淺議自動(dòng)化生產(chǎn)線的發(fā)展

譚根風(fēng)+++林銘欽

摘 要：文章介紹了自動(dòng)化生產(chǎn)線的發(fā)展過程，自動(dòng)化生產(chǎn)線的功能與作用，以及自動(dòng)化生產(chǎn)線基本的六大功能模塊說明。另外機(jī)械手不斷投入使用，更加完善了自動(dòng)化生產(chǎn)線。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；自動(dòng)化生產(chǎn)線；機(jī)械手

自中國解放以來，中國機(jī)械制造業(yè)隨著全球科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步取得了舉世矚目的發(fā)展。特別是近半個(gè)世紀(jì)以來，經(jīng)過微電子、傳感器、自動(dòng)控制等各種技術(shù)迅猛進(jìn)步，再就是隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域地不斷擴(kuò)張，很多的先進(jìn)的思想、先進(jìn)的技術(shù)和先進(jìn)的工藝逐漸進(jìn)入中國機(jī)械制造業(yè)，使機(jī)械制造領(lǐng)域發(fā)生了質(zhì)的飛躍，邁向一個(gè)新的臺階[1]。同時(shí)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛更新，也促進(jìn)了機(jī)器人技術(shù)快速提高，大到航天應(yīng)用，小到家庭用的掃地機(jī)械人或兒童玩具等，在全世界社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的每個(gè)領(lǐng)域均能看機(jī)器人的廣泛使用，儼然機(jī)器人已成為高科技中不可或缺的組成部分[2]。人類社會(huì)的進(jìn)步以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已和機(jī)器人的研究、開發(fā)、使用產(chǎn)生了十分緊密的作用?，F(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)制造出來的產(chǎn)品，不單單為人和手的肢體功能延伸，而且還可以是人類的感官與頭腦的意識類的拓展。因此具備智能化的特點(diǎn)呈現(xiàn)是現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)線和傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式在功能上的實(shí)質(zhì)差異。

至今時(shí)期，因?yàn)橛兄咚侔l(fā)展的科學(xué)技術(shù)為依托，機(jī)械制造業(yè)中的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)也取得了更加廣泛的運(yùn)用，所據(jù)地位變得越來越重要。近年來各種各樣的自動(dòng)化生產(chǎn)線已經(jīng)在汽車制造業(yè)、電子電氣行業(yè)、食品行業(yè)、化工行業(yè)、冶金行業(yè)等領(lǐng)域已經(jīng)被研究和制造出并投入使用。隨著自動(dòng)化生產(chǎn)線投入的使用，不僅提高了產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率、同時(shí)也在改善作業(yè)員工作環(huán)境、遞減能源消耗、降低原料成本等方面均取得了顯著的成效[3]。以傳統(tǒng)生產(chǎn)流水線的為根基漸漸演變到今天的自動(dòng)化生產(chǎn)線，是由工件搬運(yùn)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，把一套自動(dòng)化設(shè)備和關(guān)聯(lián)輔助設(shè)備依加工流程聯(lián)動(dòng)起來，可以自動(dòng)完成產(chǎn)品所有或部分生產(chǎn)過程的制造系統(tǒng)。它不但要求生產(chǎn)線上各種機(jī)械加工設(shè)備可以自動(dòng)地按照設(shè)定的在每個(gè)工段及工藝流程，將產(chǎn)品加工成為良品，而且也可以讓加工件在裝載與卸運(yùn)、指定位置的固定以及在工段間的移動(dòng)、加工余料的清除、出貨包裝式樣等細(xì)節(jié)需求都能夠自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。為了能實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，按設(shè)定的制造流程順序設(shè)計(jì)者們把自動(dòng)搬運(yùn)線和其他部分輔助性裝置將不同的機(jī)械加工設(shè)備安裝于一體，并進(jìn)行控制程序的設(shè)定，然后由各個(gè)控制系統(tǒng)的功能模塊各負(fù)其責(zé)地發(fā)出指令，從而自動(dòng)地運(yùn)轉(zhuǎn)，連續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)出符合技術(shù)要求的產(chǎn)品。現(xiàn)大家把這類生產(chǎn)線統(tǒng)稱為自動(dòng)化生產(chǎn)線。

