王偵巖　黃曉東

摘要：近幾年，在我國經(jīng)濟(jì)得以飛速發(fā)展的背景下，隨之涌現(xiàn)出人工智能技術(shù)和自動化技術(shù)等新興技術(shù)。其中，機(jī)電一體化技術(shù)也在不同工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛使用。機(jī)電一體化的基本原則是控制先進(jìn)的機(jī)器和設(shè)備，在自動控制技術(shù)的幫助下，完成智慧自動配置，優(yōu)化自動化機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)流程，以此促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)效率得以提高，最終達(dá)到改善產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)，節(jié)省能源，并嚴(yán)格實(shí)施綠色發(fā)展理念和我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，以改善我國工業(yè)水等級?；诖耍疚氖紫葘C(jī)電一體化加以簡要概述，其次簡要概述自動控制技術(shù)，最后著重分析機(jī)電一體化設(shè)計(jì)理念與自動控制技術(shù)應(yīng)用并給予一定的展望，以期為日后的研究提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;設(shè)計(jì)理念;自動控制技術(shù)

前言：現(xiàn)如今，在我國現(xiàn)代化建設(shè)得以不斷深入和科技快速發(fā)展的環(huán)境中，推動著我國工業(yè)水平明顯提高，于是開始紛紛出現(xiàn)新的工廠和企業(yè)，這就在一定程度上給我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來諸多機(jī)遇，也促使在企業(yè)之間的競爭愈演愈烈。因此，企業(yè)如果要想提高自身的競爭力，首先就應(yīng)有效降低生產(chǎn)成本，緊跟時代的發(fā)展趨勢并實(shí)現(xiàn)自動化、智能化生產(chǎn)。應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)和自動控制技術(shù)，可以有效地連接機(jī)械設(shè)備，配置集成系統(tǒng)，并減少完成生產(chǎn)過程的時間，以此提高產(chǎn)品的精度和質(zhì)量。近幾年，隨著人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，機(jī)電工業(yè)控制系統(tǒng)和自動化控制技術(shù)也逐漸得到大眾認(rèn)可。機(jī)電控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生活的各個領(lǐng)域。機(jī)電控制系統(tǒng)的基本原則是有效集成先進(jìn)的自動控制技術(shù)與機(jī)械設(shè)備，使機(jī)電設(shè)備具備智能化特點(diǎn)。此外，機(jī)電控制系統(tǒng)也在工業(yè)企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，這不但能顯著提高其產(chǎn)品的整體質(zhì)量，而且也會在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)節(jié)約能耗成本，提高企業(yè)的生產(chǎn)能力。

一、機(jī)電一體化的簡要概述

（一）發(fā)展歷史

機(jī)電一體化技術(shù)從1980年代開始，正伴隨著我國開始實(shí)行改革開放政策。許多專家也逐漸意識到了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展重要性，為此付出了較多的時間和精力，加大了對這個領(lǐng)域的研究活動力度。同時，我國也提供了對這項(xiàng)技術(shù)的強(qiáng)大支持，制定并采取了諸多有利的政策和激勵措施，引導(dǎo)我國機(jī)電一體化技術(shù)快速進(jìn)步。從21世紀(jì)初，機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟和穩(wěn)定。在互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)得以不斷發(fā)展的背景下，微計(jì)算機(jī)和芯片的出現(xiàn)，為機(jī)電一體化技術(shù)指明了新的發(fā)展方向。今天，我國已經(jīng)徹底實(shí)現(xiàn)獨(dú)立研究和發(fā)展的目標(biāo)。盡管與世界上最高的智能芯片的運(yùn)行和操作、控制能力還存在一定的差距，但足以突破和滿足當(dāng)前的需求。

（二）主要內(nèi)涵

機(jī)電一體化技術(shù)涉及的內(nèi)容相對較多，其中主要包括許多正在擴(kuò)展和發(fā)展工程技術(shù)的領(lǐng)域的相關(guān)知識。其目的是引進(jìn)各種高科技技術(shù)，優(yōu)化機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)，縮小規(guī)模，提高性能，以與人口日益增長的需求相一致，最終促使提高工業(yè)生產(chǎn)效率，從而保障國民經(jīng)濟(jì)和國民生活穩(wěn)定發(fā)展。信息技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)、芯片等在生產(chǎn)期間完成所有數(shù)據(jù)類型的測量、采集和導(dǎo)入、計(jì)算和處理、存儲和共享，使所有環(huán)節(jié)都能順利完成，此外，也是機(jī)電一體化技術(shù)的主要內(nèi)容。機(jī)電一體化技術(shù)包括的幾個方面具體如下：

