溫 鍵

（佛山市三水區(qū)新科中小企業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，廣東佛山 528100）

制造業(yè)在我國國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位，隨著科技的不斷發(fā)展，制造業(yè)開始走向智能化、信息化、自動化，促使制造業(yè)整體制造能力與效率均得到大幅提升。在智能制造中，機(jī)電一體化技術(shù)占據(jù)重要地位，是實現(xiàn)制造業(yè)智能化、自動化的重要技術(shù)條件，而機(jī)電一體化技術(shù)又是計算機(jī)信息技術(shù)、自動控制技術(shù)以及傳感技術(shù)的結(jié)合體[1]。在智能制造中，機(jī)電一體化技術(shù)的運(yùn)用不僅能夠提升生產(chǎn)效率，其精密化的制造工藝更加能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量的提升，從而提升智能制造的整體水平，使社會發(fā)展的需求得到滿足。因此，需要對機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的具體運(yùn)用展開研究，使智能制造獲得支持和發(fā)展。

1 機(jī)電一體化技術(shù)及智能制造概述

1.1 機(jī)電一體化技術(shù)概述

機(jī)電一體化技術(shù)是指將自動化控制、信息技術(shù)以及系統(tǒng)理論等作為理論基礎(chǔ)，同時在該基礎(chǔ)條件下與傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等相結(jié)合的一種集成技術(shù)。該技術(shù)融合了多學(xué)科技術(shù)，主要由控制主題以及控制器構(gòu)成，同時又結(jié)合了信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、無線傳感技術(shù)、實時控制技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)等，屬于一門交叉型、綜合性學(xué)科。機(jī)電一體化技術(shù)結(jié)構(gòu)中信息處理技術(shù)屬于核心技術(shù)，該技術(shù)是將計算機(jī)技術(shù)與微電子技術(shù)之間有機(jī)融合而成，可對大量、復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息實施智能化、自動化處理。機(jī)電一體化的結(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1 機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)

控制器一般是由信息處理模塊和控制信息模塊構(gòu)成，控制主體一般由驅(qū)動原件、執(zhí)行元件、機(jī)械本體以及檢測元件構(gòu)成；該結(jié)構(gòu)中的能量供應(yīng)是為系統(tǒng)提供能量；控制信息處理主要是對系統(tǒng)信息進(jìn)行控制和處理，利用傳感器對信號進(jìn)行檢測，依據(jù)相應(yīng)的算法對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲和轉(zhuǎn)換，然后通過接口將執(zhí)行命令發(fā)出，對設(shè)定工作進(jìn)行控制；驅(qū)動元件以及檢測元件則是根據(jù)信息處理的具體要求驅(qū)動運(yùn)動機(jī)械，從而使運(yùn)動機(jī)械實現(xiàn)運(yùn)動。

1.2 智能制造概述

智能制造是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)的一種新型模式，是通過計算機(jī)編程來提升生產(chǎn)效益的一種制造模式。智能制造屬于當(dāng)前制造業(yè)發(fā)展的一種潮流和趨勢，對機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行深入分析和研究，使該技術(shù)與高新技術(shù)實現(xiàn)高度融合發(fā)展，使制造業(yè)智能化水平得到提升，有利于智能制造的發(fā)展，提升制造企業(yè)的競爭力。在智能制造中，運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)能夠?qū)θ祟惢顒右约八季S進(jìn)行模擬，依據(jù)制造生產(chǎn)的實際內(nèi)容設(shè)計操作指令，從而實現(xiàn)組裝測試，有效完成生產(chǎn)活動。為了保證該技術(shù)能夠有效運(yùn)用于智能制造中，需要將智能制造所具備的價值予以明確，從而將研究工作做好。隨著時代發(fā)展，機(jī)械操作已經(jīng)日漸取代人力操作，既能夠提升效率，又能夠降低成本，因此，在制造業(yè)中更加需要提升機(jī)械性能，使機(jī)械操作的效能實現(xiàn)最大化，機(jī)電一體化則能夠做到這一點，能夠?qū)崿F(xiàn)制造業(yè)的智能信息化。

2 機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用于智能制造中的優(yōu)勢

2.1 模型優(yōu)勢

機(jī)電一體化技術(shù)的模型優(yōu)勢表現(xiàn)比較突出，可推動智能制造的良好發(fā)展，可以為智能制造提供穩(wěn)定的、高效的技術(shù)支持，與既往制造業(yè)采用的控制系統(tǒng)相比更具優(yōu)勢，例如，機(jī)電一體化技術(shù)結(jié)構(gòu)能夠提升數(shù)據(jù)信息的處理質(zhì)效，使數(shù)據(jù)信息更加準(zhǔn)確。當(dāng)前在開展智能制造中，其核心技術(shù)在不斷更新發(fā)展，使智能制造的質(zhì)效得到進(jìn)一步提升。同時，機(jī)電一體化技術(shù)針對非固定性模型及其參數(shù)而言，其監(jiān)控功能優(yōu)勢表現(xiàn)更加突出，對該技術(shù)進(jìn)行科學(xué)有效的運(yùn)用，可推動智能制造持續(xù)發(fā)展，從而為工業(yè)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

