機電一體化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

摘要：人工智能技術(shù)、仿生技術(shù)以及信息處理技術(shù)的迅速崛起給機電一體化技術(shù)的應(yīng)用帶來了新的思路。在當今的制造業(yè)與其它生產(chǎn)領(lǐng)域中，已經(jīng)不存在單純的機械設(shè)備，而是根據(jù)實際產(chǎn)品功能及其加工工藝的需要，開發(fā)并應(yīng)用了具備特定生產(chǎn)功能的數(shù)字化單機設(shè)備、制造系統(tǒng)、生產(chǎn)線甚至是計算機系統(tǒng)集成控制下的信息化制造系統(tǒng)。本文簡要介紹了機電一體化技術(shù)在生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，探討了制約機電一體化技術(shù)發(fā)展的核心技術(shù)問題，并分析了目前機電一體化的主要研究課題及其未來的研究與應(yīng)用方向。

關(guān)鍵詞：發(fā)展趨勢；機電一體化；數(shù)字化；智能化

在將科研領(lǐng)域的研究成果進行集成應(yīng)用方面，機電一體化的生產(chǎn)設(shè)備和裝置以及產(chǎn)品最具有代表性。在近四十年的發(fā)展過程中，通過先后將電子電力、自動控制以及計算機應(yīng)用技術(shù)等融合到了制造業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)和工業(yè)產(chǎn)品中，機電一體化已經(jīng)徹底改變了企業(yè)生產(chǎn)與管理工作的內(nèi)涵。

一、機電一體化技術(shù)在生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用

目前在傳統(tǒng)生產(chǎn)領(lǐng)域中使用的機械加工設(shè)備及其制造的產(chǎn)品中，都能夠找到機電一體化技術(shù)的應(yīng)用實例，并且由于信息技術(shù)、微電子技術(shù)以及人工智能技術(shù)在生產(chǎn)和生活領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以汽車為代表的很多傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)品也都轉(zhuǎn)變?yōu)榱藱C電一體化技術(shù)的杰作。

（一）數(shù)字化單機生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用

實現(xiàn)機械設(shè)備生產(chǎn)過程的自動控制是機電一體化技術(shù)的核心理念，而基于微處理器強大的信息處理功能和測控技術(shù)的應(yīng)用，在現(xiàn)代制造企業(yè)中數(shù)字化控制的單機生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)十分普遍。一方面，這類設(shè)備中的數(shù)控機床能夠通過可編程的控制系統(tǒng)調(diào)整設(shè)備的控制功能，實現(xiàn)了對產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)。另一方面，基于智能化單機控制系統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)機器人可以獨立完成復雜的生產(chǎn)工序，具備一定的邏輯判斷和決策功能，可以在代替人力從事風險指數(shù)較高的工作的同時，提高工作的質(zhì)量與效率。

（二）柔性制造系統(tǒng)與柔性生產(chǎn)線的應(yīng)用

對大型的制造業(yè)企業(yè)而言，產(chǎn)品的生產(chǎn)涉及到眾多種類零部件的加工，并且其生產(chǎn)加工工藝應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求需要不斷調(diào)整。而且鑒于消費市場需求的日益?zhèn)€性化和競爭的激烈程度，企業(yè)新產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)周期需要盡量縮短。因此為提高企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的使用效率和對不同加工工藝的適應(yīng)性，提出了柔性制造系統(tǒng)與柔性生產(chǎn)線的概念。依托微電子技術(shù)、測控技術(shù)以及計算機管理軟件強大的控制功能，讓多臺數(shù)字化的生產(chǎn)設(shè)備或整條生產(chǎn)線能夠按需實現(xiàn)不同的產(chǎn)品加工工藝流程，在產(chǎn)品加工工藝更改時可以便捷的調(diào)節(jié)相關(guān)設(shè)備的運行[1]。并且柔性生產(chǎn)線和制造系統(tǒng)具有設(shè)備自檢和自我調(diào)試的功能，產(chǎn)品的原材料與半成品、加工所需工具和信息的輸送能夠自動化完成。

