張海英　聶修軍　袁慶輝

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)及智能制造技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)各行各業(yè)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)節(jié)省了大量人力資源成本，整個(gè)加工生產(chǎn)線的運(yùn)作都是依靠大型的儀器設(shè)備。與人工生產(chǎn)加工相比，機(jī)械加工出錯(cuò)的概率較低，生產(chǎn)效率大大提高。在工業(yè)制造類(lèi)企業(yè)中，很多一線生產(chǎn)加工操作的危險(xiǎn)系數(shù)較高，化工企業(yè)還存在大量污染輻射，直接威脅人們的健康。對(duì)于市場(chǎng)需求量大的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，機(jī)械加工制造的利潤(rùn)空間更大，效率更高。近年來(lái)，機(jī)械加工制造成為工業(yè)領(lǐng)域重要的研究課題，新技術(shù)的研究與發(fā)展使機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用的范圍更廣，其智能制造化水平越來(lái)越高，節(jié)省更多的人力資源成本可以加大企業(yè)對(duì)生產(chǎn)制造技術(shù)方面的研發(fā)投入，為企業(yè)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行長(zhǎng)遠(yuǎn)謀劃。文章聚焦機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用，通過(guò)分析研究技術(shù)應(yīng)用案例，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)制造發(fā)展中的重要作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械自動(dòng)化技術(shù);機(jī)械制造;應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.032

1 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的概念

自動(dòng)化技術(shù)是指機(jī)器或者相關(guān)裝置設(shè)備在無(wú)人干預(yù)的情況下，按照預(yù)定的程序或者輸入的指令自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)或操作的過(guò)程，而機(jī)械自動(dòng)化就是對(duì)機(jī)器設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的過(guò)程[1]。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工制造雖然是利用機(jī)械加工生產(chǎn)，但是沒(méi)有形成完整的加工生產(chǎn)線，采用的是粗放式模式，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)造成大量原料消耗，生產(chǎn)效率也非常低，增加了企業(yè)加工制造的成本，利潤(rùn)空間并不大。在此基礎(chǔ)上，企業(yè)采用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)形成加工生產(chǎn)鏈?zhǔn)且环N精細(xì)化加工模式，產(chǎn)品加工后剩余的廢料可以再次加工利用，提高了原料的利用率，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化管控，利潤(rùn)空間更大。

同時(shí)，企業(yè)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)狀況形成符合企業(yè)內(nèi)部發(fā)展的機(jī)械自動(dòng)化加工生產(chǎn)線，生產(chǎn)加工體系更加完善，進(jìn)一步保證機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)線的可靠性與安全性，其最大優(yōu)勢(shì)在于加工生產(chǎn)線不需要人力資源的大量投入。

2 我國(guó)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，傳感器技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、仿真技術(shù)貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、監(jiān)督管理等環(huán)節(jié)，滲透于產(chǎn)品生產(chǎn)的各個(gè)方面[2]。其中，傳感器應(yīng)用于各行各業(yè)的信息輸出與管理，基于聲、光、熱、力、電多個(gè)傳感器應(yīng)用于人們的日常生活。例如，家用空調(diào)借助溫度傳感器感知室內(nèi)溫度，很多加熱設(shè)備廠也在應(yīng)用溫度傳感器檢測(cè)溫度變化，及時(shí)優(yōu)化改進(jìn)加熱設(shè)備的使用性能。在家庭物聯(lián)網(wǎng)中也少不了傳感器的應(yīng)用，主要應(yīng)用于多種智能配件。

自動(dòng)化技術(shù)是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的技術(shù)，其中，控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)的影響最大，自動(dòng)化技術(shù)逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，代替了很多人力勞動(dòng);在辦公環(huán)境中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，例如門(mén)禁系統(tǒng)、資料的審核;自動(dòng)化儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)加工中的應(yīng)用，可以代替工人完成高危險(xiǎn)、單調(diào)性、復(fù)雜性的工作。當(dāng)前，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于辦公系統(tǒng)、機(jī)械自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化、污水處理自動(dòng)化等，未來(lái)也會(huì)與更多的信息技術(shù)結(jié)合，從物理自動(dòng)化向信息活動(dòng)自動(dòng)化轉(zhuǎn)變。

