机电一体化技术在智能制造中的应用分析

陈智俊，林丽华

(鹰潭职业技术学院，江西 鹰潭 335000)

0 引言

机电一体化技术，又被称为机械电子技术(mechanical and electronical engineering)，主要包括机械加工技术、电子电器技术、传感器技术、液压技术及自动控制技术等，实现各个生产行业与服务行业的智能化与高效化[1]。随着机电一体化技术的不断发展，目前正在实现功能更加强大、体积更加小巧、可靠性更高等特点，可以突破传统机电产品的单一性和局限性，通过传感器技术及计算机技术将多种功能集成一体，可以适用于各种场合与领域，增加自动监测、实时诊断、自动报警与自我保护等功能，可以提高产品的安全性与可靠性，有效提高产品质量。

随着新时代的快速发展，以电子信息、机械加工、互联网和通信技术等多层次、宽学科领域融合的机电一体化技术已然成为引领机械加工的浪头。机电一体化技术在智能制造中的应用，将进一步提升制造企业的生产水平，提高产品质量及企业核心竞争力[2]。

本研究首先对机电一体化技术的应用及功能优势进行分析，并针对目前我国机电一体化技术的主要研究现状进行系统阐述，提出未来我国机电一体化技术的主要发展重点与研究方向，研究结果对于提高我国机电一体化技术的应用范围与技术体系具有重要的理论意义。

1 机电一体化技术在智能制造中的内涵与优势

1.1 内涵

机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机结合，并应用到实际中的综合技术，主要构成因素如图1所示。现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备，利用机电一体化的设备可以实时对数据信息进行收集、预处理、编译、传输，实现加工过程的整合，进而提高整个运行系统的效率，促使企业不断革新进步。

图1 机电一体化技术构成因素及组成

1.2 优势

首先，机电一体化技术在智能制造中具有得天独厚的交换优势。在智能制造中可以对数据进行高速处理，完成对智能系统的快速提升，而这些数据来源于机电一体化的前期控制和收集，因此机电一体化技术在智能制造中大大提升了信息交互的实时性和速率。其次，机电一体化技术在智能制造中具有模型优势。机电一体化通过对信息高质量的处理，使得数据结构层次更丰富，利于扩大信息应用的范围。在智能制造中利用机电一体化技术，使得制造工艺不断创新和革新，推动行业的不断发展。

2 机电一体化技术在智能制造中的应用

2.1 数控生产的应用

数控生产是机电一体化技术在智能制造中的基础应用领域。通过数控生产和剖析产品的加工工艺和加工原理，制定出具体的加工程序，使机电一体化的信息交互优势得到充分体现。利用程序控制做指导，人机交互界面做展示，光电电子驱动系统做动力，最终实现生产机械的自动化，构建先进的自动化设备生产线，确保产品加工的精确度。通过机电一体化技术在智能制造中的数控生产应用，不仅达到传统机械加工和智能生产的技术水平，还可以完成虚拟仿真、拓展和智能探索等机器学习功能。通过模糊控制、实时预警、车间PLC控制编程等技术，提升智能制造中的数控加工水平。

2.2 传感器技术应用

我国的机电一体化技术在智能制造中已经取得一定成果，与传统的机械加工制造相比，智能制造更具科技性、精准性，而且受外界环境的影响较小。在整个数据信息传递过程中传感器技术扮演着至关重要的角色，最大限度地避免环境干扰对制造设备的影响[2]。

传感器技术中需要凭借无线传感器将数据和信号实时传递给后台的计算机操作人员，并根据提前规划的程序进行信号的合成处理。智能制造最大程度上确保信号传感器的稳定性，提高信号传输的精准性。因此，传感器技术已经在智能制造领域广泛应用，有效减少信号传输的壁垒，改善产品加工流程，优化整体信息流交互，促进制造企业的快速发展。

2.3 生产线的运用

随着中国实体经济的不断发展，制造型企业数量不断增加，各制造行业之间的竞争也愈加激烈，传统产品生产模式暴露出效率低、人工成本高、竞争力差等弊端，因此利用机电一体化技术实现对生产线的自动化、智能化应用。在实际生产过程中，生产线根据实际加工工艺和流程划分为若干单元，并对该单元进行加工信息的赋值处理，保障机电一体化技术快速满足智能生产线的运行。

同时，机电一体化技术针对车间的仪器仪表、运转设备、控制系统、动力系统进行监控，周期性检验和维护，确保企业完成相应的生产控制指标。一旦发生产品问题，系统提前进行风险评估并予以报警，相关人员借助智能生产的机电一体化技术对生产流程进行干预，避免产生更大规模的损害，确保生产准确进行。

