智能制造中机电一体化技术的应用

2023-01-05杨万琼

机电元件 2022年4期

杨万琼

（贵州装备制造职业学院，贵州省贵阳市，551400）

1 引言

在5G技术的加持下，工业制造逐渐由自动化向智能化转型升级，工业4.0时代来临，实现了从制造流程自动化向基于信息物理融合系统下的远程控制转变。这项原本被德国定位未来十大项目之一的工业发展战略，随着各类现代科技的发展，很快在一些发达国家工业领域中掀起波澜。2014年11月4日，在中国十六届工业博览会上我国第一套工业4.0流水线问世，这也标志着我国智能工业发展的开端。在未来新工业革命中，其核心技术必将围绕智能化、数字化技术，而机电一体化作为多学科交叉技术，可以对不断融合的IT和OT的复杂性进行简化，从而提高生产效率，推动供应链自动化更快更高效。对智能制造中机电一体化技术的应用进行研究，对于催生动态、实时优化、自我组织的价值链，实现制造业中所有参与者与资源的高度社会技术互动都有着积极的促进作用。

2 智能制造与机电一体化技术的概念

2.1 智能制造

智能制造是一种基于人机一体化的智能系统，在制造活动中主要从事各类智能活动，如分析、推理、判断、决策等。通过人机合作，取代制造过程中人类专家所从事的脑力活动，是自动化制造的内涵升级。与传统制造业相比，智能制造以计算机模拟系统为媒介，能够细化生产各环节，使其具有柔性化、智能化以及高度集成化等特点，有助于全面整合各方资源，提高生产效率与质量。其中，计算机模拟系统是智能制造的核心构成部分，各种复杂计算、操作等工作都有其完成，可以实现人类设想。

目前，我国已经具备智能制造发展与建设的基础条件，一方面在专家学者的共同努力下攻克了诸如机器人技术、感知技术、智能信息处理技术、复杂制造系统等长期制约我国产业发展的智能制造技术难关，初步形成了以新型传感器、工业机器人、智能控制系统为代表的智能制造装备产业体系［1］。另一方面，我国规模以上工业企业在研发设计领域数字化工具应用普及率达到54%，生产线上数控装备占比达30%，制造业具备数字化发展基础。

2.2 机电一体化技术

机电一体化技术是基于传统机械技术升级转型而来，经过不断地完善、改进和优化，实现集传感技术、电子技术、机械技术、计算机技术等于一体，是现代机械技术的代表，具有灵活和可扩展性，可以为智能制造提供更高效的数据流，使得实时决策、诊断、预测分析等成为现实。机电一体化技术具有如下特点：

2.2.1 有利于优化整体结构

以往在机械产品生产过程中，为了将控制功能融入到生产系统中，就必须要具备相应的机械机构，如变速箱、变速齿轮等，以便可以合理掌控系统运行速度［2］。而随着科技的不断发展，齿轮变速与电子技术逐渐融合，变频调速装置由此产生，如通过电脑软件就可以进行机床自动走刀，还可以根据生产实际进行调整。

2.2.2 系统控制更加智能化

在智能制造中应用机电一体化技术，借助电子控制系统，根据生产需求进行程序设计，可以确保系统每个操作与功能之间的协调性，如信息自动化处理功能、自动检测功能等，智能制造系统控制功能不断完善。

2.2.3 应用范围不断扩大

机电一体化技术在智能制造中的应用范围不断扩大，如机械设备、电气设备中的传感器，就可以及时收集和反馈先关信息，为操作人员提供更加有效的数据参考。信息处理技术可以提高机电设备管理效能，确保信息的准确性，同时还能自动处理所收集的信息，有效保障设备稳定运行。

