淺談國(guó)內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用現(xiàn)狀

摘要：自從2010年國(guó)內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)“用工荒”現(xiàn)象以來(lái)， “用工荒”的問(wèn)題在機(jī)械制造行業(yè)中日益突出。解決制造企業(yè)“用工荒”的有效途徑之一是制造模式的轉(zhuǎn)型。2015年以來(lái)，國(guó)家提出中國(guó)“制造2025”戰(zhàn)略，越來(lái)越多的企業(yè)積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，推動(dòng)工廠(chǎng)向自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化方向轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：制造模式； 自動(dòng)化； 數(shù)字化；信息化

引言：隨著中國(guó)“制造2025”戰(zhàn)略的逐漸深化，結(jié)合機(jī)械制造業(yè)日益嚴(yán)峻的“用工荒”問(wèn)題，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的制造型企業(yè)選擇采用自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的方式來(lái)解決工人短缺的問(wèn)題。自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是，與人工操作相比自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的柔性較差，對(duì)客戶(hù)的生產(chǎn)設(shè)備有一定的要求，對(duì)操作人員的能力要求也較高。因此，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)在國(guó)內(nèi)推廣和應(yīng)用存在使用范圍局限、設(shè)備性能參差不齊和工藝規(guī)劃欠缺等問(wèn)題。

一. 制造業(yè)的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)組成要素

一條完整的產(chǎn)品自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)由以下重要部分組成：

第一， 完整的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝。一個(gè)產(chǎn)品能否生產(chǎn)出，是由生產(chǎn)工藝所決定的。因此，完整的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝是自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)施的基礎(chǔ)，優(yōu)質(zhì)的工藝排布可以提高自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)效率、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量以及確保人員操作便捷。

第二， 穩(wěn)定性能好的加工設(shè)備。加工設(shè)備是自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的有效保障。自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)能穩(wěn)定、高效的生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，加工設(shè)備的穩(wěn)定性是基礎(chǔ)保障。

第三， 具有自動(dòng)化接口的夾具。夾具是生產(chǎn)工藝中重要因素之一，也是與工業(yè)機(jī)器人直接對(duì)接的部件，自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)能高效的生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，夾具也起到重要的決定因素。

第四， 具有可靠性能的工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的載體，在自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中起著貫通各個(gè)加工設(shè)備的作用。

第五， 自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)是自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的大腦，控制著整個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的準(zhǔn)確運(yùn)行。同時(shí)承擔(dān)著設(shè)備之間正確的信號(hào)交互功能，是自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)安全運(yùn)行的有效保障?？刂葡到y(tǒng)將自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中的工件制造進(jìn)度、質(zhì)量信息等客戶(hù)需要的信息傳遞給上一級(jí)信息控制系統(tǒng)（如MES，ERP）等，以提高客戶(hù)的產(chǎn)品質(zhì)量與管理效率。

第六， 物流系統(tǒng)和輔助設(shè)備。自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中除制造設(shè)備外，物流傳輸系統(tǒng)非常重要的組成部分。通過(guò)物流系統(tǒng)可以有效的傳遞物料，保證自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的通暢運(yùn)行。在物料傳遞過(guò)程中，根據(jù)制造設(shè)備對(duì)工件姿態(tài)的要求，輔助設(shè)備可以調(diào)整物料姿態(tài)，有效保障在加工物料進(jìn)入制造設(shè)備時(shí)具有正確的姿態(tài)等。

二. 國(guó)內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用現(xiàn)狀

近幾年國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化得到了迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的制造企業(yè)采購(gòu)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，發(fā)展自動(dòng)化項(xiàng)目。進(jìn)而將自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)與信息化軟件結(jié)合起來(lái)，提高企業(yè)的質(zhì)量管理和追溯能力。同時(shí)，許多企業(yè)正在通過(guò)改造原來(lái)制造設(shè)備來(lái)提高企業(yè)的制造能力，從而提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，機(jī)械制造業(yè)的自動(dòng)化具有廣闊的發(fā)展空間和市場(chǎng)，同時(shí)這個(gè)行業(yè)也面臨著較多的問(wèn)題。

第一，國(guó)內(nèi)制造企業(yè)的發(fā)展參差不齊，高端制造設(shè)備與低端制造設(shè)備共存。目前國(guó)內(nèi)的制造行業(yè)按自動(dòng)化可應(yīng)用潛力方面，大致分為以下三類(lèi)：

