陳智俊，林麗華

(鷹潭職業(yè)技術(shù)學院，江西 鷹潭 335000)

0 引言

機電一體化技術(shù)，又被稱為機械電子技術(shù)(mechanical and electronical engineering)，主要包括機械加工技術(shù)、電子電器技術(shù)、傳感器技術(shù)、液壓技術(shù)及自動控制技術(shù)等，實現(xiàn)各個生產(chǎn)行業(yè)與服務(wù)行業(yè)的智能化與高效化[1]。隨著機電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，目前正在實現(xiàn)功能更加強大、體積更加小巧、可靠性更高等特點，可以突破傳統(tǒng)機電產(chǎn)品的單一性和局限性，通過傳感器技術(shù)及計算機技術(shù)將多種功能集成一體，可以適用于各種場合與領(lǐng)域，增加自動監(jiān)測、實時診斷、自動報警與自我保護等功能，可以提高產(chǎn)品的安全性與可靠性，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。

隨著新時代的快速發(fā)展，以電子信息、機械加工、互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)等多層次、寬學科領(lǐng)域融合的機電一體化技術(shù)已然成為引領(lǐng)機械加工的浪頭。機電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用，將進一步提升制造企業(yè)的生產(chǎn)水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量及企業(yè)核心競爭力[2]。

本研究首先對機電一體化技術(shù)的應(yīng)用及功能優(yōu)勢進行分析，并針對目前我國機電一體化技術(shù)的主要研究現(xiàn)狀進行系統(tǒng)闡述，提出未來我國機電一體化技術(shù)的主要發(fā)展重點與研究方向，研究結(jié)果對于提高我國機電一體化技術(shù)的應(yīng)用范圍與技術(shù)體系具有重要的理論意義。

1 機電一體化技術(shù)在智能制造中的內(nèi)涵與優(yōu)勢

1.1 內(nèi)涵

機電一體化技術(shù)是將機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進行有機結(jié)合，并應(yīng)用到實際中的綜合技術(shù)，主要構(gòu)成因素如圖1所示?，F(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都是機電一體化的設(shè)備，利用機電一體化的設(shè)備可以實時對數(shù)據(jù)信息進行收集、預處理、編譯、傳輸，實現(xiàn)加工過程的整合，進而提高整個運行系統(tǒng)的效率，促使企業(yè)不斷革新進步。

圖1 機電一體化技術(shù)構(gòu)成因素及組成

1.2 優(yōu)勢

首先，機電一體化技術(shù)在智能制造中具有得天獨厚的交換優(yōu)勢。在智能制造中可以對數(shù)據(jù)進行高速處理，完成對智能系統(tǒng)的快速提升，而這些數(shù)據(jù)來源于機電一體化的前期控制和收集，因此機電一體化技術(shù)在智能制造中大大提升了信息交互的實時性和速率。其次，機電一體化技術(shù)在智能制造中具有模型優(yōu)勢。機電一體化通過對信息高質(zhì)量的處理，使得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次更豐富，利于擴大信息應(yīng)用的范圍。在智能制造中利用機電一體化技術(shù)，使得制造工藝不斷創(chuàng)新和革新，推動行業(yè)的不斷發(fā)展。

2 機電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

2.1 數(shù)控生產(chǎn)的應(yīng)用

數(shù)控生產(chǎn)是機電一體化技術(shù)在智能制造中的基礎(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域。通過數(shù)控生產(chǎn)和剖析產(chǎn)品的加工工藝和加工原理，制定出具體的加工程序，使機電一體化的信息交互優(yōu)勢得到充分體現(xiàn)。利用程序控制做指導，人機交互界面做展示，光電電子驅(qū)動系統(tǒng)做動力，最終實現(xiàn)生產(chǎn)機械的自動化，構(gòu)建先進的自動化設(shè)備生產(chǎn)線，確保產(chǎn)品加工的精確度。通過機電一體化技術(shù)在智能制造中的數(shù)控生產(chǎn)應(yīng)用，不僅達到傳統(tǒng)機械加工和智能生產(chǎn)的技術(shù)水平，還可以完成虛擬仿真、拓展和智能探索等機器學習功能。通過模糊控制、實時預警、車間PLC控制編程等技術(shù)，提升智能制造中的數(shù)控加工水平。