2.2 交換優(yōu)勢

在智能制造之中，智能系統(tǒng)開展的信息處理來源為數(shù)據(jù)信號，該系統(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)信息展開高速處理，從而提升智能制造的質(zhì)效。同時，若信息信號不足以支撐智能系統(tǒng)，則系統(tǒng)將會失去價值或是不能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在此情況下會對信息處理的準(zhǔn)確程度產(chǎn)生影響。運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)之后，則能夠有效通過送音器為系統(tǒng)提供信息信號支持，保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性，從而發(fā)揮系統(tǒng)作用，為智能制造提供支持。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的具體運(yùn)用及發(fā)展趨勢

從機(jī)電一體化技術(shù)的總體結(jié)構(gòu)來看，其結(jié)合了各種現(xiàn)代化信息技術(shù)，這些技術(shù)主要包括傳感技術(shù)、數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)、自動化機(jī)械、智能機(jī)器人、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及計算機(jī)集成等，這些技術(shù)在智能制造中的具體運(yùn)用如下。

3.1 機(jī)電一體化在智能制造中的具體運(yùn)用

3.1.1 傳感技術(shù)的具體運(yùn)用

在開展機(jī)電一體化技術(shù)的運(yùn)用時，傳感技術(shù)屬于其中的關(guān)鍵技術(shù)。傳感技術(shù)的敏感性比較強(qiáng)，且精確度非常高，基于這一優(yōu)勢可以避免工業(yè)制造生產(chǎn)時出現(xiàn)的信號干擾問題，可將智能制造方面的優(yōu)勢全面展現(xiàn)出來。在功能效果方面，通過傳感技術(shù)能夠構(gòu)建附帶傳感器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而使信息傳輸更加高效化，將傳感技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)整合，可對工業(yè)制造的整個過程實現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的控制，從而使成本投入減少。在對傳感技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時，可利用光傳感器對環(huán)境光度出現(xiàn)的變化進(jìn)行檢測，還可對其變化的影響因素進(jìn)行檢測。在開展智能制造時，使用傳感器能夠?qū)α慵某叽缫约拔矬w發(fā)生的位移相關(guān)信息進(jìn)行檢測。所以該技術(shù)可應(yīng)用于航空、汽車等多個領(lǐng)域之中，具有顯著的應(yīng)用價值。傳感器通常由三個主要部分構(gòu)成，分別為變換元件、光感元件以及變換電路，傳感器結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 傳感器結(jié)構(gòu)

當(dāng)光感元件接收到光照之后，該元件會將光照通過某種方式向變換元件傳遞，變換元件接收到信息之后，會通過電學(xué)量向變換電路傳遞，然后由變換電路對電學(xué)量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使之形成電信號，最后完成輸出。

3.1.2 數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)的具體運(yùn)用

數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)的要求通常較高，需要全方位地將機(jī)械制造的整體水平予以提升。在當(dāng)前智能化工業(yè)發(fā)展背景下，機(jī)電一體化技術(shù)能夠體現(xiàn)出機(jī)械指導(dǎo)水平。在數(shù)控生產(chǎn)過程中，機(jī)電一體化技術(shù)的有效應(yīng)用不僅能夠使機(jī)械加工的整體精度得到保證，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械加工的整體效率得到提升。并且數(shù)控生產(chǎn)針對智能制造的要求比較高，通常會應(yīng)用總主線模式以及中央處理器，從而達(dá)成在線診斷，然后通過構(gòu)建三維模型對工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行有效控制，將數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化完善，從而使操作使用的數(shù)據(jù)信息能夠達(dá)到準(zhǔn)確無誤。

3.1.3 自動化機(jī)械生產(chǎn)

生產(chǎn)制造企業(yè)的發(fā)展規(guī)模比較大的情況下，需要構(gòu)建自動化機(jī)械生產(chǎn)線，從而使機(jī)械生產(chǎn)的效果和效率得到提升，使整體生產(chǎn)質(zhì)效得到增強(qiáng)。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用能夠利用電子技術(shù)實現(xiàn)光電控，通過人機(jī)交互界面對裝置進(jìn)行優(yōu)化控制，從而將生產(chǎn)流程進(jìn)行精細(xì)化控制。自動化生產(chǎn)能夠與機(jī)械生產(chǎn)之間緊密結(jié)合，使應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大，將自動化機(jī)械生產(chǎn)在科技產(chǎn)品之中應(yīng)用。在開展工業(yè)生產(chǎn)過程中，將柔性系統(tǒng)融合其中，可采用計算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行有效控制，從而使生產(chǎn)產(chǎn)生集約化效果。

