蔡少敏

（廣州因明智能科技有限公司，廣州 510000）

在多種科學(xué)技術(shù)、制造技術(shù)不斷改進(jìn)和創(chuàng)新的影響下，制造產(chǎn)業(yè)加快自動(dòng)化、智能化、現(xiàn)代化發(fā)展已成為時(shí)代主流趨勢。傳統(tǒng)制造業(yè)應(yīng)認(rèn)識(shí)到歷史發(fā)展的必然性，運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)的效益性，主動(dòng)探索尋求基于先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的轉(zhuǎn)型發(fā)展之路，才能在新一輪產(chǎn)業(yè)革命中扎穩(wěn)腳步，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展。因此，在智能制造中運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)是當(dāng)前和未來一段時(shí)間內(nèi)的主要發(fā)展潮流。傳統(tǒng)制造業(yè)應(yīng)樹立正確、客觀的認(rèn)知理解，注重機(jī)電一體化技術(shù)的實(shí)踐運(yùn)用，增強(qiáng)參與市場競爭的主動(dòng)性和積極性，為穩(wěn)步提升經(jīng)濟(jì)效益提供可靠的技術(shù)支持和保障。因此，文章將重點(diǎn)對機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的實(shí)踐運(yùn)用進(jìn)行分析和研究。

1 機(jī)電一體化技術(shù)與智能制造概述

1.1 機(jī)電一體化技術(shù)

機(jī)電一體化（Mechatronics）又被稱為機(jī)械電子工程，屬于機(jī)械工程與自動(dòng)化的一種。機(jī)電一體化技術(shù)是將多種技術(shù)有機(jī)結(jié)合并運(yùn)用于實(shí)踐操作的綜合型技術(shù)，包括機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、電工電子技術(shù)、傳感器技術(shù)以及信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)等。制造業(yè)運(yùn)用的現(xiàn)代化自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備基本都涉及機(jī)電一體化技術(shù)?；跈C(jī)電一體化技術(shù)構(gòu)成的系統(tǒng)通常由5項(xiàng)要素組合而成，包括結(jié)構(gòu)組成要素、動(dòng)力組成要素、運(yùn)動(dòng)組成要素、感知組成要素和職能組成要素。機(jī)電一體化系統(tǒng)又分為5項(xiàng)基本組成部分，分別為機(jī)械本體、檢測傳感部分、電子控制單元、執(zhí)行器和動(dòng)力源。從實(shí)踐運(yùn)用角度分析，科學(xué)運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)可以針對技術(shù)管理方案進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，利用調(diào)整技術(shù)參數(shù)降低制造生產(chǎn)環(huán)節(jié)對機(jī)電一體化系統(tǒng)及其他設(shè)備產(chǎn)生的壓力，最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有技術(shù)的作用和價(jià)值，在實(shí)踐運(yùn)用中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、有效管控，對系統(tǒng)整體資源進(jìn)行統(tǒng)籌管理。這不僅能夠強(qiáng)化資源配置效果，實(shí)現(xiàn)降本增效、節(jié)能減排的目的，而且可以提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于制造業(yè)，有助于提升制造生產(chǎn)環(huán)節(jié)技術(shù)管控成效，保障生產(chǎn)制造的精準(zhǔn)性和安全性[1]。

1.2 智能制造

智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）起源于人工智能技術(shù)研究，包括智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)，是一種由智能設(shè)備和具體人員組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，負(fù)責(zé)在生產(chǎn)制造階段實(shí)施智能化行為，如智能分析、智能判定等。通過智能制造可以大幅解放勞動(dòng)力，尤其是生產(chǎn)制造期間的腦力勞動(dòng)，能夠?qū)⒆詣?dòng)化生產(chǎn)制造擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)智能化、柔性化和高度集成化，顯著提高生產(chǎn)制造效率和質(zhì)量。本質(zhì)上，智能制造是基于人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)等多種現(xiàn)代技術(shù)的新型技術(shù)系統(tǒng)。通過預(yù)先設(shè)定技術(shù)參數(shù)，包括制造內(nèi)容、制造要求、制造流程等，使智能制造技術(shù)系統(tǒng)可以模擬人類管理行為、管理規(guī)律以及人類思維，實(shí)現(xiàn)程序化、自動(dòng)化和智能化管控，以完成生產(chǎn)制造多個(gè)環(huán)節(jié)。從制造技術(shù)發(fā)展規(guī)律的角度分析，智能制造技術(shù)系統(tǒng)是對傳統(tǒng)制造技術(shù)的改革和創(chuàng)新，需要依賴以往的制造數(shù)據(jù)分析不同環(huán)節(jié)、要求、目標(biāo)以及內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性，按照既定參數(shù)協(xié)調(diào)、管控不同設(shè)備的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)制造維護(hù)管理[2]。