仿真技術(shù)是利用仿真硬件和仿真軟件，通過(guò)仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理提前獲得使用產(chǎn)品的模型，應(yīng)用于航空航天、水利建設(shè)、原子能技術(shù)等研發(fā)領(lǐng)域[3]。仿真技術(shù)能夠利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把分散的數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算整合，將不同地點(diǎn)的研發(fā)者、用戶(hù)聯(lián)系在一起。在工業(yè)研發(fā)領(lǐng)域，通過(guò)仿真技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析、控制力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)分析、熱分析等，帶來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益是非常大的。

3 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

當(dāng)前，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)各生產(chǎn)制造類(lèi)企業(yè)中都有應(yīng)用，中小型生產(chǎn)制造企業(yè)也引入了機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)流水線，結(jié)合企業(yè)發(fā)展特點(diǎn)，充分利用機(jī)械自動(dòng)化的相關(guān)技術(shù)，形成獨(dú)特的生產(chǎn)線，很多企業(yè)為了獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，針對(duì)產(chǎn)品特點(diǎn)建立與之相適應(yīng)的自動(dòng)化生產(chǎn)運(yùn)作模式。

現(xiàn)階段，我國(guó)的工業(yè)制造類(lèi)企業(yè)都在朝著集成化、智能化、柔性化、虛擬化的方向發(fā)展，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用離不開(kāi)計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)，日漸進(jìn)步的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)為機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)線的建立提供了技術(shù)支持，促進(jìn)了機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在企業(yè)內(nèi)部的進(jìn)一步發(fā)展[4]。

3.1 集成化應(yīng)用

企業(yè)生產(chǎn)流水線的建立是集成化應(yīng)用的典范，制造企業(yè)從產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、檢測(cè)到最后的出庫(kù)管理，都是在生產(chǎn)線上完成的，基本上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的集成化管理。一體化制造技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了充分應(yīng)用，在有關(guān)理論體系的指導(dǎo)下重新組合加工生產(chǎn)指令，進(jìn)一步簡(jiǎn)化生產(chǎn)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)運(yùn)作。

企業(yè)可以利用信息化技術(shù)終端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，將企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作的產(chǎn)品信息和自動(dòng)化生產(chǎn)線有效結(jié)合，建立具有企業(yè)產(chǎn)品特色的加工生產(chǎn)線。從某種程度上說(shuō)，信息技術(shù)終端網(wǎng)絡(luò)直接影響企業(yè)的生產(chǎn)加工運(yùn)作模式，影響最終產(chǎn)品的形成。

3.2 智能化應(yīng)用

企業(yè)加工生產(chǎn)線的生成是將機(jī)械制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)工程進(jìn)行有效結(jié)合，智能化應(yīng)用體現(xiàn)在人為操控生產(chǎn)機(jī)器，或在計(jì)算機(jī)終端實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)指令的修改。

企業(yè)對(duì)大型生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的維修主要體現(xiàn)在維修智能終端設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)維護(hù)與修改提示。該技術(shù)的應(yīng)用是一種全新的人工智能制造體系，在這種體系下可以大規(guī)模實(shí)現(xiàn)人機(jī)系統(tǒng)合一。實(shí)施獨(dú)立的操作、識(shí)別、決策等多種智能化行為，智能化操作是借助技術(shù)模擬專(zhuān)家的行為，以此代替專(zhuān)家在操作系統(tǒng)中的作用，進(jìn)一步解放了更多的人力資源，將企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)放在對(duì)運(yùn)行與改進(jìn)技術(shù)設(shè)備方面。

3.3 柔性自動(dòng)化應(yīng)用

當(dāng)前，智能化技術(shù)在人們生活中的應(yīng)用越來(lái)越多，人們的工作與生活已經(jīng)離不開(kāi)智能技術(shù)，表現(xiàn)在對(duì)受眾群體的針對(duì)性服務(wù)與隨機(jī)應(yīng)變性。智能電子產(chǎn)品能夠根據(jù)人們的喜好推送相關(guān)文章內(nèi)容，隨機(jī)應(yīng)變性較強(qiáng)。

在工業(yè)化生產(chǎn)制造領(lǐng)域，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)體現(xiàn)了較強(qiáng)的柔性自動(dòng)化及隨機(jī)應(yīng)變素質(zhì)，一臺(tái)良好的機(jī)械設(shè)備具有較強(qiáng)的隨機(jī)應(yīng)變能力，才能針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的突發(fā)狀況及時(shí)采取調(diào)整與改進(jìn)措施。因此，在生產(chǎn)加工領(lǐng)域采用柔性自動(dòng)化應(yīng)用是非常有用的。

