机电一体化与机械制造智能化技术融合

引言

机电一体化技术作为机械与电子信息技术交叉的产物，已成为现代工业的核心支撑。而人工智能、物联网、大数据等智能化技术的崛起，为机械制造注入新动能。传统机械制造行业面临生产效率低下、产品同质化严重、资源消耗大等问题，亟需通过技术融合实现转型升级。在此背景下，深入研究机电一体化与机械制造智能化技术的融合，对提升我国制造业竞争力、实现制造强国战略目标具有重要意义。

一、机电一体化技术概述

1.1 机电一体化技术

电子计算机技术是指由硬件、软件以及通信技术结合而成的体系，发展经历了电子管、晶体管、集成电路、超大规模集成电路等阶段，它是以智能化、集成化、高速化为特征：在硬件方面，芯片不断精简，计算处理速率加快；在软件方面，操作系统以及应用程序也愈来愈复杂，并能够对海量数据进行快速处理；在通信方面，5G 以及 Wi-Fi6等促进数据的传递实现低时延、大带宽的特点。

1.2 电子信息工程管理

从关键技术层面上看，机电一体化技术由传感器技术、大脑控制技术和手脚执行技术、微电子技术以及机械设计技术组成。控制技术则是机电一体化系统的大脑，通常以可编程逻辑控制器(PLC)、工业计算机等计算机设备作为其控制载体，由此来完成对机电一体化系统工作状态的严密、规范的控制；随着整体系统机电一体化技术要求的日益提高，微电子技术和机械设计技术便能够通过微细元件对机体中的微结构以及零部件实现小型化、精密化的科学改造，从而使机电一体化技术系统形成完备的技术构成。

1.3 系统组成与工作原理

典型的机电一体化系统结构一般包括机械部件、能源机构、传感元件、控制电路、执行机构五部分。其中机械部件是最主要的结构件，用以承载其他机构，完成具体的工作动作。能源机构为整个系统提供工作所需要的动力，传感元件进行对系统工作的状态检测并与控制电路进行信息反馈。控制电路完成对传感元件反馈信息进行分析与计算，根据计算结果生成控制命令。执行机构接收控制命令驱动机械部件执行动作。一个自动化线的机械部件一般包括机械臂、机械手等，其工作原理为：机械臂的位置与长度等需要通过传感器进行检测，控制器通过检测数据调整机械臂的运动路径，驱动电机带动机械臂完成精确抓取及装配，其间通过通讯网络实时对数据进行交换，以确保系统各部件稳定的运转。

二、机电一体化与机械制造智能化技术融合的必要性

2.1 提升生产效率与质量

传统机械制造由于其生产过程固定、生产过程人员介入程度高、生产过程质量波动较大，从提升生产效率和质量方面来看，融入了机电一体化和智能化技术后，全自动生产过程以及自动化数控智能控制系统能够保障生产过程 24h 生产连续作业，进而有效缩短了生产周期；智能化数控机床采用了智能化伺服控制系统，可以根据所加工的材料性质实现切削参数智能调整，进而提高了加工效率的水平。

2.2 推动产业转型升级

融合技术助力制造向智造的机械产业转型升级。传统机械制造业的转型升级，面临着成本、资源与环境压力加大，处于相对劣势地位的产业领域需要转型升级，向高附加值化、低碳环保型产业进行发展。机电一体化技术和人工智能技术的融合应用，则帮助企业企业“从制造到智造”的模式发展，实现价值链向高端转变。工程机械企业引进智能传感、人工智能、远程控制技术，使得原有机械设备实现了具有智能诊断、远程在线维护的能力，产品的价值也随之提升，能够很好的逃离恶性低价竞争的环境。智能制造帮助企业实现了产业集群的数字化、智能化协同升级，加速打造设计、生产、服务一体化的智能化产业链，提升整个产业竞争力。

2.3 满足市场与社会发展需求

以满足市场需求和社会发展需要为根本动力。市场的需求主要是满足人们对多样化、定制化产品的诉求，而传统的规模生产模式很难满足市场的需要，融合技术可通过柔性生产模式和基于模块化的设计模式，灵活地适应市场多品种、小规模的需求变化。如基于智能装备的家具生产企业，基于生产订单自动调节工艺路线，7d 即可满足个性化家具定制。基于绿色制造和社会可持续发展的社会需求，融合技术通过能源系统智能优化设备运行能耗，融合仿真技术减少资源消耗。

三、融合技术的优势分析

3.1 控制理论的融合支撑

作为集各种技术手段为核心理论的控制理论在技术融合中提供精确控制理论依据。在机械制造领域已经应用多年的经典控制理论，在生产过程中能够精确地控制各个机床运行的基础数值，如转速、温度等。但当遇到实际生产问题时存在一定的局限性，不能满足工况的要求。但是当引入智能控制的算法之后，为控制理论融入技术手段提供了帮助，多变量协同控制理论为复杂机械系统的集成控制提供支持。

3.2 信息技术的纽带作用

信息技术搭建了融合技术的相互连通桥梁，消除设备间信息孤岛。物联网技术通过传感器、通信模块将生产设备以全生命周期的形式实现数字化运维管理，在智能工厂中，机床、机器人等设备的运行实时上传到云平台，管理者远程感知设备工作状态，并远程预判设备故障风险，设备综合效率也大幅提高。大数据与云计算技术赋予系统巨大的分析判断决策能力，对企业百万级设备运行数据进行分析，可以提高企业优化产品设计参数及改进制造工艺。5G 的技术特点低时延、大带宽，可实现远程控制的实时反馈。港口智能化起重机应用 5G 网络远程遥控，在几百公里以外实现起重机远程控制，远程精准地操控设备装卸货物，作业效率提高 15% ，从而显示出信息技术在融合过程中的“桥梁”作用。

3.3 机械与电子技术的协同共进

高精尖智能装备是机械与电技术相融合的新制造。在机械产品架构设计时，电器推动机械结构在机械结构轻巧化、微型化发展趋势。电器让机器能知—思—行的完成反馈控制。如集成编码器和力觉传感器等在工业机器人上的应用可以实时了解作业场所，微机电系统使传感器和致动器能够微型化一体化。

结语

机电一体化与机械制造智能化技术融合是推动制造业高质量发展的必由之路。其通过多技术协同创新，有效提升生产效能、加速产业升级。尽管目前面临技术、人才、产业协同等挑战，但随着新兴技术的持续突破与政策支持强化，二者融合将向更深层次迈进，为实现机械制造业智能化、绿色化、全球化发展提供强劲动力，助力制造业在新时代竞争中抢占制高点。

参考文献

[1]孙灵修.机电一体化与电气机械制造智能化技术的融合探讨[J].中国战略新兴产业,2024,(33):63-65.

[2] 蔡 峰 . 机 械 制 造 智 能 化 技 术 与 机 电 一 体 化 的 融 合 研 究 [J]. 内 江 科技,2024,45(05):56-57+149.