周加良 方永剛 宣燕紅

摘 要 智能制造的核心是將信息、知識、能源和各種先進的科學技術結合起來，通過計算機的控制和處理，實現對產品的生產過程進行實時的監(jiān)控和管理，并能夠根據市場的需求來調整企業(yè)的結構和功能。目前，我國很多的大型制造業(yè)都引入機電一體化技術，例如：汽車的裝配線、電子電器的組裝等等，這些都離不開機電一體化為基礎的機械制造行業(yè)。機電一體化為現代制造的發(fā)展奠定了堅實的物質條件。

關鍵詞 機電一體化技術 智能制造 硬件電路

中圖分類號：TH1;TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）06-0019-03

在工業(yè)領域中，自動化技術的應用已經非常廣泛，例如汽車的裝配、機械制造等。在農業(yè)方面，由于農作物的種植、節(jié)能環(huán)保需要，所以就要求其能夠實現智能自動培育和作業(yè)。而在建筑行業(yè)，則是對機電一體化的產物進行應用。機電一體化為的產物可以說是現代的一種新型的高科技產業(yè)，它不僅僅具有傳統(tǒng)的功能而且還具備其他的一些特點。

1 機電一體化技術基礎理論

1.1 機電一體化技術的概念

機電一體化是指將機械設備、傳感器、電氣系統(tǒng)等集成在一個大的整體上，通過計算機技術和電子技術的結合，實現對各種信息的采集、評估和處理，以達到智能控制的目的[1];機電一體化的主要特點是：（1）采用微電腦控制系統(tǒng)。（2）運用現代的通信網絡。（3）利用數字信號。（4）用智能的儀表顯示。機電一體化的發(fā)展過程中，最重要的兩個方面為：一是在設備原有的基礎上進行升級改造;二是對原來的產品進行改進，使其更加適應市場需求。隨著時代的進步與科技的飛速發(fā)展，人們已經逐漸認識到了機電一體的重要性以及必要性，并且也開始著手于機電一體的研究與開發(fā)。目前國內的許多企業(yè)都在積極地探索，并取得了一定的成果和經驗。例如：華為公司，它是一家專注于工業(yè)機器人的研發(fā)與生產的公司;海爾公司，它致力于家用電器的設計制造，其產品涉及電子產品的各個領域，包括洗衣機、冰箱等等。這些都為企業(yè)的生產和人們的生活帶來了極大的便利性。

1.2 機電一體化技術的分類

（1）按使用對象劃分，機電一體化系統(tǒng)可分為單工機械和多工種的機電產品，其中主要有數控機床、數控車床、加工中心等。（2）按功能可將其劃為裝配型和控制型兩大類。（3）按照應用范圍其包括工業(yè)型，如航天航空等。（4）根據作用其包括工業(yè)生產的機電一體化設備，如光纜、電致變色器、激光測距儀、自動駕駛儀、導航燈、電子計算機、信息交換機、汽車雷達、飛機上的各種傳感器、衛(wèi)星通訊、航空航天工程、海洋運輸、電力傳輸、石油化工、鐵路調度、公路隧道、碼頭設施、港口裝卸船、污水處理、橋梁涵洞、地下排水、道路維護、水利水電、交通安全、城市建設、環(huán)境保護等方面。

1.3 機電一體化技術的構成

（1）機電一體化裝置機電一體化的核心是機械部件，它由各種傳感器、控制器、伺服電機和執(zhí)行器等組成。（2）控制系統(tǒng)控制部分主要由步進電動機和減速機等構成。步進電動機的作用是將動力傳遞到驅動軸上，使其能夠帶動旋轉系統(tǒng)的運轉，以實現對物體的抓取。減速機的功能在于，將動力傳輸到工作臺，并對其進行一系列的操作，以完成指定的任務;而制動器則負責對車輛的緊急安全保護。這些子系統(tǒng)的共同特點是：結構簡單、價格低廉、使用方便、便于維修、性能穩(wěn)定、可控性強、可維護性好。