大型設(shè)備的應(yīng)用如果只停留在硬性應(yīng)用而不作任何調(diào)整與改變，那么設(shè)備在應(yīng)用過(guò)程中一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤則無(wú)法調(diào)整，會(huì)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行機(jī)制產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，柔性自動(dòng)化應(yīng)用就是能在目前的運(yùn)行機(jī)制上加以升級(jí)改革和優(yōu)化。市場(chǎng)需求不斷變化，生產(chǎn)加工企業(yè)為了迎合市場(chǎng)需求變化，要調(diào)整內(nèi)部生產(chǎn)加工流水線，以期生產(chǎn)出性能更加優(yōu)良的產(chǎn)品。生產(chǎn)加工設(shè)備柔性化應(yīng)用可以隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，更好地適應(yīng)市場(chǎng)變化。因此，柔性的自動(dòng)化應(yīng)用應(yīng)以市場(chǎng)數(shù)據(jù)變化為基準(zhǔn)，同時(shí)進(jìn)行改革變化[5]。

3.4 虛擬化應(yīng)用

虛擬化應(yīng)用的典型代表是仿真技術(shù)，其是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的技術(shù)，主要由多媒體技術(shù)、人工智能、電子信息等構(gòu)成。在機(jī)械加工領(lǐng)域，虛擬化應(yīng)用主要通過(guò)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)，還可以有效解決生產(chǎn)加工過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可以通過(guò)建立數(shù)據(jù)模型，了解正在研發(fā)的產(chǎn)品的3D模型，通過(guò)模型的應(yīng)用查找當(dāng)前產(chǎn)品應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題，進(jìn)一步減少科研成本投入，解決生產(chǎn)加工中的實(shí)際問(wèn)題。

虛擬化應(yīng)用能夠提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，使生產(chǎn)加工工序及制造技術(shù)更加完善。例如，在汽車(chē)生產(chǎn)加工制造中應(yīng)用仿真技術(shù)，提前獲得汽車(chē)的3D模型圖，可以在不浪費(fèi)加工成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)使用性能的安全測(cè)試。

仿真模型下的汽車(chē)3D模型圖如圖1所示。

3.5 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)是運(yùn)用信息化技術(shù)，編寫(xiě)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)程序，調(diào)配生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，進(jìn)行生產(chǎn)加工的一種技術(shù)，數(shù)控機(jī)床技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域，如圖2所示。

生產(chǎn)加工過(guò)程需要輸入生產(chǎn)指令，用于加工生產(chǎn)高精尖零部件，能夠很好地解決復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問(wèn)題。在工業(yè)制造企業(yè)中，數(shù)控技術(shù)是一種柔性化、高性能的自動(dòng)化機(jī)床生產(chǎn)加工技術(shù)，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，代表了現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展方向。

如果要轉(zhuǎn)換數(shù)控機(jī)床的加工生產(chǎn)指令，只要在計(jì)算機(jī)信息終端輸入修改指令即可，可以節(jié)省大量的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。生產(chǎn)設(shè)備能夠自動(dòng)根據(jù)輸入的生產(chǎn)指令開(kāi)展自動(dòng)連續(xù)化的生產(chǎn)加工工藝，操作人員只需要負(fù)責(zé)程序的輸入、編輯與發(fā)送以及設(shè)備加工、零件檢驗(yàn)等部分工序，極大地減少了勞動(dòng)力輸出，一線生產(chǎn)工人數(shù)量急劇減少，機(jī)床操作人員的勞動(dòng)更趨向于智力勞動(dòng)。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)中，運(yùn)用的都是大型機(jī)械設(shè)備，一線人工操作很少，能夠保證生產(chǎn)車(chē)間工作人員的生命健康安全，安全穩(wěn)定性更高?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床已經(jīng)與現(xiàn)代生產(chǎn)車(chē)間管理制度相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)加工管理一體化操作[6]。

4 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)未來(lái)發(fā)展前景及發(fā)展方向

4.1 機(jī)械制造自動(dòng)化及信息化

隨著人工智能化的普及及大數(shù)據(jù)信息時(shí)代的到來(lái)，未來(lái)機(jī)械自動(dòng)化朝著智能化、信息化、集成化的方向發(fā)展，其中，物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合，機(jī)械加工效率更高。未來(lái)，工業(yè)加工制造將與移動(dòng)通信技術(shù)一樣，建立一個(gè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，將工業(yè)制造階段分成不同的層級(jí)和階段，通過(guò)移動(dòng)終端的控制，遠(yuǎn)程控制機(jī)械的生產(chǎn)加工，實(shí)現(xiàn)加工和設(shè)計(jì)的分離，為客戶(hù)制定個(gè)性化服務(wù)。

遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)是完善生產(chǎn)加工設(shè)備，生產(chǎn)產(chǎn)品的精細(xì)化不僅要實(shí)現(xiàn)輸入算法的精細(xì)化和全面化，更要實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)加工設(shè)備的精細(xì)化生產(chǎn)。在研究信息技術(shù)終端加工算法的同時(shí)，要確保加工設(shè)備達(dá)到產(chǎn)品精細(xì)加工生產(chǎn)要求，進(jìn)一步研究解決基礎(chǔ)設(shè)備加工中存在的問(wèn)題。例如，提高生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)精度，解決生產(chǎn)設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中存在的誤差問(wèn)題，這些都會(huì)影響產(chǎn)品最終的安全和質(zhì)量要求。未來(lái)，生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息化生產(chǎn)是一方面，還要保證信息化生產(chǎn)設(shè)備加工的安全性和高質(zhì)量，在創(chuàng)新生產(chǎn)加工技術(shù)的同時(shí)建立一個(gè)安全的生產(chǎn)防護(hù)系統(tǒng)，保證安全可靠的生產(chǎn)環(huán)境，更好地開(kāi)展生產(chǎn)加工任務(wù)。

4.2 綠色化發(fā)展方向

工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域產(chǎn)生的污染是較大的，人類(lèi)追求工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展的同時(shí)是以犧牲自然環(huán)境質(zhì)量為前提的，工業(yè)生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生大量的污染物質(zhì)，氣體、固體、液體廢物等大多來(lái)自工業(yè)生產(chǎn)。當(dāng)前，綠色化發(fā)展生產(chǎn)是主流，各行各業(yè)的加工生產(chǎn)都在朝著綠色化的方向發(fā)展，國(guó)家對(duì)于環(huán)境治理的力度非常大，新能源汽車(chē)的大力推廣、油價(jià)的提高都從側(cè)面證明了國(guó)家對(duì)于污染治理的重視。

近年來(lái)，為實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)健康發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)一直在不斷調(diào)整生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新應(yīng)用更加先進(jìn)的生產(chǎn)加工技術(shù)，提高生產(chǎn)原料的加工效率，減少不必要的能源消耗。綠色化發(fā)展是未來(lái)各行各業(yè)研究的主流，要在技術(shù)研究與工業(yè)生產(chǎn)的研發(fā)過(guò)程中注重綠色材料、綠色工藝、綠色技術(shù)的應(yīng)用，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)加工質(zhì)量。

4.3 減小加工誤差

機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)是利用信息技術(shù)終端輸入加工生產(chǎn)指令，當(dāng)前的生產(chǎn)加工工藝信息化程度較強(qiáng)，但基礎(chǔ)加工設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中還會(huì)存在很多失誤，加工誤差較大，減少加工工藝中存在的誤差。

首先，加強(qiáng)加工工藝的控制，在零部件加工生產(chǎn)過(guò)程中檢查重要加工節(jié)點(diǎn)，檢查相關(guān)設(shè)備及刀具、夾具的穩(wěn)定性與可靠性，定期檢查調(diào)試設(shè)備，減少外部因素對(duì)于零件加工的影響。

其次，加強(qiáng)對(duì)加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題可能是某個(gè)環(huán)節(jié)或多個(gè)環(huán)節(jié)加工生產(chǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，把控生產(chǎn)加工各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量和安全性。產(chǎn)品檢測(cè)環(huán)節(jié)對(duì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)品進(jìn)行分析，確定發(fā)生在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的哪一階段，然后調(diào)整相應(yīng)的生產(chǎn)工序。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域具有重要的推動(dòng)作用，機(jī)械制造技術(shù)要實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，能夠有效提高機(jī)械加工制造的水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量和安全穩(wěn)定性，機(jī)械自動(dòng)化加工制造技術(shù)是未來(lái)研究的主流，技術(shù)研究?jī)A向于自動(dòng)化及信息化、綠色化、減少加工誤差的方向發(fā)展。工業(yè)化發(fā)展對(duì)于提高國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的意義重大，企業(yè)應(yīng)將更多的人力資源、資金投入機(jī)械加工制造技術(shù)研發(fā)，提高企業(yè)在行業(yè)內(nèi)部的競(jìng)爭(zhēng)力。

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