張晶晶 李寧

摘要：隨著生態(tài)環(huán)境的污染和資源的枯竭化，人類(lèi)開(kāi)始重視環(huán)境保護(hù)和生態(tài)發(fā)展。進(jìn)入到21世紀(jì)后，信息技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，以信息技術(shù)、電子科技為主的第四層工業(yè)革命重新向人類(lèi)發(fā)起了挑戰(zhàn)，新一輪的現(xiàn)代化生產(chǎn)方式將帶人類(lèi)走向綠色工業(yè)革命一智能制造。機(jī)電一體化是第四代綠色工業(yè)革命發(fā)展的前提條件與基礎(chǔ)。研究機(jī)電一體化在智能制造中的有效應(yīng)用對(duì)于第四層工業(yè)革命的發(fā)展有著重要的促進(jìn)意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;智能制造;有效應(yīng)用

1機(jī)電一體化和智能制造的基本概述

1.1機(jī)電一體化系統(tǒng)概述

機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括機(jī)械系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)三個(gè)組成部分，其中機(jī)械系統(tǒng)中包含傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、支承部件、數(shù)學(xué)模型幾個(gè)環(huán)節(jié);伺服系統(tǒng)中包含各項(xiàng)性能指標(biāo)、執(zhí)行元件、檢測(cè)元件、電氣元件等多個(gè)環(huán)節(jié);傳感檢測(cè)系統(tǒng)中包含位移傳感、速度傳感、加速度傳感、力矩傳感、扭矩傳感、測(cè)距傳感、視覺(jué)傳感等多個(gè)傳感部分，這些部分共同組成了一個(gè)完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)，完成物理、化學(xué)、生物量變化度的測(cè)量、信號(hào)轉(zhuǎn)化和信號(hào)傳遞。

1.2智能制造概述

智能制造的概念于20世紀(jì)80年代末正式提出，隨著計(jì)算機(jī)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和在制造業(yè)中的應(yīng)用，智能制造受到世界各國(guó)越來(lái)越多的關(guān)注。各個(gè)國(guó)家也都推出一系列的智能制造支持政策和發(fā)展計(jì)劃，如歐盟的7個(gè)研發(fā)框架計(jì)劃和德國(guó)的工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃、美國(guó)的國(guó)家科學(xué)基金智能制造項(xiàng)目和先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃、日本的智能制造研究10年計(jì)劃和機(jī)器人新戰(zhàn)略、韓國(guó)的高級(jí)先進(jìn)技術(shù)國(guó)家計(jì)劃和制造業(yè)創(chuàng)新3.0戰(zhàn)略]等。我國(guó)早在1991年即開(kāi)啟了智能制造領(lǐng)域的研究，國(guó)家自然科學(xué)基金設(shè)立了重大項(xiàng)目“智能制造系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”，特別是在德國(guó)提出工業(yè)4.0后，我國(guó)政府相繼提出了兩化深層次融合、互聯(lián)網(wǎng)+、中國(guó)制造2025等一系列行動(dòng)計(jì)劃，用以指導(dǎo)中國(guó)智能制造的發(fā)展。智能制造是制造業(yè)的發(fā)展方向，也是中國(guó)制造2025的主攻方向。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，智能制造的研究涵蓋了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。

2機(jī)電一體化在智能制造中的有效應(yīng)用

在微電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)持續(xù)發(fā)展的背景下，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，且在智能制造中的作用也逐漸突出。機(jī)電一體化技術(shù)是傳感技術(shù)、自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)等多個(gè)先進(jìn)技術(shù)的整合，能夠在保障產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)促進(jìn)制造業(yè)整體運(yùn)行的效率的提升。鑒于此，加大對(duì)智能制造中機(jī)電一體化技術(shù)及應(yīng)用的探究力度具有重要意義，從而在機(jī)電一體化技術(shù)支撐下確保對(duì)機(jī)電設(shè)備管理和控制的科學(xué)、合理進(jìn)行。

2.1傳感檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

傳感檢測(cè)技術(shù)是機(jī)電一體化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能的關(guān)鍵技術(shù)。傳感技術(shù)顧名思義就是指為機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)置智能傳感器作為傳感檢測(cè)系統(tǒng)的感受器官，用于自動(dòng)采集和獲取信息數(shù)據(jù)，并應(yīng)用采集的數(shù)據(jù)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)、控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化生產(chǎn)管理的作用。智能傳感器一般設(shè)置在較為惡劣的環(huán)境中，用于代替人在在復(fù)雜、惡劣的環(huán)境中完成信息采集與生產(chǎn)監(jiān)測(cè)，因此對(duì)于智能傳感器的質(zhì)量要求較高，同時(shí)也對(duì)于信息采集的精確度和自動(dòng)化程序要求較高。將傳感檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到智能制造中，可充分發(fā)揮傳感器與智能制造的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的整合與資源的優(yōu)化。這一技術(shù)的應(yīng)用需要結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化接口技術(shù)，將傳感檢測(cè)系統(tǒng)集成到智能制造系統(tǒng)中，并與控制系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等相結(jié)合。傳感檢測(cè)系統(tǒng)將自動(dòng)監(jiān)測(cè)和采集的信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)同時(shí)傳遞給生產(chǎn)車(chē)間、管理平臺(tái)、服務(wù)端等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。這些數(shù)據(jù)可用于產(chǎn)品生命周期的管理，對(duì)于智能制造各個(gè)領(lǐng)域的而言，不僅提高了產(chǎn)品管理的效率，還確保了信息資源的精準(zhǔn)性，提高了資源的利用率。對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)而言，該系統(tǒng)的應(yīng)用接解放了惡劣工作環(huán)境下的勞動(dòng)力，確保了生產(chǎn)工人的人身安全。

