機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用研究

王宏 唐和業(yè)

摘要：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技不斷發(fā)展的背景下，對(duì)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)能力提出新的挑戰(zhàn)，為提高機(jī)械制造效率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造技術(shù)自動(dòng)化是必經(jīng)之路。基于此，本文首先闡述了機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中的意義，繼而圍繞機(jī)械自動(dòng)化四個(gè)方面，即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，展開(kāi)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用途徑分析，提高自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞：機(jī)械自動(dòng)化技術(shù);機(jī)械制造;自動(dòng)化技術(shù)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)：1674-957X（2021）07-0196-02

0 ?引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展背景下，機(jī)械制造市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)呈現(xiàn)白熱化趨勢(shì)，機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需積極運(yùn)用機(jī)械自動(dòng)化中各項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造水平與效率的雙向提高，為機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)提供經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)，但在機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，人們?yōu)檎嬲私獾狡湓跈C(jī)械制造中的意義，對(duì)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用方向不熟悉，導(dǎo)致機(jī)械制造水平與效率未顯著提升，因此加大相關(guān)研究是極為必要的。

1 ?機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中的意義

機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中逐漸演變成集計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）為一體的先進(jìn)技術(shù)集合，隨著社會(huì)生產(chǎn)要求的不斷提高，機(jī)械制造實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化已迫在眉睫，在現(xiàn)階段機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用將成為行業(yè)發(fā)展重點(diǎn)[1]。

傳統(tǒng)機(jī)械制造模式已無(wú)法完成社會(huì)高質(zhì)量高效率目標(biāo)，在近幾年發(fā)展中，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了與計(jì)算機(jī)技術(shù)的充分融合，為機(jī)械制造發(fā)展注入新的活力，在此基礎(chǔ)上，機(jī)械自動(dòng)化在機(jī)械制造中體現(xiàn)出顯著意義，具體表現(xiàn)在以下方面：①改變傳統(tǒng)勞動(dòng)力依賴(lài)現(xiàn)象，在傳統(tǒng)機(jī)械制造模式下，主要依賴(lài)勞動(dòng)力完成生產(chǎn)制造目標(biāo)，雖在機(jī)械化生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)技術(shù)的革新，但在現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境下，機(jī)械自動(dòng)化是促進(jìn)機(jī)械生產(chǎn)制造進(jìn)一步發(fā)展的有效方式;②促進(jìn)機(jī)械生產(chǎn)規(guī)范化，在傳統(tǒng)機(jī)械工程師實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，受各種條件限制導(dǎo)致優(yōu)化復(fù)雜，除機(jī)械制造設(shè)計(jì)外，繼而實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造操作優(yōu)化;③提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在現(xiàn)代國(guó)內(nèi)外機(jī)械制造市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)逐漸尖銳的形勢(shì)下，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造大規(guī)模自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用可提高機(jī)械制造生產(chǎn)水平與產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

2 ?機(jī)械制造中機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用途徑分析

為實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造中機(jī)械自動(dòng)化的正確應(yīng)用，本文從實(shí)現(xiàn)CAM機(jī)械輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化CAM人機(jī)交互制造、完善FMS柔性體系建設(shè)、形成CIMS集成管理方式四個(gè)角度進(jìn)行應(yīng)用途徑分析，旨在為機(jī)械制造中運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)提供發(fā)展方向。

2.1 實(shí)現(xiàn)CAD機(jī)械輔助設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)工作，簡(jiǎn)稱(chēng)CAD，能夠有效降低機(jī)械制造成本，在傳統(tǒng)機(jī)械制造基礎(chǔ)上提升生產(chǎn)力與效率，通過(guò)幫助設(shè)計(jì)工程師實(shí)現(xiàn)計(jì)算自動(dòng)化與信息存儲(chǔ)自動(dòng)化，極大提高設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量，繼而保障機(jī)械制造水平，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造設(shè)計(jì)自動(dòng)化能夠使設(shè)計(jì)工程師的思維快速具象化，通過(guò)初級(jí)設(shè)計(jì)思路的效率提高，使設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)優(yōu)化修改時(shí)間變得更加寬裕，能夠有效提高機(jī)械制造設(shè)計(jì)合理性與規(guī)范性。

