機械制造智能化技術與機電一體化融合

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摘要：機械制造的智能化發(fā)展趨勢已經(jīng)非常明顯，在很多行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)了較為成熟的智能化技術應用模型。從技術應用形式的綜合發(fā)展狀態(tài)角度分析，機械制造技術是電子技術的基礎，或者說在系統(tǒng)架構上，機械結(jié)構單元可為電子技術系統(tǒng)的運行提供有力支撐?，F(xiàn)階段，在智能化數(shù)據(jù)分析領域，數(shù)據(jù)分析的導向性趨于細節(jié)化，一些具體的功能被再次細分，這也對相應的機電一體化系統(tǒng)運行性能以及相關的機械制造智能化技術的應用效能提出了更高的要求?；诖耍P者介紹了機械制造智能化技術的應用形式，并分析了智能化背景下智能化技術與機電一體化技術相互融合發(fā)展的整體趨勢，僅供參考。

關鍵詞：機械制造；智能化技術；機電一體化；反饋控制；數(shù)據(jù)分析

機械制造的整體流程并不復雜，但是其實際的工藝流程復雜程度會隨著加工零件的復雜程度而增加，尤其是在多曲面零件的加工和制造過程中，其實際的加工周期將會非常長。在智能化技術的支持下，技術人員可以將智能化系統(tǒng)控制單元嵌入機械制造控制系統(tǒng)中，從而為機械制造設備提供自由決策的空間。與普通機械制造過程不同，結(jié)合了智能化技術的機械制造流程對人工行為的依賴程度較低，這就促使其可以降低人為誤差。更為關鍵的是，在機電一體化技術的支持下，智能化技術的應用形式將會更加靈活，相關的機械制造流程也會在這種綜合性的加工技術影響下實現(xiàn)更高的加工制造效能，相應的工藝靈活程度也會顯著提升[1-2]。

1智能化技術與機電一體化技術融合應用優(yōu)勢

1.1促使數(shù)據(jù)應用層次逐漸深入

智能化技術的應用過程是基于硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的數(shù)字化過程，但是這種數(shù)字化過程并不是指一定要使得技術的應用形式只能是數(shù)字化的應用形式，而是需要在軟件和硬件之間建立一種數(shù)字化的聯(lián)系，這樣，在出現(xiàn)了數(shù)字化的應用要求時，即可啟動對應的數(shù)字化調(diào)動機制，完成相應的動作或者識別行為。從智能化技術與機電一體化技術相結(jié)合的應用形式和應用內(nèi)容角度分析，這種數(shù)字化的調(diào)動機制在實際的應用過程中即可表現(xiàn)為數(shù)據(jù)應用層面的逐漸深入。實際上，在機電一體化結(jié)構的應用初期，其就已經(jīng)具備了一定的自動化應用屬性，并且在電氣系統(tǒng)的支持下，這種自動化屬性的體現(xiàn)形式也相對靈活。但是現(xiàn)階段，機電一體化系統(tǒng)的運行要求發(fā)生了變化，這種變化屬于技術應用層面的變化，也與技術應用系統(tǒng)的開放式發(fā)展相關。這是因為現(xiàn)階段機電一體化系統(tǒng)完成的技術應用內(nèi)容往往相對復雜，并且在這個過程中需要加入外置網(wǎng)絡，才能滿足高層級的數(shù)字化管理需要。然而，機電一體化系統(tǒng)并不能完全勝任這種系統(tǒng)層面的數(shù)據(jù)溝通和交流任務，其自動化屬性在此時就會表現(xiàn)出一定的適應性問題。在將智能化技術與機電一體化技術結(jié)合之后，相當于為機電一體化系統(tǒng)加裝了智能化的數(shù)據(jù)分析單元，這種智能化的數(shù)據(jù)分析單元可以為機電一體化系統(tǒng)實現(xiàn)高層級的數(shù)據(jù)處理功能提供有效的功能結(jié)構，進而促使機電一體化系統(tǒng)由自動化系統(tǒng)向智能自動化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化[3]。

