智能制造技术的特征范文
发布时间：2024-04-01 15:57:47
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篇1
在二十世纪九十年代后期，机电一体化技术开始向智能控制方向发展，同时也开启了机电一体化技术发展的新篇章。在未来的发展过程中，机电技术一体化的发展方向主要就是智能控制技术。正因为如此，机电一体化系统的发展水平就主要由智能控制技术优劣来决定。
在机械制造过程中智能控制的应用机械制造技术是机电一体化系统中重要的组成成分。在当前，发展最先进的机械制造技术就是把智能控制的技术和计算机辅助技术进行有效的结合，共同向智能机械的制造技术方向发展。发展的最终发展就是运用先进的计算机技术取代机械的脑力劳动，从而模拟人类制造机械的行为活动。另外，智能控制技术还利用神经网络系统计算的技术对机械制造的活动动态化的模拟，再通过传感器的融合技术将收集的信息进行处理，然后控制和修改系统中的参数数据。机械制造中智能控制的应用领域有：机械制造系统智能的监测和监控、机械故障的智能诊断、智能学习和智能传感器等。
数控领域中应用的智能控制伴随着现代化科学技术的发展，我国机电一体化技术的发展对数控技术的要求越来越高。不仅需要模拟、延伸、拓展等新型的智能功能，而且还要求数控技术实现智能的编程和监控、建立智能数据库等技术。
篇2
【中图分类号】TH16 【文献标识码】A
【文章编号】1007―4309（2010）10―0086―2
先进制造技术AMT（Advanced Manufacturing Technology）是传统制造技术在不断吸收机械、材料、电子、信息、能源和现代化管理等领域的成果上产生的，它被综合应用于产品的生产、设计、制造、检测、管理和售后服务的全过程。它是由传统的制造技术发展而来的，保留了过去制造技术中的有效要素，是制造技术与现代高新技术结合而产生的完整的技术群，先进制造技术的发展，大体经历了四个阶段：
第一阶段（20世纪60―70年代）：柔性制造单元（CAD/CAM），它是以数控机床、加工中心和工业机器人为代表的。
第二阶段（20世纪70―80年代）：柔性制造系统（FMS），它是以柔性制造单元加上自动或半自动物流输送组合而成的，但特点仍然是分布式生产过程。
第三阶段（20世纪80―90年代）：集成阶段（CIMS），是以信息、工艺、物流、计算机集成控制为特点的。
第四阶段（20世纪90年代至今）：智能集成制造系统阶段，是以设计智能化、单元加工过程智能化和系统整体管理智能化为特征的。
一、先进制造技术的特点
目前，每一个国家都处于全球化市场中，先进制造技术的竞争是面向全球的。一个国家的先进制造技术对该国制造业在全球范围市场的竞争力发挥着非常重要和不可替代的作用。先进制造技术的目标是要提高产品对动态多变的市场的适应能力以及竞争能力，同时实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。它不局限于制造工艺，而是覆盖了市场分析、产品设计、加工和装配、销售、维修、服务，以及回收再生的全过程，概括起来有以下特点：
（1）成形和加工技术日趋精密化。
（2）企业装备将以制造工艺、设备和工厂的柔性与可重构性作为显著特点。
（3）虚拟制造技术和网络制造技术将被广泛应用。
（4）机电产品和先进制造技术将把智能化、数字化作为发展方向。
（5）以提高对市场快速反应能力为目标的制造技术将超速发展。
（6）先进制造技术的发展越来越离不开信息技术，信息技术发挥着越来越重要的作用。
（7）21世纪的企业面临着要在管理方面进行创新的新课题。
（8）现代设计技术将成为21世纪制造业的重要特征。（现代技术的内涵即为：绿色产品设计技术、优良性能设计基础技术、竞争优势创建技术、全寿命周期设计技术。）
二、当前先进制造技术的发展趋势
市场需求的个性化与多样化趋势越来越明显，精密化、绿色化、智能化、信息化、虚拟化将成为未来先进制造技术发展的总趋势。其主要体现在以下几个方面：
（一）信息化
近几年，信息技术和制造技术的不断融合，使得数字化成为制造业日益发展的趋势。数字化制造技术具有较多的优点，如使市场多样化和个性化的需求得到满足；能够对市场作出快速的响应，使生产成本得以降低；能够提高产品精度和可靠性；等等。数字化产品既方便、直观，又便于通过计算机控制产品，对信息进行处理和传递。随着计算机技术的飞速发展，制造业应用系统越来越离不开Internet技术，Internet技术是实现各种制造系统自动化的基础，是其重要的支撑平台。基于Web技术的供应链管理系统、数据交换转换系统等成为产品的主流。据专家预测，在未来生产中占主导地位的将是基于网络制造的分布式网络化生产系统。因此，先进制造技术将把以微电子技术、软件技术为核心，以数字化、网络化为特征的信息化制造技术作为重要的发展方向。
（二）智能化
智能化就是应用人工智能技术实现产品生命周期（包括产品设计、制造、发货、支持等）各个环节的智能化，如生产设备的智能化，人与制造系统的融合及人在其中智能的充分发挥等。智能化能够使制造系统的自动化和柔性化水平得到进一步的提高，使生产系统的适应与判断能力更加完善。
（三）精密化
超高速切削、超精密加工技术以及发展新一代制造装备成为了加工制造技术的发展方向。
1.超精密加工技术
目前已进入纳米级加工时代，加工精度和表面粗糙度分别达到了0.025μm和0．0045μm。超精切削厚度由目前的红外波段向可见光波段甚至更短波段近；超精加工机床向多功能模块化方向发展；超精加工材料由金属扩大到非金属。
2.超高速切削
目前，铝合金超高速切削的切削速度已超过1 600m/min，铸铁、超耐热镍合金、钛合金的速度分别为1 500m/min、300m/min和200m/min。超高速切削的发展已转移到一些难加工材料的切削加工上。
3.新一代制造装备的发展
市场竞争和新的产品、技术和材料的发展对新型加工设备的研究与开发起着推动作用，如“并联桁架式结构数控机床”的发展就是一个典型的例子。它采用六个轴长短的变化，以实现刀具相对于工件的加工位姿的变化，是对传统机床结构方案的突破。
（四）绿色化
由于资源与环境的约束日益严格，21世纪的制造业要以绿色制造为重要特征。与此相适应的，绿色制造技术的发展也将是快速的。主要表现为：
1.绿色产品设计技术，既能够保证产品在生命周期内环保和对人类健康无危害，又能保证低能耗和高资源利用率。
2.绿色制造技术，使整个制造的过程对环境所造成的不利影响最小，废弃物和有害物质的排放量最少，资源利用效率最高。
3.产品的回收和循环再制造，它主要包括以设计产品和处理材料为主的生产系统工厂和以处理循环产品生命周期结束时的材料为主的恢复系统工厂。如汽车等产品的拆卸、回收技术和生态工厂的循环式制造技术。
（五）虚拟化
在制造业中，虚拟现实技术（Virtual Reality Technology）越来越被广泛地应用，它主要包括两部分，即虚拟企业和虚拟制造技术。虚拟制造技术是在产品真正制出之前，先在虚拟制造环境中生成软产品原型进行试验，并且预测和评价其性能和可制造性。
三、未来先进制造技术发展中的关键技术
（一）虚拟制造VM（virtual manufacturing）
VM技术的发展是以仿真技术和虚拟现实VR（virtual reality）技术为基础的。VM技术是在虚拟条件下模拟产品的设计、制造、测试、营销的全过程，并预测和评价有关技术数据和性能指标，从而使产品开发周期得以缩短，使制造过程得以优化。VM技术是工程设计的一次革命性的进步，它的应用范围是非常广泛的，如快速设计与快速原型、面向装配或制造的设计、产品维护、产品设计进入市场的并行处理和人员培训等领域。
（二）智能制造IM（intelligent manufacturing）
智能制造技术是一门综合技术。之所以这么说，是因为它是通过自动化技术、制造技术、系统工程和人工智能等学科互相交织和渗透形成的一门技术。智能设计、智能装配、智能加工、智能控制、智能工艺规划、智能调度与管理、智能测量与诊断等都属于智能制造技术的范畴。对于制造系统集成自动化和柔性自动化来说智能制造是其新发展，也是其重要组成部分，智能传感与检测是智能制造的重点。
（三）纳米制造
20世纪出现了一种高新技术，即纳米技术。它的加工精度或尺寸为0.1nm―100nm。而纳米制造是纳米技术与制造技术相融合而产生的，精密加工、超精加工、微细加工和超微细加工都属于纳米制造。常用的制造技术有聚焦离子束工艺等。
（四）绿色制造GM（green manufacturing）
绿色制造是一种现代制造模式，它综合考虑资源消耗和环境影响，其目的是使产品在整个生命周期中（包括从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理）做到对资源利用率最高，对环境的不利影响最小，并优化协调企业经济效益和社会效益。目前绿色制造受到了全球制造业的关注，因为未来制造业的可持续发展离不开绿色制造，绿色制造已成为先进制造技术的主要内容，也是各国支持和优先发展的研究项目。
四、结论
我国将先进制造技术列入“九五”科技规划和15年科技发展规划中。21世纪的今天，经济全球化进程日益加快，随之而来的日益加剧的制造业领域的竞争，实际上是以先进制造技术为竞争核心的。在这样的大环境、大背景下，我国不仅要迎接挑战，而且要抓住机遇，要不断地对传统产业进行改造，发展先进制造技术，要在技术、机制、管理以及人才等方面进行创新，只有这样我国才能实现跻身世界制造强国的目标。
【参考文献】
[1]王隆太等.先进制造技术[M]. 北京：机械工业出版社，2003.
[2]张平亮等.先进制造技术[M]. 北京：高等教育出版社，2009.
篇3
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.135
随着我国经济的快速发展，愈加复杂化的市场经济使得各个行业的竞争越来越激烈，为了能够在市场中有一个立足之地，所有的企业都在进行转型和改善。随着近些年的发展，我国的机电一体化系统已经逐渐的趋于完善，但是在实际的操作过程中还存在着一定的弊端，最明显也是最重要的问题就是在实际操作的过程中不论是农业还是工业，都存在着一定的不确定性、多层次性以及非线性等特征，使得机电一体化系统在应用的过程中出现了一些不便。为了能够解决这个问题，智能控制应运而生，智能控制的出现不但有效的解决了这个问题，同时促使我国机电一体化行业的快速发展，使其能够更加从容的面对各种操作，提高了机电一体化系统的操作效率。
1 什么是智能控制
所谓的智能控制指的就是在没有人为的干预下能够自主驱动智能机器，从而有效完成对目标进行自动控制的技术，换句话来说就是用计算机对人类的大脑进行模拟，从而完场智能控制。智能控制在当今的社会是一种非常重要的技术，应用范围非常广泛，有着不可或缺的作用。在机电一体化系统中，有很多复杂多样的控制任务和控制目的，这些控制任务和控制目的以传统的控制手段来完成是非常复杂和不方便的，而智能控制的出现正好可以解决这一问题，使得机电一体化系统的实际操作更加的简单方便，同时还能更好的完成控制任务。对于智能控制来说，传统控制只是其中最为简单的一个部分，真正的智能控制是由多个学科相互交叉而成，而在众多的学科中最为主要的就是自动控制论、信息论、人工智能以及运筹学等学科。与传统控制相比较而言，智能控制有着一些非常明显的优点和特征，其中最为主要的特征主要有七个方面，分别是智能控制的核心在高层控制、智能控制具有变结构特点、智能控制器具有非线性特性、智能控制器具有总体自寻优特征、智能控制一个新兴的技术、属于一门边缘交叉学科以及其能够满足更多的要求和目标。智能控制主要分为了六种类型，分别是：混合或者集成控制、专家控制系统、分级递阶控制系统、学习控制系统、人工神经网络控制系统、组合智能控制系统以及金华计算与遗传算法。
2 什么是机电一体化系统
所谓的机电一体化系统又被称之为机械电子学，指的就是讲信息技术、机械技术、电工电子技术、借口技术、传感器技术、微电子技术等多种技术进行有机的结合，从而形成了所谓的机电一体化系统，同时将这种系统运用到实际的生活当中。机电一体化系统在组成的过程中需要几点组成要素，主要包括了运动组成要素、结构组成要素、智能组成要素以及感知组成要素。
3 智能控制在机电一体化系统中的应用分析
随着科技的快速发展，机电一体化逐渐从传统方式向着智能控制转型和发展，使得机电一体化系统迈向了新的领域。同时随着机电一体化系统面对的任务和目标来说，智能控制也必然是其主要的发展方向，在机电一体化系统中，智能控制的水平直接决定整个系统的水平，智能控制水平越优越，那么机电一体化的整体水平也就也高，反之亦然。
3.1 智能控制在机械制造过程中的应用分析
在机电一体化系统中机械制造只非常重要的一个部分，而对于目前的机械制造技术来说，最为先进的技术就是将计算机辅助技术与智能控制进行有效的结合，使得机械制造技术逐渐的智能化。机械制造技术的智能化其主要目的就是利用计算机技术对人脑进行模拟，以其来代替一部分的脑力劳动，从而完成整个人类制造机械的过程。在智能化的机械制造的过程中，首先是由智能控制技术对神经网络系统进行利用，通过它对机械制造的实时情况进行动态模拟，然后再利用传感器的融合技术对采集而来的信息进行处理，同时对控制模式中的一些参数和数据进行修改。在机械制造的领域中智能控制的主要应用有机械制造系统的智能监控和检测、智能诊断机械故障、智能学习以及智能传感器。