3.1.4 智能機(jī)器人的運(yùn)用

智能機(jī)器人在機(jī)電一體化技術(shù)中具有重要作用。將其與機(jī)電一體化技術(shù)相互聯(lián)合，同時將仿生學(xué)技術(shù)成果融入其中，能夠提升整個系統(tǒng)的智能化，所以智能機(jī)器人已成為機(jī)電一體化實現(xiàn)智能制造的重點。在開展工業(yè)生產(chǎn)時，智能機(jī)器人具有較大的應(yīng)用范圍，既能實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的提升，又能夠確保人員在生產(chǎn)中的安全性，還能夠使生產(chǎn)數(shù)量增加，使工作強(qiáng)度降低。因此，在開展工業(yè)生產(chǎn)之中，通過智能機(jī)器人可將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行甄別和收集，從而將更為復(fù)雜的操作流程予以快速有效的完成，保證了產(chǎn)品精度和質(zhì)量，避免了一些安全事故的發(fā)生。

3.1.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于一種自適應(yīng)動態(tài)化系統(tǒng)，具有非線性特征，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常是對動物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬，從而使信息傳遞的整個過程得以實現(xiàn)，在開展信息處理時，一般是對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式完成信息處理，需要對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的模型進(jìn)行設(shè)計，從而完成信息信號處理。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的模型圖見圖3。

圖3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模型

圖3中，qi表示對輸入信號，wi表示強(qiáng)連強(qiáng)度系數(shù)，Σ 表示連接后信號空間總和，r代表神經(jīng)元閾值，a代表神經(jīng)元，因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的表達(dá)式為：

利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠處理非線性函數(shù)，同時還能夠在某種程度上與此類函數(shù)逼近，有著較好的自學(xué)能力，能夠在復(fù)雜的環(huán)境下將多個任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行處理和完成。為了能夠有效地對系統(tǒng)存在的不確定性以及非線性進(jìn)行應(yīng)對，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模型在設(shè)計時，還要將系統(tǒng)的自組織能力以及容錯能力進(jìn)行提升。自動生產(chǎn)過程中，如果存在不確定性問題，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模型則能夠?qū)⑷蒎e性提升，且將各單元之間實現(xiàn)有效連接，平衡態(tài)系統(tǒng)更具穩(wěn)定性，可將一些生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的不確定性問題得以有效解決。

3.1.6 計算機(jī)集成技術(shù)的運(yùn)用

在當(dāng)前戰(zhàn)略發(fā)展的要求與理念背景下，采取全局動態(tài)的形式可將計算機(jī)集成系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步完善，從而使該系統(tǒng)能夠有效地應(yīng)用于智能制造之中。在這一體系下，系統(tǒng)并不是簡簡單單的組合，其各部門之間存在的界限已經(jīng)被突破，而在這一系統(tǒng)之中，制造系統(tǒng)便是整個系統(tǒng)的主干，對于企業(yè)來講，當(dāng)其出現(xiàn)集成性特征的情況下，可對生產(chǎn)資源進(jìn)行優(yōu)化配置，使生產(chǎn)開發(fā)的整體水平得到提升，從而能夠使企業(yè)的潛力得到激發(fā)。現(xiàn)場總控系統(tǒng)能夠利用網(wǎng)絡(luò)通信對生產(chǎn)現(xiàn)場的各類儀表和控制器設(shè)備進(jìn)行實時控制，保證現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行的有效性，使自動化控制能夠與數(shù)字通信有機(jī)結(jié)合，通過與智能設(shè)備之間連接，從而將各設(shè)備功能綜合聚集在一起形成自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)補(bǔ)償計算和基本控制，從而實現(xiàn)智能制造。

3.2 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中運(yùn)用的發(fā)展趨勢

隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷應(yīng)用，制造業(yè)的智能化水平逐漸提升，并且已經(jīng)開始向以下幾個方向發(fā)展。

（1）人工智能方向。在智能制造之中，很多設(shè)備及技術(shù)尚不能完全取代人工，智能制造若要實現(xiàn)真正的智能化，必須采用計算機(jī)對人類進(jìn)行取代，通過計算機(jī)對人類活動進(jìn)行模擬，并對人的部分智力進(jìn)行取代，甚至延伸。目前，專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已經(jīng)體現(xiàn)這一趨勢，未來人工智能技術(shù)將可能在智能制造中普及應(yīng)用。

（2）超柔性以及自行組織。當(dāng)前智能制造之中，其系統(tǒng)各構(gòu)成部分能夠依據(jù)具體任務(wù)自行組織結(jié)構(gòu)和操作方法，使結(jié)構(gòu)形式的柔性特征得以體現(xiàn)。該柔性體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式以及運(yùn)行方式之中，通常被稱為超柔性，使智能制造系統(tǒng)具備生物特征，其系統(tǒng)類似于一組各專業(yè)專家，共同對智能制造進(jìn)行處理。

4 結(jié)束語

在當(dāng)前智能制造中，機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)得以應(yīng)用，并且取得了良好的效益和應(yīng)用效果，對于降低制造企業(yè)的生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)質(zhì)效發(fā)揮著重要作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能制造對機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用將更加趨向于智能化、自動化，新一代信息技術(shù)也將作為主流技術(shù)更加廣泛地應(yīng)用于機(jī)電一體化技術(shù)之中，使智能制造系統(tǒng)能夠應(yīng)用到更加先進(jìn)的技術(shù)，從而使制造業(yè)更好更快發(fā)展。