第一類(lèi)，本身具有較高的自動(dòng)化的能力，企業(yè)在多年前已采購(gòu)國(guó)外先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備，企業(yè)內(nèi)人員對(duì)自動(dòng)化設(shè)備非常熟悉，在自動(dòng)化項(xiàng)目的實(shí)施方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。他們?cè)谂挪忌a(chǎn)工藝的時(shí)就考慮到了自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)。他們是走在行業(yè)前列的，引領(lǐng)行業(yè)的發(fā)展方向。他們?nèi)栽诓粩嗖少?gòu)最新的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，結(jié)合最先進(jìn)的 “二維碼”追溯產(chǎn)品進(jìn)度等信息化管理技術(shù)以及MES、ERP等管理軟件，將自動(dòng)線(xiàn)進(jìn)一步打造成更具競(jìng)爭(zhēng)力的智能化生產(chǎn)線(xiàn)。這類(lèi)企業(yè)一般對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)質(zhì)量要求高。他們采用的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)大部分都是來(lái)自歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家。

第二類(lèi)，具備一定的自動(dòng)化能力，企業(yè)內(nèi)制造設(shè)備均為數(shù)控設(shè)備，且大部分設(shè)備是國(guó)外品牌的設(shè)備，具有較高的穩(wěn)定性。但是企業(yè)目前沒(méi)有自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)或者有很少的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。這類(lèi)企業(yè)的人員對(duì)自動(dòng)化設(shè)備了解不深，在自動(dòng)化項(xiàng)目的實(shí)施方面經(jīng)驗(yàn)較少。他們?cè)谂挪忌a(chǎn)工藝時(shí)，更多考慮的是單機(jī)生產(chǎn)的情況。在實(shí)施自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目時(shí)，需要對(duì)其生產(chǎn)工藝和制造設(shè)備的排布重新規(guī)劃，把不適合自動(dòng)化生產(chǎn)的工藝改造成適合自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的工藝排布。并結(jié)合信息軟件等技術(shù)，將企業(yè)的制造設(shè)備打造成目前比較先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)?；蛘咄ㄟ^(guò)改造升級(jí)，將已有的設(shè)備實(shí)施“信息化”“智能化”方面的升級(jí)改造。他們采購(gòu)的大都是國(guó)內(nèi)中高端的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。

第三類(lèi)，無(wú)自動(dòng)化能力，制造設(shè)備較為低端穩(wěn)定性差，設(shè)備種類(lèi)參差不齊。生產(chǎn)的零件品種繁雜，且不易形成大規(guī)模量產(chǎn)。此類(lèi)企業(yè)，也在對(duì)自己的制造設(shè)備進(jìn)行著積極的自動(dòng)化改造。但是，相對(duì)前兩類(lèi)企業(yè)來(lái)言，他們的制造方式?jīng)Q定了企業(yè)較難形成大規(guī)模自動(dòng)生產(chǎn)，或許單元化的自動(dòng)化升級(jí)改造方式更適合。

第二，機(jī)械制造行業(yè)的自動(dòng)化起步較晚，沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，整體技術(shù)能力和制造檔次較低，很難與國(guó)外同行競(jìng)爭(zhēng)。

近幾年，隨著機(jī)械制造行業(yè)的自動(dòng)化迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出了大批自動(dòng)化制造企業(yè)。根據(jù)用戶(hù)不同，大體也可分為以下三類(lèi)：

第一類(lèi)，在自動(dòng)化行業(yè)中起步較早，他們?cè)谧詣?dòng)化工程項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也形成了較完善的產(chǎn)品自動(dòng)化加工體系，具有較高的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制造的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)不論在性能方面，還是在安全方面已經(jīng)達(dá)到較高的層次。在新產(chǎn)品研發(fā)方面，也已經(jīng)具備一定的前瞻性和技術(shù)先進(jìn)性。

第二類(lèi)，企業(yè)規(guī)模較小，在自動(dòng)化項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中積累了一些的經(jīng)驗(yàn)，但是沒(méi)有完整的產(chǎn)品體系，產(chǎn)品僅能覆蓋較小的客戶(hù)群體，產(chǎn)品的性能與穩(wěn)定性無(wú)法達(dá)到高端用戶(hù)的要求。