2 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的實(shí)踐價(jià)值

根據(jù)生產(chǎn)制造實(shí)踐運(yùn)用情況來看，機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的實(shí)踐價(jià)值主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，它彌補(bǔ)了智能制造存在的不足。綜合機(jī)電一體化技術(shù)和智能制造技術(shù)的核心技術(shù)分析存在多種交叉互通技術(shù)，如信息處理技術(shù)、機(jī)械技術(shù)以及信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)等，給機(jī)電一體化技術(shù)與智能制造的有機(jī)結(jié)合提供了技術(shù)支持。另一方面，實(shí)踐中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)能夠彌補(bǔ)智能化技術(shù)實(shí)施模擬管控時(shí)存在的不足。例如，智能制造技術(shù)出現(xiàn)故障時(shí)，機(jī)電一體化技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警問題，便于相關(guān)人員處理故障，從而提高智能制造技術(shù)系統(tǒng)運(yùn)行效率和質(zhì)量，防止生產(chǎn)制造過程中缺乏可靠的技術(shù)監(jiān)測而引發(fā)安全生產(chǎn)問題[3]。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的實(shí)踐運(yùn)用

3.1 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的核心技術(shù)，主要用于捕捉、傳輸生產(chǎn)制造中形成的數(shù)據(jù)信息。因此，當(dāng)機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用于智能制造時(shí)，要考慮傳感技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)用需求以及技術(shù)作用，有效體現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)的價(jià)值[4]。從智能制造實(shí)踐運(yùn)用來看，在生產(chǎn)制造過程中，部分零件的參數(shù)和生產(chǎn)信息無法真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采集、整合、分析，不利于嚴(yán)格把控產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。若產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題且未及時(shí)修正，將直接影響生產(chǎn)制造效益。運(yùn)用傳感技術(shù)并結(jié)合相關(guān)的傳感設(shè)備、軟件系統(tǒng)，可以針對生產(chǎn)制造全過程實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化監(jiān)測管理，有效監(jiān)控各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，及時(shí)獲取生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合預(yù)設(shè)的既定參數(shù)審核產(chǎn)品質(zhì)量，確保生產(chǎn)制造實(shí)現(xiàn)全過程監(jiān)控。傳感技術(shù)原理，如圖1所示。此外,可以結(jié)合生產(chǎn)過程形成的數(shù)據(jù)信息實(shí)施整合、存儲(chǔ)、分析，準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)制造各個(gè)流程的細(xì)節(jié)，保障產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，有助于及時(shí)針對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)管理。總體來看，傳感技術(shù)在智能制造中發(fā)揮了極大作用，對提高智能制造準(zhǔn)確性和機(jī)電一體化技術(shù)水平具有關(guān)鍵作用。

圖1 傳感技術(shù)原理

3.2 數(shù)控技術(shù)

數(shù)控技術(shù)是結(jié)合數(shù)字信息、借助計(jì)算機(jī)編程完成生產(chǎn)制造過程自動(dòng)化控制的制造技術(shù)，包括機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)等。數(shù)控技術(shù)依托于數(shù)控機(jī)床（如圖2所示）開展具體運(yùn)用。制造業(yè)是運(yùn)用數(shù)控技術(shù)的早期產(chǎn)業(yè)之一，因此數(shù)控技術(shù)是智能制造的關(guān)鍵技術(shù)，在促進(jìn)智能制造實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展方面具有重要作用。數(shù)控技術(shù)在智能制造中的運(yùn)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，保證生產(chǎn)制造精準(zhǔn)度。數(shù)控技術(shù)需要依托精密設(shè)備和自動(dòng)化控制系統(tǒng)才能發(fā)揮應(yīng)有的作用，因而數(shù)控技術(shù)在實(shí)踐運(yùn)用中能夠獲得可靠的精密性和自動(dòng)性支持，保證智能制造生產(chǎn)的產(chǎn)品與設(shè)計(jì)預(yù)期保持高度一致。在數(shù)控系統(tǒng)支撐下，可以補(bǔ)償制造過程形成的誤差，以提高生產(chǎn)加工精準(zhǔn)度，確保產(chǎn)品質(zhì)量。另一方面，保證智能制造生產(chǎn)效率。有效運(yùn)用數(shù)控技術(shù)可以大幅提高機(jī)床生產(chǎn)加工效率，通過多種自動(dòng)化控制功能縮短生產(chǎn)加工時(shí)間。