3.2 智能控制在数控中的应用
随着科技的快速发展和我国市场化经济的不断变更，对于机电一体化系统的发展来说数控技术有着至关重要的作用，因此对于数控技术的要求也就越来越高，在实际操作的过程中，数控技术不但要有效的完成各种智能功能，同时还需要数控技术完成扩展、延伸以及模拟等一些全新的智能功能，从而可以通过利用数控技术来完成智能监控、智能编程以及对智能数据库的建立等一些目标，从而使得机电一体化系统在实际的操作过程中可以通过智能控制来完成一些目标，比如在对数控领域中一些算法不确定或者是没有明确结构的问题进行综合处理的过程中，可以通过利用推理规则对数控维修提供一定的数据和参考。
3.3 智能控制在机器人中的应用
机器人具有非常多的特性，其中最主要的就是非线性、时变性以及强耦合，而这些特征主要都是体现在机器人的动力系统之中。同时在机器人的控制参数系统当中，机器人具有多边变性以及多任务性的特征，而这些特征的存在是非常适合智能控制技术的应用。就目前的技术和发展来说，在机器人的实际操作过程中智能控制技术主要变现在四个方面，分别是对机器人的行走轨迹和行走路径以及跟踪等方面进行控制；对机器人手臂的姿态以及动作进行智能控制；有效利用专家控制系统对机器人的运动环境进行建模、监测、定位以及规划控制；对机器人的传感器信息融合和视觉处理进行智能控制。
3.4 智能控制在建筑工程中的应用
智能控制在建筑中的应用主要有两个方面，一方面是照明通信系统，另外的一个方面是空调系统。随着人们的生活水平不断的提高以及科学技术的不断进步，人们对于生活的质量要求也是越来越高，因此智能建筑成为了主流。智能建筑主要是通过智能控制对建筑进行智能化控制，而在众多的智能控制中最为常见也是最为实用的就是这两种。首先是照明通信系统，通信系统指的就是小区内部的互联网通讯，主要是通过小区内的控制器对每个用户的通讯线路进行控制和检测，一旦发生故障，能够对线路进行快速的检修并且进行维护，使得通讯系统在使用的过程中更加的便捷和安全。照明系统指的就是对建筑群的照明进行实时控制，在控制的过程中主要是对照明区域、照明时间、照明逻辑以及照明系统节能灯方面进行控制；另外一个方面就是对空调系统进行控制，在对空调进行智能控制的过程中，主要是通过比例积分调节器闭环的方式来模拟四季温度，同时对空调的风阀进行智能调节，不但有效提高了建筑内部的空气质量，同时还能尽可能的减少能量浪费。
4 总结
随着科技和市场化经济的快速发展，机电一体化系统为了能够适应更过的工作环境和任务要求，需要进行不断的完善和转型，智能控制的出现使得机电一体化系统能够更好的面对各种各样的操作难题，不但能够有效解决问题，还可以减少工作人员的脑力和体力劳动，更加重要的是促进了机电一体化系统的快速发展，使其有了质的飞越，使其能够更加长远的发展。
参考文献：
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篇4
中图分类号：TP29 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2010）029(C)-0208-01
一、智能控制在各行各业的应用
1、工业过程中的智能控制
生产过程的智能控制主要包括两个方面：局部级和全局级。局部级的智能控制是指将智能引入工艺过程中的某一单元进行控制器设计，例如智能PID控制器、专家控制器、神经元网络控制器等。研究热点是智能PID控制器，因为其在参数的整定和在线自适应调整方面具有明显的优势，且可用于控制一些非线性的复杂对象。
2、机械制造中的智能控制
在现代先进制造系统中，需要依赖那些不够完备和不够精确的数据来解决难以或无法预测的情况，人工智能技术为解决这一难题提供了有效的解决方案。智能控制随之也被广泛地应用于机械制造行业，它利用模糊数学、神经网络的方法对制造过程进行动态环境建模，利用传感器融合技术来进行信息的预处理和综合。
3、电力电子学研究领域中的智能控制
电力系统中发电机、变压器、电动机等电机电器设备的设计、生产、运行、控制是一个复杂的过程，国内外的电气工作者将人工智能技术引入到电气设备的优化设计、故障诊断及控制中，取得了良好的控制效果。遗传算法是一种先进的优化算法，采用此方法来对电器设备的设计进行优化，可以降低成本，缩短计算时间，提高产品设计的效率和质量。
二、生活中的智能监控开发实例
智能监控归纳起来，无外乎以下两个层面：一是从图像中获得更多的信息，实现系统的预警功能；一是系统具有更高的友好性和可操作性，适应日益增大的系统规模。两者的实质都是要改变传统视频监控系统对图像信息的处理方式。确实图像识别技术在安防系统中应用前景是非常广阔的，安防系统智能化的一个主要方向。目前，它们的应用主要有两种方式：
1、验证：是把当事人的身份与正在发生的行为联系在一起，确认其合法性。这是安全防范系统的典型应用，把人的生物特征视作一把钥匙或一张卡。验证系统因可对特征的输入加以更多的控制，系统的可靠性和稳定性好，也相对成熟，已广泛地应用于出入管理系统中。它的基本工作方式是把特征输入装置读取的特征与系统存储的有限量的特征样本（这些样本代表了一定的授权）进行比对，来确定请求合法性。通常系统的存储样本的数量不是很多，现场特征输入的条件又可以加以控制，所以，系统的识别率很高（误识率和误拒率很低）。由于生物特征来自人自身，不需要进行同一认证，具有极高的安全性，因此、适用于高安全性要求的场所。
2、识别：对输入特征与存储在数据库中的大量的参考进行比对，来确定目标的身份。这样的系统首先要建立一个海量的基础样本数据库，如各城市人口的指纹库等。对于人脸等生物特征，要求输入的环境与建库的环境具有足够的相关性，以保证输入特征与样本特征的可比性。所以，建立一个稍加控制的环境，以排除或限制影响特征采集不真实（失真、不完整、伪装）的各种因素是系统应用的必要条件。如边防检查系统设立专门的人员通道来采集出入境人员的面部特征；机场安检信息系统在验征台处摄取旅客的面部图像。
三、智能监控关键技术
实现智能监控，各厂家提出了不同的技术方案，但关键点都集中于图像内容分析技术。这是正确的方向，可以说图像内容分析技术的发展过程就是智能监控的发展过程。智能监控的实现必须有图像内容分析技术的突破作为支撑。智能监控技术的发展过程或图像内容分析技术的研究可分为以下几个阶段：
1、将（运动）目标从视频图像中分离出来。这是体现图像技术的优势，实现目标探测的前题。传统的视频（运动）探测其实是亮度探测，并没有发挥图像技术的特点。确定图像中是否有探测目标（人、物等），并将目标从背景图像中分离出来是图像内容分析的首要任务，进而对目标分类、统计、关联。判断图像中有无目标、目标的复合或离散是图像过滤的基础。
2、对目标进行行为分析，判定其运动的方向、方式，并能发现和告警异常的行为；产生目标的运动轨迹，并能进行目标的自动跟踪。实现运动目标的跟踪是很难的事，它要求系统能分析、预测目标的运动轨迹，并能实时地作出修正。同时，由于运动过程与伺服机构间传递函数的非线性，伺服系统也是很复杂的。
3、在复杂环境下实现目标的分离、行为分析和运动跟踪，特别是实现多目标的跟踪。
上述两点目前已有产品和应用，但基本上在简单环境下，针对少数目标的情况。在复杂环境（既通常的视频监控环境）下实现这些功能，是图像内容分析技术具有真正应用价值的关键。同时、解决多个图像的综合分析，图像间目标的关联，目标跟踪的连续。这都是市场迫切需要，目前还没有解决的问题。
这个过程是逐步发展、与时俱进的，没有终极的结果。实现智能监控的目标，要经过不断的技术积累，特别是核心技术的突破，它需要一个过程，不可能一蹴而就，认为监控技术智能化已经实现的观点是不确切的。
作者单位：湖北省咸宁职业技术学院网络中心
参考文献：
篇5
制造业体现的是一个国家的综合实力，是一个国家的支柱产业。世界发生着巨大的变化，机械制造工艺对人们的生活和生产影响深远。目前，我国的机械制造工艺处于发展阶段，在机械制造过程中已经有些先进的工艺得到了推广和应用。下面将对机械制造工艺的发展现状以及发展趋势进行详细地阐述。
1、机械制造工艺的发展现状
1.1 机械制造工艺中激光技术的应用
激光具备单色性较好、亮度高以及方向好等显著特征，因此，激光在社会许多领域中得到了广泛应用，激光技术是一项重要的技术，其在制造业领域的应用具体体现在以下两个方面：一是快速切割成型。激光技术在制造工艺中的一个重要应用为快速切割，该技术主要是充分利用激光技术中的CAD模块的准确定型以及快速切割，从而快速地完成对材料的切割成型。快速切割成型的对象主要包括复杂的零件以及零件的模型，由于快速切割成型具备独特的优势， 所以其在制造业中得到了广泛的应用；二是激光热处理技术。激光热处理技术主要运用在零件加工过程中， 采用激光热处理技术有助于减少零件的磨损，提高机器的使用性能，也有助于延长零件的使用寿命。一般在零件的表面涂抹耐磨材料能够有效地提高零件的耐磨性能。零件在加工的过程中使用激光技术时，会产生大量的热能，因此，采用激光技术能够修复模具，提高零件的使用寿命。
1.2 在机械制造工艺中应用自动化控制技术
第一，自动化制造工厂。自动化制造工厂的技术含量较高，能够实现从材料到产品的自动化完成，其属于一种综合性非常高的自动化技术。自动化制造工厂是由自动化制造系统构成的，在高自动化物料运输系统与计算机控制系统结合的条件下， 由于自动化制造工厂具备生产成本较高、科技含量高等特征，因此自动化制造工厂还没有在制造业中得到广泛应用。第二，自动化制造生产线。自动化控制系统是指自动化加工流水线， 目前自动化控制技术在机械制造业中应用比较广泛。这种自动化系统在较少的人工直接或者是间接的干预下，将原材料加工成零件或者是将零件组装成产品，在产品加工的过程中实现了工艺过程或者是管理过程的自动化。计算机通常控制着多台加工设备，这些加工设备就是自动化系统的重要组成部分。第三，自动化制造单元。自动化制造单元属于一种小型的自动化控制系统，采用这种自动化系统能够有效地提高生产效率，大大地降低了生产成本。自动化制造单元能够独立地完成各项任务，并且其体型较小，因此在机械制造业中得到了广泛应用。自动化制造单元能够是多台设备或者是一台设备，在组合加工设备时可以根据具体的加工产品来决定，比如，数控机床、物料输送机等。
1.3 高精度技术在机械制造中的应用
精密加工是现代机械制造业的发展方向， 精密加工主要涉及到复合加工技术、研磨加工技术、超精密切削技术以及微型机械等方面。现阶段，纳米技术在纳米材料以及纳米电子等方面得到了推广与应用，纳米技术的发展直接推动着机械科学、光科学等先进技术的发展。因此，微型机械以及纳米技术的发展一定会发展成为未来的关键技术，一些智能技术在机械制造工艺中也正朝着高精度、高速率的方向发展。
2、机械制造工艺的发展趋势
2.1 集成化
集成化是微机设备升级的一个重要标志，也代表着现代微机技术的进步与发展，同时代表着计算机网络系统的各种不同功能由以往的分割状态逐渐向融合状态转变，集成化的工作原理是将各个独立的部件与功能，经过一定的整个之后形成的整体性作业功效高于零散的、部分的作业功效的总和，这一特征也是促使集成化能够彻底改善人们生活与生产的关键所在。由于新时代的信息交流与处理比较复杂，促使广大人民群众在对待计算机的功能时需要同时进行，这一因素是保证集成化存在和使用的关键。因此，在改革制造机械化运用时，需要充分地考虑该技术的独特优势。
2.2 智能化
目前，智能化技术已经渗透到社会各个行业、各个领域中，智能化技术的一个显著特征是非简单化机械的程序运行，智能化技术能够较好地模拟人类大脑的一些思维方式与逻辑性运行方式。这种机械性技术的广泛应用，给人工带来了巨大的挑战，同时这也是机械化今后需要努力的目标之一。在没有运用智能化技术之前，在使用机械设备时，人们经常会抱怨机械设备的速度以及精度达不到预期的要求，并且对机械的逻辑性能力以及分析综合性的能力没有抱有任何的期望，产生这种现象的原因是人们清楚地认识到机械只是根据一个固定的程序发挥作用的，是无法与人们的操作产生任何的互动，机械所能做到的是被动地接受指令，但是智能化技术却改变了这一现象，人们对智能化技术感到惊奇与欣喜。同时人们把智能化技术广泛地应用在社会各个不同领域以及各个不同行业中去，用智能化技术替代一部分人工作用。目前，我国对智能化技术的运用已经进入了一个比较成熟、比较完善的阶段，许多具备智能化人工效能的机械设备已经广泛应用到各种不同行业以及各种不同领域中，并且正在慢慢地改变着广大人民群众的生活方式以及工作方式，促使人们逐渐体验到了智能化机械技术运用的人性化，以及“以人为本”的设置理念。
3、小结
综上所述，机械设备是人类生活与生产中的重要工具，其扮演着新时代工作中的重要身份，通过机械设备所生产出来的产品直接影响着人们生活和工作的各个方面，机械制造对人类的发展有着至关重要的作用，尤其是生产环节。因此，需要不断创新机械制造的工艺技术，提高机械设备的质量与效率，促使机械能够更好地为人类的经济生活服务。
参考文献：
篇6
Abstract: This article from the intelligent system and electromechanical integration point of view, focus on the two fusion applications, application of intelligent control of mechanical and electrical integration system.
