机电一体化技术的应用及发展趋势

摘要：人工智能技术、仿生技术以及信息处理技术的迅速崛起给机电一体化技术的应用带来了新的思路。在当今的制造业与其它生产领域中，已经不存在单纯的机械设备，而是根据实际产品功能及其加工工艺的需要，开发并应用了具备特定生产功能的数字化单机设备、制造系统、生产线甚至是计算机系统集成控制下的信息化制造系统。本文简要介绍了机电一体化技术在生产领域中的应用情况，探讨了制约机电一体化技术发展的核心技术问题，并分析了目前机电一体化的主要研究课题及其未来的研究与应用方向。

关键词：发展趋势；机电一体化；数字化；智能化

在将科研领域的研究成果进行集成应用方面，机电一体化的生产设备和装置以及产品最具有代表性。在近四十年的发展过程中，通过先后将电子电力、自动控制以及计算机应用技术等融合到了制造业的生产技术和工业产品中，机电一体化已经彻底改变了企业生产与管理工作的内涵。

一、机电一体化技术在生产领域中的应用

目前在传统生产领域中使用的机械加工设备及其制造的产品中，都能够找到机电一体化技术的应用实例，并且由于信息技术、微电子技术以及人工智能技术在生产和生活领域的广泛应用，以汽车为代表的很多传统工业产品也都转变为了机电一体化技术的杰作。

（一）数字化单机生产设备的应用

实现机械设备生产过程的自动控制是机电一体化技术的核心理念，而基于微处理器强大的信息处理功能和测控技术的应用，在现代制造企业中数字化控制的单机生产设备已经十分普遍。一方面，这类设备中的数控机床能够通过可编程的控制系统调整设备的控制功能，实现了对产品的自动化生产。另一方面，基于智能化单机控制系统的工业生产机器人可以独立完成复杂的生产工序，具备一定的逻辑判断和决策功能，可以在代替人力从事风险指数较高的工作的同时，提高工作的质量与效率。

（二）柔性制造系统与柔性生产线的应用

对大型的制造业企业而言，产品的生产涉及到众多种类零部件的加工，并且其生产加工工艺应产品更新换代的要求需要不断调整。而且鉴于消费市场需求的日益个性化和竞争的激烈程度，企业新产品的研发生产周期需要尽量缩短。因此为提高企业生产设备的使用效率和对不同加工工艺的适应性，提出了柔性制造系统与柔性生产线的概念。依托微电子技术、测控技术以及计算机管理软件强大的控制功能，让多台数字化的生产设备或整条生产线能够按需实现不同的产品加工工艺流程，在产品加工工艺更改时可以便捷的调节相关设备的运行[1]。并且柔性生产线和制造系统具有设备自检和自我调试的功能，产品的原材料与半成品、加工所需工具和信息的输送能够自动化完成。

（三）依托计算机集成控制的数字化制造系统的应用

有分析显示，在过去几十年间人类在生产领域工作效率的进步远远领先于产品的研发设计与企业的管理，这是机电一体化技术在生产环节深入应用造成的独特现象。而近二十年来人们不断地探讨运用计算机应用技术和信息技术扭转这一局面，实现工业企业产品从管理决策到生产和销售的全面信息化。因此建立在计算机集成控制系统基础上的数字化制造概念应运而生。在应用这一理念建造的现代化生产企业中，有关产品的需求分析、设计、生产工艺流程与计划的制定、产品的制造过程以及各项管理决策的相关信息都通过计算机系统进行集中管理和控制。因此，企业生产设备的运行不仅通过机电一体化技术实现了对加工工艺流程的自动化控制，还与企业的各个管理环节结合在了一起，实现了更深层次的一体化控制。

二、制约机电一体化技术发展的因素分析

（一）快速精确的传感检测与控制功能的实现

传感与检测技术的应用目的是实现对设备运行参数实时采集，从而为精确的调控设备的运行状态提供数据资源，因此设备传感检测系统的灵敏度和精确度是自动化发展程度的决定性因素。在对产品的使用性能要求越来越高的今天，产品零部件的加工工艺日益复杂，加工时需要采集的数据参数已经从机械设备本身拓展到了外部环境和控制系统中的保护裝置。这些数据涵盖了几何、电气以及温度等参数，设备的传感检测系统对其进行的感应、识别与转换需要伴随设备的运行同步完成，因此要求设备的传感与检测模块有足够快的响应时间，确保参数采集的精确性和实时性，才能达到对设备运行的极度精准控制。

（二）高度自动化与柔性化生产需求之间的矛盾

在机械生产设备中深度融入自动化控制功能，提高了加工工艺的可控性和加工精度的同时，也意味着加工设备的功能越发细化和专业。因此在自动化程度不断提高的情况下，设备往往不能够胜任不同的产品加工工艺，影响了企业精密设备的利用效率。所以在机电一体化技术的发展过程中，提高现代制造企业数字化设备性能的柔性成为了一个重要的研究课题。

三、机电一体化技术目前的主要研究课题及方向

（一）机电一体化技术目前的主要研究课题

对机电一体化系统的传感检测和控制功能的研究是近年来的热点课题，这是由于光电子技术、信息处理技术和计算机软件技术在近年来的快速发展，给进一步提高传感检测与控制功能模块的功能提供了新的思路。此外，国外很多专家致力于在微加工领域取得机电一体化技术应用的突破，开发在医疗以及信息工程领域中应用的精密机电一体化系统。

（二）机电一体化技术未来的研究与应用方向

基于人工智能技术、仿生技术以及信息技术领域近年来的科技研究成果，机电一体化系统的性能在未来会拥有更多人性化的元素。在系统的应用过程中能够实现机械设备的自学习和自主决策，并且显现出更加人格化的特征[2]。从而让设备的管理和使用中，拥有接近人际交互模式的友好人机交互界面，进而实现生产环境与生活环境的智能化。

四、结束语

机电一体化技术的应用改变了人类文明发展的轨迹，基于智能化机电一体化系统的应用，人们的工作和生活方式将会再一次迎来变革。

参考文献：

[1]谢雷. 浅析机电一体化技术的应用及发展趋势[J]. 建筑工程技术与设计， 2016（13）.

[2]徐孝辉. 浅谈机电一体化技术的应用现状及其发展趋势[J]. 科研， 2017（2）：00005-00005.

（作者身份证号：131127198610110533）

作者简介：郑学松（1986-10）男，汉族，河北省石家庄市，从事机电专业相关技术工作。