1.2為系統(tǒng)級別的故障診斷和反饋提供有利條件

系統(tǒng)級別的故障診斷和反饋實際上非常難，其甚至已經(jīng)超出了PID控制調(diào)節(jié)的物理范圍，而基于PID控制調(diào)節(jié)的自反饋單元也無法直接為系統(tǒng)提供有效的數(shù)據(jù)反饋途徑。具體而言，在現(xiàn)代化的機電一體化系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)高效率機械制造控制的功能單元并不多，并且各個功能單元之間往往并不能實現(xiàn)聯(lián)合控制，依舊處于獨立控制的階段。從系統(tǒng)控制的控制節(jié)點分布角度分析，在此種控制結(jié)構中，節(jié)點的分布形式往往并不清晰，這就導致需要針對系統(tǒng)中的各個控制單元以及各類控制結(jié)構進行控制時，無法找到有效的組網(wǎng)模式。在智能化技術的支持下，可在機電一體化系統(tǒng)中引入超規(guī)模的組網(wǎng)結(jié)構，在這種結(jié)構中，系統(tǒng)中的設備節(jié)點將不會再孤立，而是以一種系統(tǒng)節(jié)點的形式，同時與上層控制系統(tǒng)以及同級設備節(jié)點之間形成有效的數(shù)據(jù)控制通道。此時，從故障診斷和系統(tǒng)反饋機制的角度分析，故障診斷的實際范圍將會得到有效拓展，即可實現(xiàn)同級或者不同層級之間的信息反饋功能[4]。更為關鍵的是，在這種智能化技術的應用背景下，故障反饋和數(shù)據(jù)監(jiān)督的實際效率也會得到顯著提升，并且系統(tǒng)故障診斷的流程也具備了一定的應用靈活性。

2智能化技術與機電一體化融合應用技術分析

2.1高速數(shù)據(jù)分析技術與智能決策技術

在融合了智能化技術的機械制造數(shù)控中心中，其集控單元往往與智能化數(shù)據(jù)分析單元相聯(lián)系?，F(xiàn)階段，大多數(shù)數(shù)控加工中心都會在接口拓展結(jié)構中加入與網(wǎng)絡信息相關的拓展接口，通過應用此類接口，可以實現(xiàn)對數(shù)控加工中心的網(wǎng)絡化管理。從其智能化技術應用形式的角度分析，在此類機械制造數(shù)控加工中心的運行過程中，集控單元會根據(jù)預設程序?qū)ψ叩堵窂竭M行模擬，并以可視化的結(jié)果表示走刀路徑的合理性，此時，工作人員即可根據(jù)實際的走刀路線對加工路徑進行再次優(yōu)化和模擬，從而篩選出更加合理的加工工藝流程。在此過程中，與智能決策相關的技術應用模組會對數(shù)控加工中心的工藝加工習慣進行記錄，也對機械制造的各種工藝環(huán)節(jié)進行大數(shù)據(jù)分析，從而結(jié)合此類數(shù)據(jù)的特點，對與數(shù)據(jù)相關的加工行為進行篩選和記錄，這樣在后續(xù)加工過程中，如果需要執(zhí)行相似或者相同的加工動作，即可直接應用先前積累的數(shù)據(jù)[5]。這種以數(shù)據(jù)分析為基礎的智能化技術應用形式即為高速數(shù)據(jù)分析技術應用形式，而此種技術應用形式需要以智能決策技術為基礎。現(xiàn)階段，在智能化的數(shù)控加工中心中，已經(jīng)實現(xiàn)了動態(tài)捕捉攝像視角的布置，系統(tǒng)可自行對加工條件和加工狀態(tài)進行診斷，從而實現(xiàn)自由度更高的自主決策過程。