3 智能制造中机电一体化技术的实践应用

3.1 数控技术

在我国工业生产中，机械制造业一直占据着非常重要的地位，而伴随着相关技术的不断更新，使得该行业具有明显的前瞻性，尤其是在机电一体化技术的推动下，行业发展势头良好。数控技术作为一种控制手段，其本质就是利用数字信息技术对机械生产各环节进行精准控制，如计算机技术、现代控制技术、网络通信技术等均有利于提高制造业的生产效率，有助于推动我国智能制造高质量发展［3］。在智能制造领域中，数控技术是机电一体化技术应用较早的技术之一，在很大程度上推动了我国机械制造水平，尤其是数字化技术的应用，极大改善了机械加工的效率。当前，数控技术在智能制造中主要模式为CPU+总线模式，可进行三维仿真模拟，可提高数控生产效率。

3.2 人工智能技术

在智能制造中，人工智能是终极目标，也是中国制造2025年的核心目标。依托新工业革命，人工智能技术迅速崛起，其应用程度直接反映出核心竞争力。智能制造系统在人工智能的加持下，柔性化、信息量以及数字化程度明显提升，系统可以模拟专家进行智能分析、判断和决策，更好地满足智能制造的生产需求［4］。其系统如图1所示，可以很好地适应自身及外部环境。其中，智能控制器发挥着非常重要的作用，主要由自动感知信息与处理、数据库、控制鞠策、评价机构等部分构成，其不仅可以对系统本身进行控制，同时还能对执行器、控制传感器等进行控制，有效避免外界因素对系统运行的干扰。

3.3 传感技术

作为最早促进机电一体化智能化转型的技术之一，传感技术为智能制造的运行奠定了技术基础。目前，智能制造中智能传感器的应用非常广泛。如在制造流程中，通过智能传感器可以对系统运行中存在的误差进行自动采集，然后向系统发送识别信号。在信息处理单元中，对传输的识别信号进行分析，并自动生成控制信息。此时，系统将会向执行机构传输控制信息，执行机构在接收到指令后自动完成相关控制动作。而在自动调整控制信息后，动力将会自动匹配驱动系统功率。

当前，常用的传感器有压力传感器、光学传感器、RFID技术等，在不同场景中所使用的传感器不同，所发挥的功能和作用也存在差异。比如压力传感器主要应用于航空动力学、汽车制造、微机电系统等领域；光学传感器分辨率极高，可达5000万像素，且具有良好的成像力，在手机显示屏检测、机械装配件检测、电路板检测等领域应用较多［5］；RFID作为物联网的核心技术，其准确率较高，可以有效保障机械制造的精准性，在智能识别、数据采集中应用较多，是目前智能制造系统中应用最广泛的传感器。

3.4 自动化生产控制技术

自动化生产控制技术是智能制造领域中机电一体化技术最为常见的手段之一，其运用范围广，涉及领域多，如包装印刷、香烟、饮料等行业。其主要设备包括微电子设备、传感器、人机界面控制装置、可编程序控制装备等。此外，在产品生产过程中，也可以运用自动化生产控制技术，从而对生产过程进行全方位监控，形成相应的跟踪控制系统，对生产各环节进行实时追踪［6］。

通过该系统可以直接向计算机反馈所收集的信息和数据，借助大数据技术对数据进行分析处理，提高数据利用率，从而更好地掌握生产过程。此外，运用自动化生产控制技术还能对智能制造的生产过程、资源以及系统等进行精细化管理，有效提高企业的生产效率和管理水平，从而为企业获得更多的经济利益，推动制造企业在激烈的社会竞争中脱颖而出，实现可持续、高质量发展。

4 应用前景分析

以传感技术、数控技术、人工智能为代表的机电一体化技术在智能制造领域中的有效应用，推动了我国制造业规模化、集约化发展，为实现从制造大国向制造强国转变奠基。但就机械产品质量而言，我国与德国、日本等工业强国相比还存在一定差距。随着人工智能的广泛应用，智能制造必将向智能化、模块化、微型化、绿色化发展，真正发挥出智能制造节能减排、提质增效的作用。

未来，制造强国是发展目标，也是必然趋势，相信智能制造在人工智能的推动下，必将会实现从自动化生产向人机系统全面布局发展，机械制造系统的误差也会更小，机械制造产品质量将会得到极大提升。总而言之，对于智能制造而言，产品质量提升是关键，是塑造机械产品品牌的先决条件，将极大推动我国从制造大国向制造强国转型。