楊鑫

溫州日益機(jī)電科技有限公司，中國·浙江 溫州 325025

1 引言

伴隨著中國信息化程度的提高，自動(dòng)控制技術(shù)正逐步由電子工業(yè)向機(jī)械制造業(yè)過渡，在新的歷史時(shí)期，機(jī)械設(shè)備必須依靠信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化。因此，運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化是可行的，以提高機(jī)械制造的科學(xué)性與合理性。論文運(yùn)用理論與文獻(xiàn)相結(jié)合的方法，對機(jī)械制造中的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行了全面的論述。

2 機(jī)械自動(dòng)化概述

機(jī)械自動(dòng)化的本質(zhì)就是依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，而機(jī)器自身的運(yùn)行則可以在一定程度上利用計(jì)算機(jī)的知識進(jìn)行操作。從機(jī)械的設(shè)計(jì)上來說，機(jī)械設(shè)備的制造過程中，很多環(huán)節(jié)都是相互配合的，而手工的操作和設(shè)備的自動(dòng)操作，本質(zhì)是保證生產(chǎn)效率和品質(zhì)[1]。從分類上來說，自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械生產(chǎn)中的運(yùn)用，著重于智能硬件管理、智能軟件檢測、自動(dòng)化運(yùn)行等多種環(huán)節(jié)為一體的管理模式。

3 機(jī)械工程自動(dòng)化技術(shù)在產(chǎn)品生產(chǎn)制造中的應(yīng)用

3.1 柔性自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

由于機(jī)械制造項(xiàng)目具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性，其自身的性能也存在著很大的差別，因此，在機(jī)械制造過程中，也存在著相應(yīng)的問題。要改變傳統(tǒng)的機(jī)械制造模式，建立靈活的管理指標(biāo)，提高企業(yè)的管理水平，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率。對這些變數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)[2]。因此柔性自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械加工中注重適應(yīng)性、靈活性，以適應(yīng)各種機(jī)械生產(chǎn)的實(shí)際需要。

如一種不銹鋼材料的廢氣再循環(huán)閥隔熱罩的加工，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝是由剪板機(jī)下料，由CNC沖壓成形，然后對連接部位進(jìn)行焊接。這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)系統(tǒng)存在著很多問題：首先，人工成本高，一條生產(chǎn)線需要8個(gè)以上的員工同時(shí)進(jìn)行管理和作業(yè)；其次，對人的高度依賴，總體質(zhì)量不穩(wěn)定，需要大量的手工操作；最后，工作效率低。為解決這一問題，企業(yè)采用自動(dòng)化技術(shù)，建立靈活的生產(chǎn)線，以保證更大的可調(diào)節(jié)空間，為柔性生產(chǎn)線建立了一套自動(dòng)化的倉庫。

現(xiàn)有的數(shù)控沖孔機(jī)、一套CNC折彎機(jī)、一套自動(dòng)清潔、涂膠、壓緊機(jī)、自動(dòng)鉚接、滾輪傳動(dòng)等設(shè)備。采用西門子總線控制系統(tǒng)（圖1），提高整個(gè)流水線的可調(diào)節(jié)性。新的柔性產(chǎn)線生產(chǎn)工藝為：全自動(dòng)料倉自動(dòng)送料，沖孔機(jī)自動(dòng)彎曲系統(tǒng)能迅速運(yùn)轉(zhuǎn)；再對已加工完成的成品進(jìn)行清洗、上膠，最后將上、下兩個(gè)結(jié)合部位進(jìn)行壓合，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鉚合[3]。經(jīng)過改進(jìn)的生產(chǎn)線能夠根據(jù)不同的生產(chǎn)要求，進(jìn)行全面的調(diào)整，從而防止人為因素的影響。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料和折彎，整個(gè)生產(chǎn)線可以實(shí)現(xiàn)流水線操作，解決生產(chǎn)過程對員工的高度依賴性，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

圖1 西門子總線控制系統(tǒng)圖示

3.2 智能化自動(dòng)技術(shù)

智能自動(dòng)化技術(shù)是指依靠信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)，用“智腦”取代傳統(tǒng)的手工操作。從技術(shù)上來說，其涉及機(jī)械、自動(dòng)化、人工智能等多個(gè)技術(shù)的結(jié)合，讓機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)變得更加靈活，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。與傳統(tǒng)的機(jī)械化生產(chǎn)相比較，智能自動(dòng)化技術(shù)在企業(yè)中的運(yùn)用，著重于整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的監(jiān)控，生產(chǎn)組織有序、物料信息監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行過程監(jiān)控、質(zhì)量監(jiān)測等功能。

