摘要：工业4.0时代下的电气、机械相融合是实现智能制造的核心。文章以学科交叉为视角，阐述了电气工程、机械工程学科发展、相互结合的重要性，研究融合下关键科学技术于智能制造中的辅助应用，举例说明其实现的重要性，最后围绕融合挑战给出解决方案，展望学科融合的发展前景，以此为参考为智能制造提供支持。

关键词：电气工程；机械工程；融合创新；智能制造；学科交叉；技术集成

一 引言

机电一体化是由机械工程与电气工程紧密结合构成的领域，二者以机械和电能为研究对象。在传统社会，由于当时的机械设备基本以机械为主的，而且电气动力能源等主要用于动力传输。因此机械工程以机械为主要研究方向，电气工程以电能为主要研究内容。但是机械动力能源等在不同的发展阶段中要求也要随着其发展水平不断提升，因此就导致了传统的机械工程与电气工程之间的分界不断减少，甚至有所重合。后来，随着科技进一步发展，人们利用电机发明了一种新型设备，比如第一台电动机。因此，标志着第一机电技术阶段中，以机电一体化为主要发展阶段。此外，又由于计算机技术的发展，人们利用了该技术的特点与优势，比如集成化理念的积极使用，进而更加巩固了电气工程与机械工程中的深度结合阶段。在现代社会，由于现代智慧生产的要求，二者也更加趋向于高度融合，比如说无人机、机器人等的利用。对于机械设备的使用也可以提高生产质量，给人们创造更加便利的使用条件，在精度方面的设备效率也比之前更具优势。

二 技术融合基础与关键技术

2.1 核心技术体系

实现智能制造需要结合电气与自动化技术以及机械与自动化技术。具体来讲，是通过自动化控制技术（包括PLC、DCS）的应用，实现精准的自动化生产，进而实现自动优化；通过机电一体化技术的应用，将机械、电子与软件有机结合，使设备的灵活性增强、成本下降；通过传感器技术的应用，采集到精准的数据信息，进而实现系统的稳定高效运行；通过人工智能技术与大数据技术的应用，实现对系统智能化的功能构建，即对未来一段时间可能面临的问题（包括但不限于预测、流程优化、异常或缺陷以及维护提前）的提前介入与预判，实现系统的高效智能化。

2.2 关键应用场景

智能制造中还有很多案例都是电气与机械相结合。如智能化工厂生产管理就是基于物联网和自动化控制技术进行资源配置，以节省时间、提高效率及降低能耗的一种智能工厂管理体系。智能机器人系统开发将机械结构及机械与电气相结合，通过对人工智能的学习和开发，完成对复杂任务的处理，提供给汽车制造业生产等领域使用。无人仓内自动导引搬运车辆、自动堆垛的立体仓库等，通过智能化机械及自动导航系统进行货物运输及存放。通过对智能传感器及优化计算的引入进行电力资源消耗管理，实现对绿色能源的利用。

三 融合创新在智能制造中的具体应用

3.1 智能生产线

基于电气工程的智能生产线是指嵌入传感器和数据处理能力的机械式自动化生产线，通过自动化和传感器进行产品生产，由此实现从原材料到成品的自动化流程，提高产线效率以及生产质量，并改善生产流程的可变性。比如，在汽车生产领域，智能生产线中可以运用工业机器人来焊装和涂装，通过智能化的实时监控改善每个方面流程，降低人的失误，并运用互联网技术打造设备之间的联通互动的环境，在保证安全性的同时，通过数据分析其可能出现的问题并进行提前维修以规避经济损失。

3.2 机器人系统

机械加工＋电气控制——机器人应用。机器人是机械工程对高刚度低磨损机械手、电气工程对高速低衰减伺服电机和高精度控制算法需求的应用成果。机械加工＋电气设计——汽车冲压。汽车冲压包括冲裁、弯曲、拉深、剪切等工序，机械工程在其中主要负责高速低磨损凹凸模的设计加工，电气工程在其中主要负责伺服电机和高性能伺服驱动器的设计及控制系统的研发。电气工程＋机械控制——协作机器人。协作机器人是典型的集机械工程＋电气设计+软件应用+学习能力的自动化产品。

总而言之，从智能流水线到智能机器人再到如今的智能装备生产系统，机电和电气专业的相互配合应用促进了对智能制造的支持，相信在以后的技术发展过程中两者的合作会进一步促进生产制造的发展。

四 挑战与未来发展方向

4.1 技术集成难题与数据处理挑战

集成是将电气、机械深度融合的问题，包括接口、软硬接口、性价比问题。针对第一类问题，应制定统一的接口标准以实现接口问题；针对第二类问题，由于软硬件研制周期不同，必然影响其使用效率，模块化的设计方式可部分解决这一问题。另外还应从设计方面考虑尽量简单、便宜、低功耗、可持续使用。

数据是智能制造的核心问题，主要包括数据的准确性和时延性、安全性。大数据种类丰富且大量繁杂的数据需要进行清洗与校正，以保证数据的正确性；云计算、边缘计算虽已改善了实时决策下的时延性，但资源利用负载均衡还需完善；最后对敏感数据应采用加解密技术和访问控制技术，以保障企业运行及个人隐私的可信安全与可靠。

4.2 未来发展方向

现代电力电子技术与电力机车一体化发展应从以下3个大点进行：（1）在理论科学的基础研究上，寻求一般性通用技术的综合集成方法与通用性统一的数学理论和仿真分析工具的统一建模方法，新元件材料如可变形电子/人工智能芯片;（2）在应用需求的基础上，进行多专业协同配合的多种学科合作集成的模式，从而取得对现有技术的协同攻关，并真正实现科研、教学、工程、管理与应用融合并行;（3）在人才培养与教学模式上，对相应课程体系进行相应课程规划和设计，注重知识模块的学习与研究，缩短理论和学习到实际应用之间的距离，突出国际化合作，扩大人才的国际视野、树立国际竞争力，以适应现代工业化高速、高效和智能化的发展形势。

五 结论

从智能化发展来看，电气工程与机械工程相互整合、结合是推进智能制造必不可少的途径，电气工程的自动控制和信息处理经验与机械工程的结构设计和制作经验相结合，形成了智能生产线、协作机器人的新工艺，提高了生产水平以及对资源的利用率，减少了生产成本和能耗。基于传感器网络、信息处理以及运动控制的结合，实现了工业生产的全流程数字化。后期，可以从整合技术、提高数据处理、绿色可持续性及人机交互效果为出发点，来突破复杂的工业需求，进一步发展工业生产的边界，为世界范围内的工业生产开拓市场。

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