Keywords: mechatronics; intelligent control; application; research
中图分类号：TH-39文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
智能控制技术是在传统控制技术的基础上，利用先进的计算机技术与网络通讯技术发展起来的一项技术，是二十一世纪机电一体化技术发展的最新方向。智能控制技术的优劣在很大程度上影响着机电一体化系统的正常运行。通过模糊系统、遗传算法、专家系统及神经网络等四项技术的应用，我国机电一体化技术非常顺利地实现了智能化的控制，从而促进了我国机电一体化系统的健康长远发展。
一、关于机电一体化的概述
（一）机电一体化的含义。
所谓机电一体化，又称机械电子学，是指将电工电子技术、信息技术、接口技术、机械技术、微电子技术、传感器技术、信号变换技术等多支技术进行有机地结合，并综合应用到实际生产生活中去的一项综合性的技术。
（二）机电一体化的基本内容与组成要素及原则。
机电一体化的基本内容包括以下几个方面：一是机械技术，二是计算机与信息技术，三是系统技术，四是自动控制技术，五是传感检测技术，六是伺服传动技术。机电一体化的组成要素包括：一是结构组成要素；二是运动组成要素；三是感知组成要素；四是职能组成要素。机电一体化的四大原则包括：一是结构耦合；二是运动传递；三是信息控制；四是能量转换。
二、关于智能控制
（一）智能控制的含义。
所谓智能控制，就是指在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术，是用计算机模拟人类智能的一个重要领域，主要面向比传统控制更为复杂、多样的控制任务和控制目的，为当今社会的发展带来了更为广泛的适应空间，解决了传统控制无法实现的复杂系统的控制。传统的控制只是智能控制中的一个组成部分，是智能控制最底层的阶段。智能控制是由多个学科相互交叉所形成的学科，它的理论基础包括信息论、自动控制论、运筹学及人工智能等内容。
（二）智能控制的特征。
智能控制具有以下特征：一是智能控制的核心在高层控制，即组织级；二是智能控制器具有非线性特性；三是智能控制具有变结构特点；四是智能控制器具有总体自寻优特性；五是智能控制系统应能满足多样性目标的高性能要求；六是智能控制是一门边缘交叉学科；七是智能控制是一个新兴的研究领域。
（三）智能控制的类型。
一是集成或者混合（复合）控制；二是分级递阶控制系统；三是专家控制系统（Expert System)；四是人工神经网络控制系统；五是学习控制系统；六是进化计算与遗传算法；七是组合智能控制方法等。
（四）智能控制发展的趋势。
智能控制系统具有极强的学习功能、组织功能及适应，其在机电一体化方面的广泛应用是当前智能控制的一大发展趋势。遗传算法、专家系统及神经网络是应用在机电一体化系统中的最常见的四种技术，它们之间存在着相互依存、相辅相成的关系。近年来，智能控制技术在国内外已有了较大的发展，己进入工程化，实用化的阶段。但作为一门新兴的理论技术，它还处在一个发展时期。然而，随着人工智能技术，计算机技术的迅速发展，智能控制必将迎来它的发展新时期。
三、智能控制在机电一体化系统中的应用
从20世纪90年代后期，机电一体化技术向智能控制发展，开辟了机电一体化技术发展的新篇章。机电一体化的未来发展必将是以智能化作为主要方向，智能控制的优劣直接决定机电一体化系统的整体水平。
（一）智能控制在机械制造过程中的应用。
机械制造是机电一体化系统中的重要组成部分，当前最先进的机械制造技术就是将智能控制技术与计算机辅助技术有机结合，向智能机械制造技术的方向发展。其最终目标是利用先进的计算机技术取代一部分脑力劳动，从而模拟人类制造机械的活动。同时，智能控制技术利用神经网络系统计算的方法对机械制造的现状进行动态地模拟，通过传感器融合技术将采集的信息进行预处理，从而修改控制模式中的参数数据。智能控制在机械制造中的应用领域包括：机械故障智能诊断、机械制造系统的智能监控与检测、智能传感器及智能学习等。
（二）智能控制在数控领域中的应用。
随着科学技术的发展，我国的机电一体化技术的发展对数控技术提出了更高的要求，不仅需要完成很多的智能功能，还需要扩展、模拟、延伸等新的智能功能，从而使得数控技术可以实现智能编程、智能监控、建立智能数据库等目标，运用智能控制技术可以实现这些目标。比如说，利用专家系统可以数控领域中难以确定算法与结构不明确的一些问题进行综合处理，再运用推理规则将数控现场的一些数控故障信息进行推理，从而获得维修数控机械的一些指导性建议。
（三）智能控制在机器人领域中的应用。
机器人所具有非线性、强耦合、时变性的特征主要体现在动力系统中，在控制参数的系统中机器人具有多任务及多边变性的特征，这些特征适合智能控制技术的应用。当前智能控制技术在机器人领域中的应用主要表现在以下几个方面：一是机器人手臂姿态及动作的智能控制；二是机器人在多传感器信息融合与视觉处理方面的智能控制；三是机器人在行走路径与行走轨迹跟踪方面的智能控制；四是通过专家控制系统对机器人的运动环境进行定位、监测、建模及规划控制等方面的探究。
（四）智能控制在建筑工程中的应用。
智能控制在建筑工程中的应用主要表现在以下几个方面：一是智能控制在建筑物照明系统中的应用，它主要通过通信与计算机控制的联网，对每一个时段的照明系统进行控制，主要表现在对照明时间、照明系统的节能、照明逻辑方面的智能控制；二是对建筑物内的空调进行智能控制，通过比例积分调节器闭环的方式对空调在夏季与冬季使用时的模式进行设置，可以智能地调节空调的风阀，在确保建筑内空气质量的同时，减少能量的浪费。
四、结语
随着微电子技术及超大规模的集成电路的发展，我国的机电一体化技术越来越成熟，在工业与农业的发展中发挥着至关重要的作用。但在实际的生活中，很多机电一体化应用中的农业与工业对象具有多层次、不确定性、非线性等特征，给机电一体化的发展带来了很大的难题。智能控制系统的出现及应用，为机电一体化的长远发展创造了良好的外部环境。因此，智能控制在机电一体化方面的应用越来越受到人们的重视。
参考文献：
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机电一体化技术发展状况
1、1机电一体化技术的智能化发展
智能化功能是机电一体化技术赋予产品的终极开发目标，人工神经网络、专家系统等智能技术已广泛应用于众多领域并取得了显著成果，丰富了智能化机电一体化产品，其多样性技术主体包括逻辑模糊控制技术、专家系统、智能工程与人工神经网络技术系统等。其中逻辑模糊控制技术属于人工智能范畴，基于对人们思维方式的模仿进行不精确信息的展示。目前，该系统在各个应用服务领域得到了广泛应用，例如列车启停系统中应用该技术便会有效消除惯性作用，令人们在乘车途中始终保持稳定运行状态而不至于产生前仰后合不稳现象。专家系统则是针对不解问题的软件智能系统，其丰富知识经验通过计算机技术形成了可被处理或接受的符号形式，基于专家推理与控制方式策略，在该领域聚集后便可突破仅能由专家解决的系列问题，进而上升至专家水平。诚然，该专家系统具有基于智能化的一定局限性，现行局部领域中去取得了成功应用效果，例如融入专家加工系统于数控机床中便可显著提升其系统智能化水平。人工神经网络技术系统具有较高非线性复杂性、自适应力、高容错能力、自我组织与计算能力，可实现基于模拟或数字形式的并行处理，并较为接近神经网络进行工作。该技术系统广泛适用于需同时对多方条件因素进行模糊不精确的信息处理。当前该技术在聚类、分类语音及音素识别中获得了可喜成绩。例如基于人工神经网络的汉语声调识别、识别手写字符、车牌照识别、指纹认证等。随着科技迅猛发展，人工神经网络系统技术还会在视觉与声觉方面实现突破，制造出机电一体化多功能产品。
1、2机电一体化技术的人格化、集成化与绿色化发展
机电一体化对生命机体的模仿、注重与人们活动相关联的产品令其体现出人格化发展特征，基于产品使用的最终对象为人，因此机电一体化技术应主体考虑如何赋予产品人特有的情感性、智能性与人性化，因此其需要在造型、色彩等层面上下功夫，力求产品艺术性，例如家用机器人的诞生便是人机一体化的体现。机电一体化的集成化包含两层含义，不仅代表电子与机械的融合，而是尽最大可能令他类先进技术领域包含于其中，同时引入工程系统技术对机电一体化进行应用开发系统的指导。现代化机电一体化技术系统应集成电学、光学、机械、声学等生物化学多学科技术，深挖其征参量进而正确进行耦合关系处理，由此可见机电一体化系统具有丰富的集成性。绿色化理念是对资源效率及环境影响的综合考虑，其制造目标主体面向产品的制造、设计、运输、包装、使用及报废处理整体生命发展周期，现代机电一体化技术为实现可持续发展需全面激发资源利用率，切实降低对生态环境的不良影响，进而打造优势绿色制造业全面发展模式。
2、机电一体化技术的科学应用
为有效提升机电产品综合优质性能，充分满足制造零件高精度与高效率、形状复杂性、生产低噪声、少阻力、高强度、长寿命等现实需求，产品设计形状、空间构造、刑面等体现了较为复杂特性，因此进一步令机电一体化技术必须向着高性能、系统化、智能化、微型化与轻量化方向发展。其主体应用领域则包含数控机床、集成计算机制造、工业机器人与柔性制造等。
2、1机电一体化在数控机床领域的应用
机电一体化在数控技术及机床中的应用发展令其功能、结构、控制精度与操作实现了迅速提升，具体体现为采用多处理器、多总线构建模块化、总线式与紧凑型结构。在设计层面则凸显了开放性，即令硬件功能模块与体系结构包含了兼容性、层次性、适应性结构标准，较大限度提升了用户综合使用效益。该领域还引入了WOP技术令其凸显智能化发展，系统面向车间多维度加工与编程技术过程提供了动态仿真环境，科学引入了模糊控制与在线诊断等高效智能机制。同时基于模块化思想我们可应用大容量存储器及软件进一步丰富数控功能，强化系统控制效能。为实现多通道、多过程控制，我们可令一台机床在同一时间控制多种机床、多台设备并独立完成多个加工任务，集成检测道具破损、搬运物料与机械手控制于系统服务运行中。基于信息化网络时代我们可充分激发系统网络多级功能，强化系统组合及复杂化创建加工系统综合能力。另外我们还可利用单片机与单板构成控制机，引入专业模板或芯片构建紧凑结构数控装置。
2、2柔性制造与集成计算机制造系统的科学应用
柔性制造是系统的计算机化，我们可主体应用数控机床、计算机、料盘、机器人、自动化仓库与搬运小车构建系统，令其可实时、随机、按量依据装配部门要求基于生产能力范畴进行工件加工制造，较为适用于小型、中型批量、多品种、更改设计频繁变化的零散型批量零件生产。集成计算机制造系统应用实现并非就个分散现有系统进行的简单组合，而应基于全局角度进行最优化的动态性组合，令原有部门界限合理打破，并基于制造进行信息流与物流的控制，实现由产品开发、决策、准备生产、实验产品到经营管理的统筹化结合。就企业层面来讲其集成度提升可令各类生产要素优化配置，并最大化激发各自潜力。
2、3基于机电一体化技术的工业机器人开发应用
基于机电一体化技术的一代机器人具有示教再现特征，即只能依据示教重复开展运动，缺乏对作业对象及周围工作环境的灵活适应性。该领域机器人第二代引入了先进性传感元件，可对其操作对象及作业服务环境进行简单信息的获取，并基于处理计算、分析能力展开一定水平的判断，进行针对相关动作的控制反馈，并凸显了低级水平的智能化。第三代该领域机器人则全面现实了智能化特征，通过引入机电一体化技术我们可令其富含多重感知功能，可自主开展复杂思维逻辑运算、决策与判断，进而独立运行服务与作业环境中，体现了现代化、科技化应用服务价值。
3、结语
机电一体化技术在历经多年的探究完善中逐步构建了较为完整的概念体系，并基于集成电路与计算机技术的大规模迅猛发展令其机电结合形式更为灵活、内容丰富多样并广泛应用于各个领域，取得了可喜成绩。基于其优势功能我们只有深入探寻、创新发展、综合利用，才能全面激发其价值化能效，拓宽高新技术领域，研发出真正高端、适应人们丰富需求的机电一体化产品。
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关键词：机电一体化应用发展
机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着相关技术的不断发展，其内容将不断更新。但其基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、光学技术、电力电子技术、接口技术等群体技术，合理配置各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术，它使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
1机电一体化技术的应用
1.1 在现代机械制造业中的应用 传统机械制造业是建立在规模经济的基础上，靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。近年来，制造工程领域的新技术相继诞生，如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。
1.2 在饮料行业中的应用 机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。
1.3 在钢铁企业中的应用
1.3.1 计算机集成制造系统(CIMS) 钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。
1.3.2 现场总线技术(FBT) 现场总线技术是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。