2.2智能機(jī)器人的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)在智能機(jī)器人制造領(lǐng)域的推廣促進(jìn)了智能制造產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。智能機(jī)器人制造技術(shù)是多行業(yè)多領(lǐng)域的綜合交叉技術(shù)，其涉及到傳感技術(shù)、智能控制、仿生學(xué)等多種學(xué)科技術(shù)。如今由于智能機(jī)器人的大范圍應(yīng)用，不同行業(yè)都有所受益，類(lèi)似于信息重復(fù)傳輸?shù)葐?wèn)題不再發(fā)生，信息識(shí)別的準(zhǔn)確度提高，機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備的效率也獲得大幅提升。（1）主控制級(jí)。主控制級(jí)的功能是建立操作和工業(yè)機(jī)器人之間的信息通道，傳遞作業(yè)指令和參數(shù)，反饋工作狀態(tài)，完成作業(yè)所需的各種計(jì)算，建立與伺服控制級(jí)之間的接口。它由以下幾個(gè)部紛組成：主控制計(jì)算機(jī)、主控制軟件、外圍設(shè)備、示教控制盒。（2）伺服控制級(jí)。伺服控制級(jí)由一組伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成，每個(gè)伺服控制系統(tǒng)分別驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)構(gòu)的一個(gè)關(guān)節(jié)。每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)來(lái)自控制級(jí)計(jì)算機(jī)的輸出。伺服控制級(jí)主要組成部份有：①伺服驅(qū)動(dòng)器。工業(yè)機(jī)器人常用的的電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)器通常由伺服電動(dòng)機(jī)（氣動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)器則通過(guò)電磁伐控制）、位置傳感器、速度傳感器及制動(dòng)器組成。②伺服控制器電路。伺服控制器的基本電路是比較器、偏差放大器、運(yùn)算器和功率放大器等。輸入信號(hào)除參考信號(hào)外，還有各種傳感器反饋信號(hào)?？刂破骺梢圆捎媚M調(diào)節(jié)電路也可用微處理器構(gòu)成的數(shù)字調(diào)節(jié)器構(gòu)成。數(shù)字伺服系統(tǒng)靈活性強(qiáng)，調(diào)節(jié)參數(shù)可自動(dòng)改變適應(yīng)性強(qiáng)，便于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜控制。

2.3數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)最先應(yīng)用于我國(guó)各類(lèi)機(jī)床生產(chǎn)當(dāng)中，將數(shù)控機(jī)場(chǎng)類(lèi)型設(shè)定為CPU模式和總主線模式，通過(guò)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的檢測(cè)和存儲(chǔ)，運(yùn)用模糊智能控制方法對(duì)其進(jìn)行診斷和管理，并結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，做出三維仿真圖，不僅規(guī)范了操作生產(chǎn)的流程、步驟，同時(shí)還將數(shù)據(jù)精準(zhǔn)到最小的差值范圍，較大程度的提高了生產(chǎn)效率。其中智能制造長(zhǎng)生產(chǎn)中，數(shù)據(jù)模擬和數(shù)據(jù)、信息傳遞、處理等技術(shù)，都需要依靠精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和計(jì)算系統(tǒng)，通過(guò)此系統(tǒng)將數(shù)據(jù)和信息傳遞、統(tǒng)計(jì)、模擬與感應(yīng)，來(lái)及時(shí)掃描并發(fā)現(xiàn)流程中存在的問(wèn)題與漏洞，并上傳到相應(yīng)系統(tǒng)，進(jìn)行問(wèn)題分析與解決。而此過(guò)程中數(shù)控技術(shù)與軟件技術(shù)，以及計(jì)算機(jī)信息技術(shù)等全面融合與協(xié)作，制作出三維仿真畫(huà)面，進(jìn)一步優(yōu)化了智能化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，將CPU設(shè)定為生產(chǎn)核心，使其更真切、安全和數(shù)據(jù)、信息精準(zhǔn)。

2.4自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用

自動(dòng)生產(chǎn)控制技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的又一應(yīng)用形式，其主要是以人機(jī)界面控制裝置、可編程序控制等多個(gè)裝置為輔助。對(duì)智能制造領(lǐng)域進(jìn)行深入剖析可知，無(wú)論是基本的飲料生產(chǎn)線還是印刷包裝生產(chǎn)線等，都可以看到自動(dòng)化生產(chǎn)控制技術(shù)的身影。同時(shí)，車(chē)間的生產(chǎn)過(guò)程跟蹤和控制系統(tǒng)也是機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中應(yīng)用的具體形式，一方面可以對(duì)產(chǎn)品制造流程中的數(shù)據(jù)予以采集、分析和處理，另一方面借助系統(tǒng)管理、資源管理等多個(gè)管理過(guò)程也為制造業(yè)綜合自動(dòng)化管理的實(shí)現(xiàn)提供了動(dòng)力。

3結(jié)束語(yǔ)

總而言之，機(jī)電一體化技術(shù)改善了智能制造業(yè)的生產(chǎn)效率低下的現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的整體效率，并幫助智能制造業(yè)有效管控了各個(gè)流程和生產(chǎn)階段，代替人工解決了眾多難題，大力的推動(dòng)了智能制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，我們應(yīng)當(dāng)重視機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域拓展及創(chuàng)新，并充分利用其優(yōu)勢(shì)與特征，為我國(guó)更多產(chǎn)業(yè)做出貢獻(xiàn)，全面提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

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