2 機電一體化技術在智能制造中的特點

2.1 智能化

智能化是指通過計算機技術和網絡技術，將機械設備進行智能控制，使之成為一個完整的自動化系統(tǒng)。

2.2 可控性

可控性是指利用傳感器，對物體的各種物理參數，如溫度、濕度等進行實時監(jiān)控，并根據檢測的數據自動做出相應的調整和處理，以保證機器的正常運行。

2.3 柔性化

可控性是指在設計的過程中，能夠對不同的產品實現靈活的調節(jié)功能，以滿足用戶的需求變化。

2.4 小而精

在生產中，可以充分地發(fā)揮出其作用，從而提高效率，減少成本。

2.5 信息化

信息化就是把人的思想和信息的收集與分析結合起來，使其達到最優(yōu)的狀態(tài)來并且可以具備自學習功能。在現代的制造業(yè)中，由于電子信息技術的發(fā)展迅速，所以企業(yè)也應該順應時代的潮流來建立屬于自己的信息系統(tǒng)平臺。同時，也要加強員工的專業(yè)技能，讓他們能更好地為客戶服務。這樣才能更快地適應市場的要求并獲得更多的利潤空間。

3 機電一體化技術

3.1 機電一體化技術的應用

（1）智能化。智能化是指利用計算機技術和自動控制技術，將人從繁雜的勞動中解放出來，使人們的生活更加便捷，提高工作效率。（2）網絡信息化。在信息時代，智能系統(tǒng)的發(fā)展已經成為現代社會的一種潮流，它可以為我們提供大量的數據和資料，方便了企業(yè)的管理與決策。（3）集成自動化。機電一體化的主要特點是：一是采用模塊的設計方法，使各個子系統(tǒng)之間的聯系更緊密;二是使用電子元器件，減少了設備的體積;三是運用數字電路，實現集成化，降低成本。（4）柔性生產。通過對機電一體化的改造與創(chuàng)新使得產品具有較高的可靠性、安全性、節(jié)能性以及靈活性等。（5）柔性化。在機械加工過程中，為了適應不同的加工環(huán)境，需要對其進行柔性的調整來達到最佳的工藝效果。因此要根據實際情況，選擇合適的機床，從而保證機床的高精度、低消耗、低噪聲、操作簡單、維護簡便。

3.2 機電一體化原理

計算機技術的飛速發(fā)展，使得機電一體化技術得到了廣泛的運用和普及。在智能制造領域中，主要是通過傳感器、微電子電路、控制器等部分實現對機械系統(tǒng)的控制和檢測。（1）傳感器。傳感器是指能感知外界信息并把感應到的信號轉換成電脈沖的裝置或設備。它包括各種敏感元件，如電阻應變片、電容式、光電管等。傳感器可以將被測量的變化轉化為電壓的變化量，然后輸出。（2）微機處理器。微機處理器的功能就是處理這些數據，將采集的模擬量進行數字化，并根據一定的算法計算出相應的結果;同時，微型CPU也可對輸入的指令作出響應，以達到自動識別，判斷和執(zhí)行命令的目的;它還能對存儲器的內存空間做出有效的管理與調節(jié)。因此微機處理器的性能直接決定了智能制造的質量與效率。（3）控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是指能夠完成預定的任務并且具有較高可靠性的一套自動化體系。BA2F4EBC-A2B9-4F2A-8C72-BF4DF2D5E891