1.3.3 交流传动技术 随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。
1.3.4 开放式控制系统 “开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。
1.3.5 分布式控制系统(DCS) 分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流。
2机电一体化技术的发展趋势
2.1 智能化 智能化即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊数学、神经网络、灰色理论、心理学、生理学和混沌动力学等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。
2.2 数字化 微控制器和接口技术的发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、通用性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程控制操作、诊断和修复。
2.3 自源化 自源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。
2.4 人性化 人性化是各类产品的必然发展方向。机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说更自然，更接近生活习惯。
2.5 微型化 微型化是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电系统是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件和系统。微机电系统产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、信息等方面具有不可比拟的优势。
2.6 绿色化 工业发达给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果，所以绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。
3结束语
随着机电一体化技术的发展，各种产品与装置实现了机电一体化，有利实现整体优化，提高产品质量和生产效率，缩短开发新产品的生产准备周期，加速科技成果向商品转化，有利推动传统产业发生深刻变革，同时，随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。
参考文献：
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1机械设计制作及自动化简介
通过机械的设计，出现设计图纸，按照设计要求，生产加工出合格的产品，达到机械制造的要求。现代的机械设计及自动化与传统的机械设计不同，传统的设计方式的设计师通过手工绘制的施工图纸，经过机械加工得到需要的产品。而现代的机械设计是应用电子计算机技术和网络技术的融合，采取人工智能的方式，设计出模型类的设计图，使加工者一目了然，能够展现立体的真实的效果，方便设计的效果展示，提高机械设计的效率。
2机械设计制造方法
机械设计制造的方法比较多，具有带表性的方法有智能化、系统化、模块化的设计理念，设计出新颖的设计图，才能通过加工制作得到更先进的机械加工的产品。
2.1智能化的方法
应用计算机软件进行机械设计及自动化控制的过程，通过三维软件绘制出立体的设计图，满足机械加工生产的需要，达到现代化的设计水平，节约设计师的时间，提高机械设计效率，是现代机械设计及自动化专业的需要，也是一种具有长远发展前景的设计方法。依据设计方法学的理论，利用智能化设计软件和计算机三维制图软件的组合应用，描述产品的结构，启发产品的构思，经过合理的设计构成产品的设计图，达到计算机系统辅助方案的设计。智能化的方法是通过计算机技术和虚拟现实技术的融合，有经验的设计师的设计，完成高标准的设计图纸，经过精细的加工制作，达到机械产品的质量，满足用户的需要。
2.2系统化的方法
将机械设计看做是由若干个元素组成的一个体系，在系统中各个元素之间既相互连续，又保持独立，将整体设计完成，就形成了一个系统的设计图纸。如一个大型建筑的设计，包括每个组成部分的设计，综合起来就是一个整体。将系统中的每个独立的部分进行设计，再将其结合起来。从机械产品开发的宏观出发，利用产品的质量控制设计方法，拓展设计思路，将用户的需求转换为各个阶段的设计目标，并分步实施。将产品的设计过程划分为不同的工能层次，并按照从底层到高层的顺序进设计开发，进行科学地归纳总结，首先将产品看成一个系统，其次是将设计过程看成是一个完整的设计系统。根据产品目标设计出不同元素的结果，将所有元素进行组合，就完成了整个系统的设计，之后进行加工制造，达到产品的质量标准。
2.3模块化的方法
把机械设计产品的组成看成是一个模块，其中有一些小的模块集合而成的一个大的模块，经过精心设计，最后能够达到同一个性质的产品的模块化处理的结果，形成了一些列模块化的设计，满足现代机械加工企业的需求。以产品结构为基础，进行模块化的设计及加工制造。将需要设计的产品进行分解，分成若干个模块，分别进行设计加工制造，最终组合为一个完整的产品，达到设计的要求，满足机械加工的质量标准。结合计算机设计制图软件CAD的应用，设计出立体的产品图，方便进行加工制造，和以往的机械设计进行比较，更加直观和清晰，方便加工制造，易得到合格的产品。
2.4以产品特征为目标的设计
基于产品的特征，应用计算机程序，描述产品的性能和特征，进行产品制造方案的设计，这种机械设计制造的工艺方法，是依据产品为基准的设计理念，将设计变成实际的产品，方便加工制作。可以通过立体图，直接能够看到预加工产品的外观和结构，更有利于加工出合格的产品，避免图纸和加工结果不符的问题，提高了设计与制造之间的协调统一关系。将产品的特征作为机械设计制造的依据，并按照特征进行设计的方法，突出产品的特征，满足设计的理念，用设计领域的知识体系，去分析产品的特征，完成计算机的辅助设计，再进行加工制作，就可以得到合格的产品，满足机械零部件的加工需求。
3机械设计制造的发展方向
随着社会的进步及计算机技术与网络技术的不断发展，机械设计制造具有网络化的发展趋势，可以通过计算机网络的传输功能，实现资源共享。将机械设计图纸进行加密处理，通过计算机网络传输给用户，达到用户的需求，即可进行加工生产。人工智能技术的应用，可以将机械设计及制造达到智能化的目标，通过智能机器人完善机械设计及自动化的过程，节约人的劳动强度，提高设计的时效。通过计算机程序的输入，保证设计质量，达到机械设计的高标准，适应不断发展变化的机械制造业的需要。微机械设计自动化系统的建立，利用计算机技术，将设计及制造几何尺寸不超过1立方厘米的产品，作为微机械设计领域的产品标准，如目前手机上的元件，几何尺寸虽小，功能巨大，设计加工难度比较大，加工精度要求高，体现了现代化的机械设计及制造技术的优越性。微米、纳米技术的出现，光刻录技术的应用，超精密仪器和部件的生产加工，都需要机械设计制造及自动化的支持。
4结束语
通过对机械设计制作方法的研究，智能化、系统化、模块化的设计方法在机械设计制造企业得到广泛地应用。
参考文献
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[2]柏长友.基于机械制造工艺的合理化机械设计[J].中国机械，2014.
[3]秦海亮.机械设计中的加工工艺研究与探讨[J].工业设计，2015.
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（一）第三次工业革命提出的背景和环境
第一，在国际金融危机的影响和冲击下，主要经济体增速明显下滑，国际贸易保护抬头，全球治理结构深刻调整，世界经济发展的不确定性和不稳定性因素显著增多，正进入一个新的发展周期。
第二，支撑第二次工业革命的石油和其他化石能源正日渐枯竭，那些靠化石燃料驱动的技术已陈旧落后，以化石燃料为基础的整个产业结构也运转乏力。根据经济学家估计，到本世纪中叶，石油资源将会开采殆尽，届时其价格升高将不适于大众化普及应用。
第三，由前两次工业革命所带来的二氧化碳过度排放也使得全球气候变化日渐明显，生态灾难增多，给人类社会的可持续发展带来严峻挑战。
第四，世界各国为应对国际金融危机冲击，纷纷加大科技创新投入，在全球范围内引发了以绿色、低碳、智能为特征的新一轮技术创新浪潮，新一代信息技术、新能源、智能制造、新材料等一些重要领域和前沿方向已经出现革命性突破的先兆。
基于此，美国著名未来学家杰里米·里夫金于1994年首次提出了第三次工业革命的概念，并于2011年出版《第三次工业革命》的专著，迅速引起了国际上的广泛关注。2007年5月，欧盟议会了一份正式文件，宣布第三次工业革命作为欧盟的长期经济愿景和路线图。2011年5月，里夫金教授在巴黎第50届OECD会议上作“第三次工业革命”的专题报告，有34个成员国的首脑参加。至此，关于第三次工业革命的讨论在全球范围内快速扩散。
（二）关于第三次工业革命的主要观点
当前，国内外对于第三次工业革命特征、内涵及影响的主要观点和判断有以下几种：
1、美国未来学家杰里米·里夫金：“新能源+互联网”催生第三次工业革命美国学者里夫金最早提出了第三次工业革命即将来临的观点，他的主要判断如下：
第一，新工业革命的本质在于新通信革命和能源革命的结合。里夫金认为，每一次工业革命都是能源与信息的交汇。第一次工业革命时期（18世纪60年代～19世纪40年代），通信技术发生了革命性变化，从手工印刷到蒸汽机动力印刷，后者可以实现低成本大量印制和传播信息，随后出现公立学校，大量识字劳动力，人们利用新的通信系统去管理以煤炭为基础的新能源系统。第二次工业革命时期（19世纪70年代～20世纪初），通信与能源再度携手，表现为集中的电力、电话以及后来的无线电和电视机，可以管理更复杂的石油管道网、汽车路网，进而为城市文化的兴起提供了可能。因此，历史上新通信技术与新能源系统的结合，往往预示着重大经济转型时代的来临。
第二，第三次工业革命需要五大支柱来支撑。煤炭、石油、天然气等化石能源的不可持续性必将导致第二次工业革命的终结。第三次工业革命就是建立在互联网和新能源相结合基础之上的一次革命。在“新能源+互联网”的支撑下，每个家庭、每个建筑不再是单纯的能源消费者，而是能够参与能源生产，甚至能够输出能源。并将改变由汽车、公交车、卡车、火车等构成的全球运输模式，使之成为由插电式和燃料电池型以可再生能源为动力的运输工具构成的交通运输网。具体来说，第三次工业革命由五大支柱构成，分别是：
1 向可再生能源转型；
2 以建筑为单位的小型电站；
3 扩展到所有基础设施上的能源生产和储存；
4 充电式交通系统从互动式电网中获取电能；
5 能源互联网。
里夫金还认为，这五个支柱如果分别孤立地存在，是毫无意义的，只有互相配合，相互联系，建立起一个集成的基础系统，才有意义。
第三，第三次工业革命将给人类社会带来深刻变革。“新能源+互联网”并不等同于智能电网。因为智能电网仅是电网管理模式上的革新，解决不了化石能源日益稀缺、开发利用低效的根本问题。互联网技术与可再生能源相结合，能够在能源开采、配送、利用上从石油世纪的集中式变为智能化分散式，将全球的电网变成能源共享网络，最终会让我们的商业模式、社会模式乃至地缘政治发生翻天覆地的变化。比如，以化石燃料为基础的第一和第二次工业革命要求大规模的中央集权、自上而下的组织结构；第三次工业革命则是一种以节点组织式的、水平分布式的、网络扩散式的合作型商业实践，原有的纵向权力等级结构正向扁平化方向发展。又如，在第一次和第二次工业革命中，形成了基于石化燃料的地缘政治世界，地球被看作一个容器（资源库），充满着支撑经济活动的各种有用资源；新工业革命发生后，能源体系从石化燃料向分布式的可再生能源的转变，将按照生态思想的方式重新界定国际政治关系。再如，新能源与互联网的结合还带来了分享协作机制，随着3D打印等先进制造技术的日趋成熟，每个人都可以成为生产者，改变了制造、营销、运输、物流和服务。同时，里夫金还认为，前两次工业革命都花了40～50年时间，第三次工业革命应该更快，因为通信系统已经就绪，从上世纪70年末期到现在互联网已经存在、发展很久了；但可再生能源落后了很多。美国卡特总统的时候由于石油禁运才开始谈可再生能源。德国如果按现在的速度发展，会轻松地在2030年左右准备好五大支柱。
2、英国《经济学家》杂志：制造业数字化引领第三次工业革命浪潮今年以来。英国《经济学家》杂志连续刊出了一系列关于“第三次工业革命”的文章，主要观点是：制造业数字化将引领第三次工业革命浪潮。
第一，为什么说新工业革命就是第三次工业革命？《经济学人》的划分标准：第一次工业革命是在18世纪后半叶，以英国纺织机械化为标志的第一次工业革命。我们通常说是蒸汽机，其实蒸汽机最后真正变得工业化是用在纺织机上，然后才引起了一系列的变化。第二次工业革命，是以福特汽车工厂在20世纪初，采用大规模流水线生产为标志。这两次工业革命都改变了社会，改变了历史，也改变了各国的形态。第三次工业革命，就是以3D打印机为标志的工业革命。
第二，制造业数字化将是一场波及全球的产业革命。制造业的数字化进程正从5个方面向前推进：一是更聪明的计算机软件。如，通过虚拟技术，可以在电脑上对产品进行检测并开发新功能，类似的软件同样可以应用于规划厂房的布局和为生产机器编程。二是新材料的出现。如碳纤维已被广泛应用于山地自行车、钓鱼竿、航空器和越来越多的汽车之上。三是更灵巧的机器人。今天的工业机器人，就是像曾经的大型计算机；下一代机器人就如同现在的个人电脑，将非常适用于中小型企业。四是基于网络的制造业服务商。通过互联网，一家欧洲公司可以从另一家位于美国的公司那里获得设计图纸和样品，并在中国找到一家加工企业。五是新的制造方法。如传统制造模式是集中式、追求规模经济的“减式制造”，生产过程中产生了大量的浪费；而3D打印技术可以一层一层地将产品“堆砌”出来，是便于分散化、低成本的“增式制造”，材料没有损失。