現(xiàn)階段普遍使用Auto CAD、PRO/E、浩辰CAD等設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)對(duì)D代碼的規(guī)范實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模具成型，運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)提高設(shè)計(jì)工程師繪制準(zhǔn)確度，將機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中各類(lèi)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并導(dǎo)入CAD三維模型系統(tǒng)中，并可通過(guò)CAD軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造設(shè)計(jì)二維與三維的形式轉(zhuǎn)換，運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)建模是CAD軟件的核心功能，將機(jī)械制造設(shè)計(jì)進(jìn)行線框、實(shí)體、表面建模，通過(guò)機(jī)械模型的解構(gòu)與重構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了立體化展現(xiàn)。

在機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)中，運(yùn)用CAD自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)輔助可將機(jī)械產(chǎn)品、機(jī)械子裝配、機(jī)械零部件進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，并結(jié)合CAD軟件信息存儲(chǔ)與修改的便利性使容錯(cuò)率得到提升，繼而實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造數(shù)據(jù)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如汽車(chē)制造過(guò)程中，汽車(chē)整體結(jié)構(gòu)與各部位質(zhì)量能夠直接影響汽車(chē)性能與行駛安全，設(shè)計(jì)工程師展開(kāi)機(jī)械制造設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用CAD自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)零件立體化設(shè)計(jì)，能夠最大程度保障汽車(chē)質(zhì)量，而通過(guò)CAD自動(dòng)化技術(shù)完成汽車(chē)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)汽車(chē)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并經(jīng)過(guò)可視化設(shè)計(jì)后進(jìn)行制造能夠有效避免設(shè)計(jì)圖紙與成品之間的差異，提高汽車(chē)整體性能，并杜絕制造后返工現(xiàn)象的出現(xiàn)。以汽車(chē)為機(jī)械制造案例進(jìn)行分析不難看出，CAD自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用極大提高機(jī)械制造設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)成本降低與經(jīng)濟(jì)效益增高，因此可得知機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2.2 優(yōu)化CAM人機(jī)交互制造

計(jì)算機(jī)輔助制造簡(jiǎn)稱(chēng)CAM，在機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)中，運(yùn)用電子信息技術(shù)進(jìn)行機(jī)械數(shù)據(jù)分析與運(yùn)用，繼而完成對(duì)機(jī)床等設(shè)備的自動(dòng)化管理，CAM計(jì)算機(jī)輔助制造作為直接影響機(jī)械制造質(zhì)量的核心技術(shù)，具備仿真加工、數(shù)控編程、生產(chǎn)流程控制與規(guī)范等多種功能，可與CAD自動(dòng)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合信息交互，由CAD自動(dòng)化設(shè)計(jì)完成計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)G代碼，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型后轉(zhuǎn)換成為NG代碼并運(yùn)用CAM技術(shù)送至機(jī)床完成加工制造，并通過(guò)自動(dòng)化處理形成制造軌跡，在機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展中逐漸形成操作規(guī)范，進(jìn)一步提高機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用水平。CAM相較于CAD而言，更加注重各類(lèi)制造工藝過(guò)程數(shù)據(jù)控制，而非設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)掌握，CAM通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)完成機(jī)械零件、工具設(shè)定等多項(xiàng)實(shí)際制造加工流程優(yōu)化，不斷降低機(jī)械制造誤差。

在機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)中，CAM的運(yùn)用主要體現(xiàn)在零部件加工、組裝與整機(jī)配裝、驗(yàn)收與包裝、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制等方面，例如在進(jìn)行機(jī)械部件組裝制造時(shí)，需借助計(jì)算機(jī)完成基礎(chǔ)組裝工程設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整組裝順序與位置，在確保機(jī)械整體質(zhì)量基礎(chǔ)上提高組裝精確度。CAM自動(dòng)化技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行機(jī)械制造的，因此為保障CAM技術(shù)的準(zhǔn)確運(yùn)用，需結(jié)合機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)實(shí)際情況進(jìn)行構(gòu)建數(shù)據(jù)資料庫(kù)，為機(jī)械自動(dòng)化提供技術(shù)依據(jù)，在CAM實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化制造生產(chǎn)中可分為數(shù)控系統(tǒng)與編程系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)交互完成機(jī)械制造設(shè)計(jì)圖導(dǎo)入、數(shù)據(jù)分析、制造參數(shù)導(dǎo)入等多項(xiàng)工作，傳統(tǒng)機(jī)械制造機(jī)床是基于數(shù)控紙帶與廣電閱讀器進(jìn)行加工控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用后，可通過(guò)計(jì)算機(jī)完成傳統(tǒng)紙帶與閱讀器的工作，對(duì)機(jī)床刀具位置補(bǔ)償、故障診斷、加工仿真對(duì)多項(xiàng)機(jī)械制造環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化轉(zhuǎn)變，繼而根據(jù)CAM編程系統(tǒng)完成機(jī)能、地址碼的指令編號(hào)，例如NO15G00G49X073Y029T32程序代表意義為快速運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)（73.29），二號(hào)刀取三號(hào)撥盤(pán)上刀補(bǔ)值，其中NO15指第15條質(zhì)量，G00代表到點(diǎn)控制，而G49為刀補(bǔ)準(zhǔn)備，X073與Y029代表X與Y坐標(biāo)值，T32為刀具編號(hào)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)地址碼完成機(jī)械自動(dòng)化制造，提高機(jī)械生產(chǎn)效率[2]。

