機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用探究與未來發(fā)展

宋海鋒

摘要：當(dāng)前，國內(nèi)正處于Mechatronics技術(shù)發(fā)展的階段，該技術(shù)對許多行業(yè)的發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用。該技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械制造中，不僅能夠保障機(jī)械生產(chǎn)以及運(yùn)作的合理性，同時(shí)還能夠讓行業(yè)經(jīng)濟(jì)有效提高。本文介紹了機(jī)電一體化技術(shù)在我國智能制造中的具體應(yīng)用，并闡述了該技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;應(yīng)用;發(fā)展前景

引言

機(jī)電一體化（Electromechanical integration），作為機(jī)械工程與自動(dòng)化系統(tǒng)的重要分支，機(jī)電一體化也被稱之為‘機(jī)械電子工程。機(jī)電一體化概念最初是由日本機(jī)械制造雜制上提出的，在推出之后受到了世界各國的關(guān)注并開始研究與發(fā)展，也給傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思維帶來巨大變革。當(dāng)前的機(jī)電一體化技術(shù)開始加入了先進(jìn)的微電子與信息技術(shù)，開始向著人工智能化方向延伸。由此可見加大機(jī)電一體化發(fā)展的力度，既是提高我國綜合國力的重要基礎(chǔ)，并且也是振興我國民族工業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。

一、機(jī)電一體化技術(shù)特點(diǎn)

1.數(shù)字化

在機(jī)電一體化技術(shù)的高速發(fā)展中，大量微型控制器得以出現(xiàn)且為機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化奠定了牢固基礎(chǔ)，包括當(dāng)前仍然不斷更新?lián)Q代的數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人等，這些均為機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化功能的產(chǎn)物。而在機(jī)電產(chǎn)業(yè)朝著數(shù)字化方向發(fā)展的過程中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的崛起與廣泛應(yīng)用，也為機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)帶來了強(qiáng)大的技術(shù)支持，也解決了許多技術(shù)層面的發(fā)展障礙，比如當(dāng)前應(yīng)用范圍極為廣泛的虛擬化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等方面。

2.智能化

機(jī)電一體化技術(shù)的智能化特點(diǎn)，意味著機(jī)電產(chǎn)品本身需要有一定的智能，換而言之則是要有類似于人的思考邏輯、判斷推理以及自主解決問題的能力。比如，在CNC數(shù)控機(jī)床上增設(shè)人機(jī)對話功能，同時(shí)提供智能I/O接口與智能工藝數(shù)據(jù)庫，無論是生產(chǎn)操作使用還是后期的維護(hù)管理，均能大大提高工作效率[2]。再加上如今模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波理論等一系列人工智能技術(shù)的發(fā)展與研究不斷深入，也進(jìn)一步推動(dòng)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。

二、機(jī)電一體化技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用

1.工業(yè)智能機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)械裝置。機(jī)電一體化在智能制造中最基礎(chǔ)的應(yīng)用便是工業(yè)智能機(jī)器人。它應(yīng)用多種先進(jìn)的技術(shù)，集成人工智能技術(shù)、仿生學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等，可以按設(shè)計(jì)程度操作，也可以按照預(yù)先設(shè)定的程序自動(dòng)運(yùn)行。工業(yè)機(jī)器人可以代替人工從事危險(xiǎn)的操作，如進(jìn)行海底探礦、地震救人等。它的使用大大減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作質(zhì)量和效率。從二4102十世紀(jì)八十年代開始，世界許多國家都進(jìn)行1653了消防機(jī)器人的研究。美國和蘇聯(lián)最早進(jìn)行消防機(jī)器人的研究，而后日本、英國、法國等國家都紛紛開展了消防機(jī)器人的研究，目前已有多種不同類型的消防機(jī)器人用于各種火災(zāi)場合。 日本投入應(yīng)用的消防機(jī)器人最多。80年代，日本研制了不少于5種型號(hào)的自動(dòng)行駛消防機(jī)器人，這類機(jī)器人以內(nèi)燃機(jī)或電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，配置驅(qū)動(dòng)輪或履帶式行駛機(jī)構(gòu)，能爬坡、越障礙;裝有較大噴射流量的消防槍炮，能作俯仰和左右回轉(zhuǎn);裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視設(shè)備;通過電纜或無線控制;控制距離最大為100m或150m。另一類機(jī)器人為偵察、搶險(xiǎn)機(jī)器人，除裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視器設(shè)備外，還裝有機(jī)械手，能通過遙控處理危險(xiǎn)物品。

2.在現(xiàn)代制造業(yè)方面的應(yīng)用

現(xiàn)代制造業(yè)強(qiáng)調(diào)有效利用一切資源，逐漸以機(jī)器代替人力來獲得生產(chǎn)盈利，綠色的現(xiàn)代化制造具有虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等特點(diǎn)。下面以Li/MnO2扣式電池生產(chǎn)過程的介紹來說明機(jī)電一體化技術(shù)在制造業(yè)方面的應(yīng)用。Li/MnO2扣式電池的生產(chǎn)有以下幾道程序：先上負(fù)極片，然后加隔熱板并把電解液注入其中，最后上正極片、滲透。這種自動(dòng)組裝生產(chǎn)的控制系統(tǒng)通過采用PLC技術(shù)進(jìn)行控制，通過觸摸系統(tǒng)中的傳感器來監(jiān)測生產(chǎn)過程中的狀態(tài)，一旦有系統(tǒng)故障出現(xiàn)，機(jī)械裝置就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。如果生產(chǎn)過程中出現(xiàn)不合格的產(chǎn)品，該系統(tǒng)還會(huì)將其自動(dòng)剔除。