第三，“中国制造”的崛起可能被第三次工业革命所终结。新工业革命带来的影响将是颠覆性的，如同纺织厂消灭了手工织布技术，福特“T”轿车让传统手工铁匠下岗。第三次工业革命不仅影响到产品的生产方式，还将影响到产品的生产地点。随着生产成本快速上升和劳动力短缺的出现，传统制造业将大批转移到像越南、孟加拉国、印度这样的国家，而更新更高端的产品，由于有新的数字化制造革命，又会回到发达国家。因此，第三次工业革命对中国这样的制造业大国来说有着相当大的负面影响。
3、中国学者：数字化、智能化
制造成为新工业革命的灵魂国内学者普遍认为，智能软件、新材料、机器人、新制造方法的不断成熟与广泛应用，有力地推动了智能制造技术的快速突破，将产生足以改变人类经济社会进程的巨大力量，第三次工业革命即将到来。主要观点有：
第一，中国科学院院长白春礼：新的工业革命可能使工业生产方式将从大规模生产向个性化生产转变。今年7月，白春礼接受《经济参考报》专访时提出，当前信息、量子、生物等领域发生的一些革命性突破，将深刻改变人类的世界观、认识论和方法论，成为新科技革命和“新工业革命”的科学基础和知识源泉。新的工业革命，可能使生产过程将更关注个性化定制，消费者将在更大程度上参与设计和制造过程，甚至成为生产过程的一个重要环节，生产方式将从大规模生产向个性化生产转变，制造商、供应链的地理格局将发生根本改变。
第二，中国工程院院长周济：数字化、智能化是新工业革命的核心技术。周济认为，“数字化、智能化技术是产品创新和制造技术创新的共性性能技术，它深刻变革了制造业生产模式产业形态，是新工业革命的核心技术。”
第三，国务院发展研究中心冯飞：第三次工业革命的一个特点，就是就地化生产。冯飞提出，第三次工业革命的一个特点，就是就地化生产。比如说数字化制造所带来的便利，贴近消费市场是非常重要的因素，可能会有一些企业回流到市场范围大、市场需求多层次比较突出的一些地区。
第四，中国社科院工经所吕铁：第三次工业革命的主题是制造业“数字化”和“大规模定制”。吕铁认为，第三次工业革命的主题是制造业“数字化”和“大规模定制”。在第三次工业革命浪潮中，终端产品的竞争优势来源不再是同质产品的低价格竞争，而是通过更灵活、更经济的新制造装备生产更具个性化的、更高附加值的产品。
第五，微软公司全球副总裁张亚勤：信息革命支撑起整个能源的分配、生命科学的发展，是新一轮工业革命的灵魂。张亚勤认为，信息革命支撑起整个能源的分配、生命科学的发展，是新一轮工业革命的灵魂。利用信息技术和互联网，将会推动生产制造可以突破时间和空间的限制，进而推动人类社会的生产方式、生活方式和社会管理方式加快向智能化转型。
第六，也有部分学者对第三次工业革命持否定态度。比如，国务院发展研究中心的王俊峰提出，所谓第三次工业革命，应该仅仅是一些学者的提法，技术发展不是单单靠政府的刺激、支持就可以达成的，需要长期的技术积累，有自己的生命周期。又如，北京工商大学的陈及认为，第三次工业革命即将到来的说法是一个噱头。一些高端技术的突破还遥遥无期，无论从目前互联网技术还是从新能源的发展来看，时机都不成熟；只靠一两项技术完不成第三次工业革命。
（三）我们的初步认识
1、第三次工业革命浪潮的到来还需要一个较长的过程，既不可能一蹴而就，也不可能完全替代既有的生产方式和发展模式
首先，第三次工业革命在重点领域技术发展和应用上存在明显局限性。目前，新能源、3D打印、智能制造等引领第三次工业革命的代表领域，受技术、材料、成本、经验、规模经济等因素制约较多，应用范围和应用程度都还较为有限。在现有技术水平、发展模式和竞争格局下，各国都不会完全抛开现有成熟的能源供应体系和使用方式，而采用技术成熟度不高、配套设施不健全，并且没有得到验证过的能源供应和使用模式。同时，受地缘政治、技术突破等因素制约，全球或区域大一统的能源供求格局难以在短时间内形成。根据有关资料，3D打印技术的发明已有10余年历史，最先应用于快速制作概念产品的模型以评估其外形与拟合情况，目前仍因制造速度、材料强度等问题而难以推广。
其次，新一轮工业革命将会是个较长的过程，不可能一蹴而就，也不可能完全替代既有的生产方式和发展模式。历史经验表明，每一项技术从科学原理到技术发明再到广泛应用都需要经历一次较长的转化周期（见表1），每一次工业革命的形成更不会是一蹴而就的。日本早在1989年就提出了智能制造计划，我国在1993年也设立了“智能制造技术基础的研究”重点项目，但时至今日智能制造技术仍不成熟。因此，新一轮工业革命的来临将会需要一个较长的过程，在相当长一个时期内新一轮工业革命催生的新生产方式和发展模式也不可能完全替代既有的生产方式和发展模式。
2、信息网络是第三次工业革命的重要内容，多项关键技术交叉融合成为新一轮工业革命的显著特征。从主要支撑来看，信息网络技术是第三次工业革命的核心。信息网络技术领域正在孕育新一轮的技术革命，新一代信息网络、云计算、物联网、大数据、系统级芯片等新技术、新应用极有可能推动整个工业实现新的飞跃。信息网络对其他产业有极强的渗透作用和倍增作用，会带动互联网、电子商务、文化创意等多个产业强劲增长，创造新的商业模式。信息网络还可以通过与其他产业的融合，催生移动互联网等一些新的产业增长点和数字内容服务等新兴业态。在里夫金构建的以能源互联网为支撑的第三次工业革命中，就是通过信息网络技术与能源技术的深度融合，使太阳能发电、大规模并网发电技术实现突破。信息网络革命是新一轮工业革命的骨架和灵魂，成为推动“第三次工业革命”的关键所在。
从主要特征来看，多个领域的关键技术交叉融合不断催生出新的技术创新成果。信息网络技术、制造技术、能源技术、材料技术的汇聚融合速度越来越快，带来新的技术变革。信息网络技术与制造技术、材料技术的有机结合，使3D打印成为现实，使大规模定制和简单设计成为可能，有望改变传统制造业形态。制造技术与材料技术相互促进，精密加工、机械电子、数控装备等尖端领域不断突破，推动高端装备制造技术的不断发展。高性能碳纤复合材料的新发展，将引发航空工业从设计理念、物流供应链、维修服务到制造的革命性变革。
3、每一次工业革命都将为后发国家成功实现“赶超”打开“机会窗口”，加强技术积累和前瞻部署是把握第三次工业革命历史机遇的重要前提。
从历史经验来看，一些后发国家都是通过及时抓住科技革命和工业革命的机遇，实现了赶超跨越。比如，18世纪的德国，抓住了化学工业发展的机遇，迅速超越了英国。
19世纪末20世纪初的美国，抓住了电气革命的机遇，很快成为世界头号强国。20世纪50年代的日本，抓住了半导体产业发展的机遇，在很短的时间内成为世界经济强国。尽管第三次工业革命目前还存在很多局限性，但技术创新浪潮带来的影响与变革已经不容忽视。发达国家拥有雄厚的技术基础和人才优势，拥有强大的研究开发能力和良好的市场机制，很可能率先在新能源、信息、生物等新兴产业发展方面取得突破，进一步巩固其在全球产业竞争中的主导地位。尽管在部分新兴产业领域技术路线还有多种选择，但这一“机会窗口期”稍纵即逝，如不能抓住机遇实现技术突破，将会陷入新一轮的“低端锁定”。
美国页岩气革命的经验表明，加强技术积累和前瞻部署是实现重大技术突破的重要前提。比如，早在上世纪70年代，美国能源部就组织开展了以泥盆系页岩为重点的页岩气研究。自1981年的第一口钻井到1992年历经10年，美国钻生产井仅99口，开发进程极其缓慢。但在政府的积极部署和各种优惠政策支持下，1999年、2003年、2005年先后攻克重复压裂、水平钻井、水平井分段压裂等一系列标志性新技术，实现了页岩气开发的突飞猛进（见图2）。美国页岩气产量从2005年的194亿立方米，提高到了2011年的1800亿立方米，占美国天然气总产量的34%，迅速转变了美国能源供给的被动局面。
第三次工业革命的五大支柱领域仍然有许多亟待突破的核心技术和关键环节（见表2）。如新能源发电成本较之传统能源在短期内仍不具备优势，适用于能源互联网的储能技术的应用尚处于商业化初期阶段，世界各国智能电网的研究与开发仍处于起步阶段等。可以说，谁能率先在这些领域的核心技术取得突破并产生协同效应，谁就能掌握第三次工业革命的主动权。在迎接新一轮工业革命的过程中，我们一定要瞄准可能发生变革的基础和前沿领域，找准主攻方向，前瞻部署对国家长远发展具有带动作用的战略先导研究、重要基础研究和交叉前沿研究，打通制约技术创新和应用过程中存在的标准、关键共性技术、市场培育和产业支持等瓶颈，为新技术的大规模商用创造条件。
二、第三次工业革命的重要领域
（一）能源互联网
1、能源互联网简介
能源互联网是一种在现有配电网基础上通过先进的电力电子技术和信息技术，融合了大量分布式可再生能源发电装置和分布式储能装置，能够实现能量和信息流动的新型高效电网结构，是新型电力电子技术、信息技术、分布式发电、可再生能源发电技术和储能技术的有机结合。它是以可再生能源发电为基础构建的能源互联网络，通过智能能量管理系统实现实时、高速、双向的电力数据读取和可再生能源的接入和存储，从而进行能源共享。
能源互联网除具备智能电网的自愈性、安全性、高效性、经济型和集成性等特点外，还具有3个自身特点。
一是环境友好。能源互联网的建立是以分布式可再生能源发电的大量应用为基础，以建立智能型绿色电网为目标，具有绿色、环保的特点，也符合当前国家提倡低碳经济的发展需求。
二是实现可再生能源的“即插即用”。传统电力网络主要是面向远端集中式发电，能源互联网可以在电网中实现类似互联网的“即插即用”技术，使电网可以包容多种不同类型发电，尤其是分布式的可再生能源发电。
三是与用户终端的实时交互。在电网运行中，通过智能终端可以实现发电端与用户设备和行为的交互，依托实时的通信构架，既可以对电网运行状态进行精确估计，也可以对负荷、发电端、储能装置等进行实时监控和管理，合理分配电网资源，提高电网的安全性、可靠性和经济性。
2、能源互联网的发展现状
从“能源互联网”的几大支柱看，支撑该领域的关键技术和产业基础参差不齐，都面临着不同程度的制约。
在新能源方面，发电成本不断降低，但暂时仍不足以替代传统发电。彭博新能源财经的数据表明，就现有项目来看，陆上风电的平均发电成本已经跟小水电和大水电十分接近，但是小水电和大水电平均发电成本还是略低于陆上风电。目前美国槽式光热电站度电成本为15-17美分，折合人民币约0.9元左右，美国的报告显示，要在2015年，把这一数字降低到8-11美分，折合人民币0.5元左右，届时才将与传统能源发电成本相当。此外，新能源的上网电价、投资回报率、电量的送出消纳、电费的结算时间都直接影响着新能源的广泛普及。
在能源储存方面，新能源的可存储性显著低于石油、天然气、煤炭等传统能源，适用于能源互联网的储能技术的应用尚处于商业化初期阶段（见表3）。储能技术的定位是功率传输到电量传输，从输电网到能源网转变的核心技术。总体而言，可以引发电力系统的变革的储能技术首先要有一定的规模，达到兆瓦时是一个根本的起点。在这种规模下，还要实现安全运行。此外，其循环寿命和转换效率两个指标最为重要。各种储能技术出现拐点的一个象征性的标志是千瓦时造价达到1500元之内，循环次数达到5000次。预计10年之内，会有某种储能技术能够达到这一指标。
在智能电网方面，世界各国智能电网的研究与开发尚处于起步阶段，大规模应用仍需时日。目前，美日欧均抓紧投资，以便创立并获得对自己有利的智能电网技术标准。但限于智能电网的自愈性、互动化、供电安全等方面的发展还未能满足要求，因此还未能实现能源资源的大范围优化配置。
3、能源互联网技术和应用发展前景
随着能源互联网的支柱性技术逐渐成熟、并相互协同，能源互联网将会使每一处建筑转变成能就地收集可再生能源的微型能量采集器，将氢和其他可储存能源储存在建筑里，利用社会全部的基础设施来储藏间歇性可再生能源，并保证有持久可依赖的环保能源供应。同时，利用网络通信技术把电网转变为智能通用网络，从而让上百万的人可以把周围建筑产生的电能输送到电网中去，在开放的环境中实现与他人的资源共享，其工作原理就像信息在网络上产生和传播一样。此外，还将改变由汽车、公交车、卡车、火车等构成的全球运输和消费模式，使之成为由插电式和燃料电池型以可再生能源为动力的运输工具构成的交通运输网。在全国建立充电站，人们可以在充电站买卖电能。
近期，我国新奥集团提出的“泛能网”，可视为能源互联网的补充和延伸。所谓“泛能网”是指通过能源生产、储运、应用与回收循环四环节能量和信息的耦合，把能源网的能量、物联网的物质、互联网的信息三种“流”融合到一起，形成能量输入和输出跨时域的实时协同的能源管理网络。由于风电与太阳能发电的不稳定性及现有的规模决定其短期内无法支撑起国内庞大的能源需求，因此，传统能源的高效清洁利用和智能供给也是“泛能网”在未来一段时间内的重点解决方案。例如，“泛能网”可以将处于地下的煤加入气化剂实现可控气化，为后续能源产品生产提供低成本的合成气。生成合成气后，再通过气电联产实现发电，将一次能源转化成更为清洁的二次能源。
4、能源互联网带来的变革和影响
一是显著提升能源利用效率。能源互联网拥有储能单元和智能控制平台，从而可以实现能量控制与用户能量需求的实时协同，不同能源通过智能控制平台还可以相互转化，使得能源储运与应用更加智能化，减少不必要的浪费。不但使现有的传统能源得以更加有效的进行调配和供给，也使风电、太阳能发电等目前相对独立的新能源应用得以进行大规模共享。
二是彻底改变能源生产、供应和消费模式。“能源互联网”能够将每一处建筑转变成能就地收集可再生能源的微型能量采集器，让亿万人能够在自己的家中、办公室里和工厂里生产绿色可再生能源，从而改变以往大规模集中生产能源的方式。此外，人们可以将这些能源转化为氢气储存，并用绿色电力为自己的楼房、机器和汽车供电。多余的电力则可以通过一种外部网格式的智能型分布式电力系统与他人分享，就如同人们目前通过网络分享信息一般。