圖2 數(shù)控機(jī)床

3.3 智能機(jī)器人

人工智能主要針對模擬、延伸、擴(kuò)展人類智能的理論、技術(shù)、實(shí)踐進(jìn)行研究、開發(fā)以及應(yīng)用，分屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)。人工智能技術(shù)通過對人類行為、思維等方面的研究、開發(fā)以及應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)程序的輸入輸出實(shí)現(xiàn)對人類行為的高度還原，旨在利用人工智能技術(shù)解決人類不便處理與應(yīng)對的各種難題。在智能制造中運(yùn)用智能機(jī)器人技術(shù)，可以根據(jù)生產(chǎn)制造的具體需求調(diào)整智能機(jī)器人編程內(nèi)容，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)對智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和控制，確保智能機(jī)器人能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序高效、有序地完成生產(chǎn)制造工作，確保生產(chǎn)過程順利開展。

3.4 柔性制造

柔性制造系統(tǒng)需要傳輸系統(tǒng)的支持。傳輸系統(tǒng)能夠有效連接生產(chǎn)制造系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備，將待加工零部件傳輸至其他設(shè)備完成生產(chǎn)加工流程。柔性制造系統(tǒng)一般包括3個(gè)部分：一是加工設(shè)備，包括數(shù)控機(jī)床和零部件加工中心；二是存儲(chǔ)和移動(dòng)設(shè)備，負(fù)責(zé)零部件及待加工物料的存儲(chǔ)和移動(dòng)；三是信息處理和控制設(shè)備，主要采用核心系統(tǒng)群控，負(fù)責(zé)生產(chǎn)加工全過程控制，包括各項(xiàng)指令傳遞、生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)信息反饋、生產(chǎn)加工計(jì)劃擬定以及產(chǎn)品各項(xiàng)參數(shù)管理等。從智能制造的角度分析，運(yùn)用柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)勢和價(jià)值體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，柔性制造系統(tǒng)有較為良好的生產(chǎn)加工能力，即使生產(chǎn)加工機(jī)床發(fā)生故障，系統(tǒng)也可以自動(dòng)繞過故障，確保生產(chǎn)加工連續(xù)。另一方面，柔性制造系統(tǒng)可以保障產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高效、順暢的產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、移動(dòng)全流程，有效保障產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品精確度。

4 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的運(yùn)用發(fā)展趨勢

在長期的實(shí)踐運(yùn)用和技術(shù)研究下，機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的實(shí)踐運(yùn)用得到了長足發(fā)展，獲得了較為理想的成果，推動(dòng)了我國制造產(chǎn)業(yè)加快實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。伴隨著技術(shù)研究的持續(xù)深入，機(jī)電一體化技術(shù)將愈發(fā)完善，在智能制造中的實(shí)踐運(yùn)用空間愈發(fā)廣闊。結(jié)合現(xiàn)階段機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的運(yùn)用情況來看，它的主要發(fā)展趨勢為微型化和人性化。

一方面，朝著微型化方向發(fā)展。在智能制造中如何使機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)揮更靈活、多樣的作用，減少機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)備空間占用，是急需進(jìn)行優(yōu)化和研究的重點(diǎn)內(nèi)容。隨著微型化的發(fā)展，機(jī)電一體化設(shè)備體積逐漸縮小，進(jìn)一步提升了使用便捷性、安裝靈活性，可以在完成同樣工作的基礎(chǔ)上消耗更少資源，實(shí)現(xiàn)降本增效[5]。

另一方面，朝著人性化方向發(fā)展。在智能制造中運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)的目的之一為減輕人員工作負(fù)擔(dān)。機(jī)電一體化技術(shù)在未來發(fā)展中將更切合人類需求，使機(jī)電一體化設(shè)備具有人性化特征，在完成生產(chǎn)制造各項(xiàng)要求的前提下滿足人員需求，從而在智能制造中展現(xiàn)以人為本的生產(chǎn)理念，促進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)語

在實(shí)踐運(yùn)用中，智能制造有機(jī)結(jié)合機(jī)電一體化技術(shù)，可以彌補(bǔ)智能制造存在的不足，突破智能制造局限性，使機(jī)電一體化技術(shù)與智能制造技術(shù)、智能制造系統(tǒng)充分融合，大幅提升智能制造的實(shí)踐效果和生產(chǎn)制造成效。智能制造與機(jī)電一體化技術(shù)具有良好的互通性，因此在實(shí)踐運(yùn)用中不存在過多問題，也不會(huì)產(chǎn)生高額的費(fèi)用，且獲得的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。持續(xù)提高智能制造水平，將推動(dòng)我國制造產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，有利于制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中展現(xiàn)出更大的經(jīng)濟(jì)效能，提供先進(jìn)的技術(shù)支持。