型化管理方式，有利于工作人員控制自動化控制系統，保證每個環節順利運行。因此，相關人員要根據實際工作情況設計運行模式，完善日常工作流程，發現隱藏在工作中的問題。但值得注意的是，一旦系統出現卡頓問題，很容易給生產帶來嚴重的安全隱患。工作人員可利用智能系統分析出現卡頓設備的具體原因，再對比實際數據和以往檢修數據，及時發現存在的故障問題，再將數據上傳到中控平臺，便于工作人員進行處理。通過上述分析，能看到在自動生產模型中可準確判斷機械設備和機械線路的基本情況，根據實際情況來做出科學處理，從而提高系統運行效率[3]。光機電一體化技術示意圖如圖2所示。

2.3" 減少機電設備自動化誤差率

在分析機械自動化系統運行數據時，要從不同方面進行分析，保證系統運行效率達到預期水平。同時，針對系統中誤差率較高的問題，要合理利用智能化技術進行處理，提高數據信息的實時性，科學控制設備運行情況，有效確保技術人員在查閱時的準確性。隨著智能技術應用不斷深入，讓機電一體化自動化控制效果無限接近預期效果，能有效降低工作人員工作強度和設備維修費用，可解決在傳統機械化管理中存在的問題，采用合理方式選擇最佳控制措施，有效控制工作人員生產成本，提高企業核心競爭力。而利用智能化控制技術，可跳過模型設計環節，避免出現無法評估的問題，提高了機電一體化自動化控制效果，同時，在機械控制系統復雜性的影響下，這種設備分析處理方式能診斷設備故障，為提高電控系統生產效率、推動機械技術發展提供豐富的數據資源[4]。

3" 機電設備智能制造平臺構建

農機生成智能工廠將數字化制造和智能工廠相互結合，在結合過程中要以智能裝備和三維仿真為核心，來實現制造工藝智能化。目前，整個智能化過程主要包括數字化模擬、智能制造過程管理、優化數字化車間和零部件虛擬仿真等環節，工作人員可通過分析二維數據掌握智能制造的業務范圍。在數字化工廠運行過程中，企業層、設備層、車間層等環節要充分發揮自身作用，將智能制造技術應用到日常生產工藝、設計環節，構建健全的三維模型，來實現智能制造和數字化設計相互結合。例如，美國在設計飛機時，就合理利用數字化技術來生產無紙化，有效縮短2/3的研究周期，將生產成本控制在合理范圍內[5]。

仿真模擬作為智能制造的重要方法，工作人員需要以虛擬仿真技術為主體，真實仿真機械零部件和虛擬裝配，模擬整個加工制造和零部件設計環節，掌握零件從材料采購到生產加工環節的整個過程。①加工仿真。該環節能分析加工路徑的準確性，查看其是否出現工件和刀具碰撞問題，加強切削余量的合理性，有利于工作人員掌握整個加工流程。②裝配仿真。通過裝配仿真檢驗零部件，發現零件中存在的問題，并且通過動力學仿真和運動學仿真建立零件模型。③物流仿真。該環節真實仿真物流運營內容，如路徑規劃效率、物流設施容量等方面，提高生產流程的合理性。④工程布局仿真，如倉儲物流設施規劃、新建廠房規劃、生產線規劃。工作人員通過仿真模型進行真實模擬，有利于其發現設計中存在的問題，引導加工過程和設計過程向數字化方向發展。通過真實仿真甲供系統項目，能有效縮短工廠施工周期，將設計成本控制在合理范圍內。同時，通過智能制造技術，工作人員可建立大數據云平臺和機電設備智能制造數字化平臺，來開發各種應用程序平臺，如智能產品、智能物料、智能工廠等平臺，存儲各種虛擬仿真數據，將虛擬仿真過程保存下來。另外，要使用智能物聯網技術來設置傳感器設備，通過控制系統來操作移動設備和執行器自動化運行，從而實現智能化制造過程。

4" 機電一體化技術在智能制造中的應用

4.1" 智能制造中CAD/CAPP/CAM信息集成的應用

在智能制造過程中要應用各種信息集成系統，如CAD（計算機輔助設計）、CAM（計算機輔助制造）、CAPP（計算機輔助工藝規程）等信息集成系統，能將不同位置的加工中心和智能計算控制系統相互結合，讓機械加工各環節能協同作業，從而實現整個機械生產和加工的智能化管理，實時傳輸系統加工數據，工作人員可根據企業需求加工出對應產品[6]。同時，在智能控制背景下進行協同管理，能將不同智能技術進行融合，建立智能化機械加工管理系統，具有方案設計、數控編程、造型設計和加工仿真等功能，合理應用工程數據庫中各種數據，編制數據自動設計加工方案，充分體現智能制造中各種功能，形成自動化控制生產線。CAD、CAM、CAPP集成智能控制系統如圖3所示。