三是推动经济社会向合作和分散关系发展。能源互联网将从能源领域打破长期以来以化石燃料为基础的大规模的寡头垄断、自上而下的组织结构，使社会向合作和分散关系发展。社会的组织模式将趋向扁平化结构，由遍布全国、各大洲乃至全世界的数千个中小型企业组成的网络与国际商业巨头一道共同发挥作用。我们所处的社会将经历深刻的转型，原有的纵向权力等级结构将向扁平化方向发展。同时，买卖双方的对立关系开始被供求双方的合作关系所取代，自利的同时也实现了利益共享。
（二）智能制造
1、智能制造简介
智能制造是以泛在感知、精准控制、智能诊断和人机交互为特征的一种新的制造模式，其基本特点是整个生产线全自动化，生产效率显著提高，极端制造能力增强，加速机器对人的替代。智能制造具有五大特征：
一是自律能力。具有获取信息并以此来决定自身行为的能力，也就是需要智能系统对信息具有一定的分识库来决定自身行为。
二是人机交互能力。人在制造系统中处于核心地位，同时在智能装置的配合下，可以更好地发挥出人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事、相辅相成、相互协作的关系。
三是建模与仿真能力。以计算机为基础，融信息处理、智能推理、预测、仿真和多媒体等技术为一体，建立制造资源的几何模型、功能模型、物理模型，拟实制造过程和未来的产品，从感官和视觉上使人获得完全如同真实的感受。
四是可重构与自组织能力。为了适应快速多变的市场环境，系统中各组成单元能够依据工作任务需要，实现制造资源的即插即用和可重构，自行组成一种最佳、自协调的结构。
五是学习能力与自我维护能力。产品制造是在不断发展和变化的，因此在制造过程中所需要的知识也不断地增加，同时在运行过程中不可避免地会出现故障，为了更好地适应社会对产品制造的要求，需要智能制造系统拥有学习能力和自我维护能力。
智能制造的技术体系主要包括制造智能技术、智能制造装备技术、智能制造系统技术、智能制造服务技术（见图3）。
2、智能制造的发展现状
智能制造的发展主要体现在制造智能技术、智能制造装备、智能制造系统和智能制造服务四个方面。在制造智能技术方面，制造活动中的知识、知识发现与推理能力、智能系统结构与结构演化能力都有了显著提升，在生产的关键环节也有一定的应用。但一些关键技术仍存在较大制约，如感知与测控网络技术标准并未统一，基于云计算的分布智能制造体系结构、任务描述及管理技术还处于概念阶段，面对不确定、不精确、非完整制造信息的分布/混合智能推理技术尚未建立等。在智能制造装备方面，高档数控机床、工业机器人、测控装置等制造装备的智能化水平不断提高，对运行状态和环境的实时感知和处理分析能力、自主决策能力、自我诊断和修复能力不断增强。如目前，工业机器人已广泛用于弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业。在汽车制造业领域，日本每万名生产工人占有机器人的数量为1710台，法国为1120台，美国为770。此外，在德国市场，食品行业大力促进了机器人的利用。机器人制造商认为，在药品和化妆品行业和塑料行业，机器人的投资潜力巨大。
在智能制造系统方面，目前，智能制造系统的发展滞后于智能制造装备的发展。由于制造工艺的日益复杂，制造系统日益庞大，资源环境约束愈发严峻等因素的制约，对制造系统的智能化、柔性化、绿色化等方面提出了越来越高的要求。如石化、冶金、建材等连续制造业能源资源消耗大、排放高的问题迫切要求智能制造系统能够进行固体废弃物质能分选、智能化除尘、智能工业清洗及污水处理等功能。
在智能制造服务方面，智能制造服务是制造业服务化的具体体现，环境感知与控制的互联技术、工业产品智能服务技术等分别在物流服务、离散/流程制造等领域已有初步应用，但目前总体正处于起步阶段。在智能制造服务的共性关键技术领域，仍存应用障碍。如制造与服务的智能集成共享与协同技术当前缺乏统一的定义、描述和表达标准，云计算为智能制造服务环境架构的数据安全性难以保障等。
3、智能制造技术和应用发展趋势
智能制造技术的突破及广泛应用正催生智能制造产业。其技术和产业发展呈现四大趋势：
一是建模与仿真使产品设计日趋智能化。建模与仿真通过减少测试和建模支出降低风险，通过简化设计部门和制造部门之间的切换压缩新产品进入市场的时间。
二是以工业机器人为代表的智能制造装备在生产过程中应用日趋广泛。新一代工业机器人会抓取、装运、暂存、拾取零部件以及进行清理打扫等，这些技能让它们可以应用于更广泛的领域。同时，工业机器人自动化生产线成套装备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。
三是全球供应链管理创新加速。以云计算为代表的新一代信息技术的发展和应用将为智能制造提供一个动态交互、协同操作、异构集成的分布计算平台，进一步促成全球供应链的一体化，世界各地的企业将利用基于互联网的智能管理技术实现生产制造全过程的实施协同，从而缩短了满足客户订单的时间，提升了生产效率，使得全球范围的供应链管理更具效率。
四是智能服务业模式加速形成。企业通过嵌入式软件、无线连接和在线服务的启用整合成新的“智能”服务业模式，制造业与服务业之间的界限日益模糊，融合越来越深入。产品的制造已不再单纯代表工业品本身，而倾向于提供一种“体验”，服务供应商如亚马逊、谷歌等众多公司已纷纷对制造业领域进行整合。
4、智能制造带来的变革和影响
一是推动制造业生产方式的变革。未来的制造将是由信息主导的，并采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理方式的全新的制造业。信息技术将促进设计技术的现代化、加工制造的精密化、快速化、自动化技术的柔性化、智能化。智能制造技术的广泛应用将改变制造业的设计方式、生产方式和管理方式，大幅提高制造系统的柔性化和自动化水平，使生产系统具有更完善的判断与自适应能力。
二是促进工业生产组织形式向网络化和虚拟化转变。智能制造将通过互联网的协同机制，在新的数字化生产技术的促进下，将创造虚拟的产业集群，从而使可以称为社会化生产的新制造方式成为可能，导致工业生产组织形式的改变。跨国企业通过网络将产品价值链分解到不同国家的配套协作企业，产品生产过程由全球范围内多个企业高效、快捷合作完成，企业间以网络方式跨越边界与环境建立紧密联系。
三是加快制造业服务化进程。智能制造使制造业和服务业的关系更加密切。制造企业可以通过在线获取生产所需要的各类智能制造服务，使生产要素的配置成本降到最低。在销售过程中，可以借助智能制造系统使最新产品在短时间内销往全球各地的目标客户。同时，智能制造装备是整合信息系统、配套软件、操作程序以及维护服务等在内的一个完整的服务系统，所提供的服务价值比重远超实体价值的比重。
（三）3D打印
1、3D打印简介
3D打印机诞生于20世纪80年代中期，由美国科学家最早发明。其基本原理是利用特殊的耗材按照由电脑设计的三维立体模型，通过黏结剂的沉积将每层粉末黏结成型，最终打印出3D实体。打印过程可分两步，一是在需要成型的区域喷洒特殊的胶水；二是均匀喷洒粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，没有胶水的区域仍保持松散状态，重复这一过程直到实体模型被“打印”成型（见图5）。
起初，3D打印被认为是一种制作一次性样品的方式，目前已能够制造产品零部件乃至最终产品（见表4）。根据有关资料，2009年应用3D打印制造的产品中，16%为最终产品、21%为零部件、23%为模具。
2、3D打印技术的优势和局限性
与传统制造技术相比，3D打印技术具有以下优势：
一是增强产品的空间几何多样性。如无需加工组装，可直接制造弯曲的内部冷却通道、复杂的蜂窝型物体（如图6）。
二是提升制造速度和精准度。3D打印技术减少了将零部件组装为整机的过程，直接制造完整的最终产品，有效降低了生产线上人员分工协作的时间，实现了快速制造。并且可以保证设计者思想的准确实现，提高了制造精准度。
三是简化制造流程。传统制造技术条件下，要改变产品形状必须制作新的铸型，或者调整装备的设置。然而，3D打印技术生产不同形状的产品，只需更换所参照的电子文档。以生产两颗完全不同的假牙为例，3D打印能够只用一台机器、不做任何配置改变，就将两颗假牙连续地生产出来。
四是普遍提高全球各地区制造能力。将相关电子文档发送到全球任何一台3D打印机上（具有适合型号），完全依照电子文档就可以实现产品的自动化制造，这普遍提高了全球各个地区的制造能力。
五是减少物料和能源消耗。3D打印技术不产生边角余料，所使用的原材料量恰好等于最终产品需要的材料量，减少了物料浪费；并且打印制造出最终产品，无需过多的零部件供应环节，减少了各环节生产及运输过程中的能源消耗。
目前，3D打印技术仍具有一定的局限性（见表5）：
一是难以应用于大规模制造。在目前3D打印技术条件下，平均1小时能制造一个边长1.5英寸的立方体。但在传统制造的铸型技术下，只需1分钟就能制造出几个类似体积的物体。制造速度的迟缓制约了其在大规模制造中的应用。
二是产品质量难以保证。目前3D打印的原材料主要是塑料聚合物，这种聚合物不易标准化，而且硬度低于同类工业原料。因此，用这种材料生产出的产品质量很难保证。
三是难于广泛开展产业化实践。在3D打印技术产业化应用的条件下，设计往往是联合完成的，但目前仍缺少相关法律法规界定此状态下的商标、版权、专利等归属。而且当设计出现问题时，相关责任也需要进一步明确。相关法律法规的不健全，使得3D打印技术产业化还难以广泛开展。
3、3D打印技术和应用发展趋势
未来5-10年，随着技术的不断进步及市场需求的扩大，3D打印技术将呈现以下趋势：
一是3D打印速度和效率将不断提升。经过几十年的探索与发展，3D打印技术已能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米；较先进的产品可实现每小时25毫米高度的垂直速率。随着开拓并行、多材料制造工艺方法的采用，打印速度和效率有望获得更大提升。
二是3D打印材料更加多样化。随着先进材料的不断发展，将开发出更为多样的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及其他方法难以制作的复合材料等，金属材料、直接金属成型技术将会成为今后研究与应用的新兴领域。
三是3D打印机成本大幅下降。当前，3D打印机价格大多在百万美元以上，但随着技术进步、相关知识产权逐渐过期直至实现规模化生产，3D打印机价格有望大幅下降。目前，3DSystems和Autodesk已推出了DIY的1500美元左右的产品，最简单的3D打印机的价格甚至已达到了800美元。
四是3D打印机应用领域更加广泛。目前，3D打印机已开始用来制造汽车、飞机等高科技含量零部件、皮肤、骨骼等活体组织。专家预计，3D打印机在生产应用方面有着巨大的潜力。3D打印技术在珠宝首饰、鞋类、工业设计、建筑、汽车、航天及医疗方面（牙科）都能得到广泛的应用。
五是简单组装生产或直接完整制造将成为3D打印应用的路径。简单组装生产模式下，3D打印技术生产出较少的零部件，然后由传统组装方式制造，这样可以节约成本。
直接完整制造模式下，在离终端用户较近的地方，直接打印制造出完整的最终产品。例如，根据客户需求直接“打印”出几千台不同版本的iPhone后，快速配送至消费者。这要比在中国大规模生产出几亿全相同的iPhone，然后运输到全世界180多个国家成本更低。
4、3D打印技术带来的本质变革一是制造技术迎来重大飞跃。
一是3D打印技术改变了通过对原材料进行切削、组装进行生产的加工模式，节省了材料和加工时间，带来了制造工艺的深刻变革。同时，还将推动新材料、智能制造和堆积制造等多项技术实现大的飞跃。
二是工厂化生产转向社会化生产。随着3D打印技术不断成熟，成本不断降低，小型企业甚至是个体都能独立完成制造程序。届时，除必要的实物生产资料和产品外，生产组织中的各环节可被无限细分，创新者转变为制造者的成本迅速降低，从而使生产方式呈现出社会化生产的重要特征。
三是推动世界制造业格局由“中国制造”向各国“本地制造”转移。
四是推动其他科技领域突破发展。利用纳米材料为原料进行3D打印制造的产品可广泛应用于遥感、分离、等离子体光学、催化、纳米电子、生物成像等领域，将有利于加快纳米技术和纳米材料的发展。利用3D打印技术制造人体器官，将与病人自身细胞的内部结构完全一致，这将有助于消除器官移植后的排斥现象，带来重大生物技术革命。
三、第三次工业革命给我国工业发展带来的机遇和挑战
第三次工业革命的到来，在对传统制造业发展模式带来冲击和挑战的同时，也为提升我国产业国际竞争力和国际分工地位提供了有力支撑，必将成为我国加快经济结构调整和发展方式转变的核心驱动力。
（一）带来的机遇
1、为我国加快结构调整和发展方式转变带来重要机遇
第三次工业革命为我国实施扩大内需战略和现代服务业发展带来了重要契机。“大规模定制”是第三次工业革命的一个突出特点，要求充分重视市场需求在未来产业发展中的重要作用。中国将能充分利用我国13亿人口的消费能力和消费层次双“提升”的有利条件，通过“大规模定制”快速开启国内市场需求。此外，工业机器人等新型智能制造装备将在生产环节大量取代劳动力，并且随着制造业服务化的步伐不断加快，制造业的主要就业群体将是为制造业提供服务支持的专业人士，这就使得二、三产业的相对就业结构朝着服务业就业人口比重增长方面发展，从而加速我国产业结构调整和优化。
2、为我国突破资源环境约束创造了有利条件
