機電一體化技術在智能制造中的實踐運用

高露

（蘭州現代職業學院，甘肅蘭州，730300）

1 機電一體化與智能制造

1.1 機電一體化技術

機電一體化技術是以大規模集成電路和微電子技術，現代工業為基礎，將各種機械技術、傳感測試技術等先進技術融為一體的綜合技術。機電一體化技術的科學應用，能夠對技術方案進行優化和更新，通過調整相關技術參數，減少實際生產制造過程中對于設備造成的壓力和影響，能夠有效減少設備損耗，還具備自動、檢測、診斷以及記錄等智能化功能。同時，機電一體化技術的應用也極大地降低了實際生產過程中的操作難度，保障了生產制造的精度和安全性，有助于減小工作壓力，以及對于人力資源的需求。

1.2 智能制造

智能制造顧名思義，就是以智能化技術手段進行生產制造，智能制造主要包括智能制造技術和系統兩個部分內容，在實際生產制造的過程中，能夠進行自動化、智能化活動，例如，分析、判斷、決策等，以智能技術取代部分人腦活動，進一步提升制造生產的智能化水平。在實際進行智能制造的過程中，通過采集多樣化的，與生產制造相關的數據信息，并針對此類信息進行深入分析，以此為后續制造過程提供可靠依據，同時智能決策下的制造過程，也能夠減少由于人為失誤造成的經濟損失[1]。

2 智能制造當中機電一體化技術的具體應用

2.1 傳感技術

傳感技術在智能制造業當中的應用，給傳統制造業帶來了新的契機，也進一步促進了制造業的轉型發展。在最初階段，傳感器的主要功能就是用于感受和轉化信號，其本身的結構也相對較為簡單，然后隨著各種半導體、磁性材料在傳感器當中的應用，使得傳感器逐漸具備了簡單的信號處理功能，而當前在微機的應用之下，智能傳感器逐漸得以開發，相較于普通傳感器而言，智能傳感器具備自動采集、處理、信息交換以及診斷等功能，不僅能夠實現高精度的信息采集，而且成本相對較低，還具備自動化編程能力，使得智能傳感器有了更強大的適應力。而通過將智能傳感技術，應用在智能制造當中，不僅能夠使得系統在實際運行的過程中，能夠對自身情況進行監督，還能夠對外界環境條件以及相關參數等進行檢測，然后再進行信號的識別和處理，進而形成控制信息，為后續決策提供可靠依據。在實際應用傳感器時，智能傳感器能夠對制造過程中，系統出現的誤差進行采集，并發送相應識別信號，將采集到的信息經過處理單元進行優化處理之后，生成控制信息，然后再將控制信息傳輸到執行機構，執行機構會按照相應控制信息和指令，對系統進行自動調控[2]。傳感器的組成如圖1所示。

圖1 傳感器的基本組成圖

在智能制造當中，智能傳感器的應用主要體現在產品質量指標檢測方面，例如產品的粘度、硬度、成分以及氣味等多方面，不僅有著較高的監測效率，還能夠實現在線控制。此外，通過智能傳感器，還能夠直接測量與產品質量相關的參數，例如溫度、壓力等，并建立這些參數與產品質量間的函數關系，通過數學模型計算，直接能夠反映出產品質量。結合當前智能制造的實際情況，常用的傳感器類型包括壓力傳感器、光學傳感器以及RFID技術等，由于不同傳感器的功能和作用不同，因此在智能制造當中的應用場景也各不相同。其中壓力傳感器基于其較高的靈敏度和較低的誤差，主要應用于汽車制造、航空動力學等領域；光學傳感器由于其較高的分辨率、成像能力以及均勻性，被廣泛應用于智能手機顯示屏的監測等方面；RFID則主要應用于智能制造系統的流程管理以及物聯網智能識別和數據采集方面。

2.2 數控技術

數控技術是指利用數字信息，通過編程對生產制造過程進行自動控制的技術，數控技術融合了機械制造技術、計算機技術以及光機電技術等。數控技術主要由機床、數控系統以及外圍技術三個部分組成，機床本體包括床身、立柱、導軌以及工作臺等，如圖2所示；數控系統包括輸入、輸出設備，計算機數控裝置、可編程控制器、主軸伺服驅動裝置、進給伺服驅動裝置，以及測量裝置等；外圍技術則主要包括工具技術、編程技術以及管理技術。實際上制造行業是應用數控技術最早的行業，也是智能制造領域的核心技術，對于制造行業的轉型發展有著極大的意義和作用。

