機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的實(shí)踐分析

南博

摘? ?要：機(jī)電一體化技術(shù)是智能制造的關(guān)鍵性技術(shù)支撐，尤其是機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展大大提升了我國機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展水平，有效地促進(jìn)了機(jī)械智能制造生產(chǎn)能力。實(shí)踐證明機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。文章的剖析機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用，以智能汽車為例分析機(jī)電一體化技術(shù)在智能汽車制造中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化技術(shù);智能制造;汽車;機(jī)器人技術(shù)

2016年，工信部印發(fā)《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》明確提出要加快發(fā)展智能制造，推動(dòng)我國制造業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。機(jī)電一體化是現(xiàn)代智能制造的核心技術(shù)，尤其是在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支撐下，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用大大提升了智能制造的水平，因此在現(xiàn)代制造業(yè)市場日益嚴(yán)峻的新形勢下，提升機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1? ? 機(jī)電一體化技術(shù)與智能制造的概述

1.1? 機(jī)電一體化技術(shù)概述

機(jī)電一體化技術(shù)是融合計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、伺服技術(shù)等多種技術(shù)的系統(tǒng)。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)性能更加精密。機(jī)電一體化技術(shù)的研究時(shí)間比較長，在最初階段機(jī)電一體化技術(shù)被視為個(gè)體，其主要是電子技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)融合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得機(jī)電一體化技術(shù)被賦予了新的內(nèi)涵。隨著我國智能制造戰(zhàn)略的實(shí)施，對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的重視程度越來越高，例如，2019年5月6日，中國機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)的成立標(biāo)志著我國機(jī)電一體化技術(shù)有了規(guī)范的行業(yè)管理機(jī)構(gòu)，大大促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，解決了很多生產(chǎn)中的難題，使生產(chǎn)活動(dòng)更加規(guī)范化、自動(dòng)化、規(guī)?；?。

1.2? 智能制造概述

智能制造源于對(duì)人工智能的研究，從社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢看，智能制造主要包括兩個(gè)方面：一是智能制造技術(shù)，主要是技術(shù)人員憑借計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)對(duì)某系統(tǒng)進(jìn)行決策等，以此減少人力、物力支出，提升生產(chǎn)的實(shí)效性。二是智能制造系統(tǒng)，也就是人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，主要由智能機(jī)器人和人類專家共同組成，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造水平。隨著智能制造領(lǐng)域政策的持續(xù)出臺(tái)，中國制造業(yè)逐漸向智能制造方向轉(zhuǎn)型，并開始大量應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人等相關(guān)技術(shù)，從發(fā)展前景、技術(shù)融合、商業(yè)模式以及生產(chǎn)安全等方面來看，中國智能制造將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：（1）安全生產(chǎn)將成為重中之重。智能制造技術(shù)的發(fā)展充分體現(xiàn)了大數(shù)據(jù)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)勢，例如機(jī)器人技術(shù)在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用能夠提升智能制造的人際交互性，使得機(jī)械制造的流程更加簡單。但是在流水化生產(chǎn)的背后如何有效解決安全問題成為智能制造所必須要解決的問題。（2）通用技術(shù)成為智能制造的突破口。隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展，流水化生產(chǎn)成為制造業(yè)的主要趨勢，但是多種系統(tǒng)的交互需要構(gòu)建統(tǒng)一的接口系統(tǒng)，因此通用技術(shù)的發(fā)展必然會(huì)滿足未來生產(chǎn)需要。（3）打造精準(zhǔn)大數(shù)據(jù)閉環(huán)。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)模式已經(jīng)由粗放式管理向精細(xì)化、個(gè)性化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，而構(gòu)建個(gè)性化工業(yè)生產(chǎn)管理模式需要企業(yè)構(gòu)建采集、分析、轉(zhuǎn)化、反饋等環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)流閉環(huán)[1]。

2? ? 機(jī)電一體化技術(shù)在智能制造中的發(fā)展與應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)是智能制造核心技術(shù)的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。

2.1? 在傳感技術(shù)中的應(yīng)用

傳感技術(shù)是智能制造的基礎(chǔ)技術(shù)支撐，而傳感技術(shù)的發(fā)展是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的代表。傳感技術(shù)具有較高的敏感性，可以準(zhǔn)確接收外界信息。隨著智能制造業(yè)的發(fā)展，越來越多的制造業(yè)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人操作，而機(jī)器人操作系統(tǒng)需要傳感系統(tǒng)的控制，例如機(jī)器人將系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)通過傳感技術(shù)反饋出去，以此按照系統(tǒng)指令進(jìn)行操作[2]。

