機電一體化技術在智能制造中的應用

溫 鍵

（佛山市三水區新科中小企業技術服務中心，廣東佛山 528100）

制造業在我國國民經濟中占據重要地位，隨著科技的不斷發展，制造業開始走向智能化、信息化、自動化，促使制造業整體制造能力與效率均得到大幅提升。在智能制造中，機電一體化技術占據重要地位，是實現制造業智能化、自動化的重要技術條件，而機電一體化技術又是計算機信息技術、自動控制技術以及傳感技術的結合體[1]。在智能制造中，機電一體化技術的運用不僅能夠提升生產效率，其精密化的制造工藝更加能夠實現生產質量的提升，從而提升智能制造的整體水平，使社會發展的需求得到滿足。因此，需要對機電一體化技術在智能制造中的具體運用展開研究，使智能制造獲得支持和發展。

1 機電一體化技術及智能制造概述

1.1 機電一體化技術概述

機電一體化技術是指將自動化控制、信息技術以及系統理論等作為理論基礎，同時在該基礎條件下與傳感器技術、計算機技術等相結合的一種集成技術。該技術融合了多學科技術，主要由控制主題以及控制器構成，同時又結合了信息處理技術、伺服驅動技術、無線傳感技術、實時控制技術以及計算機技術等，屬于一門交叉型、綜合性學科。機電一體化技術結構中信息處理技術屬于核心技術，該技術是將計算機技術與微電子技術之間有機融合而成，可對大量、復雜的數據信息實施智能化、自動化處理。機電一體化的結構見圖1所示。

圖1 機電一體化結構

控制器一般是由信息處理模塊和控制信息模塊構成，控制主體一般由驅動原件、執行元件、機械本體以及檢測元件構成；該結構中的能量供應是為系統提供能量；控制信息處理主要是對系統信息進行控制和處理，利用傳感器對信號進行檢測，依據相應的算法對數據信息進行存儲和轉換，然后通過接口將執行命令發出，對設定工作進行控制；驅動元件以及檢測元件則是根據信息處理的具體要求驅動運動機械，從而使運動機械實現運動。

1.2 智能制造概述

智能制造是當前工業生產的一種新型模式，是通過計算機編程來提升生產效益的一種制造模式。智能制造屬于當前制造業發展的一種潮流和趨勢，對機電一體化技術進行深入分析和研究，使該技術與高新技術實現高度融合發展，使制造業智能化水平得到提升，有利于智能制造的發展，提升制造企業的競爭力。在智能制造中，運用機電一體化技術能夠對人類活動以及思維進行模擬，依據制造生產的實際內容設計操作指令，從而實現組裝測試，有效完成生產活動。為了保證該技術能夠有效運用于智能制造中，需要將智能制造所具備的價值予以明確，從而將研究工作做好。隨著時代發展，機械操作已經日漸取代人力操作，既能夠提升效率，又能夠降低成本，因此，在制造業中更加需要提升機械性能，使機械操作的效能實現最大化，機電一體化則能夠做到這一點，能夠實現制造業的智能信息化。

2 機電一體化技術運用于智能制造中的優勢

2.1 模型優勢

機電一體化技術的模型優勢表現比較突出，可推動智能制造的良好發展，可以為智能制造提供穩定的、高效的技術支持，與既往制造業采用的控制系統相比更具優勢，例如，機電一體化技術結構能夠提升數據信息的處理質效，使數據信息更加準確。當前在開展智能制造中，其核心技術在不斷更新發展，使智能制造的質效得到進一步提升。同時，機電一體化技術針對非固定性模型及其參數而言，其監控功能優勢表現更加突出，對該技術進行科學有效的運用，可推動智能制造持續發展，從而為工業發展奠定良好基礎。

2.2 交換優勢

在智能制造之中，智能系統開展的信息處理來源為數據信號，該系統能夠對數據信息展開高速處理，從而提升智能制造的質效。同時，若信息信號不足以支撐智能系統，則系統將會失去價值或是不能夠正常運轉，在此情況下會對信息處理的準確程度產生影響。運用機電一體化技術之后，則能夠有效通過送音器為系統提供信息信號支持，保證信號傳輸的穩定性和準確性，從而發揮系統作用，為智能制造提供支持。

3 機電一體化技術在智能制造中的具體運用及發展趨勢

從機電一體化技術的總體結構來看，其結合了各種現代化信息技術，這些技術主要包括傳感技術、數控生產技術、自動化機械、智能機器人、神經網絡以及計算機集成等，這些技術在智能制造中的具體運用如下。

3.1 機電一體化在智能制造中的具體運用

3.1.1 傳感技術的具體運用

在開展機電一體化技術的運用時，傳感技術屬于其中的關鍵技術。傳感技術的敏感性比較強，且精確度非常高，基于這一優勢可以避免工業制造生產時出現的信號干擾問題，可將智能制造方面的優勢全面展現出來。在功能效果方面，通過傳感技術能夠構建附帶傳感器的網絡系統，從而使信息傳輸更加高效化，將傳感技術與計算機技術整合，可對工業制造的整個過程實現高效、精準的控制，從而使成本投入減少。在對傳感技術進行應用時，可利用光傳感器對環境光度出現的變化進行檢測，還可對其變化的影響因素進行檢測。在開展智能制造時，使用傳感器能夠對零件的尺寸以及物體發生的位移相關信息進行檢測。所以該技術可應用于航空、汽車等多個領域之中，具有顯著的應用價值。傳感器通常由三個主要部分構成，分別為變換元件、光感元件以及變換電路，傳感器結構圖見圖2。