3.3 機電一體化的主要方法

（1）將傳感器、控制器和機械設備集成在一起，實現信息的收集和處理。（2）將智能化的機電一體化系統(tǒng)與人機交互，使其具有一定的靈活性。（3）在工業(yè)生產中，可以利用計算機的智能控制技術，對產品進行自動檢測，并通過網絡連接，對數據的分析和整理，提高了自動化水平。（4）將智能的機電一體化控制系統(tǒng)與人機交互，使其具備了實時監(jiān)控功能，從而達到對故障的診斷能力，降低事故發(fā)生率。（5）采用先進的電子技術，如數字濾波技術、超聲波測距儀等，來完成機電一體的設計工作。同時也能為使用者提供更多的方便條件。（6）在機電一體的應用中，還應考慮到環(huán)境的影響因素，例如：溫度、濕度等。這些都會造成誤差，所以我們要不斷地改善工藝，以確保產品的質量安全。此外，還應注意的是，在使用過程中，要定期的檢查儀器的性能參數，以保證其穩(wěn)定運行。如果出現問題，應該及時的糾正錯誤，避免不必要的損失。

4 機電一體化技術在智能制造中的應用策略

4.1 機電一體化技術在智能制造系統(tǒng)中的需求

傳統(tǒng)的機械制造系統(tǒng)中，由于信息傳遞的方式比較單一，在生產過程中，需要對大量的數據進行收集和處理，并且在加工的時候，也會浪費很多的人力物力，而且在產品的質量方面也沒有辦法保證，所以，這種自動化的系統(tǒng)是無法適應現代社會的發(fā)展要求的。

機電一體化技術的應用可以實現智能的控制和檢測，通過傳感器的監(jiān)測來對產品的性能、外觀等做出判斷，并及時地反饋給設計部門，以便能夠更好地滿足消費者的需求;機電一體化的智能控制系統(tǒng)還能為企業(yè)提供更多的便利性，例如：（1）自動識別系統(tǒng)。（2）遠程操控。（3）智能的管理信息系統(tǒng)。（4）智能的監(jiān)控設備。如：溫度、濕度等。這些都能為用戶帶來更多的便捷性。比如：溫度的實時調控，環(huán)境溫差的有效調節(jié)以及各種突發(fā)情況的應急方案等等，都能幫助使用者提高工作效率，減少人工成本，讓人們的生活更加舒適。

4.2 機電一體化技術體系架構

現代機電一體化系統(tǒng)是以計算機為基礎的集成控制系統(tǒng)，它具有高精度、高可靠性、低能耗等特點，在工業(yè)領域得到了廣泛的應用和發(fā)展。

（1）智能控制技術的應用。智能控制技術的應用主要體現在智能的設備上，如機器人、自動生產線、儀表盤、儀器儀表，以及各種通信和通訊網絡。在這些方面，可以通過使用先進的傳感器來感知不同的環(huán)境中的信息并進行分析，然后做出相應的處理措施。例如：利用紅外線對射器來檢測物體的位置;用紅外對射器來測量被測物的距離;用激光或數字相機來跟蹤被測物的表面情況。（2）機電一體化技術的應用。隨著電子信息技術的飛速進步，機電一體化也越來越受到人們的重視與青睞。它是將機械的功能與微機的結合而產生的一種新型的產品——單片機。這種單片機的出現使得其成為智能的控制器之一，并且能夠完成許多傳統(tǒng)的模擬電路的組裝工作。

4.3 機電一體化技術的模塊

對于智能制造系統(tǒng)而言，其主要是通過傳感器、微機、計算機等設備來完成的信息處理和分析的工作[2];而在進行智能化的過程中，則是對機電一體化技術的應用和發(fā)展。在智能制造的領域中，其最重要的部分就是智能控制系統(tǒng)，它能夠將機械的生產能力轉化成自動化的產品數量，從而提高勞動的效率以及質量。目前，我國已經有很多企業(yè)都開始使用了這一系統(tǒng)，比如杭州的“智慧工廠”，該公司的“智慧物流”，利用了物聯網技術，將網絡與物聯網相結合，實現了對物品的運輸管理，同時也為消費者提供更加便捷的服務。機電一體化模塊主要有以下幾類：

