浅谈机电一体化与人工智能

浅谈机电一体化与人工智能

于鹏飞

陕西新泰能源有限公司

【摘要】随着科学技术的快速发展，机电一体化技术在工业4.0时代不断地被应用在工业制造的方方面面，从上世纪九十年代以后，我国的机电一体化技术在航空、高铁、机械设计领域、汽车工业制造、芯片研发等方面得到了快速的发展。计算机技术的成熟为机电一体化技术的高速发展提供了基础性保证。现代化的机电一体化技术是计算机技术、人工智能技术、光电检测与传感技术、机械技术、自动控制理论、模糊控制理论、信息处理技术融合在一起的技术性较高的应用技术。人工智能技术由理论层面不断的向着应用层面发展，并在不同的领域呈现出多元化、专业化、智能化的应用，其智能程度往往和其他相关辅助技术有着密切关系。人工智能的出现扩展了传统机电一体化技术，颠覆了传统自动化控制方式。本文重点探讨人工智能技术在机电一体化技术领域的应用，推动了机电一体化技术的全面发展。在2022年北京冬奥会上，人工智能技术体现在智能厨师和智能调酒师以及全自动化的餐厅服务员，均是人工智能在电气自动化中的综合应用的结果。

【关键词】人工智能；机电一体化；工业机器人

1、前言

机电一体化技术在国外的起步较早，可以追溯到19世纪，在二十世纪初，国外一些先进的企业开始使用可编程控制器控制的工业机器人来进行工业生产，到二十一世纪，许多低端重复性工作已经被以PLC控制的全自动化机器覆盖的流水线所替代。但是我国在自动化方面的研究和应用均和欧美国家相比较，在机电一体化技术的应用层面还比较落后，生产线上的设备的自动化程度方面还有很大的差距。

人工智能的出现和不断的应用，在21世纪得到了快速的发展，这要归功于当前成熟的应用环境，人工智能的产生和发展是建立在许多技术积累的基础之上，比如在机电一体化应用领域，无人机不断地突破了技术壁垒，实现了后期的无人自动驾驶技术应用到实际。人工智能的应用使得机电一体化技术如虎添翼，算法上的优越性替代了硬件设计上的缺陷，把自动化技术中比较棘手复杂的场景应用难题变为算法控制下较为简单的软件驱动问题。

2、人工智能在机电一体化领域的应用优势

2.1优化资源配置、节约成本

现代化的企业不再是传统的应用劳动力来提高生产力的时代，人工智能技术必将代替人类的低端领域的重复性工作，密集型劳动力行业也在科学技术的发展下不断的进行转型升级，比如快递的打包行业，饮料公司的包装生产线上，都是半自动化的工业机器人或者机械臂手来替代人工工作；在农业领域，以前收割小麦、水稻、玉米等农作物时，依靠的是人力来收割小麦或水稻，现在是自动化的不同型号的收割机就能在较短的时间内完成农作物的收割。此外，我国现阶段人口的老龄化现象严重，劳动力的缺乏是社会发展的必然结果，在这样的社会劳动力缺乏的现状下，应用机电一体化技术而产生的机器人将全面替代那些不需要复杂的设计或者思考等就可以实现的重复性低端工作，比如现在的物联网家居配置中，许多新一代的年轻人喜欢购买智能机器人、洗碗机、扫地机器人等来替代人工做家务，实现对室内环境、厨房的卫生打扫，如果聘请一位保洁员，那么在今天这个人力成本高昂的社会，将要支付的人力成本将是一笔重要的家庭支出。

机电一体化技术与其他技术的综合应用，可以有效的降低企业内部的人力成本，对于那些自动化程度较高的企业，不需要那么多的人力资源，工业机器人或者机械臂手就可以完成日常的生产任务，不但提高了企业的生产效率，降低了产品的不合格率，还节约了人力资源成本，对企业而言，优化了企业的资源配置，节约了运营成本。

2.2 提升生产效率

智能化、自动化的概念已经在国内人人皆知，流水线式的无人工厂已经实现了产品的自动化加工，如果加工一件半成品成为成品，一个工人需要2小时，但是机器只需要10分钟；也就是说自然人在120分钟创造的价值和机器人在10分钟创造的价值是一致的，但是成本却不一样，生产效率提高了12倍。这就是人工智能技术与自动化字数结合提升生产效率的例子。此外，自动化的机器人靠的是算法应用的控制程序来实现自我操作。在生产流水线上，应用光电检测技术、传感器技术，自动化技术结合与交叉形成的机电一体化技术被广泛地应用在产品的自动打包，自动计数与快递的传送等领域，节约了大量的人力成本，提高了工作效率。

2.3 规范生产流程

智能化提高了车间生产效率的同时，也保证了操作过程中产品的合格率，降低了生产过程中因为人为原因造成的次品的产生，一定程度上降低了企业加工成本，提升了产品的合格率。此外，机电一体化技术在目前生产一线，多数生产设备还处在半自动化的水平和标准，一些复杂的产品的加工因为技术原因无法实现全自动化生产和加工，但是人工智能的出现和使用，一些卷积神经系统网络算法的使用使得传统的机电一体化技术得到了深层次的应用，打破了技术壁垒，使得原本不能实现的技术难题迎刃而解。

3、机电一体化中的人工智能技术

3.1 机电设备的设计

机电一体化设备中包含一些基于单片机或者PLC的自动化控制系统不仅复杂程度较高，现代化的机电设备结合了多项技术的应用，比如特斯拉生产的无人驾驶汽车，内部应用了无线通信技术、自动驾驶技术、红外线探测技术、内部的芯片设计涉及到的技术有机电一体化技术，集成电路技术，计算机技术、大数据技术等交叉而保证汽车的正常行驶，在软件层面，集成了算法，神经网络等方面的知识的应用。

3.2 机电设备控制的过程设计

经过长期的实践应用，我国机电设备控制中人工智能技术应用主要集中在以下几方面：在理论层面，主要应用了控制机械臂手或者工业机器人动作的模糊控制理论来提高机械臂手的稳定性和鲁棒性，实现机械臂手的灵活工作，替代人类完成具有高危险性、人类不能完成的工作。在应用层面，过程设计体现在产品的可靠性、经济性方面，许多产品的设计都是以体现人性化为原则，本着经济适用为出发点实现对产品的深层次设计。

3.3 人工智能在机电一体化领域的应用

人工智能技术的发展应用领域非常的广泛。当机电一体化领域被应用到抢险救灾，地震、水灾、森林大火救援、火星探测，许多人类不能去的地方，人工智能和电气自动化技术结合的产品可以实现这些复杂任务，帮助人们探测被埋在废墟下的生命，包括火星上完成取样和采集任务的智能机器人。

在北京举办冬季奥运会的餐厅上，采用的全自动的无人智能厨师、利用机电一体化技术控制的传送带将做好的菜品在空中进行传输，到达预定位置后感应识别，将菜品放在对应餐桌上。

4 结语

机电一体化技术的深层次应用还需要较长的时间，技术成熟是保证使用安全的基本保障。特别是在化工行业、特殊作业的场所自动化技术的应用将会降低人工成本的同时，减少职业病的发生概率，为企业的产品质量保驾护航的同时提高产品的生产效率，让企业在未来竞争市场中更有竞争力。

【参考文献】

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