第三類(lèi)，家庭作坊式小規(guī)模企業(yè)，生產(chǎn)特定的自動(dòng)化單元設(shè)備。

由于制造行業(yè)中自動(dòng)化是剛興起的行業(yè)，行業(yè)中的自動(dòng)化企業(yè)規(guī)模大小各不相同。生產(chǎn)的產(chǎn)品，不論是在性能方面還是在安全性方面有各自的理解和習(xí)慣。產(chǎn)品質(zhì)量也是參差不齊。與歐洲同行企業(yè)相比，國(guó)內(nèi)的企業(yè)所生產(chǎn)的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)整體性能較差、檔次較低，很難進(jìn)入高端市場(chǎng)。

第三，自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)制造工藝不成熟、設(shè)備穩(wěn)定性差、毛坯質(zhì)量差等因素都會(huì)影響自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

制造企業(yè)雖然積累了多年的制造經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)形成了一整套完善的制造工藝。但是在面對(duì)制造模式的轉(zhuǎn)型升級(jí)時(shí)，很容易先入為主的以手動(dòng)生產(chǎn)的工藝排布方式作為自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的工藝排布。同時(shí)國(guó)內(nèi)自動(dòng)化制造企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)不足，很難改變客戶(hù)的生產(chǎn)工藝。最終，會(huì)造成在自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)施和運(yùn)行的過(guò)程中問(wèn)題頻發(fā)，遇到無(wú)法良好的運(yùn)行局面。

另外，受前序鑄造工藝和制造成本的影響，一般手動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的毛坯質(zhì)量差，在裝夾工件時(shí)，操作人員會(huì)對(duì)待加工毛坯存在問(wèn)題進(jìn)行手動(dòng)處理。但是，作為自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，較差的毛坯質(zhì)量會(huì)影響到自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的穩(wěn)定運(yùn)行，造成較高的廢品率，甚至還會(huì)造成撞機(jī)等危險(xiǎn)事故。

第四，客戶(hù)對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的認(rèn)知不足，操作人員的能力較低。

客戶(hù)對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的認(rèn)知不足，許多客戶(hù)會(huì)生產(chǎn)多品種的零件。往往將自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)與人工進(jìn)行比較的時(shí)候，他們認(rèn)為自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)可以完全代替人工，可以生產(chǎn)手動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上的所有產(chǎn)品，或者要求自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)盡可能多種類(lèi)生產(chǎn)，這給自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施造成很大的困擾。

另外，與手動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)相比，自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)對(duì)操作人員的能力要求更高。因?yàn)槭謩?dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的加工程序固定后，大部分情況只需要會(huì)幾個(gè)簡(jiǎn)單的按鈕就可以操作，其他工作是向加工設(shè)備中裝卸物料。然而使用自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，雖然減少了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的數(shù)量，但是對(duì)操作人員的要求也提高了，往往需要維護(hù)與解決自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)出現(xiàn)的臨時(shí)問(wèn)題，能夠熟練的操作自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上的各種設(shè)備。因此提高現(xiàn)場(chǎng)操作人員的能力，也是企業(yè)發(fā)展自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)必然要面臨的問(wèn)題。

結(jié)束語(yǔ)：

總體而言，目前國(guó)內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)正處于自動(dòng)化升級(jí)轉(zhuǎn)型的大好時(shí)段，大量企業(yè)有自動(dòng)化項(xiàng)目需求，該行業(yè)將得到更迅猛的發(fā)展。對(duì)于國(guó)內(nèi)自動(dòng)化行業(yè)的起步晚、發(fā)展經(jīng)驗(yàn)不足、技術(shù)和制造能力較低、行業(yè)無(wú)完善的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)等諸多問(wèn)題。也需要從事這個(gè)行業(yè)的人員共同努力，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)良好發(fā)展，來(lái)實(shí)現(xiàn)追趕甚至超越世界先進(jìn)的自動(dòng)化制造企業(yè)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐宏斌，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用分析. 內(nèi)燃機(jī)與配件， 2017，11；

[2] 賀正楚，潘紅玉，德國(guó)“工業(yè)4.0”與中國(guó)“制造2025”，長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，6；

[3] 向群，屈平，我國(guó)制造業(yè)信息化發(fā)展現(xiàn)狀，世界制造與裝備市場(chǎng)，2004，10；

作者簡(jiǎn)介：張有斌（1987—），男，甘肅永登人，本科。

就職單位：金石機(jī)器人常州股份有限公司。

通信聯(lián)系人：張有斌，E-mail：zhangyoubin@stonrobot.com