智能制造中的機電一體化技術(shù)探究

呂亞偉，沈 威

（浙江省機電設計研究院有限公司，浙江 杭州 310051）

0 引言

科技水平的不斷提高，標志著各行各業(yè)迎來了全新的上升空間，機電一體化技術(shù)日趨成熟，意味著制造業(yè)有更多的改變，智能制造將不再只是空談。機電一體化技術(shù)可以說是一種全新的現(xiàn)代化技術(shù)，是一種集百家之長的混合型技術(shù)，在推進制造業(yè)甚至整個工業(yè)的發(fā)展有著極為重要的作用。對于智能制造而言，機電一體化技術(shù)的有效運用，將有效提升設備整體的生產(chǎn)效率，其符合未來的發(fā)展趨勢，因此，有必要對機電一體化技術(shù)在智能制造領域的運用路徑展開研究。

1 智能制造與機電一體化技術(shù)

1.1 智能制造技術(shù)

智能制造即人機一體化智能系統(tǒng)，是由人工智能理念延伸而出的現(xiàn)代化技術(shù)。基于5G技術(shù)的不斷成熟，智能制造技術(shù)在我國的應用空間也在不斷增大。其標志性的特點就是可以對所有設備的制造環(huán)節(jié)進行控制，確保各生產(chǎn)環(huán)節(jié)均可以穩(wěn)定進行，從而實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。也可以將自動化技術(shù)理解為全時智能管家，其可以對所有的生產(chǎn)行為進行自主分析，可以實時對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)錯誤的環(huán)節(jié)進行修正，以此確保所有設備均可以按照既定要求被制造。智能制造技術(shù)的成熟，意味著我國的制造業(yè)水平即將邁入無人時代，企業(yè)將大幅減少人工等成本的投入，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟價值。

1.2 機電一體化技術(shù)

機電一體化技術(shù)，是一種混合化、多元化的技術(shù)，可以將其理解為傳感器技術(shù)、信息技術(shù)以及數(shù)據(jù)技術(shù)等一眾現(xiàn)代化技術(shù)的結(jié)合體。與智能制造技術(shù)類似，機電一體化也擁有極強的控制力、數(shù)據(jù)處理能力。使用機電一體化技術(shù)，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)均可得到實時處理，這將進一步提升智能制造的效率，讓各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)更加及時反饋到控制中心，設備制造的全過程將獲得更高的安全保障。此外，機電一體化技術(shù)因自身極為出色的控制能力，可以確保整體制造系統(tǒng)，控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行。譬如在模塊化生產(chǎn)中，在確定相應的模塊后，機電一體化技術(shù)能通過自身超強的信息處理能力，數(shù)據(jù)整合能力，對制造實行全程控制，使設備生產(chǎn)實現(xiàn)標準化。

2 機電一體化技術(shù)在智能制造中的應用

2.1 彌補智能制造技術(shù)的不足

縱觀機電一體化技術(shù)與智能制造的核心技術(shù)來看，其涵蓋了信息技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及機械技術(shù)等多種技術(shù)，有著極高的互通性。對于智能制造而言，機電一體化技術(shù)的納入使用，意味著智能制造得到了一次極大的補足，其將有效提升智能制造的整體水平，消解智能技術(shù)運用過程中的種種不足。其次，機電一體化技術(shù)與智能制造技術(shù)的充分結(jié)合，將構(gòu)建出完整的智能創(chuàng)造體系，技術(shù)的應用范圍將得到極大的擴充，為制造業(yè)的長遠發(fā)展，提供核心技術(shù)支持。

2.2 消除智能制造技術(shù)的局限性

相較于傳統(tǒng)制造業(yè)，智能制造技術(shù)雖然擁有更便捷的操控性、更高的安全性以及更高的效率，但是始終存在制造局限性，無法滿足所有的制造需求。而機電一體化技術(shù)的加入，讓智能制造技術(shù)的局限性被打破。通過機電一體化技術(shù)，生產(chǎn)將完全實現(xiàn)無人化，制造過程的操控形式也可以變得更加多樣，即自動操控與人工遠程操控。多元化的操控方式將使智能制造技術(shù)得到更多拓展的可能性，可以在更多的制造領域中發(fā)揮性能。