3.數(shù)控機(jī)床

（1）在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)與制造方面所采用的是總線式、模塊化、空間布置合理化的結(jié)構(gòu)類型，也就是說運(yùn)用CPU（核心處理器）以及多總結(jié)設(shè)計(jì)構(gòu)成;（2）開放性的設(shè)計(jì)理念。所謂的開放性設(shè)計(jì)就是在硬件設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及功能方面添加了大量層次性明顯的功能模塊;（3）WOP技術(shù)以及人工智能技術(shù)。機(jī)電一體化系統(tǒng)可以為企業(yè)加工的批量化生產(chǎn)加入自主編程設(shè)計(jì)，并且還可以選擇性地加入二維、三維的動(dòng)態(tài)化仿真技術(shù)，通過在線診斷以及線上智能化管控的方式來完成批量化生產(chǎn);（4）擁有大容量的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間和功能全面的軟件模塊，在完善數(shù)控功能以及CNC功能的對接和控制功能的同時(shí)，提高設(shè)備的效率性;（5）輕松實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程以及三通道、四通道甚至更多通道的控制。

三、機(jī)電一體化發(fā)展前景

社會(huì)的進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的制造行業(yè)也開始向智能化、多元化的目標(biāo)前進(jìn)，因此研發(fā)出下一代的機(jī)電一體化系統(tǒng)成為了必然。新一代的機(jī)電一體化系統(tǒng)除了具備良好穩(wěn)定的硬件功能之外，還必須要擁有適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境的自動(dòng)化作業(yè)能力，并且機(jī)械設(shè)備本身便于維護(hù)與管理。

1.智能制造系統(tǒng)（MIT）

該系統(tǒng)是由大量的科研人員以及業(yè)內(nèi)的專家運(yùn)用智能機(jī)械設(shè)備構(gòu)建而成的“人機(jī)一體”系統(tǒng)，在經(jīng)過大量專家的研究后實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)械的有機(jī)融合，所制造出的人機(jī)一體化系統(tǒng)不但具有良好的穩(wěn)定性和自律性，同時(shí)也能夠適用于虛擬制造業(yè)當(dāng)中，在先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件環(huán)境里還能夠具備基礎(chǔ)的人類思維能力、邏輯判斷能力以及自我提高和修復(fù)能力，而這也成為當(dāng)下機(jī)電一體化研究的核心內(nèi)容。

2.自動(dòng)化

機(jī)電一體化技術(shù)在實(shí)現(xiàn)以上性能的同時(shí)，也要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作程度的提升。機(jī)電一體化技術(shù)主要的目的就是進(jìn)行自動(dòng)操作，如果其應(yīng)用的范圍擴(kuò)展，而擴(kuò)展的原因就是自動(dòng)操作程序的提升。在短時(shí)間內(nèi)，機(jī)電一體化技術(shù)只能由人工來編輯基本的程序，然后由操作員按開始鍵操作。如果自動(dòng)操作的目標(biāo)是電腦，就可以不需要人多次編輯程序代碼，而自動(dòng)進(jìn)行操作，這是研究人員需要進(jìn)行研究的。同時(shí)，機(jī)電一體化技術(shù)的自動(dòng)操作程序提升之后，體系也會(huì)更加完備。從現(xiàn)在對機(jī)電一體化技術(shù)的研究情況來看，未來機(jī)電一體化技術(shù)將具有更智能的程序，讓人們可以隨意進(jìn)行組合，靈活性更強(qiáng)。

3.人性化

機(jī)械產(chǎn)品最終是要服務(wù)于人們的。為此，設(shè)計(jì)者要對產(chǎn)品進(jìn)行人性化的設(shè)定，增添一些人類情感方面的智能。因?yàn)闄C(jī)電一體化產(chǎn)品的使用對象是人，所以，機(jī)電一體化技術(shù)要賦予人的智能和情感，為人們提供更人性化、便利化的服務(wù)。機(jī)電一體化技術(shù)除了要完善主要的功能外，還要提高其對環(huán)境、聲音、人們情感的閱讀能力，提高交互性能，讓服務(wù)對象感覺到接受服務(wù)是一種藝術(shù)享受。比如，家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

結(jié)束語：總而言之，機(jī)電一體化技術(shù)的誕生與發(fā)展并非獨(dú)立存在的，其屬于多門類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展融合產(chǎn)物，更是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的集中表現(xiàn)。在履帶起重機(jī)中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠優(yōu)化機(jī)械性能與提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率，更是安全的保證。當(dāng)然，機(jī)電一體化技術(shù)涉及的技術(shù)眾多，在科技水平不斷提升的大環(huán)境下，技術(shù)融合趨勢也愈發(fā)顯著，因此機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也十分廣闊。

參考文獻(xiàn)：

【1】劉占國，王文清.機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2019（12）：124-137.

【2】趙世龍，黃劍鋒.機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中的發(fā)展運(yùn)用分析[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2019（3）：155-168.