目前，世界各大生產(chǎn)大國都已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了智能化的生產(chǎn)線，并且形成自己的技術(shù)體系，研發(fā)出智能化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械生產(chǎn)線的智能化控制。例如，某鑄造企業(yè)的傳統(tǒng)流水線是依靠人機(jī)交互系統(tǒng)來完成的，其注重的是人工操作和機(jī)械自動(dòng)化，盡管可以采用一定的自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化，然而由于原料質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率低下，很難滿足高端用戶的實(shí)際需要。而通過智能化自動(dòng)化技術(shù)的改造，將自動(dòng)化技術(shù)和智能鑄造技術(shù)有機(jī)地融合在一起，既能提高產(chǎn)量，又能提高產(chǎn)品的質(zhì)量[4]。從優(yōu)化轉(zhuǎn)型的角度出發(fā)，對傳統(tǒng)鑄造工藝的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化改造，包括智能配料、智能熔煉工藝、智能澆筑工藝、智能清理單元、細(xì)節(jié)處理單元五大智能單元，形成一個(gè)閉環(huán)的體系，使每個(gè)單元都能實(shí)現(xiàn)本地的智能生產(chǎn)。并在中央處理器的支持下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、能源、質(zhì)量的監(jiān)控、安全管理、排放控制，真正做到生產(chǎn)線的全過程智能化管理。

3.3 集成化自動(dòng)技術(shù)

集成化就是對機(jī)械制造的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理的控制，形成企業(yè)與企業(yè)、人與人、項(xiàng)目與項(xiàng)目的集成化控制，不斷縮小行業(yè)間的差異化，與國際接軌，真正達(dá)到全性能優(yōu)化、全流程控制的機(jī)械生產(chǎn)與制造系統(tǒng)。集成設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的復(fù)合性，從單機(jī)到系統(tǒng)，從簡單到復(fù)雜，從剛性到柔性。

以某發(fā)動(dòng)機(jī)電控產(chǎn)品為例，其主要應(yīng)用于汽車零部件制造領(lǐng)域，采用一體化、自動(dòng)化的方法進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以形成一套完整的生產(chǎn)體系，各系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的聯(lián)系，使設(shè)備的生產(chǎn)效率和質(zhì)量得到提高；而這些整合的內(nèi)容除包括壓裝時(shí)對物料有無、方向是否正確的判定，還包壓裝過程壓力、位移的實(shí)時(shí)監(jiān)測等[5]。將傳感器技術(shù)、視覺技術(shù)等相關(guān)的智能技術(shù)應(yīng)用于裝備制造中，通過對信息的連接，實(shí)現(xiàn)對上料系統(tǒng)、送料系統(tǒng)、壓裝系統(tǒng)的合理利用，從而提高生產(chǎn)的過程防錯(cuò)和生產(chǎn)效率。

3.4 虛擬化自動(dòng)技術(shù)

虛擬自動(dòng)化技術(shù)著重于把已有的加工產(chǎn)品轉(zhuǎn)換成數(shù)字化模型，并對其進(jìn)行早期的品質(zhì)調(diào)整和系統(tǒng)分析，從而確定機(jī)器的各部分和系統(tǒng)的故障。并結(jié)合機(jī)械的動(dòng)態(tài)特性和有關(guān)活動(dòng)，建立模擬分析模型，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并對生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，一般用于機(jī)械設(shè)備的早期制造。該技術(shù)的應(yīng)用可以有效地保證產(chǎn)品的一次生產(chǎn)符合性，大大縮短生產(chǎn)周期，降低錯(cuò)誤成本，提高產(chǎn)品的綜合品質(zhì)。

如在汽車零件生產(chǎn)中，利用虛擬技術(shù)對零件進(jìn)行繪制，并對各種動(dòng)力因素進(jìn)行分析；采用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)進(jìn)行圖形和動(dòng)畫處理，可以直觀地分析模型的工作狀況，并對零件的各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的了解。該流程可以直接用于生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化控制，并在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行早期的虛擬分析。此外，在目前的一些電力設(shè)備制造中，利用有限元技術(shù)建立運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的模擬模型，可以了解多個(gè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模擬和受力狀況；還能對動(dòng)載和靜態(tài)載荷進(jìn)行分析，提高機(jī)械制造的精度。

4 應(yīng)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的機(jī)械化自動(dòng)生產(chǎn)

4.1 PLC技術(shù)概述

PLC在傳統(tǒng)繼電器接觸控制技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對其進(jìn)行自動(dòng)化控制、不需要專用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)。由于指令的結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便，具有很大的發(fā)展空間，在機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。另外，PLC存儲區(qū)具有可編程功能，能夠按照自動(dòng)控制系統(tǒng)的命令信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算。同時(shí)在該系統(tǒng)中，控制器可以進(jìn)行多次的掃描，并將掃描的結(jié)果傳送到執(zhí)行單元，并循環(huán)執(zhí)行。