（1）機(jī)械技術(shù)。機(jī)械技術(shù)的根本是機(jī)電一體化技術(shù)。經(jīng)過改進(jìn)和升級，開發(fā)研究的重點(diǎn)是優(yōu)化和升級機(jī)器的結(jié)構(gòu)和性能，提高機(jī)身的性能，高度和精度，以此減小設(shè)備的尺寸，從而提高我國的工業(yè)生產(chǎn)水平。

（2）計(jì)算機(jī)技術(shù)。計(jì)算機(jī)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)集成的先決條件。完成收集，下載，分析，存儲和信息等環(huán)節(jié)，并相應(yīng)地獲得決定性的結(jié)果。其中，人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高端產(chǎn)品的發(fā)展空間仍舊較為充足，毫無疑問，它們將促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)擁有質(zhì)的飛躍。

（3）自動化技術(shù)。自動化技術(shù)包括允許機(jī)器和設(shè)備獲得自我檢測和適應(yīng)能力，例如自我診斷技術(shù)，自我調(diào)節(jié)技術(shù)和自適應(yīng)控制技術(shù)。

（4）傳感技術(shù)。傳感技術(shù)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)類型的基礎(chǔ)。傳感技術(shù)旨在收集環(huán)境溫度和濕度等信息，以便準(zhǔn)確檢測設(shè)備的電流、電阻和電壓。通過將數(shù)據(jù)下載到中央處理單元，可以識別數(shù)據(jù)中的差異并做出明智的決策。當(dāng)今的傳感器能夠快速捕獲不同的參數(shù)。因此數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性都極高，能給出即時的反饋。

（5）伺服技術(shù)。電信號由控制系統(tǒng)傳輸。如果要使用機(jī)械設(shè)備將其轉(zhuǎn)化為動作，則需要應(yīng)用伺服工藝，其中涉及到電氣傳動設(shè)備，氣動，液壓和其他傳動裝置，這些裝置可以從控制系統(tǒng)中獲取指令并執(zhí)行相應(yīng)的動作，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化控制。

二、自動控制技術(shù)的簡要概述

自動控制技術(shù)指的是在機(jī)器生期間對參數(shù)的測量和控制，由于額外的控制，無需直接人工干預(yù)，因此可以按照計(jì)劃完全實(shí)施。自動化控制技術(shù)的發(fā)展會擺脫重復(fù)、復(fù)雜或危險(xiǎn)的任務(wù)，并減少員工的工作量。同時，通過將人工智能應(yīng)用于更重要的領(lǐng)域，可以有效提高控制質(zhì)量，避免人為因素造成的錯誤。此外，自動控制應(yīng)用廣泛，包括反饋原理、數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論等。最常見的是內(nèi)部溫度控制，自動照明等。這在行業(yè)中逐漸得到廣泛的普及。自動控制系統(tǒng)可以自動監(jiān)控和管理生產(chǎn)期間的各種參數(shù)，能夠?qū)ζ浼皶r更改和調(diào)整，并由于外部因素的影響而逐漸與正常軌跡相偏離，并返回預(yù)定數(shù)值范圍。

三、機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)理念和自動控制技術(shù)的應(yīng)用與展望

（一）應(yīng)用

（1）機(jī)電控制裝置。機(jī)電設(shè)計(jì)理念基于自動控制技術(shù)和控制設(shè)備。例如，如果要保存設(shè)備行為，必須在控制器的說明的基礎(chǔ)上完成活動測試。在將電子計(jì)算機(jī)設(shè)備發(fā)出的指令向?qū)嵨锬茉崔D(zhuǎn)化，還必須依靠控制裝置。

（2）微型計(jì)算機(jī)。自動化技術(shù)主要依靠微型計(jì)算機(jī)。在實(shí)際的生產(chǎn)期間，要求建立數(shù)字模型，借助計(jì)算機(jī)設(shè)備有效控制相應(yīng)的生產(chǎn)程序以及控制機(jī)械設(shè)備。

（3）數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的工作要求很高的精度，零件必須嚴(yán)格完成預(yù)先確定的軌道上的訓(xùn)練，并且確保不存在重大誤差。通常，將設(shè)備移動幾毫米都會導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。機(jī)電設(shè)計(jì)和自動控制技術(shù)概念的出現(xiàn)使得機(jī)器組件的正確定位和完全自動控制成為可能，使操作員能夠輸入相應(yīng)的指令，從而有效地避免了出現(xiàn)手動操作錯誤額情況。此外，還可以進(jìn)行微管理，使機(jī)器無需大幅度移動即可進(jìn)行調(diào)整，從而減輕機(jī)器磨損。