2.2 傳感器技術(shù)應(yīng)用

我國的機電一體化技術(shù)在智能制造中已經(jīng)取得一定成果，與傳統(tǒng)的機械加工制造相比，智能制造更具科技性、精準性，而且受外界環(huán)境的影響較小。在整個數(shù)據(jù)信息傳遞過程中傳感器技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色，最大限度地避免環(huán)境干擾對制造設(shè)備的影響[2]。

傳感器技術(shù)中需要憑借無線傳感器將數(shù)據(jù)和信號實時傳遞給后臺的計算機操作人員，并根據(jù)提前規(guī)劃的程序進行信號的合成處理。智能制造最大程度上確保信號傳感器的穩(wěn)定性，提高信號傳輸?shù)木珳市?。因此，傳感器技術(shù)已經(jīng)在智能制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，有效減少信號傳輸?shù)谋趬荆纳飘a(chǎn)品加工流程，優(yōu)化整體信息流交互，促進制造企業(yè)的快速發(fā)展。

2.3 生產(chǎn)線的運用

隨著中國實體經(jīng)濟的不斷發(fā)展，制造型企業(yè)數(shù)量不斷增加，各制造行業(yè)之間的競爭也愈加激烈，傳統(tǒng)產(chǎn)品生產(chǎn)模式暴露出效率低、人工成本高、競爭力差等弊端，因此利用機電一體化技術(shù)實現(xiàn)對生產(chǎn)線的自動化、智能化應(yīng)用。在實際生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)線根據(jù)實際加工工藝和流程劃分為若干單元，并對該單元進行加工信息的賦值處理，保障機電一體化技術(shù)快速滿足智能生產(chǎn)線的運行。

同時，機電一體化技術(shù)針對車間的儀器儀表、運轉(zhuǎn)設(shè)備、控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)進行監(jiān)控，周期性檢驗和維護，確保企業(yè)完成相應(yīng)的生產(chǎn)控制指標。一旦發(fā)生產(chǎn)品問題，系統(tǒng)提前進行風險評估并予以報警，相關(guān)人員借助智能生產(chǎn)的機電一體化技術(shù)對生產(chǎn)流程進行干預，避免產(chǎn)生更大規(guī)模的損害，確保生產(chǎn)準確進行。

2.4 智能機器人應(yīng)用

在機電一體化的智能制造中，智能機器人是新時期的一種高級應(yīng)用。工業(yè)智能機器人的應(yīng)用結(jié)合仿生學、計算機技術(shù)、通信技術(shù)等學科，其研發(fā)問世體現(xiàn)了如今機電一體化所具有的兼容性和多功能性特征。智能機器人采用仿真模擬，通過模仿人體動作、外部結(jié)構(gòu)、運動原理使其與人類相似。智能機器人可以完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)呆板重復的操作，甚至適應(yīng)復雜且危險的環(huán)境，極大地降低安全風險，保障職工的生命安全。為了構(gòu)建更加安全的屏障，工業(yè)智能機器人利用計算機程序和機器學習功能精準調(diào)整智能制造過程用到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，從而確保生產(chǎn)操作的最終精度。

機電一體化技術(shù)主要應(yīng)用在智能機器人的內(nèi)部，此類機器人已經(jīng)被應(yīng)用到各行各業(yè)之中，安裝到規(guī)定工作環(huán)節(jié)按部就班地執(zhí)行命令。智能機器人根據(jù)設(shè)定程序?qū)Σ煌N類、性能、大小的產(chǎn)品進行識別驗證，并選擇制定加工工藝，對各環(huán)節(jié)進行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、標準作業(yè)，繼而完成整個生產(chǎn)制造流程。

2.5 系統(tǒng)集成技術(shù)的應(yīng)用

智能制造是由智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)兩部分組成。其中智能制造系統(tǒng)糅合多項機電一體化的子系統(tǒng)和理念，并在此基礎(chǔ)上著重于應(yīng)用性和管理層面的發(fā)展。智能制造系統(tǒng)采用分布式的結(jié)構(gòu)框架，把機電一體化的各類子系統(tǒng)集成于網(wǎng)絡(luò)空間里，實現(xiàn)了兩者的有機結(jié)合，從而呈現(xiàn)出科技含量更高的人機管理模式。