在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，采用PLC技術(shù)，只有輸入和輸出兩種接口，通過對內(nèi)存編程的調(diào)節(jié)，達(dá)到了控制目的。PLC技術(shù)體系隨著行業(yè)發(fā)展的需要而不斷改進(jìn)，比如對基本性能的提高，而對PLC的抗干擾能力則是最基本的能力。研究表明，采用絕緣變壓器來屏蔽干擾源，或者在供電端配置LC濾波器，可以提高系統(tǒng)的抗干擾性，從而可以避免由于電磁干擾等因素對指令的傳遞和執(zhí)行產(chǎn)生影響。

4.2 機(jī)械工程自動(dòng)化生產(chǎn)中PLC技術(shù)的應(yīng)用

4.2.1 在生產(chǎn)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

在機(jī)電一體化方面，PLC技術(shù)部門采用模擬參數(shù)控制、順序控制和定位控制等方法，實(shí)現(xiàn)了對工業(yè)控制的自動(dòng)化。同時(shí)本技術(shù)的存儲器區(qū)域具有可編程性，能夠根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)控制參數(shù)，并能對目標(biāo)和行為進(jìn)行監(jiān)測，以實(shí)事求是的方式來進(jìn)行生產(chǎn)控制，以最合理的加工方法實(shí)施機(jī)械控制，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)還能控制生產(chǎn)成本。例如，將PLC技術(shù)用于熱處理爐溫的操作控制，可以實(shí)現(xiàn)熱處理爐的溫度控制；當(dāng)溫度變化時(shí)系統(tǒng)會(huì)收到相應(yīng)的信息，并作出相應(yīng)的反應(yīng)，使其符合生產(chǎn)的需要，從而使熱處理爐的溫度達(dá)到預(yù)定的要求，保證產(chǎn)品的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.2.2 在控制邏輯運(yùn)算中的應(yīng)用

PLC技術(shù)具有邏輯計(jì)算功能，可以根據(jù)生產(chǎn)資料進(jìn)行靈活的控制。在此工藝中，本工藝系統(tǒng)主要采取兩種控制方法：

①連續(xù)控制。PLC可以用作連續(xù)控制，它包括主站控制模塊、傳感器模塊和自動(dòng)控制模塊，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程中的某些控制。

②控制開關(guān)量。采用PLC技術(shù)，使中間繼電器具有切換控制功能，同時(shí)克服了傳統(tǒng)的繼電器保護(hù)技術(shù)的缺點(diǎn)，使自動(dòng)控制系統(tǒng)得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)具有高效的數(shù)據(jù)處理能力，可以及時(shí)、高效地處理各種突發(fā)事件。

4.2.3 在遠(yuǎn)程通信與系統(tǒng)控制中的應(yīng)用

PLC技術(shù)是一種安全、穩(wěn)定的技術(shù)，它在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括三大技術(shù)：

①集中監(jiān)測技術(shù)。通常是在生產(chǎn)設(shè)備中進(jìn)行自檢，對于安全性的需求比較小的時(shí)候，也比較容易進(jìn)行。該技術(shù)使各系統(tǒng)的各部分功能都在一個(gè)單一的處理器上，具有快速的數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)也減少對目標(biāo)的監(jiān)視。

②將兩臺監(jiān)視器的計(jì)算機(jī)相連，監(jiān)視器具有完全的掌控力，可以遙控操控被監(jiān)控者的計(jì)算機(jī)，其具有靈活、高效、低成本的特點(diǎn)。

③基于以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，既具備遠(yuǎn)距離監(jiān)測的優(yōu)勢，又具備很好的適用性，使原有的電氣自動(dòng)控制體系得到進(jìn)一步的發(fā)展。

5 結(jié)語

在目前的生產(chǎn)制造行業(yè)中，電氣機(jī)械已經(jīng)逐漸取代人工，成為目前機(jī)械制造與生產(chǎn)的主力，在能源的驅(qū)動(dòng)下為人們和社會(huì)創(chuàng)造了十分豐富的物資。且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與廣泛應(yīng)用，人們也在開始逐漸研究機(jī)械工程及其自動(dòng)化的控制技術(shù)，減少人工運(yùn)營成本的同時(shí)來提升工業(yè)制造效率。電氣自動(dòng)化技術(shù)本身由自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三個(gè)部分組成，核心為PLC技術(shù)，以開關(guān)和順序等控制方式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)與機(jī)械制造的自動(dòng)控制與調(diào)配。