机电一体化技术在智能制造中的实践运用

2023-10-30张谊

中国设备工程 2023年20期

张谊

（普洱市职业教育中心（普洱技工学校），云南普洱 665000）

随着信息技术水平的飞速提高，工业领域也将迎来新的发展机遇，机电一体化技术应用在智能制造中，是对当下的工业制造模式的探索和创新，有助于提升智能制造的质量和效率，保障工业领域的持续进步，促进社会经济的不断增长。同时，智能制造的加快实现也将促进机械制造的发展，实现二者的共同进步。

1 机电一体化技术与智能制造的概述

1.1 机电一体化技术

机电一体化技术是综合机械、电子和信息科学的复合手段与方法，是在传统机械技术的基础上形成的工业生产新技术，实现了工业生产过程中机械工程和电子、智能计算机的集成作用。机电一体化技术最关键的影响是突破了对机械的人工操作模式，实现了对系统的智能化控制。具体而言，机电一体化技术通过利用电子控制系统，制作指定的运行程序，按照运行步骤实现系统的自动检测、信息处理以及相关的诊断和修改。在实际运行的过程中，一旦发生故障问题，系统将自动采取应急处理措施，保护系统不受破坏同时发出应急信号，通知维修人员前来检修处理，最大限度地保障控制系统的安全运行，提升工作效率。机电一体化技术的应用有效地缓解了工业生产过程中的操作压力，减少了人力资源的投入，提高了生产制造的安全性和精准性，促进了生产效益的增长。如今，机电一体化技术已成为机电领域发展的主流趋势，是振兴机电工作的正确发展方向。

1.2 智能制造

智能制造主要借助计算机技术来模拟人的思维，并根据编写的控制程序在生产过程中实现对生产过程中各项设备的调控，实现制造业的自动化生产。智能制造在实践生产中，利用多种自动控制系统收集和汇总各项数据信息，同时，对数据信息的储存、整理和分析，为后续制定出决策和处理措施提供可靠的参考依据。因此，智能制造对于工业生产而言发挥着重要作用：一方面，以智能制造代替人工生产，可以降低生产事故的高发，减少人力成本支出。例如，将智能制造应用在具有高污染性和伤害性的工业生产中，保障企业员工的身体健康，减少安全事故的发生，维护生产制造的稳定运行。另一方面，避免由于人工操作失误造成的经济损失。工人在工作状态不佳或专业能力不足的情况下会出现操作失误，给工业生产带来一定的经济损失。而智能制造有着高度的流程化和标准化，可以严格按照程序执行操作规范，降低生产过程中的潜在风险。

2 机电一体化技术在智能制造中的实践运用价值

机电一体化技术在智能制造中的运用价值主要包括以下几个方面：（1）随着工业制造业的蓬勃发展，企业在市场中面临的竞争愈发激烈，企业要想充分发挥自身优势，提高市场竞争力，必须提高产品的生产质量，降低生产成本投入，从而获取更大的利润收益。因此，企业要改革和创新现存的生产模式，通过在智能制造中融入机电一体化技术，促进生产制造的智能化、一体化和高效化，优化人员组织结构和生产设备投入，实现生产利润和生产质量的共同提升，在市场中吸引和转换更多的潜在消费者，树立良好的品牌形象，帮助企业在市场竞争中占据有利地位。（2）工业制造业涉及的领域和内容较为广泛，包括服装行业、智能机器人等，都需要采用先进的工业生产技术进行批量生产。将机电一体化技术运用在智能制造中，可以帮助这些行业实现生产模式转型升级和行业的可持续发展，促进现代化信息技术与机械技术的有效融合，继而带动其他行业的技术变革，加快实现我国向智能制造业的转变。

3 机电一体化技术在智能制造中的实践运用

3.1 传感技术

传感技术是机电一体化技术中的重要组成部分，有着高精准度和高敏感性的显著优势，在智能制造中避免干扰信号的影响。传感技术在应用时，可以建立传感器网络系统，利用现代化信息技术高效实现对数据信息的收集和整理，实现对工业生产过程中的实时传输和动态控制。随着高新技术的使用，传感器的使用性能也得到了强化，具备对信息的高精准度采集和自动化编程能力，高效实现对数据信息的采集、处理和交换，同时，制造成本较低，能够广泛应用在智能制造中。传感技术在应用过程中，通过传感器自动检测外部环境条件，识别并处理接收到的信号，形成相应的控制信息，给决策的制定提供参考。同时，传感器在工作时还能检测自身状况，当发现问题将控制信息传输给执行机构，从而实现对系统的自动调控。

传感器通常由三部分组成：光感元件、变换元件和变换电路（如图1 所示）。光感元件用于感受光和接受光，将被测量的光传递给变换元件，变换元件将光信息转换为电学量的同时传递给变换电路，最终变换电路再以电信号的方式继续传输。智能传感器一般应用在产品的质量检测及其相关数据方面，例如，产品的硬度、湿度、气味、成分等，以实现对生产过程的动态检测，全方位掌握产品质量数据。并且建立数据信息与产品质量的数学模型，直观反映出产品的生产质量。根据传感器类型的不同，其对应的功能作用也有所不同，要根据其特性应用在不同的生产领域中。压力传感器在智能制造中可以检测出物体的移动数据、设备零件尺寸大小等，在汽车、航空等工业生产领域有着极高的应用价值；光学传感器具有一定的识别能力和成像能力，通常被用于手机显示屏的智能感应。