3 機電一體化技術(shù)在智能制造中的應用路徑

3.1 信號處理技術(shù)的應用

智能制造的局限性主要來自信號處理方面，因為智能制造技術(shù)是一種聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，所有的數(shù)據(jù)均需要通過網(wǎng)絡信號傳遞，若網(wǎng)絡通訊終端，則將喪失所有功能，而通過運用機電一體化技術(shù)，信號的傳輸方式將改為電信號傳輸，這意味著整體制造過程將擺脫網(wǎng)絡信號的掣肘[1]。具體運用模式為依靠機電一體化技術(shù)特有的電信號傳輸平臺，對網(wǎng)絡傳輸信息進行模擬，這樣的方式可以將所有網(wǎng)絡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過傳遞數(shù)字信號的方式，實現(xiàn)全方位信號傳送與處理。還可以打造雙模信號系統(tǒng)，即構(gòu)建由網(wǎng)絡數(shù)據(jù)與數(shù)字信號同步化傳輸通道，在制造過程中，數(shù)據(jù)將優(yōu)先通過更暢通的通道進行傳輸處理，以此使裝備的制造始終保持更高的效率，確保智能制造技術(shù)可以更迅速的處理各類信息。

3.2 計算機集成數(shù)字化采集技術(shù)的應用

計算機集成數(shù)字化采集技術(shù)，即由計算機和數(shù)字傳感器結(jié)合而成的技術(shù)手段，在應用過程中，由數(shù)字傳感器捕捉的各類信息均能在計算機中得以儲存，最終依靠人工計算或大數(shù)據(jù)技術(shù)智能計算的方式，對數(shù)據(jù)進行分析及歸納。在智能制造技術(shù)中運用該技術(shù)，可以有效提升智能制造技術(shù)對各項設備制造信息的監(jiān)控力度，無論是設備信息還是制造信息將得到更迅速的反饋。此外，該技術(shù)在智能制造技術(shù)中運用，還可以實現(xiàn)更多技術(shù)的拓展，譬如數(shù)據(jù)信息管理、神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。更重要的是相較于其他技術(shù)，該項技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)非常成熟，可以在智能制造中充分釋放自身功能，使智能制造技術(shù)的數(shù)據(jù)處理功能得到充分的提升。

3.3 傳感器技術(shù)的應用

傳感器技術(shù)是機電一體化技術(shù)中應用非常頻繁的一項技術(shù)，其最主要的功能是實時傳輸各項需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)到控制中心，由監(jiān)控中心及時根據(jù)需要做出調(diào)整。在智能制造中運用傳感器技術(shù)，可以確保在極短的時間內(nèi)，對某一特定生產(chǎn)的各項數(shù)據(jù)做出判斷，這樣的改變將加速設備的生產(chǎn)速度[2]。其次，運用傳感器技術(shù)，智能制造技術(shù)的指令執(zhí)行能力將得到有效的補足，可以使各項指令更迅速地在各個制造環(huán)節(jié)進行實現(xiàn)，各項制造信息也更迅速反饋至終端。最后，也是最重要的一點，傳感器技術(shù)的運用將最大程度地降低智能制造技術(shù)處理各項數(shù)據(jù)的延遲性，在以往因為數(shù)據(jù)量過大的情況，若超出智能制造技術(shù)的處理能力，數(shù)據(jù)并不能得到及時的處理，而傳感器技術(shù)的運用，可以使所有數(shù)據(jù)的傳輸處理均保持在一個極高的水準內(nèi)，解決因信息延遲出現(xiàn)的各類不良影響。