2.2? 在數(shù)控生產(chǎn)中的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)在數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)中的應(yīng)用能夠大大提升其工作效率。例如伺服驅(qū)動(dòng)是數(shù)控機(jī)床的重要支撐，通過伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可以根據(jù)產(chǎn)品的位置等輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)控制。長期以來，數(shù)控機(jī)床存在機(jī)械加工精度不高的問題，而伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用則可以保證產(chǎn)品的精準(zhǔn)度[3]。

2.3? 在工業(yè)智能機(jī)器人研發(fā)中的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)在工業(yè)智能機(jī)器人中的應(yīng)用成為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的主要趨勢，智能機(jī)器人需要通過機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)。我國諸多領(lǐng)域的機(jī)器人對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用比較成熟。例如以安防領(lǐng)域機(jī)器人為例，技術(shù)熱點(diǎn)涵蓋導(dǎo)航定位、計(jì)算機(jī)視覺、目標(biāo)跟蹤、移動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制、算法、目標(biāo)檢測與識(shí)別、傳感器、人機(jī)交互等，這些都是機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的體現(xiàn)。機(jī)電一體化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用具有獨(dú)特的優(yōu)勢：（1）能夠快速地對(duì)工作對(duì)象進(jìn)行甄別，進(jìn)而有針對(duì)性地完成工作流程。例如在快遞分揀作業(yè)中，機(jī)器人可以按照快遞信息對(duì)快遞進(jìn)行分區(qū)，大大簡化了人工操作。（2）能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械生產(chǎn)的精準(zhǔn)性。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)能夠保證機(jī)械加工完全按照預(yù)定的操作進(jìn)行，有效地降低了機(jī)械制作產(chǎn)品的殘次率。

3? ? 機(jī)電一體化技術(shù)在智能汽車制造中的應(yīng)用實(shí)例

3.1? 自動(dòng)變速器

機(jī)電一體化技術(shù)在汽車自動(dòng)變速器中的應(yīng)用是現(xiàn)代智能汽車制造的基礎(chǔ)，也是未來汽車發(fā)展的主要趨勢。實(shí)踐表明機(jī)電一體化技術(shù)在自動(dòng)變速器中的應(yīng)用不僅可以降低汽車的損耗功率，而且還能提升汽車的舒適性，有效控制汽車的速度。在汽車行駛的過程中，變速器是檢查汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的重要設(shè)備，通過融入智能機(jī)電技術(shù)可以提升汽車變速器系統(tǒng)的智能化，例如通過變速器可以檢測汽車的電路與電子監(jiān)控設(shè)施，倘若汽車報(bào)警系統(tǒng)在汽車發(fā)動(dòng)時(shí)處于熄火狀態(tài)，表明其自動(dòng)變速器處于正常狀態(tài)。如若自動(dòng)變速器出現(xiàn)故障，會(huì)變成非電控工作狀態(tài)，繼續(xù)持續(xù)、穩(wěn)定工作。隨著機(jī)電技術(shù)的不斷發(fā)展，在自動(dòng)變速器設(shè)計(jì)中，電磁閥的功能在不斷改變，同時(shí)電磁閥與閥體的整合方式也出現(xiàn)了調(diào)整，例如當(dāng)前智能汽車所采取的自動(dòng)變速器廣泛是將電磁閥捆綁在一起，以此形成單獨(dú)的電磁閥模塊，這樣的好處是可以有效保護(hù)各個(gè)敏感電子元件，延長其使用壽命。

3.2? 激光測距雷達(dá)系統(tǒng)