數控技術在智能制造領域的應用優勢和特點主要表現在以下幾個方面：第一，提高加工精度，數控技術的功能和作用，需要在精密的儀器設備，以及自動化控制系統的共同支持下才能夠得以實現和發揮，而這些精密儀器，以及自動控制系統其本身都具有較高的精度，使得在機床運行的過程中，具有較好的剛度和穩定性，極大地減少了機床運行誤差，并且在數控系統的支持下，還能夠對所產生誤差進行補償，也進一步提高了加工的精度，有效保障了產品的生產質量。第二，提高生產效率，相較于傳統生產加工方式，數控技術的應用，極大提高了機床的加工效率，通過各種自動化功能，有效地縮短了加工時間。第三，有著較高的適應性，數控技術其主要是通過數控程序實現對于機床的控制，因此在改變加工對象的情況之下，只需要結合實際情況，對數控程序進行調整即可，不僅省去了模具樣板的制作成本，而且還能夠縮短生產周期。第四，提高了加工技術水平，在數控技術的支持下，使得很多復雜零件的加工成產成為可能，而且極大地降低了這部分零件的加工難度[3]。

圖2 數控機床

2.3 智能機器人

人工智能技術作為計算機技術的分支，主要是通過模擬人類智能的方式，實現對于機器設備的控制，當前智能及其人作為機電一體化當中的先進技術成果，在智能制造當中的應用也取得了較好的效果。在智能制造領域，應用智能機器人技術的過程中，可以結合實際生產制造需求，對智能機器人進行編程，然后再借助計算機實現對于機器人的遠程控制，并且根據設定好的程序，智能機器人還能夠對生產制造過程進行監控，并合理做出相應決策，以此確保整個生產過程順利、有序地推進下去。而且，基于智能機器人較高的適應性以及執行力，還能夠適應多樣化生產環境，代替此部分人力工作，以此有效保障生產制造的質量、效率，以及生產安全，降低生產過程對于員工人身安全的威脅和危險指數。

2.4 自動生產

自動化生產控制在智能制造當中的應用主要包括自動機械和自動控制兩個方面。其中自動機械是以電子技術為依托，進而實現對于實際生產制造過程地管理和控制，能夠實現智能制造的動態化、網絡化的生產管理。自動控制則主要是針對在無人值守的情況之下，系統能夠自動進行產品的加工生產控制，以此確保產品的生產制造能夠依舊按照相應規范有序進行。在智能制造領域當中，自動化生產控制技術常見于產品包裝的印刷，例如飲料、香煙等等。自動化生產控制技術的合理應用，不僅能夠實現對于生產制造過程的監控和追蹤，還能夠借助相應控制系統，對整個自動生產過程進行深入分析，并借助系統反饋的數據信息，發現生產過程中存在的不足之處，進而進行生產流程的優化和更新。

2.5 柔性制造

柔性制造系統就是指在一個傳輸系統的作用之下，將系統當中的各個設備連接在一起，并由傳輸裝置將需要加工的工件傳輸到其他生產加工設備上，進行工件的加工，以此提高工件加工的準確性、效率。整個柔性制造系統主要以下三個部分：第一，加工設備，主要包括數控機床以及加工中心；第二，儲存和搬運系統，主要是負責物料的搬運和物料的存儲；第三，信息控制系統，主要采用的是群控方式，包括對加工過程的控制、指令的下達和信息的反饋、生產作業計劃的制定、數據管理，以及全廠管理。柔性制造系統在智能制造領域當中的主要應用優勢體現在以下幾個方面：首先，有著較為穩定的生產能力，在出現機床故障的情況之下，系統能夠自動繞過故障機床，保障了加工過程的連續性；其次，產品質量較高，在實際生產制造的過程中，整個加工、裝卸流程順暢，加工精度也相對較高；最后，柔性系統有著極強的靈活性和應變能力，不僅裝置具有一定可調整性，而且還能夠實現對于磨損刀具等的自動更換。