2.2動態(tài)反饋技術與智能調(diào)節(jié)技術

在智能化系統(tǒng)的運行過程中，需要在不同的加工制造環(huán)境下作出正確的判斷，并根據(jù)生產(chǎn)制造的具體要求，選擇更為合適的加工制造形式。在這個過程中，能否作出正確的判斷是關鍵，而影響判斷結(jié)果準確性的因素既包括機械制造系統(tǒng)自身的運行性能，也包括此系統(tǒng)的動態(tài)反饋機制運行效能，尤其是在機電一體化背景下，這種動態(tài)反饋機制需要兼顧機械制造系統(tǒng)與電氣技術系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，這種動態(tài)反饋技術在復雜加工系統(tǒng)中的應用形式主要為閉環(huán)反饋控制技術，此類控制技術的應用形式實際上已經(jīng)非常成熟，但是為了適應智能化技術的場景拓展屬性，在選用此類控制技術之后，往往需要在此類技術系統(tǒng)中加入智能調(diào)節(jié)機制，即需要將反饋控制和智能調(diào)節(jié)聯(lián)系起來，提升動態(tài)反饋技術的整體應用效能。在這個過程中，若想確保動態(tài)反饋技術的應用質(zhì)量，技術人員還需要合理選擇機電一體化技術的綜合應用形態(tài)，并將這種技術應用形態(tài)加入具體的技術應用系統(tǒng)中，以反饋機制為基礎，收集相關的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)層面的數(shù)據(jù)反饋，發(fā)揮智能調(diào)節(jié)技術的應用優(yōu)勢。尤其是在機械設備的智能化控制過程中，這種動態(tài)反饋機制可以為設備的運行提供安全保障，避免在設備的運行過程中出現(xiàn)不合理的運行行為，這也是提升機械制造設備運行質(zhì)量的技術基礎之一[6-7]。

2.3結(jié)構微調(diào)與微動控制技術

在動態(tài)反饋技術與智能調(diào)節(jié)技術的支持下，在機械制造過程中，在智能化技術與機電技術結(jié)合之后，即可實現(xiàn)對系統(tǒng)動作的微動控制，而這種微動控制往往基于具體的機械結(jié)構。實際上，這種微動控制結(jié)構在現(xiàn)階段已經(jīng)得到了應用，包括波士頓公司生產(chǎn)的測試機器人以及航空戰(zhàn)斗飛機的微控系統(tǒng)中，均應用到了這種相對智能化的微動控制技術。從這種技術的具體應用形式角度分析，結(jié)構微調(diào)與微動控制技術也是全流程巡航技術的一種，其可以根據(jù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)的運行特點進行分析。尤其是在涉及定位控制以及定點動作傳導時，微動控制系統(tǒng)會對相應的控制動作進行細化分析，從三維空間的角度對控制點的移動行為進行標定，這樣即可實現(xiàn)相對穩(wěn)定、準確的定位控制[8]。但是在這個過程中，數(shù)據(jù)的運算量往往異常巨大，需要大數(shù)據(jù)技術以及超級計算技術的支持，這就導致此類技術的應用成本相對較高，與此類設備相對應的機械結(jié)構制造標準也具有較高的要求。

3機電一體化與機械制造融合發(fā)展的趨勢

3.1全場景動態(tài)捕捉

全場景動態(tài)捕捉相較于現(xiàn)階段的模塊化動態(tài)捕捉系統(tǒng)而言，具有更高的系統(tǒng)運行自由度，這種系統(tǒng)運行自由度的提升過程也是系統(tǒng)資源的深度應用過程，其中，與機械結(jié)構、電氣控制相關的系統(tǒng)資源在這個過程中得到了深度應用，并且可以在智能化數(shù)據(jù)分析技術的影響下，實現(xiàn)多系統(tǒng)、多組件的聯(lián)合應用趨勢[9]。首先，從全場景動態(tài)捕捉技術應用結(jié)果的角度分析，在機械制造設備可視范圍之內(nèi)，其均可以實現(xiàn)點對點的位置控制。同時，在這種點對點的位置對應模式中，機械設備可以實現(xiàn)對加工零件的精細化管理，而這種精細化控制的結(jié)果就是零件加工的誤差降低，實際的加工效率也得到了顯著的提升。其次，從全場景動態(tài)捕捉技術應用表現(xiàn)形式的角度分析，這種動態(tài)捕捉技術多應用于智能化的機械加工單元中，包括現(xiàn)階段出現(xiàn)的一些智能加工機械手臂，其可以自行比對零部件的位置，從而在零件加工的過程中實現(xiàn)對零件位置和加工方向的調(diào)整。另外，需要注意的是，全場景動態(tài)捕捉技術的應用發(fā)展與智能化數(shù)據(jù)分析的效能相關，在5G技術的支持下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膿p耗率進一步下降，此時，設備與設備之間、設備與系統(tǒng)之間可建立起更為完善的控制網(wǎng)絡，在這個控制網(wǎng)絡中，基于場景動態(tài)捕捉的系統(tǒng)行為動作將會更加具體，實際的技術應用效果也會更好。

