王文超 代小華 趙平
摘 要:科技的發(fā)展促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域的相互融合,這也在一定程度上加劇了市場的競爭。對機(jī)械領(lǐng)域而言,電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)在極大程度上促進(jìn)了機(jī)械領(lǐng)域的技術(shù)革新,并促使其朝著機(jī)械自動化的方向發(fā)展。從市場來看,機(jī)械電氣化向機(jī)械自動化這一過渡較為明顯,因此,機(jī)械自動化成為了先進(jìn)制造技術(shù)中的重要組成部分,也是機(jī)械制造企業(yè)面對日趨競爭激烈市場所做出的必然選擇。
關(guān)鍵詞:機(jī)械自動化;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢
中圖分類號:TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:Adoi:10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.18.083
機(jī)械自動化即機(jī)械制造企業(yè)通過相關(guān)的自動化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)加工的自動化進(jìn)行,從而優(yōu)化和改進(jìn)工藝技術(shù)的過程。對機(jī)械制造企業(yè)而言,機(jī)械自動化的合理運(yùn)用可以極大程度提高生產(chǎn)效率,通過自動化的操作來保障產(chǎn)品的生產(chǎn)和質(zhì)量,減少人為因素對生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的影響。特別是針對諸多危險工種而言,機(jī)械自動化可以有效改善工人的施工環(huán)境,降低勞動強(qiáng)度,強(qiáng)化生產(chǎn)加工的安全。因此,機(jī)械自動化發(fā)展不僅是當(dāng)前機(jī)械制造企業(yè)所需要解決的問題,更是未來諸多行業(yè)和先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向。
1 機(jī)械自動化的現(xiàn)狀分析
從行業(yè)發(fā)展角度來看,機(jī)械自動化其實(shí)就是一個從初級到高級,從簡單到復(fù)雜的過程。改革開放之前,國內(nèi)的工業(yè)基礎(chǔ)較為薄弱,更缺乏相關(guān)的專業(yè)人才,所以即便投入了很多的人力、物力和財力,機(jī)械自動化的進(jìn)程也沒有得到顯著提高,并且在較長時間內(nèi),國內(nèi)機(jī)械自動化水平一直遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。改革開放后,國內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平得到了大幅度的提高,加上對先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備的學(xué)習(xí)和引進(jìn),為機(jī)械自動化的前期快速發(fā)展提供了有效保障。就目前來看,雖然“中國制造”享譽(yù)全球,但是出口的產(chǎn)品大多處于中低端,并且手工制品數(shù)量眾多,不僅產(chǎn)品的溢價低、能耗高,而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染,這在一定程度上反映了當(dāng)下國內(nèi)機(jī)械自動化水平與發(fā)達(dá)國家依然存在較大差異這一現(xiàn)實(shí)問題。另外,機(jī)械制造企業(yè)除了在生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)效率方面落后于發(fā)達(dá)國家之外,其在產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品種類方面也存在許多的問題,這些問題大多由工業(yè)基礎(chǔ)水平、產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)和技術(shù)創(chuàng)新幾個方面的原因所引起。這就需要機(jī)械制造企業(yè)能夠加強(qiáng)機(jī)械自動化的發(fā)展,并針對國內(nèi)工業(yè)水平和市場需求的實(shí)際情況來進(jìn)行生產(chǎn)和加工,實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動化水平的不斷提高。而且,經(jīng)濟(jì)水平的提高和商品的同質(zhì)化發(fā)展決定了未來機(jī)械自動化必須朝著小批量和多樣化的方向發(fā)展,這就對機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)靈活性和市場敏銳度提出了很大的要求。
2 機(jī)械自動化的發(fā)展趨勢
2.1 虛擬化
傳統(tǒng)的機(jī)械電氣化生產(chǎn),事先需要設(shè)計人員對產(chǎn)品進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計,然后交由生產(chǎn)人員對圖紙進(jìn)行測試和實(shí)驗(yàn),確保無誤后才能將設(shè)計應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。從設(shè)計到實(shí)際的產(chǎn)品生產(chǎn),所涉及的環(huán)節(jié)和范圍較廣,不僅會給機(jī)械制造企業(yè)造成大量的人力、物力和財力的浪費(fèi),而且信息在各個環(huán)節(jié)的傳遞中容易失真,最終導(dǎo)致實(shí)際產(chǎn)品與圖紙?jiān)O(shè)計存在較大的差異性。