以能源互联网和智能制造为代表的第三次工业革命有利于实现资源能源高效清洁循环利用、达到环境影响最小化。一方面，第三次工业革命所带来的能源互联网将对能源生产和利用方式产生深刻变革，有助于使我国直接绕过传统能源和资源的束缚。我国拥有世界上最丰富的风力资源，也是世界上太阳能资源最为丰富的国家之一，生物能与地热能的总量也相当可观。根据2009年一项由哈佛大学与清华大学的联合研究表明，只要中国提高补贴并改善能源供给网络，至2030年风力发电就可以满足中国所有的电力需求，从而在解决能源供给问题的同时，迈入更加绿色低碳的经济发展轨道。另一方面，第三次工业革命将引领更少资源消耗、更低环境污染、更大经济效益的先进经济模式，如3D打印、智能制造等技术将根据需求的变化快速做出反应，而无需预备大量库存。产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期，对环境的负面影响最小，资源利用率最高，实现经济效益和社会效益协调优化。
3、为我国工业提升国际分工地位形成新的契机
经过改革开放30多年来的快速发展，我国工业实现了历史性跨越，但我国还不是“工业强国”，其中最主要的差距是自主创新能力不强，在技术方面一直处于跟踪和追赶状态，特别是许多关键核心技术还远远没有掌握。第三次工业革命将掀起以能源互联网、智能制造等为代表的新一轮重大科技创新浪潮，为我国实现跨越式发展带来历史机遇。在新一代信息技术领域，我国拥有华为、中兴等世界级领军企业，第三代移动通信、光通信技术与组网能力也跨入了世界先进行列，云计算、无线网络等技术创新取得明显突破。在新能源领域，我国是世界最大的风力涡轮机生产国和太阳能电池生产国，太阳能电池产量占世界总量的50%。能源互联网、3D打印和智能制造等技术将推进“本地化生产”进程，庞大的市场需求将有望成为我国抓住第三次工业革命重大契机，提升产业核心竞争力和国际分工地位的重要依托。
（二）面临的挑战
1、对劳动密集型产业发展带来较大冲击
未来“厂大人多”的时代将一去不复返，我国劳动密集型产业发展将会受到冲击。
从技术发展来看，生产智能化成为控制成本的重要途径，我国传统劳动密集型产业将不再具有竞争优势。以飞利浦为例，在中国沿海的飞利浦工厂，雇佣数百名工人组装电动刮胡刀，这是典型的传统生产模式。与此相比，飞利浦在荷兰乡间的一座工厂有128具机械手臂，以极灵巧动作组装产品，这些手臂不但运作速度快，还不用休息，每天可连做三班、全年无休。该工厂每班轮值员工只有数十人，约为中国工厂的10%，成本节约优势不言而喻。从消费模式来看，个性化消费必将带来规模化的定制化生产，从而带来全面的消费革新。我国劳动密集型产业所依赖的规模化的产品生产和消费方式必将受到挑战。以苹果iPad为例，一部499美元的苹果iPad仅仅包括33美元的制造成本，在中国的装配成本只有8美元。当前，一些公司正将海外生产线逐步迂回发达国家，这并非仅仅由于中国生产成本的上升，也由企业希望更加贴近市场、更快对需求改变作出反应的因素。如今，很多产品变得越来越复杂，最好的解决之道就是让设计人员和制造人员在同一个地方工作。
2、对我国工业企业的转型发展提出了紧迫要求
新工业革命对工业企业发展模式的影响是全方位的，要求企业必须尽早做好转型准备。从企业内部组织结构看，未来将会出现企业组织网络化和扁平化。企业的外部边界模糊，使得企业组织与外部市场联系在一起，把整个组织的触角伸到了市场的各个角落。企业结构层次将精简化，组织中的等级制度将淡化。对于长期实行科层管理模式的中国企业来说，上述变化将对我国现有工业企业管理模式带来挑战。
从企业外部组织来看，传统以空间集聚、地理集中为特征的产业集群可能逐步向以分散布局、异地协同为特征的虚拟集群演变。未来，借助于发达的信息、通信手段以及网络平台，产业集群的集聚范围、内容和形式会快速变化，传统的地理集群的空间局限正被逐渐突破，并形成网络意义上的集聚。这可能会对地方经济发展带来较大影响。
从支撑企业发展的要素来看，未来劳动力、土地、资本等传统要素在支撑企业发展中的作用会下降，创新要素发挥的作用会越来越大。而我国工业企业原始创新不强问题由来已久，建立企业、区域、国家多级创新体系非常紧迫。
3、对支撑工业发展的制度安排带来挑战
当前，我国工业发展的制度安排与未来新的产业发展要求并不适应。主要表现为以下几点：
第一，知识型员工要求教育制度做出改变。未来知识型员工将成为核心竞争资源。在第三次工业革命中，大部分生产工作将由机器人承担完成，而剩余的劳动力则需要成为机器维护员、软件设计者，通过操纵智能软件管理机器人完成生产任务。这种生产方式下，生产人员要有很高的知识水平和技能，要对客户的需求做出快速响应，还要具有良好的设计能力与创意。目前我国普通教育和职业教育都存在种种弊端，需要加以完善。
第二，社会化生产需要广泛的参与性。我国现有工业化是一种赶超型工业化。政府和国有资本在资源配置中具有主导作用，民间资本很难介入。未来工业生产组织中的各环节将被无限细分，从而使生产方式呈现出社会化生产的重要特征，我国现有生产分配方式如不改变，将会制约生产社会化。
第三，产品数字化需要加大知识产权保护力度。未来各种数字化产品具有容易复制、传输方便和形态多样的特点，这类知识产权涉及的社会关系、权利内容等都更为复杂多样，这对于确定知识产权所有人和有关权属等带来挑战。在这一背景下，对各类侵权行为的确认以及各类知识产品的保护将变得更加困难。我国知识产权保护意识薄弱的现状如不能做出改变，新工业革命在我国就很难成行。
四、下一步工作建议
（一）加强对第三次工业革命重大问题的战略研究
当前，亟需组织一定人力资源，成立相关课题组，加强对重大问题的战略研究。一方面，深入研究第三次工业革命的内涵特征、重点领域及其影响，正确认识第三次工业革命的内涵特征，特别是可能对我国工业发展带来的重大影响和冲击。另一方面，分析研究支撑第三次工业革命的产业基础、技术体系、创新管理、教育制度等基础条件，为迎接第三次工业革命提供理论研究支撑。
（二）跟踪关键领域技术路线和发达国家发展动向
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智能化机械工程是继传统机械工程技术发展起来的一种自动化控制技术，智能化机械工程主要由现代机械设备组成，机械装置具有复杂性与精巧性的特征，也能够制造出更为精确的产品，因此可以在理论创新与实际问题的解决方面发挥重要作用[1]。本文简单探讨了机械工程智能化的发展趋势问题，旨在为智能化机械工程实现进一步推广提供参考依据。
一、智能化机械工程的特征
机械工程的智能化发展指的是采用智能化管理方法、设备及技术，有效转变传统机械工程，使传统机械工程实现智能化运作与发展。智能化机械工程具有以下特征：（1）高品质、高效率。在机械工程中应用智能化技术能够减少生产能耗，并可以延长生产链，如从机械生产延伸至生产管理、产品销售及再回收等过程，同时保证高效率生产产品及提高产品的品质。（2）四流交汇、四维集成。人、机、硬件、软件相互交流与集成是智能化机械工程的基本特征，四流交汇与四维集成保证了智能化机械工程的高效性与智能性，这对于机械工程的发展有着非常重要的作用[2]。（3）节能与环保。节能环保是机械工程发展的重要趋势之一，利用传统机械工程技术的过程中难免会产生污染，且污染产生后治理难度较大。智能化机械工程中所使用的技术与设备均具有节能环保的特点，能够减少污染物的排放，避免以牺牲环境作为发展机械工程的代价。
二、机械工程智能化的发展趋势分析
（一）网络化与信息化发展趋势。网络化与信息化是机械工程朝智能化方向发展的主要趋势。就信息化发展趋势而言，与机械工程相关的企业正在不断改革自身管理体系，并注重通过智能化技术改善内部管理环境及利用外部环境，确保机械工程能够在信息化管理环境中实现进一步发展。目前EPR（企业资源计划系统）及MRPII（制造资源计划）等在企业中的广泛应用为智能化机械工程的信息化发展提供了有利条件，同时也能够使机械工程在虚拟企业、动态联盟、电子商务、网络物流等领域中发挥非常重要的作用。机械工程在信息化管理领域中的应用也能够加快智能化机械工程的信息化发展。例如，在对机械工程中的机电产品进行研发时，通常会应用到信息技术，在选择机械加工设备时，通常会优先考虑数控式加工机床等含有智能化信息技术的机械设备。商业化智能机械研发机构的出现也为机械工程的信息化与网络化发展提供了必要条件，目前已有研发机构成功利用智能CAD（计算机辅助设计）技术、智能数据处理技术等设计及开发新型机械产品，并逐渐朝CAM（计算机辅助制造）、CAPP（计算机辅助工艺过程设计）等方向发展[3]。此外，机械工程生产体系的网络化发展趋势尤为明显。智能化机械制造系统以人机结合为主要特征，目前制造模式已经得到了优化，生产体系注重以人为本，并确保机器智能与人类的智能能够实现有效结合，因此可保证调度计划与生产计划能够组成智能化控制网络，确保机械工程的智能化控制系统具有可重构性。例如，可以重构路线调度数量品种，适应机械加工设备及组成方案等。
（二）集成化与自动控制化发展趋势。随着机械工程智能化研究的不断深入，智能化机械应用集成化与自动化控制技术的趋势也表现得越来越明显。在机械工程领域中，基于单机集成与智能控制的自动化换挡系统已经得到了推广与应用，自动化换挡系统主要分为液压式换挡系统与电液式换挡系统，应用以上两种系统后不但可以改善机械设备的使用性能，提高机械工作效率及作业质量，同时还能够使机械操作人员的劳动强度得以减轻。另一方面，机械工程中所使用的监控技术、检测技术、远程诊断技术及维护技术等也已经逐步实现了智能化，并具有明显的集成化与自动化控制的发展趋势。例如，智能化电子诊断技术与监控技术能够实现在线智能检测、预报及检测机械设备的运行工况，同时还可以自动将故障诊断及维修数据发送给机械操作人员，方便操作人员集成化控制工程机械。近些年国外部分厂家已经可以在电子监控装置当中安装数据输出接口与数据存储接口，这就能够为机械工程中故障数据的记录提供有效的物质基础，当得出故障数据后，机械维护或操作人员便可以根据故障代码输出结果分析故障情况，因此有利于精确确定机械故障类型及故障点。此外，集成化与自动化控制的发展趋势还体现在了网络机群方面。网络机群是机械工程智能化的具体体现，实施网络机群管理能够优化配置多机种及高性能机械，确保各类机械充分发挥协同作用。
（三）产品智能化与人工智能化发展趋势。在机械工程本身不断实现智能化的同时，机械工程中的产品也逐渐朝智能化的方向发展，同时在机械工程领域中应用人工智能化及计算机科技技术的发展趋势也变得越来越明显。智能化、多样化及个性化的机械产品能够更好地满足消费者的需求，其中智能化机械产品具有广阔的市场前景。例如，索尼公司开发的智能化娱乐机器狗（爱宝）投入到市场后受到了广大消费者的欢迎，同时也带来了巨大经济效益。机械工程领域中的智能化产品多能够模拟人类大脑所具有的控制功能、分析功能，因此可以实现共同控制与定时控制。在机械产品中安装位置、压力及温度传感装置等，不但可以高效感知与分析外界信号，同时还能够及时处理信号。例如，机械产品中的分级控制可以通过电子电路、SCM（ 供应链管理）及显示管等的灵活配置实现。人工智能化与计算机科技技术的应用也加快了机械工程智能化的发展进程。现代科技技术从研发到应用之间的周期正在不断缩短，机械工程中应用的人工智能化技术也变得越来越多，人工智能与计算机智能的结合已经成为机械工程技术研究中的热点，研究的关键点在于解决知识节点划分与模块共享之间存在的技术难题，以便可以协调人工智能、产品智能与计算机智能之间的关系。此外，机械工程智能化知识资源为智能软件的设计提供了必要依据，如MAS技术（移动服务器）、DPS技术（数据保护）等的应用不但提高了机械工程的人工智能化水平，同时还能够提升机械产品的制造质量，降低产品生产成本。因此能够加快机械工程的智能化发展。
结束语：综上所述，机械工程在人类文明发展的过程中起到了非常重要的作用，智能化机械工程的出现将机械工程带入了一个崭新的发展纪元。机械工程智能化的发展趋势是多样化的，包括网络化、信息化、人工智能化与产品智能化等，只有把握好机械工程智能化的发展趋势，才能够丰富机械工程领域的内涵，并由此加快机械工程的发展。
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1 引言
所谓的工业4.0，是指利用物联信息系统将生产中的供应，制造，销售信息数据化、智慧化，最后达到快速，有效，个人化的产品供应。而在如今制造业开始逐步应用智能化技术的背景下，工业4.0的出现，则能更好的推动制造业智能化技术的发展。基于此，本文就工业4.0推动制造业智能化技术的发展进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
2 智能技术系统
2.1 三大技术发展加速催生新一代技术系统
进入21世纪以来，信息与通信技术取得了突破性进展，出现了如下3个重要的技术发展趋势。
(1)电子部件的微小型化。
随着超大规模集成电路技术的突破、电子设计自动化的广泛应用以及半导体工艺的迅速发展，新型微控制器和8核、16核等多核微处理器研发速度明显加快，新产品不断问世。这些新型电子部件具有集成度高、可靠性与性能价格比高、抗干扰能力强以及功耗低等优点;平行计算功能极大地提高了信息处理能力，为智能技术系统的研发创造了优越的硬件条件。
(2)软件成为创新的驱动力。
由于功能的增加、产品用户特定需求的增加、交付要求不断变化、不同技术学科和组织日益融合以及不同的公司间合作形式迅速变化等原因，工业产品及其相关的制造系统变得越来越复杂。特别是具有嵌入式软件的系统，其复杂性还在快速地增加，管理这样复杂的系统，其难度越来越大。
(3)工业生产系统网络化。
过去二十年，互联网很好地解决了人与人之间的互联互通，并颠覆了与人密切相关的一些传统行业。今后，随着技术的不断发展，互联网将要实现物与物的互联互通，进而实现信息世界与物理世界的融合，于是产生了物联网。工厂生产系统需要完成控制功能，为了将控制技术融入互联网，在将物理设备联网的同时，也要将计算与通信嵌入实物过程，并使其与实物过程密切互动，从而出现了信息物理融合系统，又称工业互联网，它将互联网的发展推向了新高度。