3.4 工業(yè)智能機器人的應用

對于制造業(yè)而言，實現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)、自動化生產(chǎn)以及智能化生產(chǎn)是制造業(yè)不斷升級的主要方向。工業(yè)智能機器人則是機電一體化技術(shù)和智能創(chuàng)造技術(shù)結(jié)合而誕生的產(chǎn)物。工業(yè)智能機器人的出現(xiàn)，可以是智能制造技術(shù)、機電一體化技術(shù)包含的種種功能進行整合及實現(xiàn)的集成化功能。這樣的改變，將使各項技術(shù)獲得統(tǒng)一調(diào)度的平臺，工業(yè)智能機器人中包含的各類操作程序，可以使各項技術(shù)及西寧完美的配合，技術(shù)的使用將具備更高的秩序。工業(yè)智能機器人因為智能制造技術(shù)和機電一體化技術(shù)的緣故，可以運用人工思維、數(shù)據(jù)算法以及控制技術(shù)等，在使用過程中，其可以對所有的數(shù)據(jù)進行計算模擬分析，最終下達最準確的指令。與單一的執(zhí)行命令不同，工業(yè)智能機器人在下達或執(zhí)行某一命令時，會自動對該項命令進行分析，例如分析執(zhí)行該項命令是否會對其他制造環(huán)節(jié)造成影響，若存在影響，其會在分析之后下達相應的矯正命令，確保各制造環(huán)節(jié)已然可以穩(wěn)定運行[3]。

3.5 數(shù)控技術(shù)的應用

數(shù)控技術(shù)是非常成熟的一項技術(shù)，在以往人工機械制造過程中就有著廣泛的應用，但其同樣是機電一體化技術(shù)的重要組成部分。其最主要的功能就是可以提供更高的操作精確度，實現(xiàn)制式化生產(chǎn)，確保所有設備的各項參數(shù)保持一致。其次，數(shù)控技術(shù)也滿足智能化技術(shù)的使用需求，在早期通過對數(shù)控設備下達指令，設備也可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，擁有極高的效率。在智能制造技術(shù)中應用數(shù)控技術(shù)，設備制造的精確度將得到有效的提升，且因為智能制造智能控制系統(tǒng)的加持，數(shù)控技術(shù)所提供的生產(chǎn)效率也將進一步提高。

3.6 生產(chǎn)制造遠程控制技術(shù)的應用

在設備制造的過程中，整體作業(yè)的安全性是各項制造工序開展的前提，相較于以往的人工制造模式，智能制造技術(shù)無疑呈現(xiàn)出了更高的安全性。遠程控制技術(shù)就是機電一體化技術(shù)中非常重要的一項技術(shù)分支，該技術(shù)也符合智能制造技術(shù)的制造理念，即高效、無人且自動化制造。但機電一體化技術(shù)中的遠程控制技術(shù)，有著非常明顯的弊病，即信息傳輸?shù)姆秶邢?，無法實現(xiàn)真正的無線傳輸。將其與智能制造技術(shù)進行結(jié)合，該方面的局限性將被有效打破，且能為智能制造技術(shù)的信息傳輸提供更多可能性。因為智能制造技術(shù)在傳輸信號時，是通過網(wǎng)絡進行傳輸，這就意味著在進行遠程控制時，可以通過網(wǎng)絡完成更遠距離的控制。同時，在網(wǎng)絡信號不佳時，亦能繼續(xù)通過電信號的形式實現(xiàn)遠程控制。多元化的控制使制造遠程控制的安全性也得到了有效的提升，譬如依靠網(wǎng)絡進行控制，外部互聯(lián)網(wǎng)中是存在風險的，而兩種信號模式的混合使用，可以使信號純熟實現(xiàn)多模組傳輸，以此降低在傳輸過程中數(shù)據(jù)丟失或被截取的可能性。最后，遠程控制技術(shù)的使用路徑也非常多元，其不僅可以應用在對各項操作的控制，更是可以實現(xiàn)遠程排查故障等。