當(dāng)下信息技術(shù)的發(fā)展給機(jī)械自動化的信息傳遞提供了可能,首先,虛擬化技術(shù)的發(fā)展能夠有效解決計算機(jī)、操作系統(tǒng)和通信協(xié)議不一致引發(fā)的問題,提高了機(jī)械制造企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)的兼容性,讓機(jī)械制造企業(yè)內(nèi)部的軟硬件設(shè)施能夠得到合理的利用,極大程度提高了企業(yè)內(nèi)部資源的利用率,降低了生產(chǎn)成本;其次,機(jī)械制造企業(yè)的內(nèi)部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在虛擬化的過程中,可以對不同的應(yīng)用程序進(jìn)行隔離,通過信息整理和資源共享來滿足不同生產(chǎn)任務(wù)的需要,并且工作人員可以直觀獲取流程的進(jìn)度,避免了重復(fù)的工作內(nèi)容,極大提高了機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)效率;然后,信息資源的高度整合為遠(yuǎn)程辦公和業(yè)務(wù)擴(kuò)展提供了可能性,工作人員只需要通過網(wǎng)絡(luò)就能實(shí)現(xiàn)對工作和生產(chǎn)的有效控制,加上機(jī)械制造企業(yè)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和核心機(jī)密都被整合到一起,企業(yè)管理者只需要通過權(quán)限的設(shè)置就能減少傳統(tǒng)紙質(zhì)數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險,一旦機(jī)械制造企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)出現(xiàn)問題,還可以通過備份的數(shù)據(jù)來及時進(jìn)行恢復(fù),確保各項(xiàng)工作都能持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行;最后,機(jī)械制造企業(yè)的虛擬化系統(tǒng)可以讓諸多軟件和應(yīng)用得以統(tǒng)一部署,不僅便于后期的系統(tǒng)管理和維護(hù),而且可以對外定期發(fā)布企業(yè)的相關(guān)信息,讓客戶和消費(fèi)者能夠及時了解機(jī)械制造企業(yè)的動態(tài),機(jī)械制造企業(yè)也能在與客戶和消費(fèi)者的交流和溝通中得到信息的反饋,為后續(xù)的生產(chǎn)指明方向。
2.2 數(shù)字化
數(shù)字化制造在工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級中得到了廣泛的關(guān)注,其發(fā)展的根本在于制造技術(shù)的信息化和知識化。信息化主要體現(xiàn)于通過互聯(lián)網(wǎng)作為信息傳遞的媒介,促進(jìn)信息的高速傳播,知識化則體現(xiàn)于科學(xué)看待機(jī)械自動化的發(fā)展,并最終形成一門全新的科學(xué)體系。所以,數(shù)字化制造在生產(chǎn)加工的全過程中均有所體現(xiàn),雖然當(dāng)先數(shù)字化制造更多應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計和實(shí)驗(yàn)?zāi)M過程中,但是在車間的生產(chǎn)加工中的應(yīng)用成為了未來主要的發(fā)展方向。在“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的發(fā)展過程中,諸多機(jī)械制造企業(yè)已經(jīng)由原來的批量生產(chǎn)向研發(fā)生產(chǎn)方向轉(zhuǎn)變,加上市場對產(chǎn)品多樣化需要的加劇,這直接決定了機(jī)械制造企業(yè)會面臨品種多、產(chǎn)量小、周期短和難度高的問題,這些問題都會機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營和發(fā)展構(gòu)成影響。對于機(jī)械制造企業(yè)而言,網(wǎng)絡(luò)中的信息(圖形、表格、文字等)多以數(shù)字形式出現(xiàn),這些信息可以在數(shù)字化發(fā)展過程中得以充分收集、統(tǒng)計、分析和應(yīng)用,最終達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品性能的仿真,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品原型的確定和制造,讓機(jī)械制造企業(yè)得以適應(yīng)快節(jié)奏的市場環(huán)境。從國外來看,歐美大型企業(yè)很早之前就開始了對數(shù)字化制造的研究,比如波音、空客等企業(yè),其數(shù)字化制造幾乎包括了產(chǎn)品生命周期的整個過程,并且通過精細(xì)化的分工和零部件的制造來體現(xiàn)訂單式的生產(chǎn)。從國內(nèi)來看,最近幾年時間,數(shù)字化制造得到了很好的發(fā)展,特別是在數(shù)控機(jī)床方面,無論是產(chǎn)品的產(chǎn)出量還是產(chǎn)值都得到了大幅度地提高,其不僅運(yùn)用到了企業(yè)生產(chǎn)中,而且在航空、軍事等領(lǐng)域均有所體現(xiàn)。
2.3 綠色化
綠色化制造主要是權(quán)衡企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境影響的制造模式,旨在提高資源的利用效率,并且對環(huán)境構(gòu)成最小的影響。低碳環(huán)保是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的熱點(diǎn)問題,也是應(yīng)對全球氣候變暖和環(huán)境污染的重要措施,所以綠色化制造成為了未來機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展的趨勢。但是,與高層意見相反的是,當(dāng)下部分機(jī)械制造企業(yè)所提倡的綠色生產(chǎn)還僅停留在了宣傳、樹立形象等方面,甚至部分機(jī)械制造企業(yè)認(rèn)為經(jīng)濟(jì)效益和綠色化發(fā)展兩者相駁。因此,如何把綠色化制造進(jìn)一步落實(shí)到機(jī)械制造企業(yè)的行為中,成為該行業(yè)未來發(fā)展的重點(diǎn)。