机械制造的智能化技术与机电一体化的融合研究

时间：2022-02-22 09:48:36 所属分类：机械 浏览量:

机械制造的整体流程并不复杂，但是其实际的工艺流程复杂程度会随着加工零件的复杂程度而增加，尤其是在多曲面零件的加工和制造过程中，其实际的加工周期将会非常长。在智能化技术的支持下，技术人员可以将智能化系统控制单元嵌入机械制造控制系统中，从而为机械制造设

　　机械制造的整体流程并不复杂，但是其实际的工艺流程复杂程度会随着加工零件的复杂程度而增加，尤其是在多曲面零件的加工和制造过程中，其实际的加工周期将会非常长。在智能化技术的支持下，技术人员可以将智能化系统控制单元嵌入机械制造控制系统中，从而为机械制造设备提供自由决策的空间。与普通机械制造过程不同，结合了智能化技术的机械制造流程对人工行为的依赖程度较低，这就促使其可以降低人为误差。更为关键的是，在机电一体化技术的支持下，智能化技术的应用形式将会更加灵活，相关的机械制造流程也会在这种综合性的加工技术影响下实现更高的加工制造效能，相应的工艺灵活程度也会显著提升[1-2]。

　　1智能化技术与机电一体化技术融合应用优势

　　1.1促使数据应用层次逐渐深入

　　智能化技术的应用过程是基于硬件系统和软件系统的数字化过程，但是这种数字化过程并不是指一定要使得技术的应用形式只能是数字化的应用形式，而是需要在软件和硬件之间建立一种数字化的联系，这样，在出现了数字化的应用要求时，即可启动对应的数字化调动机制，完成相应的动作或者识别行为。从智能化技术与机电一体化技术相结合的应用形式和应用内容角度分析，这种数字化的调动机制在实际的应用过程中即可表现为数据应用层面的逐渐深入。实际上，在机电一体化结构的应用初期，其就已经具备了一定的自动化应用属性，并且在电气系统的支持下，这种自动化属性的体现形式也相对灵活。但是现阶段，机电一体化系统的运行要求发生了变化，这种变化属于技术应用层面的变化，也与技术应用系统的开放式发展相关。这是因为现阶段机电一体化系统完成的技术应用内容往往相对复杂，并且在这个过程中需要加入外置网络，才能满足高层级的数字化管理需要。然而，机电一体化系统并不能完全胜任这种系统层面的数据沟通和交流任务，其自动化属性在此时就会表现出一定的适应性问题。在将智能化技术与机电一体化技术结合之后，相当于为机电一体化系统加装了智能化的数据分析单元，这种智能化的数据分析单元可以为机电一体化系统实现高层级的数据处理功能提供有效的功能结构，进而促使机电一体化系统由自动化系统向智能自动化系统转化[3]。

　　1.2为系统级别的故障诊断和反馈提供有利条件

　　系统级别的故障诊断和反馈实际上非常难，其甚至已经超出了PID控制调节的物理范围，而基于PID控制调节的自反馈单元也无法直接为系统提供有效的数据反馈途径。具体而言，在现代化的机电一体化系统中，可以实现高效率机械制造控制的功能单元并不多，并且各个功能单元之间往往并不能实现联合控制，依旧处于独立控制的阶段。从系统控制的控制节点分布角度分析，在此种控制结构中，节点的分布形式往往并不清晰，这就导致需要针对系统中的各个控制单元以及各类控制结构进行控制时，无法找到有效的组网模式。在智能化技术的支持下，可在机电一体化系统中引入超规模的组网结构，在这种结构中，系统中的设备节点将不会再孤立，而是以一种系统节点的形式，同时与上层控制系统以及同级设备节点之间形成有效的数据控制通道。此时，从故障诊断和系统反馈机制的角度分析，故障诊断的实际范围将会得到有效拓展，即可实现同级或者不同层级之间的信息反馈功能[4]。更为关键的是，在这种智能化技术的应用背景下，故障反馈和数据监督的实际效率也会得到显著提升，并且系统故障诊断的流程也具备了一定的应用灵活性。