图1 传感器组成结构

3.2 数控技术

数控技术是在收集数字信息的前提下，掌握和控制机械生产制造过程的方式，涉及计算机技术、现代化通讯技术、机械控制技术等多项制造业所使用的技术手段，有利于促进生产制造的高效化和高质量化。数控技术主要包含数控机床、数控系统和外围技术3 部分，数控机床由数控装置、加工程序载体、数控装置、机床主体、伺服驱动装置以及其他辅助部分共同组成。数控系统包含控制系统、伺服系统和位置检测系统。外围技术主要涉及工具技术、编程技术和管理技术。数控技术是智能制造领域应用较早的技术手段，对智能制造业起着重要的技术引领作用，促进行业整体水平的不断提升。

数控技术应用在智能制造领域：（1）提高生产制造的加工精度。数控技术的运用需要借助精密专业的仪器设备和自动控制系统，在应用过程中，这些组成部分本身就具有极高的精准性，并且在数控系统对误差的调整下，使得加工精度和加工质量得以进一步的提升。（2）实现高效化生产。数控技术通过采用分钟自动化的设备及技术，使得机床的加工效率远远超出于过去的生产方式。（3）应用领域较为广泛。数控技术对机床的控制主要借助对数控程序的制定，即使加工对象有所不同，只需更改数控程序便能持续使用数控技术，因此，技术具有较高的适应性和可变性，既节省了生产过程中模具样板的制作成本，同时还能有效缩短工期。（4）促进生产技术水平的提升。在传统的工业生产过程中，较为复杂和烦琐的设备零件的生产难度高且耗费的人力、物力成本较高，而在随着数控技术在智能制造的应用，使高难度的加工工艺成为可能，促进智能制造业生产技术水平的提升。

3.3 柔性制造

柔性制造系统是综合数据加工系统、物料运储设备以及信息控制系统形成的自动化系统制造系统。柔性制造系统可划分为多个柔性制造单元，根据制造产品、制造环境、制造任务等进行合理调整，对多样化、批量化的生产提供便捷服务。加工系统主要包含各项生产加工设备，比如，数控机床、加工中心等；物料运储设备进行物料的储存和传输；信息控制系统利用信息技术手段，实现对生产加工的全程控制。包括对生产计划的制定、加工过程的监管、信息的发送和反馈、各项生产数据的管理等。柔性制造使用在智能生产中主要有以下作用：第一，提高加工设备的使用效率。柔性制造在生产过程中利用计算机技术实现对所有零件和生产机床的合理调配，机床对零件的加工不会出现空闲的情况，源源不断地补足加工零件，使在智能制造中的所有加工设备都能被充分利用。在设备高利用率的情况下，有利于用最短的时间完成生产线的任务量，间接降低设备的投入成本。第二，提高生产的应变能力。柔性制造系统具有灵活性和可变空间，当市场环境需求发生变化时，可以及时根据消费者的需求和产品内容对生产线进行调整。同时，在面临紧急生产任务时，也能不打乱原来的生产计划完成指标条件。第三，促进生产效率的提升。柔性制造属于按需生产的拉动型生产模式，在生产过程中不需要花费时间等待前面生产工序的完成，减少生产过程中耗费的时间。同时，生产效率的提高还有利于清空库存，节约仓库储藏的成本投入。

3.4 自动化生产

机电一体化技术在智能制造中的实践运用中，最普遍和常见的技术手段为自动化生产，主要包括自动机械和自动控制两种应用。自动机械是以电子技术为载体，发挥对生产过程的监督和管理作用，构建起智能化、网络化的生产管理体系，自动控制是指在无人监管的情况下，系统能够根据流程执行生产指令，持续增加产量。自动化生产技术不仅能够实现对生产过程的监控追踪，还能对生产过程中产生的数据信息深入分析，发现其中存在的隐患和风险，并采取合理的措施对生产流程进行优化和改进，真正提高自动化生产成效。因此，自动化生产技术的应用，有利于加快实现制造业生产过程、系统调配、资源管理等的全方位自动化管理，推动制造企业内部管理水平的有效提升，帮助企业维持自身的良好运作。自动化生产在智能制造领域中常用于对产品的包装印刷，比如，食品袋、饮料瓶、香烟盒等。

3.5 智能机器人

智能机器人代表了机电一体化技术的最高水准，涉及许多核心知识领域，包括仿生学、多传感器信息融合技术、机械技术等。随着智能机器人在制造、家居、服务、快递等各行各业的广泛使用，智能机器人领域逐渐成为机电一体化的重点研究方向。智能机器人能够实现对人类行为举止和思维模式的复制与模仿，在智能系统对数据信息的识别和处理后，结合当下情境做出合适的反应，从而完成生产过程中的相关操作。在智能制造中运用智能机器人，能够有效降低工作人员的工作压力，减轻人员的任务量，同时，促进生产效率的提升。智能机器人在生产过程中可以保持24 小时的连续作业，当面对紧迫的生产任务量时，智能机器人可以帮助解决生产危机。同时，由于智能机器人的高度机械化，所以在生产过程中能够进一步规范生产方式，保障各项生产制造环节的精准无误。此外，智能机器人在智能制造过程中不会受到周围环境的影响，即使在高危的工作环境中，也能保持正常的操作标准，充分保障生产制造的效率和质量。