3.7 自動生產(chǎn)線的應用

以往所使用的人工生產(chǎn)模式，生產(chǎn)效率質(zhì)量都會受到人為操作的影響。因此設備制造存在非常多質(zhì)量瑕疵以及故障率，無法實現(xiàn)零失誤作業(yè)，也無法實現(xiàn)長時間持續(xù)作業(yè)。而自動化生產(chǎn)線的出現(xiàn)極大地解決了人工生產(chǎn)這些方面的問題。可以說，自動生產(chǎn)線的應用，也標志著我國的設備制造邁入了全新的領域，設備制造的人工成本得到了降低，設備制造工藝、制造質(zhì)量、效率及效益都得到了提升。在智能制造中應用自動生產(chǎn)線技術(shù)，其主要承擔一個承接生產(chǎn)指令的角色，即在下達相應的生產(chǎn)命令后，自動生產(chǎn)線將按照命令完成相應產(chǎn)品的制造，使智能制造技術(shù)更高效的獲取產(chǎn)品結(jié)果[4]。隨著設備制造實現(xiàn)自動化，自動生產(chǎn)線的加入，可以幫助智能制造實現(xiàn)集成式管理，即開設多條自動化生產(chǎn)線，由智能制造技術(shù)進行統(tǒng)一管理，使多條自動生產(chǎn)線形成協(xié)同生產(chǎn)，提升生產(chǎn)效率，亦可通過智能制造技術(shù)強大的數(shù)據(jù)處理能力，使不同的自動生產(chǎn)線同時成產(chǎn)不同的設備，完成截然不同的設備制造需求，使制造企業(yè)的設備產(chǎn)出量不斷攀升，以此獲得更高的經(jīng)濟效益。

3.8 柔性制造工藝的應用

柔性制造工藝其實是一種具備綜合性的設備制造運行系統(tǒng)，其可以與智能制造技術(shù)有關的所有模塊進行充分結(jié)合，繼而使整體設備制造系統(tǒng)按照實際制造需求，完成自我優(yōu)化。通俗來講，就是指在設備制造的過程中，一類技術(shù)無法有效地發(fā)揮功能或運用該技術(shù)制造得到的設備無法達成既定質(zhì)量需求時，該系統(tǒng)將自動作出相關的反饋，并對整體設備生產(chǎn)進行檢索，判斷是否有可以滿足此設備生產(chǎn)需求的技術(shù)，自動完成技術(shù)的更替，既保證了智能制造的連續(xù)性，又保證了設備生產(chǎn)的實際質(zhì)量[5]?？梢哉f智能制造技術(shù)因為柔性制造工藝的加入，在實現(xiàn)大批量自動化制造的同時，所有設備的生產(chǎn)誤差將得到極為出色的控制，使生產(chǎn)可以隨時因為生產(chǎn)參數(shù)的變化，進行最優(yōu)處理。在制造設備時，柔性制造工藝還可以根據(jù)相應的數(shù)據(jù)進行分析，自動判斷該設備的技術(shù)特點，選擇最契合的生產(chǎn)技術(shù)以及生產(chǎn)方案。

4 智能制造的未來發(fā)展趨勢

智能制造技術(shù)與機電一體化技術(shù)未來發(fā)展會更好。二者的融合在未來會創(chuàng)造出更高的應用價值?？梢灶A見，未來的制造業(yè)有可能完全脫離人工模式，將徹底轉(zhuǎn)為由人工智能、柔性綜合系統(tǒng)以及機電一體化技術(shù)形成的智能制造模式。因為人工智能等尖端科技隨著時代的演變早已不再不可觸摸，我國計算機技術(shù)的蓬勃發(fā)展，已然可以實現(xiàn)通過各類設備對人類思維的高度模擬。這些構(gòu)想實現(xiàn)的時間并不會太長，設備制造必然會因為更多高尖端技術(shù)的支持，而到達更高的臺階。

5 結(jié)語

綜上所述，機電一體化技術(shù)對智能制造技術(shù)有著極為重要的補足作用，將機電一體化技術(shù)中涵蓋的多項技術(shù)與智能制造技術(shù)進行充分融合，智能制造技術(shù)的實際應用能力將得到有效的提升。而且因為機電一體化技術(shù)與智能制造技術(shù)的高互通性，兩者的融合并不存在過高的門檻，所以智能制造技術(shù)融合機電一體化技術(shù)的成本不會很高，但最終獲得的正向收益會非常高。智能制造技術(shù)的應用水平不斷提高，標志著我國智能制造水平的不斷提升，標志著制造行業(yè)的不斷進步，更標志著制造行業(yè)將迸發(fā)出更龐大的經(jīng)濟效能，進一步推動我國的經(jīng)濟增長。