自動(dòng)化生產(chǎn)線已成為當(dāng)今機(jī)械制造的主力軍，當(dāng)今機(jī)械制造的不斷進(jìn)步也主要依賴于自動(dòng)化生產(chǎn)線的領(lǐng)導(dǎo)和支柱作用，其對整個(gè)機(jī)械制造行業(yè)及其他各個(gè)領(lǐng)域也起到了不可替代的作用。

雖然說自動(dòng)化系統(tǒng)自己本身不能夠直接創(chuàng)造出利益，但不能否認(rèn)它對公司的制造加工過程有著顯著的助推作用，相關(guān)要點(diǎn)涉及如下說明：

（1）能提高產(chǎn)品質(zhì)量，并能保持穩(wěn)定。

（2）能提高生產(chǎn)效率。

（3）可提高生產(chǎn)安全性，降低工傷等傷害產(chǎn)生。

（4）能進(jìn)行快速的換取模具，以減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。

（5）可實(shí)時(shí)監(jiān)控制造過程，并可回放追溯。

（6）也可削減制造過程的原材料的浪費(fèi)以及能源能耗的過度使用。

自動(dòng)化工程師為了實(shí)現(xiàn)上記要點(diǎn)需求，于系統(tǒng)中追加了以下工作指令：

（1）采集和分析產(chǎn)品及設(shè)備數(shù)據(jù)信號。

該工作指令的追加不僅能夠提升生產(chǎn)效率，而且還能夠?yàn)樵O(shè)備的修理增加了便捷。

（2）將持續(xù)加工過程產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及自動(dòng)修正數(shù)據(jù)[4]，進(jìn)行適時(shí)地更新和保存。

因?yàn)闄C(jī)器的開啟及終止均為自動(dòng)狀態(tài)下來實(shí)現(xiàn)的，我們不僅需求能夠得到最短地替換模具的時(shí)間，而且也想最大限度地讓設(shè)備的停機(jī)時(shí)間是最短的，同時(shí)也還可以遞減不良品的發(fā)生。再且因?yàn)橛?jì)算機(jī)利用保存的最新最優(yōu)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來引導(dǎo)生產(chǎn)，也即能夠讓設(shè)備載荷最佳化[5]。目前自動(dòng)化生產(chǎn)線就是因?yàn)樗谟?jì)算機(jī)、傳感器、機(jī)械、驅(qū)動(dòng)等技術(shù)有序有律地融合使用而變成一項(xiàng)實(shí)用性非常強(qiáng)大的系統(tǒng)，有效運(yùn)用這些控制技術(shù)，然后再安裝加工的需求，從系統(tǒng)整體考慮，對它們進(jìn)行有目的整合，以便達(dá)到整體設(shè)備的最佳化[6]。

雖然說根源于傳統(tǒng)的流水式生產(chǎn)布局的自動(dòng)化生產(chǎn)線，在構(gòu)成模式上與流水生產(chǎn)線有很多類似的地方，但其所起到的作用或機(jī)能是傳統(tǒng)流水生產(chǎn)線根本無法比擬的，而且在各個(gè)方面表現(xiàn)出其優(yōu)越性的特點(diǎn)。依照設(shè)定的控制程序或指令在沒有外在干擾的狀態(tài)中自動(dòng)進(jìn)行操作或控制的過程，可以達(dá)到我們需要的“穩(wěn)、精、快”就是自動(dòng)化生產(chǎn)線最大的特點(diǎn)。自動(dòng)化生產(chǎn)線的使用可以使人從單一的高強(qiáng)度的體力作業(yè)、險(xiǎn)惡的作業(yè)條件中得以解脫，同時(shí)還能做到延伸和完善人的身體器官功能，來提高工作生產(chǎn)效率，也增強(qiáng)人類改造世界的能力。