通過分析圖3，發現智能控制是利用機械加工企業特征，來設計日常加工流程和加工工藝，有利于保證加工工藝和方案的合理性。當加工方案滿足加工要求后，要將其上傳到CAD部門，結合企業產品類型，判斷加工工藝數據的科學性，再通過CAM模塊和CAPP模塊自動生成虛擬加工工藝流程，保證加工仿真過程順利進行，提高加工產品質量[7]。

4.2" 智能制造中智能機器人技術的應用

智能機器人是機電一體化自動化的重要產物，其推動機電一體化設備向智能化方向發展，能有效解決傳統勞動者腦力和智力不足的問題，受到相關企業的高度重視。通過將智能機器人應用到日常制造工作中，能自動判斷生產過程是否滿足后期使用要求，不僅能降低工業制造生產成本，還能提高機械加工效率，代替工作人員開展各種危險工作。利用多樣化技術打造模擬人操作智能機器人，如自動控制技術、智能控制模塊、機電一體化技術等。針對該種情況，工作人員要提高對機電一體化技術的重視程度，將機電一體化技術和智能制造相互結合，實現智能機器人仿真控制，并利用智能控制技術模擬人的思維邏輯，讓制造機器人和人員具有相同的判斷能力，在工作人員發布相關指令后，機器人完全模擬人的各種動作進行加工，有效提高機械加工的智能制造技術水平[8]。

4.3" 數控技術在智能制造中的應用

通過PLC控制編程技術自動化控制機械加工設備，能結合其實際情況設置程序控制命令，加強生產任務分配的合理性。當其滿足預期條件時，自動激活設備指令，控制機器進行有序開展。同時，在智能制造過程中，采用計算機向生產機器設備發送指令，機器會根據指令內容完成整個生產作業，并將生產信息傳輸到計算機中，有利于管理人員全面檢測日常生產數據，合理調整生產信息。在進行智能制造時，要科學應用可編程控制系統，讓存儲數據的機器設備進一步分析生產條件，同時在加工中將有線網絡和無線網絡相互結合，從而實現機器生產的遠程控制[9]。另外，工作人員可通過數字控制技術和計算機控制技術來控制機器設備，提高整個生產過程的穩定性，利用計算機系統向機器控制系統發布生產命令，再使用機器控制系統、人機交互系統完成自動化生產控制，促進機電一體化生產過程向智能化方向發展。智能制造中的數字控制系統如圖4所示。

4.4" 機器視覺檢測的應用

機器視覺技術作為智能制造的重要技術，能真實模擬人眼識別機械加工圖，進一步掌握機械加工產品中存在的問題，真實模擬人腦全面處理相關信息。工作人員可通過機械視覺收集相關信息，再使用計算機數據庫將相關數據整理出來，將其應用到機械加工，自動控制整個機械生產過程。同時，機械視覺是由信息技術、自動化技術、智能控制技術等技術組成，通過詳細記錄機械加工產品的各種數據，再根據加工參數標準判斷零件加工中存在的問題，能全面檢測機器零件，提高系統檢測的準確性。另外，機器視覺檢測成本較低，有利于檢測者進行分析。可通過應用機械零部件三維模型，設置加工工藝數據，如加工方法、刀具參數等數據，利用數字化仿真設計云平臺來仿真整個加工過程，預測加工軌跡結果，保存加工軌跡數據和加工過程動畫，提高云平臺計算效率。對比單臺計算機工作效率發現，大數據云平臺能減少計算時間，主要原因為云平臺是采用協同化技術提高設計效率，增加零件設計制造效率，將生產成本控制在合理范圍內[10]。

5" 結束語

綜上所述，為提高機械產品的加工制造效率，推動機械向數字化設計方向發展，相關技術人員要將大數據云平臺和智能制造技術相互結合，應用到產品設計中，通過智能化虛擬建模和加工仿真，能提高設計效率，增強企業日常加工制造質量。同時，要利用云平臺來對比仿真計算效率和虛擬設計，分析各方面的數據，提升仿真計算速度和設計效率，引導機械制造向智能化方向發展，促進相關企業實現可持續發展。

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