（三）依托計算機集成控制的數(shù)字化制造系統(tǒng)的應(yīng)用

有分析顯示，在過去幾十年間人類在生產(chǎn)領(lǐng)域工作效率的進步遠遠領(lǐng)先于產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計與企業(yè)的管理，這是機電一體化技術(shù)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)深入應(yīng)用造成的獨特現(xiàn)象。而近二十年來人們不斷地探討運用計算機應(yīng)用技術(shù)和信息技術(shù)扭轉(zhuǎn)這一局面，實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品從管理決策到生產(chǎn)和銷售的全面信息化。因此建立在計算機集成控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上的數(shù)字化制造概念應(yīng)運而生。在應(yīng)用這一理念建造的現(xiàn)代化生產(chǎn)企業(yè)中，有關(guān)產(chǎn)品的需求分析、設(shè)計、生產(chǎn)工藝流程與計劃的制定、產(chǎn)品的制造過程以及各項管理決策的相關(guān)信息都通過計算機系統(tǒng)進行集中管理和控制。因此，企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的運行不僅通過機電一體化技術(shù)實現(xiàn)了對加工工藝流程的自動化控制，還與企業(yè)的各個管理環(huán)節(jié)結(jié)合在了一起，實現(xiàn)了更深層次的一體化控制。

二、制約機電一體化技術(shù)發(fā)展的因素分析

（一）快速精確的傳感檢測與控制功能的實現(xiàn)

傳感與檢測技術(shù)的應(yīng)用目的是實現(xiàn)對設(shè)備運行參數(shù)實時采集，從而為精確的調(diào)控設(shè)備的運行狀態(tài)提供數(shù)據(jù)資源，因此設(shè)備傳感檢測系統(tǒng)的靈敏度和精確度是自動化發(fā)展程度的決定性因素。在對產(chǎn)品的使用性能要求越來越高的今天，產(chǎn)品零部件的加工工藝日益復雜，加工時需要采集的數(shù)據(jù)參數(shù)已經(jīng)從機械設(shè)備本身拓展到了外部環(huán)境和控制系統(tǒng)中的保護裝置。這些數(shù)據(jù)涵蓋了幾何、電氣以及溫度等參數(shù)，設(shè)備的傳感檢測系統(tǒng)對其進行的感應(yīng)、識別與轉(zhuǎn)換需要伴隨設(shè)備的運行同步完成，因此要求設(shè)備的傳感與檢測模塊有足夠快的響應(yīng)時間，確保參數(shù)采集的精確性和實時性，才能達到對設(shè)備運行的極度精準控制。

（二）高度自動化與柔性化生產(chǎn)需求之間的矛盾

在機械生產(chǎn)設(shè)備中深度融入自動化控制功能，提高了加工工藝的可控性和加工精度的同時，也意味著加工設(shè)備的功能越發(fā)細化和專業(yè)。因此在自動化程度不斷提高的情況下，設(shè)備往往不能夠勝任不同的產(chǎn)品加工工藝，影響了企業(yè)精密設(shè)備的利用效率。所以在機電一體化技術(shù)的發(fā)展過程中，提高現(xiàn)代制造企業(yè)數(shù)字化設(shè)備性能的柔性成為了一個重要的研究課題。

三、機電一體化技術(shù)目前的主要研究課題及方向

（一）機電一體化技術(shù)目前的主要研究課題

對機電一體化系統(tǒng)的傳感檢測和控制功能的研究是近年來的熱點課題，這是由于光電子技術(shù)、信息處理技術(shù)和計算機軟件技術(shù)在近年來的快速發(fā)展，給進一步提高傳感檢測與控制功能模塊的功能提供了新的思路。此外，國外很多專家致力于在微加工領(lǐng)域取得機電一體化技術(shù)應(yīng)用的突破，開發(fā)在醫(yī)療以及信息工程領(lǐng)域中應(yīng)用的精密機電一體化系統(tǒng)。

（二）機電一體化技術(shù)未來的研究與應(yīng)用方向

基于人工智能技術(shù)、仿生技術(shù)以及信息技術(shù)領(lǐng)域近年來的科技研究成果，機電一體化系統(tǒng)的性能在未來會擁有更多人性化的元素。在系統(tǒng)的應(yīng)用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)機械設(shè)備的自學習和自主決策，并且顯現(xiàn)出更加人格化的特征[2]。從而讓設(shè)備的管理和使用中，擁有接近人際交互模式的友好人機交互界面，進而實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境與生活環(huán)境的智能化。

四、結(jié)束語

機電一體化技術(shù)的應(yīng)用改變了人類文明發(fā)展的軌跡，基于智能化機電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用，人們的工作和生活方式將會再一次迎來變革。

參考文獻：

[1]謝雷. 淺析機電一體化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計， 2016（13）.

[2]徐孝輝. 淺談機電一體化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J]. 科研， 2017（2）：00005-00005.

（作者身份證號：131127198610110533）

作者簡介：鄭學松（1986-10）男，漢族，河北省石家莊市，從事機電專業(yè)相關(guān)技術(shù)工作。