各個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線因生產(chǎn)的產(chǎn)品各異，也就使生產(chǎn)線在結(jié)構(gòu)上、大小上及功能上或多或少存在一些差異或區(qū)別。但是無能哪種類型的自動(dòng)化生產(chǎn)線從功能角度來講，均具有六大基本功能，也就是傳輸、處理、控制、查檢和驅(qū)動(dòng)。在此，傳送功能因?qū)儆诟鞣N運(yùn)動(dòng)和操作，則需由為自動(dòng)化生產(chǎn)線提供能源能量的動(dòng)力源來完成。處理功能就是在生產(chǎn)加工的過程中，可以能夠把設(shè)置在各個(gè)區(qū)域的傳感器的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行探測和采集。實(shí)施功能就是實(shí)現(xiàn)所需的指定動(dòng)作，但其首先要做的工作就是對各種信號指令實(shí)施保存、傳送、計(jì)算、分析、轉(zhuǎn)換等之后，再利用關(guān)聯(lián)的端口電路對執(zhí)行裝置給出指令?？刂乒δ苤阅軌蛟谧詣?dòng)化生產(chǎn)線當(dāng)中得到實(shí)現(xiàn)，主要依靠由可編程控制器、微機(jī)、單片機(jī)及其他部分電子控制機(jī)構(gòu)來擔(dān)當(dāng)完成的；查驗(yàn)功能的實(shí)現(xiàn)則是由具有如角位移、位置、直線位移等各種功能的傳感器來執(zhí)行的。傳感器的作用主要是采集生產(chǎn)線上的壓力、位置、流量、溫度等各種數(shù)據(jù)信息，并把這些數(shù)據(jù)信息傳達(dá)給信息處理中心以便達(dá)成控制目的。驅(qū)動(dòng)功能則是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)等裝置來實(shí)現(xiàn)。

前述自動(dòng)化生產(chǎn)線主要的特點(diǎn)中提到把人類從單一的高強(qiáng)度的體力作業(yè)、險(xiǎn)惡的作業(yè)條件中得以解脫，同時(shí)還能做到延伸和完善人的身體器官功，來提高工作生產(chǎn)效率里所指其主要裝置就是機(jī)械手或機(jī)器人。

在這里來談?wù)剻C(jī)械手。在科技日新月益的推進(jìn)更新下，機(jī)械人工作的靈活度與耐用度日益增強(qiáng)，這也是與人類的最大區(qū)別之一。也就是機(jī)械手可以惟妙惟肖地效仿人手和臂的部分行為功能，依設(shè)定程序進(jìn)行拿取、搬送物品或操控工具的自動(dòng)操作裝置。此外它還能夠替代人的沉重勞動(dòng)來達(dá)到機(jī)械制造加工的自動(dòng)化。只需我們利用編寫程序來實(shí)現(xiàn)不同的預(yù)想動(dòng)作，在結(jié)構(gòu)和功能上就能同時(shí)擁有人和機(jī)械手種種的優(yōu)點(diǎn)。常用的機(jī)械手一般由手部、活動(dòng)機(jī)構(gòu)兩大部分組成。手部的首要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)工件的抓取，然后按照被抓取工件的材質(zhì)、尺寸大小、形狀、重量和動(dòng)作需要設(shè)計(jì)成如托取型、吸貼型、夾持型等滿足要求的各種結(jié)構(gòu)類型。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)也就是讓手部按照不同的角度不同運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)移或混合運(yùn)動(dòng)來滿足產(chǎn)品的加工需要。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的伸展與收縮、上升與下降、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)自活動(dòng)形式，被叫做機(jī)械手的自由度。要能夠拿取任何地方或不同狀態(tài)的工件，只要擁有6個(gè)或以上自由度的機(jī)械手就可以做到。因此機(jī)械手的自由度就最初設(shè)計(jì)時(shí)必須謹(jǐn)慎合理地考慮的重要參數(shù)。機(jī)械手的自由度越高，作業(yè)功能或者敏捷性就越大，實(shí)用范圍就越廣，當(dāng)然對應(yīng)的結(jié)構(gòu)也就越復(fù)雜。普通專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度[7]。投入使用機(jī)械手，可以使生產(chǎn)線完全自動(dòng)化，不僅能大幅削減人工，同時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度也大大降低，而且系統(tǒng)穩(wěn)定好、使用方便，同時(shí)還可以適時(shí)快速便捷地監(jiān)控生產(chǎn)實(shí)際情況。當(dāng)然對企業(yè)來講最大的優(yōu)勢就是能夠降低長期帶來的人工成本，提高企業(yè)利潤率。

目前我國國內(nèi)公司內(nèi)人工成本不斷增加，逐漸成為公司的一大負(fù)擔(dān)。對此機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線在加工制造業(yè)中的優(yōu)點(diǎn)日趨鮮明，眾多的生產(chǎn)廠家慢慢開始加大對機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線的投入。擁有眾多優(yōu)勢的自動(dòng)化生產(chǎn)線正在慢慢更替中國傳統(tǒng)的制造業(yè)模式，開拓現(xiàn)代加工制造業(yè)的創(chuàng)新模式[8]。現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的思維已慢慢滲入人們的工作、生活，也讓人們的工作生活變得更為的便利快捷。

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