　　2智能化技术与机电一体化融合应用技术分析

　　2.1高速数据分析技术与智能决策技术

　　在融合了智能化技术的机械制造数控中心中，其集控单元往往与智能化数据分析单元相联系。现阶段，大多数数控加工中心都会在接口拓展结构中加入与网络信息相关的拓展接口，通过应用此类接口，可以实现对数控加工中心的网络化管理。从其智能化技术应用形式的角度分析，在此类机械制造数控加工中心的运行过程中，集控单元会根据预设程序对走刀路径进行模拟，并以可视化的结果表示走刀路径的合理性，此时，工作人员即可根据实际的走刀路线对加工路径进行再次优化和模拟，从而筛选出更加合理的加工工艺流程。在此过程中，与智能决策相关的技术应用模组会对数控加工中心的工艺加工习惯进行记录，也对机械制造的各种工艺环节进行大数据分析，从而结合此类数据的特点，对与数据相关的加工行为进行筛选和记录，这样在后续加工过程中，如果需要执行相似或者相同的加工动作，即可直接应用先前积累的数据[5]。这种以数据分析为基础的智能化技术应用形式即为高速数据分析技术应用形式，而此种技术应用形式需要以智能决策技术为基础。现阶段，在智能化的数控加工中心中，已经实现了动态捕捉摄像视角的布置，系统可自行对加工条件和加工状态进行诊断，从而实现自由度更高的自主决策过程。

　　2.2动态反馈技术与智能调节技术

　　在智能化系统的运行过程中，需要在不同的加工制造环境下作出正确的判断，并根据生产制造的具体要求，选择更为合适的加工制造形式。在这个过程中，能否作出正确的判断是关键，而影响判断结果准确性的因素既包括机械制造系统自身的运行性能，也包括此系统的动态反馈机制运行效能，尤其是在机电一体化背景下，这种动态反馈机制需要兼顾机械制造系统与电气技术系统。现阶段，这种动态反馈技术在复杂加工系统中的应用形式主要为闭环反馈控制技术，此类控制技术的应用形式实际上已经非常成熟，但是为了适应智能化技术的场景拓展属性，在选用此类控制技术之后，往往需要在此类技术系统中加入智能调节机制，即需要将反馈控制和智能调节联系起来，提升动态反馈技术的整体应用效能。在这个过程中，若想确保动态反馈技术的应用质量，技术人员还需要合理选择机电一体化技术的综合应用形态，并将这种技术应用形态加入具体的技术应用系统中，以反馈机制为基础，收集相关的系统运行数据，从而实现系统层面的数据反馈，发挥智能调节技术的应用优势。尤其是在机械设备的智能化控制过程中，这种动态反馈机制可以为设备的运行提供安全保障，避免在设备的运行过程中出现不合理的运行行为，这也是提升机械制造设备运行质量的技术基础之一[6-7]。

　　2.3结构微调与微动控制技术

　　在动态反馈技术与智能调节技术的支持下，在机械制造过程中，在智能化技术与机电技术结合之后，即可实现对系统动作的微动控制，而这种微动控制往往基于具体的机械结构。实际上，这种微动控制结构在现阶段已经得到了应用，包括波士顿公司生产的测试机器人以及航空战斗飞机的微控系统中，均应用到了这种相对智能化的微动控制技术。从这种技术的具体应用形式角度分析，结构微调与微动控制技术也是全流程巡航技术的一种，其可以根据系统的运行状态数据，对系统的运行特点进行分析。尤其是在涉及定位控制以及定点动作传导时，微动控制系统会对相应的控制动作进行细化分析，从三维空间的角度对控制点的移动行为进行标定，这样即可实现相对稳定、准确的定位控制[8]。但是在这个过程中，数据的运算量往往异常巨大，需要大数据技术以及超级计算技术的支持，这就导致此类技术的应用成本相对较高，与此类设备相对应的机械结构制造标准也具有较高的要求。