2.4 智能机器人应用

在机电一体化的智能制造中，智能机器人是新时期的一种高级应用。工业智能机器人的应用结合仿生学、计算机技术、通信技术等学科，其研发问世体现了如今机电一体化所具有的兼容性和多功能性特征。智能机器人采用仿真模拟，通过模仿人体动作、外部结构、运动原理使其与人类相似。智能机器人可以完全代替传统呆板重复的操作，甚至适应复杂且危险的环境，极大地降低安全风险，保障职工的生命安全。为了构建更加安全的屏障，工业智能机器人利用计算机程序和机器学习功能精准调整智能制造过程用到的产品数据，从而确保生产操作的最终精度。

机电一体化技术主要应用在智能机器人的内部，此类机器人已经被应用到各行各业之中，安装到规定工作环节按部就班地执行命令。智能机器人根据设定程序对不同种类、性能、大小的产品进行识别验证，并选择制定加工工艺，对各环节进行统筹协调、标准作业，继而完成整个生产制造流程。

2.5 系统集成技术的应用

智能制造是由智能制造技术和智能制造系统两部分组成。其中智能制造系统糅合多项机电一体化的子系统和理念，并在此基础上着重于应用性和管理层面的发展。智能制造系统采用分布式的结构框架，把机电一体化的各类子系统集成于网络空间里，实现了两者的有机结合，从而呈现出科技含量更高的人机管理模式。

系统集成技术在机电一体化技术智能制造中应用较多，例如航空航天、轮船制造等领域，其中生活中经常接触的就是汽车智能制造。机电一体化技术在我国汽车设计中主要的应用范围有能够自动防撞的汽车激光雷达装备，汽车发动机系统的微机控制，能够实现汽车自动变速的电子控制器，以及汽车的ABS运行系统这几个方面。高级机电一体化技术主要以机电一体化技术为主，引导现代化汽车设计朝着多功能化、智能化、自动化、数字化的方向发展，提升汽车设计整体的性价比，充分实现计算机技术在汽车动力系统中的科学运用。

2.6 远程监控技术的应用

远程监控技术在各个行业与发展中都有广泛应用。在工业生产中，由于工业控制的高实时性要求，因此需要对生产过程进行实时监控与信息传输，传统的工业远程控制主要包括数字控制系统和集散型控制系统。后期随着机电一体化技术的不断发展与应用，逐渐将计算机通信技术、控制技术、远程监控技术集合，提出一种现场总线系统，可以应用于工业生产现场，将各个设备进行数字通信，实现信息远程监控与处理，与局域网进行连接，还可以实现全球范围内的信息传递与通信，主要结构示意图如图2所示。

图2 现场总线系统结构示意图

3 机电一体化技术在智能制造中的发展前景

随着各项智能制造中机电一体化技术和其他技术的迅猛发展，我国的智能制造水平势必持续提升。一方面，智能制造基础领域发展，对于电子信息、机械加工、互联网和通信技术等学科建设，夯实智能技术发展基础，营造智能制造良好大环境；另一方面政策扶持、国家合作、融资共赢等国内国际大循环措施的落实，关系到我国整体制造业的结构升级和现代化提升，进而促进全球范围内的行业发展[4]。机电一体化和智能制造之间紧密相连，实现人与智能机器之间相互协作，形成默契的配合体系，随着系统不断进步发展将会形成类似人类专家组成的一个整体。

未来我国应在发展机电一体化技术的同时加强机械技术基础，机械技术是机电一体化技术的主要技术前提，未来应该将更加先进的机械制造理念应用到我国的机械材料、机械结构中，尤其是机械生产中的关键零部件，如导轨、轴承、传动机构等，为机电一体化技术的应用提供一个良好的基础条件；另一方面，世界发展提出未来向“光机电一体化技术(图3)”方向发展，将光电子技术融合，实现机电一体化数字化、可视化及模块化发展[5]。

图3 光机电一体化技术示意图

4 结语

机电一体化技术代表着目前最先进的生产力，是多种先进技术的集成与融合，是我国传统工业转型与现代社会发展的重要技术基础。机电一体化与智能制造两者的结合，应用于各个领域，提高设备利用率和生产力，降低企业生产成本，从而为企业在未来的市场竞争中处于优势地位。在如今的现代制造业中，智能制造将继续引领整个行业发展。因此完善我国的工业生产管理体系，本研究通过对目前机电一体化技术的发展及应用现状进行系统阐述，提出我国未来机电一体化技术的主要发展重点与研究方向，实现我国传统工业生产转型与社会进步，研究结果对于实现我国工业生产的数据化、智能化、现代化具有重要的推动作用，为社会和国家的发展提供源源不断的力量。