2.2 智能技术系统的定义与特征
以上3个技术发展趋势加速了机电一体化系统的升级。新一代技术系统将以机械学、电气/电子学、控制工程、软件技术和新材料的紧密相互作用为基础，通过“嵌入式智能”产生一种超越机电一体化的新系统。在这里，信息技术将与诸如认知科学、神经生物学和语言学等非技术学科相融合，跨学科融合不断研发出过去只是在生物系统中才使用的新的集成方法、技术和规范，使用这些方法、技术和规程可以将感知、认知和执行功能集成融入技术系统，这样的技术系统称作智能技术系统。
智能技术系统具有自动适配功能，适应力强，并且使用方便。同时，系统还具有节约资源、可进行直观操作以及可靠性高等特点。
通常，智能技术系统都具有如下主要特征。
适应性，即智能技术系统能够与所处的环境相互交互，并能自治地适应它们的运行模式。按照这种方式，在设计人员设定的框架内，智能技术系统能够在运行期间逐步完善，从而确保它们能够长期保持最佳使用状态。
坚固性，即智能技术系统能够在动态环境中灵活和自治地运行，甚至能够在开发设计者不希望或未曾预见到的环境中运行。系统能够处理不确定或者不足的信息，确保至少达到某种使用等级，满足各种要求。
可预期性，即以经验积累的知识为基础，智能技术系统能够预测未来的效果和可能的情况。按照这种方式，系统能够早期识别出风险，并能及时选择和执行适合的策略，迅速解决问题。这样一来，系统就能够更有效地实现目标。
用户友好性，即智能技术系统能够适应用户指定的特性，能与用户进行合理的交互。对用户而言，系统具有一定的理解能力。
3 认知信息处理参考模型及其模块的研制
3.1 非认知系统与认知系统
信息处理方法是推动机电一体化向智能技术系统升级的主要推动力。机电一体化系统与智能技术系统的信息处理方法是不同的。机电一体化系统在传感器和执行机构之间提供一种反应式和固定的耦合。而智能技术系统则类似于具有认知的生物，能够变更这些耦合。认知处理不会取代直接的和反应式耦合，它会与后者共存。认知系统和非认知系统的比较如图1所示。
3.2 认知信息处理参考模型
如上所述，认知科学完全参照认知生物的行为，以此为基础创建了智能信息处理技术。因此，评价一个系统是否具有“智能“，应该看该技术系统是否具备如下3个特殊的特征：
(1)主动嵌入到环境中，并能够与所处的生产场景环境交换信息;
(2)借助周围环境与系统相关信息的内部表达，产生灵活的、与环境相适应的控制动作;
(3)具有学习和参与综合信息处理的能力。
3.3 操作器-控制器智能模块的研制。
为了实现STRUBE认知信息处理3层模型，德国帕德博恩大学Jugen Gausemeier教授领导的研发人员开发了用于自寻最优系统的操作器-控制器模块。在这里，信息处理分成3级，即控制器、条件反射操作器和认知操作器。
控制器的主要任务是按照更优的方式控制基本系统的动态性能。其控制回路是获取测量信号和确定调节信号十分有效的链路，因此称它为“原动”回路。该级软件在硬实时条件下运行。大量控制器配置能够由控制器本身完成。
条件反射操作器的操作能够监视和指挥控制器。它不能直接访问系统的执行机构;但是它能够通过改变参数和结构，完成对控制器的修改。条件反射操作器本质上是面向事件的，它与控制器紧密相连，其按硬实时方式处理事件。作为认知操作器的连接部件，条件反射操作器可以当作控制器和那些软实时或不能实时工作的部件之间的接口。它将进入的信号过滤，并将其送给下一级。条件反射操作器负责若干OCM之间的实时通信，这些OCM一起构成一个自寻最优控制系统。
认知操作器位于OCM的最高一级，系统能够采用各种方法(诸如学习方法、基于模型的最佳化方法或基于系统的知识的系统方法)，去使用它本身和其周围环境的信息，以提升它自身的性能。在这里，特别要强调能够实现自寻最优的认知能力。
4 智能子系统与智能网络化系统
智能技术系统具有两种结构形式，一种是子系统基本结构形式，即智能子系统;另一种是组群结构形式，称作智能网络化系统。
对于大型机械装备或生产流水线，为了完成各种各样的功能，通常都由几个子系统构成，它们被看成是一个相互作用的组合体。这些智能子系统在地理位置上是分散的，通常采用分布式结构，它们彼此之间需要进行通信和协调，从而形成了网络化系统结构。但是，由此产生的网络化系统的功能作用仅能通过单个系统间的交互作用呈现出来。无论是网络还是单个系统的角色都是静态的，而要完成整体功能作用，就需要借助于通过动态改变来实现。在过去，这完全是分开考虑的问题，诸如一方面是云计算，另一方面是嵌入式系统。现在，我们可以采用最新的信息物理融合系统(CPS)的途径进行集成。
5 智能技术系统的实现
从2007年开始，德国科技创新主要依靠分布在全国各地的15个前沿技术创新集群，每个集群都主攻一个专业方向。“it’s OWL”北威州创新集群专注于智能技术系统产品与系统的研发，它是欧洲具有最强产品开发能力的地区之一，其愿景是成为全球智能技术系统市场和技术的领导者。该集群共有174个成员，包括25个工程和顾问咨询公司、25个核心公司和78个基本公司、6个高等院校以及10个竞争力中心。2012年2月，某教研部投入1亿欧元，支持45个产品和生产的研发项目，计划用5年时间完成。这些项目分为平台、创新及可持续项目3种类型。
平台项目，即为推动集群内各家公司在今后几年内进入智能技术系统业务领域，以及实现技术成果向大量中小型企业转移，创建自寻最优控制系统、人机交互、智能网络、能源效率以及系统工程等5个最基本的技术平台。
创新项目，即系统集群内的核心公司为实现战略目标，基于上述技术平台，开发子系统、系统以及网络化系统等具体产品和解决方案。
可持续项目，即这些项目研究采取7种有效措施，在政府计划支持的时间结束后，仍然能保持长期的可持续性。特别是在这些项目内，中小型企业在今后几年仍然能够自身实现智能技术系统的开发工作。
6 工业4.0智能自适应生产系统产品与应用
某公司为了实现工业4.0“智能生产”战略目标，按照智能技术系统的技术概念，研发了自适应生产系统。该系统采用分散式模块化结构，并使用公司最新研制的即插即生产智能化网络技术。分散式模块化结构意味着整个生产过程所使用的机械、控制和通信系统全部采用模块化设计，这就使得生产制造系统能够按照工艺和生产的要求任意组合，系统的适应性可以通过插入或移除其中的模块来实现。
即插即生产技术具有自寻最优特性和即插即生产网络自配置功能。自配置功能是建立在实时通信系统的自配置方法和生产系统、模块和部件语义自描述能力的基础上，无须使用任何工程工具。生产制造系统通过分析与理解外界及自身的信息，对系统中各组成部分进行自动协调、重组与扩充，实现对产品的数量、种类、性能和质量的自动适应，从而最佳地完成不断变化的工作任务。该自适应生产系统已成功用于公司的I/O装置生产线，取得了满意的效果。按照计划，自适应生产技术与系统产品即将推向市场。与此同时，“it’s OWL”创新集群的各成员公司也将分批各种类型的智能技术系统的产品和系统，并在传统的机电一体化系统用户领域推广应用。这些创新的技术与产品，将为制造企业，特别是中小型制造企业的转型升级创造理想的条件，也为工业4.0的实现提供了具体路径和解决方案。
7 结束语
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智能控制系统在机电一体化的发展过程中具有重要的核心地位。尽管智能控制技术是近年来才被研发应用的新技术，但其发展速度却是非常快的，目前智能控制系统已经被广泛应用在多个领域，并发挥出良好的功能作用。
1 智能控制的特征
智能化技术在发展过程中所具有的特征主要表现在以下几个方面：第一，对智能控制系统核心的高层控制管理；第二，具有非线性的特点；第三，智能控制系统具有一定的可变性；第四，智能控制系统的整体结构上有着忧特性；第五，智能化技术的系统的应用可以有效的满足当前社会发展的多样性；第六，它是一项综合性的科学项目将许多许可的先进理念都很好的融入其中；第七，它是以计算机技术为基础的。由此可见，智能化系统在实际应用的过程中存在着较强的学习功能和组织功能，它可以将许多先进的学科技术融入到其中从而满足人类社会发展的需求。而将智能控制应用到机电一体化当中，不仅可以有效的提高机电一体技术的应用范围还使得机电一体化机械可以各种先进的科学技术有效的融合在一起进而促进社会经济的发展。
2 智能控制与机电一体化的关系论述
自21世纪的到来，智能化控制技术得到了有效的发展，并且广泛的应用到社会经济发展的过程当中。而将智能控制应用得到机电一体化技术当中，不仅为机电一体化提供了一个广阔的发展空间，还有效的促进了工业化的生产为人类社会工业产业化的发展打下了扎实的基础。目前，我们除了将智能控制技术应用到机电一体化当中还将许多先进的科学理论融入其中，从而形成了许多新思想、新理论为机电一体化技术的发展提供了良好的发展前景。
3 智能控制在机电一体化系统中的应用优势
作为机械工业与微电子工业未来发展的主要方向，机电一体化必将会在以后的机械设备生产中占据主要技术地位，而智能控制系统技术也将会得到更进一步的发展。智能控制系统相较于传统的自动化控制系统来讲，在机电一体化系统中是具有更大的应用优越性的。
3.1 完善机电一体化系统的性能
由于智能控制系统主要是在外部环境和控制器的作用下实现控制作业的，因此其控制指令的形成是直接根按照外部环境的变化趋势来确定调控方案，这就省去了中间模型分析的环节，使机电一体化系统的性能更加快捷高效，工作精度更高，设备性能得到很大完善。
3.2 提高机电一体化的工作效率
采用智能控制技术能够实现机械设备依据操作人员所发出的命令编码自动进入工作状态，继而按照流程顺序完成系统运行，这样就仅仅只需要人力完成第一步指令输入即可，极大的提高了系统的运行效率，避免了因人为因素而引起的失误影响到工作效率。
3.3 增大机电一体化系统的安全可靠性
在机电一体化系统中，智能控制系统可以实现有效的智能控制，从而合理地调控设备中的结构或运行程序，这样就能够在很大程度上确保机电一体化系统的安全可靠。
4 智能控制在机电一体化系统中的主要应用
4.1 机械制造领域中的智能控制应用
机电一体化系统的重要组成部分之一就是机械制造，目前，智能控制随之也被广泛地应用于机械制造行业。把智能控制技术应用于工程机械领域能够提高工程机械各种故障的自我诊断能力，提高了工作效率和工程质量，解决了传统控制力一直无法很好适应多变复杂对象的难题。特别是在一些特殊的情况工况中可以实现无施工人员的智能化、高质量的施工。向智能机械制造技术的方向发展是当前最先进的机械制造技术，其发展的基本原理是模拟人类制造机械的活动，利用先进的计算机技术及其它信息技术工具取代一部分人的脑力劳动。它可对制造过程进行动态环境建模，利用模糊数学、神经网络的方法通过传感器融合技术将进行预处理采集的信息，并采用“Then-If”逆向推理修改控制机构或者选择较好的控制模式和参数。 而对于一些残缺不全的信息而言，它利用模糊集合和模糊关系的特性，可以将一些模糊的信息集合到闭环控制中的外环决策机构来选取相应的控制动作，并利用神经网络的学习功能具有行处理信息的能力，对于残缺不全的信息进行在线的模式识别。在高新科技和信息时代的引领下的背景下，人力操作为主的机电相关机械制造已经不能够适应时代的节奏，未来其主要发展方向就是将智能控制及其相关科学技术与传统的机械理论进行有效的融合。目前，工程机械的智能化主要体现：工程机械单机集成化操作与智能控制技术；工程机械的智能监控、检测、预报、远程故障诊断与维护技术；基于网络的机群集成控制与智能化管理技术，特别是智能型救灾工程机械已成为当前研制热点。
4.2 机器人领域中的智能控制应用
机器人系统是一种复杂、非线性且具有研制不确定性的系统，这些特征适合智能控制技术的应用。机器人智能控制机器人学一直是智能控制的一个重要应用领域，每一种新的控制理论方法都会在机器人控制系统中得到过应用，使得新型智能控制技术渗透到机器人学研究的各个方面，因此，对机器人的控制也成为检验各种控制方法优劣的试金石。当前智能控制技术在机器人领域中的应用主要表现在以下几个方面：通过模糊系统及专家控制系统对机器人轨迹规划的模糊控制策略；机器人在多传感器信息融合与视觉处理方面的智能控制；机器人轨迹规划中的模糊神经网络控制策略；机器人手臂姿态及动作的智能控制；机器人轨迹规划中的遗传算法控制策略。目前，采用模糊控制、人工神经网络、专家系统技术对机器人进行定位、环境建模、检测、控制和规划的研究已经在多个实际应用系统中得到验证。机器人控制系统的主要目的就是通过给定各个关节的驱动力矩，使得机器人的位置、速度等状态变量跟踪给定的理想轨迹。
4.3数控领域中的智能控制应用
随着科学技术与信息技术的发展，智能控制和数控相关领域逐渐融合。由于研究的对象和系统越来越复杂，我国的机电一体化技术的发展对数控技术提出了更高的要求，大量学者、工程技术人员开始尝试应用智能控制理论，在机械加工、模具制造等领域运用数控技术。运用智能控制新兴技术可以让数控技术实现智能编程、监控、建立智能数据库等重要目标。当今数控技术的发展方向主要是开放式数控系统的构建。建立统一的可重构的系统平台，增强数控系统的柔性，借助于数学模型描述和分析的传统控制理论难以解决复杂系统的控制问题，调解变化频繁的需求与封闭控制系统之间的矛盾都是构建开放式数控系统的一些主要目的。
智能控制是机电一体化技术未来很长一段时间发展的主要方向。智能控制技术的发展也是日新月异，如何将其与机电一体化技术以及传统控制理论结合起来，实现机电一体化系统的高度智能化还有很长的距离，需要坚持不懈地探索和研究。
5 结语
总而言之，在机电一体化系统中智能控制已经得到了十分广泛的应用，它不仅有效的提高了社会经济的发展，还改善人们的生活环境。但是由于这项技术在我国经济发展过程中，应用的还不够完善，因此，我们还需要在不断的努力当中对其智能控制技术进行探索从而促进我国社会主义建设。