　　3机电一体化与机械制造融合发展的趋势

　　3.1全场景动态捕捉

　　全场景动态捕捉相较于现阶段的模块化动态捕捉系统而言，具有更高的系统运行自由度，这种系统运行自由度的提升过程也是系统资源的深度应用过程，其中，与机械结构、电气控制相关的系统资源在这个过程中得到了深度应用，并且可以在智能化数据分析技术的影响下，实现多系统、多组件的联合应用趋势[9]。首先，从全场景动态捕捉技术应用结果的角度分析，在机械制造设备可视范围之内，其均可以实现点对点的位置控制。同时，在这种点对点的位置对应模式中，机械设备可以实现对加工零件的精细化管理，而这种精细化控制的结果就是零件加工的误差降低，实际的加工效率也得到了显著的提升。其次，从全场景动态捕捉技术应用表现形式的角度分析，这种动态捕捉技术多应用于智能化的机械加工单元中，包括现阶段出现的一些智能加工机械手臂，其可以自行比对零部件的位置，从而在零件加工的过程中实现对零件位置和加工方向的调整。另外，需要注意的是，全场景动态捕捉技术的应用发展与智能化数据分析的效能相关，在5G技术的支持下，数据传输的损耗率进一步下降，此时，设备与设备之间、设备与系统之间可建立起更为完善的控制网络，在这个控制网络中，基于场景动态捕捉的系统行为动作将会更加具体，实际的技术应用效果也会更好。

　　3.2微型控制

　　微型控制技术在高传导半导体技术的支持下已经实现了较为明显的技术升级，尤其是在微纳米芯片出现之后，微型控制技术的应用形式也得到较为明显的优化。微型控制技术在机械制造的智能化技术应用过程中主要表现为更低的技术应用功耗以及更为灵活的技术设备应用空间。首先，从微型控制的能耗比角度分析，在微型控制单元中，其可以实现超高速的信息处理速率，而由于其芯片的物理结构本身存在较好的能耗适应性，促使其可以在运行过程中表现出良好的运行效能。实际上，微型控制单元的体积非常小，其可以直接应用在不同的机械制造控制单元中，即使原有的控制单元结构不变，也可直接在原有的机械制造结构上加装与微型控制相关的控制单元。从此角度分析即可看出，微型控制大多作用于机械制造的控制单元。其次，从微型控制技术的应用灵活性角度分析，微型控制技术可以与智能化数据分析技术结合起来，从而能够在高速数据处理的环境中实现更为准确的数据控制，同时，也可借助智能化数据分析技术应用优势，对微型控制行为进行反馈分析，提升机电一体化技术的整体应用效能。

　　3.3轻型加工

　　轻型加工是绿色加工在现阶段的一种表现形式，轻型加工的实现过程包含两个方面的内容，其一为机械制造原材料的轻型化，其二为机械制造设备运行形式以及工艺技术应用流程的轻型化[10]。首先，从机械制造原材料的轻型化角度分析，传统的机械加工方式之所以在轻型加工层面适应性相对较差，与传统机械加工方式的加工误差相关，并且不能实现更为高效的反馈控制。而智能化加工技术系统可以针对不同的轻型加工原材料，智能选择不同的加工深度或者加工速率，其加工制造的整体适应性得到了显著的提升。其次，从机械制造设备运行形式以及工艺技术应用流程的轻型化角度分析，在轻型加工技术的应用融合中，其并不会产生较多的加工边界成本，尤其是在机电一体化技术的支持下，设备可以根据加工周期以及实际的制造工艺流程，对轻型加工过程进行自主优化，包括走刀的速度以及相关的转数参数和吃刀量等。这样，即可实现机械制造的轻型加工与控制，实际的机电一体化结合效果也会得到明显改善。

　　4结束语

　　总之，在经济发展新时期，机械制造的智能化技术与机电一体化技术相互融合的发展需求明显增加，这种技术融合的过程也是智能化技术发展的过程。在此过程中，工作人员需要从技术应用实践出发，积累技术应用实践经验，并结合此类技术应用经验，优化智能化技术的应用形式。

　　《机械制造的智能化技术与机电一体化的融合研究》来源：《南方农机》，作者:黄芸

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