（4）自動報(bào)警。綜合機(jī)電控制系統(tǒng)具有完善的監(jiān)控和自動報(bào)警功能，使其能夠從計(jì)算機(jī)監(jiān)控機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行情況。當(dāng)檢測到錯誤時，將觸發(fā)早期警報(bào)、立即響應(yīng)并自動斷開多個設(shè)備的連接，以防止損壞擴(kuò)散。修復(fù)系統(tǒng)后，還可以自動登錄，節(jié)省時間，減少業(yè)務(wù)損失。

（二）優(yōu)勢

（1）提高準(zhǔn)確性。通過應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)和自動控制技術(shù)的概念，可以優(yōu)化機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，逐步減少傳動零部件數(shù)量，降低機(jī)械磨損水平，有效避免零部件失真造成的數(shù)據(jù)誤差。同時，計(jì)算機(jī)控制的補(bǔ)償和修復(fù)技術(shù)可以在一定程度上補(bǔ)償各種工作時間動態(tài)誤差，最終促進(jìn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性得以提升。

（2）提高安全性。不受人工干預(yù)的機(jī)電一體化技術(shù)控制系統(tǒng)，可獨(dú)立檢查工作狀態(tài)，在異常后啟動自動保護(hù)系統(tǒng)所需時間內(nèi)進(jìn)行自我診斷并激活報(bào)警。它還具有安全鎖控制等綜合功能，可以顯著降低事故風(fēng)險(xiǎn)并提高系統(tǒng)的安全性。

（三）未來的發(fā)展趨勢

（1）智能化。智能化是新世紀(jì)工業(yè)發(fā)展的唯一手段，是時代發(fā)展趨勢的結(jié)果。如今，人工智能主要基于機(jī)電一體化技術(shù)和自動化控制技術(shù)的概念，吸引了很多關(guān)注，由此促使許多企業(yè)正試圖將人工智能整合到生產(chǎn)過程中，例如智能加工機(jī)器人和機(jī)床。所謂智能，就是基于控制理論來描述其行為，通過結(jié)合心理學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、模糊數(shù)學(xué)等領(lǐng)域，通過提供測試獨(dú)立危機(jī)和推理能力的系統(tǒng)和機(jī)制，模擬和模仿人類智能。允許理性思考和獨(dú)立決策。以目前的技術(shù)，不可能使機(jī)電一體化的自動控制系統(tǒng)像人類一樣智能。但是，如果在人類智能中升級高性能高速處理器，那將是相當(dāng)可行的，并且肯定會成為未來研究的熱點(diǎn)。

（2）網(wǎng)絡(luò)化。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是20世紀(jì)下半葉至21世紀(jì)最重要的發(fā)明，基本上世界上所有的人類生產(chǎn)和生活方式都受其影響。革命性技術(shù)的發(fā)展也在一定程度上徹底改變了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事和教育等部門，加速了全球一體化進(jìn)程。第一，工業(yè)企業(yè)之間的競爭正在逐步增加。新IT產(chǎn)品的推出和系統(tǒng)的持續(xù)建設(shè)無疑將顯著提高企業(yè)的競爭力，并由此產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。第二，逐漸興起基于網(wǎng)絡(luò)的無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，終端必須借助機(jī)電一體化技術(shù)，便于機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)。最終，智能家居逐漸走進(jìn)了居民的生活。其設(shè)計(jì)理念和技術(shù)基礎(chǔ)也基于機(jī)電一體化技術(shù)。在不久的將來，居民將能夠享受高科技為家人提供的便利。換言之，機(jī)電一體化技術(shù)和自動化控制產(chǎn)品發(fā)展的技術(shù)方向必須與網(wǎng)絡(luò)緊密相連。

結(jié)論：總而言之，現(xiàn)如今，機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)理念和自動控制技術(shù)逐漸走進(jìn)人們生活生產(chǎn)的各個領(lǐng)域并得到廣泛的應(yīng)用。在本文中，對機(jī)電一體化和應(yīng)用的設(shè)計(jì)理念以及自動化控制技術(shù)的優(yōu)勢加以詳細(xì)說明，并著重對發(fā)展前景加以分析。在不久的將來，將開發(fā)一個將兩者相結(jié)合的全自動控制系統(tǒng)，為我國工業(yè)自動化制造帶來好消息，由此促使我國工業(yè)水平邁向新臺階。

參考文獻(xiàn)

[1]徐鳳輝.機(jī)電一體化中的自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].集成電路應(yīng)用，2021，38（10）：58-59.DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2021.10.023.

[2]李敏.機(jī)電控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)的一體化設(shè)計(jì)分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2021（10）：108-109.