圖2 傳感器結構

當光感元件接收到光照之后，該元件會將光照通過某種方式向變換元件傳遞，變換元件接收到信息之后，會通過電學量向變換電路傳遞，然后由變換電路對電學量進行轉換，使之形成電信號，最后完成輸出。

3.1.2 數控生產技術的具體運用

數控生產技術的要求通常較高，需要全方位地將機械制造的整體水平予以提升。在當前智能化工業發展背景下，機電一體化技術能夠體現出機械指導水平。在數控生產過程中，機電一體化技術的有效應用不僅能夠使機械加工的整體精度得到保證，而且還能夠實現機械加工的整體效率得到提升。并且數控生產針對智能制造的要求比較高，通常會應用總主線模式以及中央處理器，從而達成在線診斷，然后通過構建三維模型對工業生產進行有效控制，將數控生產技術進行優化完善，從而使操作使用的數據信息能夠達到準確無誤。

3.1.3 自動化機械生產

生產制造企業的發展規模比較大的情況下，需要構建自動化機械生產線，從而使機械生產的效果和效率得到提升，使整體生產質效得到增強。機電一體化技術的應用能夠利用電子技術實現光電控，通過人機交互界面對裝置進行優化控制，從而將生產流程進行精細化控制。自動化生產能夠與機械生產之間緊密結合，使應用范圍得以擴大，將自動化機械生產在科技產品之中應用。在開展工業生產過程中，將柔性系統融合其中，可采用計算機技術對生產設備進行有效控制，從而使生產產生集約化效果。

3.1.4 智能機器人的運用

智能機器人在機電一體化技術中具有重要作用。將其與機電一體化技術相互聯合，同時將仿生學技術成果融入其中，能夠提升整個系統的智能化，所以智能機器人已成為機電一體化實現智能制造的重點。在開展工業生產時，智能機器人具有較大的應用范圍，既能實現產品質量的提升，又能夠確保人員在生產中的安全性，還能夠使生產數量增加，使工作強度降低。因此，在開展工業生產之中，通過智能機器人可將數據信息進行甄別和收集，從而將更為復雜的操作流程予以快速有效的完成，保證了產品精度和質量，避免了一些安全事故的發生。

3.1.5 神經網絡技術的運用

神經網絡屬于一種自適應動態化系統，具有非線性特征，神經網絡通常是對動物神經網絡進行模擬，從而使信息傳遞的整個過程得以實現，在開展信息處理時，一般是對網絡節點進行調節的方式完成信息處理，需要對神經網絡對應的模型進行設計，從而完成信息信號處理。神經網絡技術的模型圖見圖3。

圖3 神經網絡技術模型

圖3中，qi表示對輸入信號，wi表示強連強度系數，Σ 表示連接后信號空間總和，r代表神經元閾值，a代表神經元，因此，神經網絡模型的表達式為：

利用神經網絡技術能夠處理非線性函數，同時還能夠在某種程度上與此類函數逼近，有著較好的自學能力，能夠在復雜的環境下將多個任務目標進行處理和完成。為了能夠有效地對系統存在的不確定性以及非線性進行應對，神經網絡技術模型在設計時，還要將系統的自組織能力以及容錯能力進行提升。自動生產過程中，如果存在不確定性問題，通過神經網絡技術模型則能夠將容錯性提升，且將各單元之間實現有效連接，平衡態系統更具穩定性，可將一些生產過程中出現的不確定性問題得以有效解決。

3.1.6 計算機集成技術的運用

在當前戰略發展的要求與理念背景下，采取全局動態的形式可將計算機集成系統進行進一步完善，從而使該系統能夠有效地應用于智能制造之中。在這一體系下，系統并不是簡簡單單的組合，其各部門之間存在的界限已經被突破，而在這一系統之中，制造系統便是整個系統的主干，對于企業來講，當其出現集成性特征的情況下，可對生產資源進行優化配置，使生產開發的整體水平得到提升，從而能夠使企業的潛力得到激發?，F場總控系統能夠利用網絡通信對生產現場的各類儀表和控制器設備進行實時控制，保證現場生產運行的有效性，使自動化控制能夠與數字通信有機結合，通過與智能設備之間連接，從而將各設備功能綜合聚集在一起形成自動化系統，實現補償計算和基本控制，從而實現智能制造。

3.2 機電一體化技術在智能制造中運用的發展趨勢

隨著機電一體化技術的不斷應用，制造業的智能化水平逐漸提升，并且已經開始向以下幾個方向發展。

（1）人工智能方向。在智能制造之中，很多設備及技術尚不能完全取代人工，智能制造若要實現真正的智能化，必須采用計算機對人類進行取代，通過計算機對人類活動進行模擬，并對人的部分智力進行取代，甚至延伸。目前，專家系統、神經網絡的應用已經體現這一趨勢，未來人工智能技術將可能在智能制造中普及應用。

（2）超柔性以及自行組織。當前智能制造之中，其系統各構成部分能夠依據具體任務自行組織結構和操作方法，使結構形式的柔性特征得以體現。該柔性體現在結構形式以及運行方式之中，通常被稱為超柔性，使智能制造系統具備生物特征，其系統類似于一組各專業專家，共同對智能制造進行處理。

4 結束語

在當前智能制造中，機電一體化技術已經得以應用，并且取得了良好的效益和應用效果，對于降低制造企業的生產成本，提升生產質效發揮著重要作用。隨著科學技術的不斷發展，智能制造對機電一體化技術的應用將更加趨向于智能化、自動化，新一代信息技術也將作為主流技術更加廣泛地應用于機電一體化技術之中，使智能制造系統能夠應用到更加先進的技術，從而使制造業更好更快發展。