對機(jī)械制造企業(yè)而言,綠色生產(chǎn)可以給企業(yè)帶來可觀的收益:首先,降低能耗是綠色化制造的宗旨,機(jī)械制造企業(yè)進(jìn)行綠色生產(chǎn)的途徑和技術(shù)有很多,比如在原材料、生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程方面都能夠加以選擇,實(shí)現(xiàn)降低能耗的目的,為機(jī)械制造企業(yè)節(jié)省生產(chǎn)成本;其次,機(jī)械制造企業(yè)實(shí)施綠色生產(chǎn)能夠直接降低污染排放,減少后續(xù)的環(huán)境治理費(fèi)用,從當(dāng)下的政策來看,政府在大力扶持綠色生產(chǎn),因此機(jī)械制造企業(yè)可以申請經(jīng)費(fèi)支持和環(huán)保補(bǔ)助,擴(kuò)寬機(jī)械制造企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益;然后,機(jī)械制造企業(yè)能夠?qū)δ茉础U棄材料和產(chǎn)品進(jìn)行回收利用,既可以節(jié)省資源的投入費(fèi)用,又可以大幅度減少污染排放量,實(shí)現(xiàn)了對有限資源的重復(fù)利用;最后,綠色化制造可以有效改善職工工作環(huán)境,提高他們的健康水平和生活質(zhì)量,減少環(huán)境事故給企業(yè)內(nèi)部和社會帶來的影響。
2.4 智能化
智能化制造是由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng),其通過制造工具和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)對生產(chǎn)流程進(jìn)行智能化改造,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的跨系統(tǒng)流動、采集、分析、與優(yōu)化,完成設(shè)備性能感知、過程優(yōu)化、智能排產(chǎn)等智能化生產(chǎn)方式。智能化制造雖然已經(jīng)成為了機(jī)械制造企業(yè)發(fā)展的主要趨勢,但是從實(shí)際的情況來看,部分機(jī)械制造企業(yè)所采用的生產(chǎn)線大多從國外直接進(jìn)口,國產(chǎn)生產(chǎn)線的參與度不高,即便我國消費(fèi)了全球數(shù)控機(jī)床的一半,絕大多數(shù)智能生產(chǎn)線上的設(shè)備都是源自進(jìn)口。因此,以海爾、廣汽傳祺、五家渠石化等為代表的機(jī)械制造企業(yè)通過建立智能工廠,推動智能化生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型。從智能化制造設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)來看,其主要包含了以下幾個方面:首先,智能化系統(tǒng)。智能化系統(tǒng)在提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量方面,其不僅能夠自動編程,而且具有故障診斷系統(tǒng),實(shí)時掌握了設(shè)備的狀況評估,避免了早期故障的停機(jī)檢修,降低了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用;然后,智能化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。智能化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是一種模仿人大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),以期實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、非線性映射和尋找最優(yōu)解等功能,雖然智能化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在數(shù)控機(jī)床方面的應(yīng)用不多,但是隨著技術(shù)的發(fā)展,智能化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)一定能給機(jī)械自動化發(fā)展提供廣闊的前景;最后,專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)內(nèi)部具有大量的專家知識和經(jīng)驗(yàn),通過學(xué)習(xí)和利用這些內(nèi)容能夠有效解決軟硬件中的技術(shù)問題,并且系統(tǒng)能夠根據(jù)問題的種類給操作者推薦相應(yīng)的內(nèi)容,以提高對問題的推理和判斷能力。
3 結(jié)束語
綜上所述,機(jī)械自動化的出現(xiàn)和發(fā)展并非空穴來風(fēng),而是體現(xiàn)了諸多科技前沿技術(shù)研發(fā)和運(yùn)用的結(jié)果,更是社會發(fā)展的必然產(chǎn)物。機(jī)械自動化作為一個高新行業(yè),其發(fā)展的潛力和運(yùn)用的市場是非常廣泛的,一方面機(jī)械自動化為傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)注入了新鮮血液,促進(jìn)了制造行業(yè)的不斷發(fā)展,另一方面西方發(fā)達(dá)國家的機(jī)械自動化歷程給我國的機(jī)械自動化提供了很好的參考和借鑒。從歷史的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)中可以發(fā)現(xiàn),機(jī)械自動化是生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的有效結(jié)合,盲目追求速度往往造成產(chǎn)品質(zhì)量的降低,進(jìn)而陷入到廉價商品生產(chǎn)的惡性循環(huán)中。只有正視我國機(jī)械自動化的現(xiàn)狀,并努力提高機(jī)械自動化的發(fā)展水平,才能讓國內(nèi)制造行業(yè)趕上國際先進(jìn)水平,推動我國工業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型升級。
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