無人駕駛汽車是汽車行業(yè)發(fā)展的重要趨勢，而無人汽車制造的核心就是如何解決汽車行駛安全問題。無人汽車的關(guān)鍵技術(shù)就是智能感知系統(tǒng)，通過智能感知系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地對(duì)行駛路線進(jìn)行判斷。根據(jù)當(dāng)前無人汽車的測試結(jié)果顯示，車載光學(xué)系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)是無人汽車制造的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前機(jī)電一體化技術(shù)在環(huán)境感測中的應(yīng)用形式包括：激光雷達(dá)傳感器、毫米波傳感器、視覺傳感器。其中激光雷達(dá)傳感器是無人汽車所普遍采取的技術(shù)，工作原理是通過系統(tǒng)掃描完成，既從一個(gè)物體上反射回來的激光確定物體的距離，以此形成精度較高的3D環(huán)境地圖，實(shí)現(xiàn)無人駕駛的輔助功能。激光雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵是通過云平臺(tái)和機(jī)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)，通過汽車激光雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)汽車行駛周圍的環(huán)境進(jìn)行掃描，然后建立3D模型，以此及時(shí)判斷周圍環(huán)境，同時(shí)根據(jù)3D模型反饋信息與北斗導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行信息對(duì)接，以此加強(qiáng)對(duì)汽車行駛路線的高度定位[4]。通過對(duì)美國無人汽車激光雷達(dá)應(yīng)用的研究，使用激光雷達(dá)系統(tǒng)，可以利用大數(shù)據(jù)自動(dòng)分析處理系統(tǒng)對(duì)汽車行駛過程中的各種路況信息進(jìn)行自動(dòng)判斷，然后給出正確的指令，以此達(dá)到安全行駛。另外當(dāng)前汽車的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)也是機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的結(jié)果，通過設(shè)立倒車?yán)走_(dá)，當(dāng)汽車距離障礙物一定距離后，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以此讓司機(jī)警覺，從而實(shí)現(xiàn)安全行駛。所以機(jī)電一體化技術(shù)在汽車激光雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用大大促進(jìn)了汽車智能制作技術(shù)的發(fā)展，提高了汽車行駛的安全性。

4? ? 制動(dòng)系統(tǒng)

制動(dòng)系統(tǒng)是汽車制造的關(guān)鍵部件，也是機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用最為重要的環(huán)節(jié)。機(jī)電一體化技術(shù)在制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：（1）車輪智能控制系統(tǒng)。隨著制動(dòng)性能要求的不斷提高，依托機(jī)械性能制動(dòng)的傳統(tǒng)模式會(huì)影響汽車行駛的舒適性與安全性，而通過電力制動(dòng)則可以大大提高制動(dòng)效果與汽車制動(dòng)的舒適性。目前對(duì)于汽車智能制動(dòng)主要體現(xiàn)在汽車制動(dòng)的過程中借助集成力及力矩傳感器對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行分析，通過對(duì)制動(dòng)力及制動(dòng)力力矩的計(jì)算，對(duì)制動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，保障整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)更為可靠，更為安全。（2）中央電力控制單元。中央控制單元主要是利用機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車制動(dòng)的自動(dòng)化控制。例如福特推出自動(dòng)剎車系統(tǒng)（Autonomous Emergency Braking，AEB）智能感應(yīng)制動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)由攝像頭及毫米波雷達(dá)共同工作，檢測并識(shí)別前方的潛在危險(xiǎn)。（3）自動(dòng)駐車系統(tǒng)（Auto Hold，AH）。是一種汽車運(yùn)行中可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)手剎的技術(shù)應(yīng)用，剎車管理系統(tǒng)通過電子手剎（Electronic Hand Brake，EPB）的擴(kuò)展功能來實(shí)現(xiàn)對(duì)四輪剎車的控制。

5? ? 結(jié)語

總之，隨著我國智能制造戰(zhàn)略的實(shí)施，提升智能制造水平離不開機(jī)電一體化技術(shù)，因此在大數(shù)據(jù)、5G等技術(shù)日益發(fā)展的環(huán)境下大力發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造強(qiáng)國戰(zhàn)略具有至關(guān)重要的意義。

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Practical analysis on mechanotronics technology in intelligent manufacturing

Nan Bo

（Sanmenxia Polytechnic， Sanmenxia 472000， China）

Abstract：Mechanotronics technology is the key technical support of intelligent manufacturing， especially the development of robot technology has greatly improved the development level of mechanotronics technology in our country， and effectively promoted the production capacity of mechanical intelligent manufacturing. Practice has proved that mechanotronics technology has been widely used in intelligent manufacturing. This paper the analysis of the application of mechanotronics technology in intelligent manufacturing， takes intelligent automobile as an example to analyze the concrete application of mechanotronics technology in intelligent automobile manufacturing.

Key words：mechanotronics technology; intelligent manufacturing; automobile; robot technology