（1）傳感器：傳感器是一種檢測裝置，它能把被測量的信息轉換成電信號，然后傳送給控制器，從而使控制系統(tǒng)對采集到的數據進行處理。（2）控制單元：它是機電一體化中的核心部分，其作用在于實現對機械的狀態(tài)和參數的自動調節(jié)。（3）顯示系統(tǒng)：通過顯示器，能夠清晰地了解到當前的工作狀況，并能根據所需的數值來決定是否調整設備的運轉速度。（4）報警器：當發(fā)現故障或發(fā)生事故時，可及時發(fā)出警報，提醒工作人員，防止造成更大的損失和傷害。同時，還可在無人看管的情況下，將設備的運行狀態(tài)告知值班人員，減少人與人之間的安全隱患。該設計還可以在某些場合使用，如工廠、車間等。也可用于其他的領域中。如工業(yè)機器人的智能化。該產品的優(yōu)點有：體積小、重量輕、壽命長、可靠性高、抗干擾能力強、抗振動、靈敏度高、性價比高等。

4.4 機電一體化技術在智能制造中的界面

界面是智能系統(tǒng)中最基本的要素之一，它決定了智能化設備的功能和性能。在智能制造中，界面主要包括了傳感器、顯示、控制和通信等部分。

其中，傳感器是指能夠感知到的外界信息，而顯示屏則是指能通過顯示器來進行實時的動態(tài)展示。在機電一體化的過程中，界面設計的好壞會直接影響用戶的使用體驗感;而液晶屏則需要良好的亮度以及清晰的色彩搭配，同時還應該具備較高的可靠性和抗干擾能力，這樣才可以讓使用者的體驗得到提高。目前，市場上的智能機器大多是采用機械原理來實現的工作方式，這種操作方法雖然簡單，但由于其成本較高，并且不容易被廣大的消費者所接受，所以很多的企業(yè)都選擇了將其淘汰，這就導致其生產的效率不高，而且還存在著安全隱患。隨著社會的發(fā)展與科技的進步，越來越多的人開始關注起機電一體化的未來前景，并將目光投向機電一體的研究領域。

4.5 硬件電路

將智能制造中的硬件設備進行集成，可以實現對機械的自動化控制，提高工作效率，降低成本。在智能制造中，硬件電路主要包括傳感器、控制器、顯示系統(tǒng)等[3]。

（1）傳感器。傳感器是智能制造的核心器件，它能夠采集外界的信息并將其轉換成電信號，然后傳輸給計算機，再由電腦處理。傳感器是一種檢測裝置，它能感知外部的變化和環(huán)境的影響，從而自動的改變自身的狀態(tài)或調整生產工藝。傳感器在機電一體化的過程中起著重要的作用：一是對各種被測物體的參數作出判斷;二是根據所獲取的數據，分析出被測對象的優(yōu)缺點;三是通過計算出的結果來確定測量的目的和程度。（2）顯示器。顯示屏作為智能制造的關鍵部分，其功能的發(fā)揮直接關系到產品的質量與性能。因此，為了保證機電一體化的可靠性及穩(wěn)定性，應選用數字式LED數碼管，同時使用液晶屏。此外，還應考慮到美觀性，使之具有一定的觀賞性。

5 結語

本文的研究對象是機電一體化技術在智能制造中的應用和分析，通過對智能制造的概念和特點的了解與認識，以及對機電一體化的發(fā)展趨勢進行了深入的探討;結合機電一體化的相關理論知識，并將其應用于實際的生產過程中，從而使其具有一定的實用性。

參考文獻：

[1] 姚翠萍.淺析智能制造中機電一體化技術的應用[J].技術與市場，2021，28（11）：80-81.

[2] 牛威楊.機電一體化技術在汽車智能制造領域中的有效運用[J].內燃機與配件，2021（21）：196-197.

[3] 牟林.機電一體化技術在智能制造中的運用淺析[J].中國設備工程，2021（19）：30-31.BA2F4EBC-A2B9-4F2A-8C72-BF4DF2D5E891