3.2微型控制

微型控制技術在高傳導半導體技術的支持下已經(jīng)實現(xiàn)了較為明顯的技術升級，尤其是在微納米芯片出現(xiàn)之后，微型控制技術的應用形式也得到較為明顯的優(yōu)化。微型控制技術在機械制造的智能化技術應用過程中主要表現(xiàn)為更低的技術應用功耗以及更為靈活的技術設備應用空間。首先，從微型控制的能耗比角度分析，在微型控制單元中，其可以實現(xiàn)超高速的信息處理速率，而由于其芯片的物理結(jié)構本身存在較好的能耗適應性，促使其可以在運行過程中表現(xiàn)出良好的運行效能。實際上，微型控制單元的體積非常小，其可以直接應用在不同的機械制造控制單元中，即使原有的控制單元結(jié)構不變，也可直接在原有的機械制造結(jié)構上加裝與微型控制相關的控制單元。從此角度分析即可看出，微型控制大多作用于機械制造的控制單元。其次，從微型控制技術的應用靈活性角度分析，微型控制技術可以與智能化數(shù)據(jù)分析技術結(jié)合起來，從而能夠在高速數(shù)據(jù)處理的環(huán)境中實現(xiàn)更為準確的數(shù)據(jù)控制，同時，也可借助智能化數(shù)據(jù)分析技術應用優(yōu)勢，對微型控制行為進行反饋分析，提升機電一體化技術的整體應用效能。

3.3輕型加工

輕型加工是綠色加工在現(xiàn)階段的一種表現(xiàn)形式，輕型加工的實現(xiàn)過程包含兩個方面的內(nèi)容，其一為機械制造原材料的輕型化，其二為機械制造設備運行形式以及工藝技術應用流程的輕型化[10]。首先，從機械制造原材料的輕型化角度分析，傳統(tǒng)的機械加工方式之所以在輕型加工層面適應性相對較差，與傳統(tǒng)機械加工方式的加工誤差相關，并且不能實現(xiàn)更為高效的反饋控制。而智能化加工技術系統(tǒng)可以針對不同的輕型加工原材料，智能選擇不同的加工深度或者加工速率，其加工制造的整體適應性得到了顯著的提升。其次，從機械制造設備運行形式以及工藝技術應用流程的輕型化角度分析，在輕型加工技術的應用融合中，其并不會產(chǎn)生較多的加工邊界成本，尤其是在機電一體化技術的支持下，設備可以根據(jù)加工周期以及實際的制造工藝流程，對輕型加工過程進行自主優(yōu)化，包括走刀的速度以及相關的轉(zhuǎn)數(shù)參數(shù)和吃刀量等。這樣，即可實現(xiàn)機械制造的輕型加工與控制，實際的機電一體化結(jié)合效果也會得到明顯改善。

4結(jié)束語

總之，在經(jīng)濟發(fā)展新時期，機械制造的智能化技術與機電一體化技術相互融合的發(fā)展需求明顯增加，這種技術融合的過程也是智能化技術發(fā)展的過程。在此過程中，工作人員需要從技術應用實踐出發(fā)，積累技術應用實踐經(jīng)驗，并結(jié)合此類技術應用經(jīng)驗，優(yōu)化智能化技術的應用形式。

作者:黃蕓 單位:滁州市機電工程學校