系統(tǒng)集成技術(shù)在機電一體化技術(shù)智能制造中應(yīng)用較多，例如航空航天、輪船制造等領(lǐng)域，其中生活中經(jīng)常接觸的就是汽車智能制造。機電一體化技術(shù)在我國汽車設(shè)計中主要的應(yīng)用范圍有能夠自動防撞的汽車激光雷達裝備，汽車發(fā)動機系統(tǒng)的微機控制，能夠?qū)崿F(xiàn)汽車自動變速的電子控制器，以及汽車的ABS運行系統(tǒng)這幾個方面。高級機電一體化技術(shù)主要以機電一體化技術(shù)為主，引導現(xiàn)代化汽車設(shè)計朝著多功能化、智能化、自動化、數(shù)字化的方向發(fā)展，提升汽車設(shè)計整體的性價比，充分實現(xiàn)計算機技術(shù)在汽車動力系統(tǒng)中的科學運用。

2.6 遠程監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用

遠程監(jiān)控技術(shù)在各個行業(yè)與發(fā)展中都有廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)中，由于工業(yè)控制的高實時性要求，因此需要對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控與信息傳輸，傳統(tǒng)的工業(yè)遠程控制主要包括數(shù)字控制系統(tǒng)和集散型控制系統(tǒng)。后期隨著機電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，逐漸將計算機通信技術(shù)、控制技術(shù)、遠程監(jiān)控技術(shù)集合，提出一種現(xiàn)場總線系統(tǒng)，可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，將各個設(shè)備進行數(shù)字通信，實現(xiàn)信息遠程監(jiān)控與處理，與局域網(wǎng)進行連接，還可以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的信息傳遞與通信，主要結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 機電一體化技術(shù)在智能制造中的發(fā)展前景

隨著各項智能制造中機電一體化技術(shù)和其他技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國的智能制造水平勢必持續(xù)提升。一方面，智能制造基礎(chǔ)領(lǐng)域發(fā)展，對于電子信息、機械加工、互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)等學科建設(shè)，夯實智能技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)，營造智能制造良好大環(huán)境；另一方面政策扶持、國家合作、融資共贏等國內(nèi)國際大循環(huán)措施的落實，關(guān)系到我國整體制造業(yè)的結(jié)構(gòu)升級和現(xiàn)代化提升，進而促進全球范圍內(nèi)的行業(yè)發(fā)展[4]。機電一體化和智能制造之間緊密相連，實現(xiàn)人與智能機器之間相互協(xié)作，形成默契的配合體系，隨著系統(tǒng)不斷進步發(fā)展將會形成類似人類專家組成的一個整體。

未來我國應(yīng)在發(fā)展機電一體化技術(shù)的同時加強機械技術(shù)基礎(chǔ)，機械技術(shù)是機電一體化技術(shù)的主要技術(shù)前提，未來應(yīng)該將更加先進的機械制造理念應(yīng)用到我國的機械材料、機械結(jié)構(gòu)中，尤其是機械生產(chǎn)中的關(guān)鍵零部件，如導軌、軸承、傳動機構(gòu)等，為機電一體化技術(shù)的應(yīng)用提供一個良好的基礎(chǔ)條件；另一方面，世界發(fā)展提出未來向“光機電一體化技術(shù)(圖3)”方向發(fā)展，將光電子技術(shù)融合，實現(xiàn)機電一體化數(shù)字化、可視化及模塊化發(fā)展[5]。

圖3 光機電一體化技術(shù)示意圖

4 結(jié)語

機電一體化技術(shù)代表著目前最先進的生產(chǎn)力，是多種先進技術(shù)的集成與融合，是我國傳統(tǒng)工業(yè)轉(zhuǎn)型與現(xiàn)代社會發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)。機電一體化與智能制造兩者的結(jié)合，應(yīng)用于各個領(lǐng)域，提高設(shè)備利用率和生產(chǎn)力，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，從而為企業(yè)在未來的市場競爭中處于優(yōu)勢地位。在如今的現(xiàn)代制造業(yè)中，智能制造將繼續(xù)引領(lǐng)整個行業(yè)發(fā)展。因此完善我國的工業(yè)生產(chǎn)管理體系，本研究通過對目前機電一體化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀進行系統(tǒng)闡述，提出我國未來機電一體化技術(shù)的主要發(fā)展重點與研究方向，實現(xiàn)我國傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)型與社會進步，研究結(jié)果對于實現(xiàn)我國工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)化、智能化、現(xiàn)代化具有重要的推動作用，為社會和國家的發(fā)展提供源源不斷的力量。