2.3 完善FMS柔性體系建設(shè)

柔性制造系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)FMS，是通過(guò)中央計(jì)算器完成機(jī)床與傳統(tǒng)的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械設(shè)備與零件的傳輸，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造與加工的準(zhǔn)確化操作，運(yùn)用FMS自動(dòng)化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)物料與加工零件的自動(dòng)裝卸與運(yùn)輸，通過(guò)機(jī)器指令操作實(shí)現(xiàn)全面機(jī)械化操作，實(shí)現(xiàn)了人工成本的降低，并有效提高裝卸與運(yùn)輸過(guò)程的準(zhǔn)確度。

在機(jī)械制造過(guò)程中，F(xiàn)MS自動(dòng)化技術(shù)主要體現(xiàn)在板類(lèi)加工、箱體加工、軸類(lèi)加工與盤(pán)類(lèi)加工，但FMS最大價(jià)值體現(xiàn)在工件、刀具、毛坯等物料的儲(chǔ)存與搬運(yùn)過(guò)程中，通過(guò)托盤(pán)庫(kù)與立體倉(cāng)庫(kù)完成物料存儲(chǔ)，其中毛坯需生產(chǎn)制造工人將其放入FMS系統(tǒng)托盤(pán)夾具中，通過(guò)設(shè)定FMS指令完成指定位置運(yùn)輸與加工。FMS柔性化管理應(yīng)用還可針對(duì)外界環(huán)境因素的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化差異適應(yīng)，通過(guò)指令撰寫(xiě)與導(dǎo)入實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)，使機(jī)械制造能夠根據(jù)市場(chǎng)變化進(jìn)行適應(yīng)性更改，能夠切實(shí)保障自動(dòng)化技術(shù)能夠?yàn)闄C(jī)械制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。在當(dāng)前FMS自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展中，已融合了人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造機(jī)器人，能夠在其設(shè)定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)機(jī)床輸送與裝卸工件，在傳統(tǒng)機(jī)械制造工藝中，對(duì)于勞動(dòng)力具有極大的依賴(lài)性，在當(dāng)下信息化生產(chǎn)廣泛應(yīng)用的大環(huán)境下，機(jī)械制造管理人員需用發(fā)展的眼光看待自動(dòng)化技術(shù)，充分結(jié)合時(shí)代新技術(shù)完成自身產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)步，雖短期內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)成本提高現(xiàn)象，但在長(zhǎng)久以往發(fā)展中，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將會(huì)愈發(fā)顯著，不斷為機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)收益。

柔性化主要特征是可以聯(lián)系外部因素作用差異呈現(xiàn)出良好的適應(yīng)能力。換言之，于柔性化應(yīng)用中，所生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠有效適應(yīng)整個(gè)市場(chǎng)變化特征。而現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)在實(shí)際發(fā)展中，需要聯(lián)系終端用戶(hù)的多樣化需求，進(jìn)行精準(zhǔn)反應(yīng)，從而針對(duì)機(jī)械制造產(chǎn)品結(jié)構(gòu)屬性以及產(chǎn)品類(lèi)型進(jìn)行合理調(diào)整。從該種角度分析，通過(guò)實(shí)現(xiàn)柔性化應(yīng)用，能夠幫助順利解決相關(guān)問(wèn)題，同時(shí)在保障必要生產(chǎn)柔性的同時(shí)，針對(duì)人機(jī)交互界面實(shí)施全面優(yōu)化，同時(shí)在針對(duì)產(chǎn)品制造創(chuàng)建信息管理系統(tǒng)的同時(shí)從最大程度上發(fā)揮出計(jì)算機(jī)管理效益?；谙冗M(jìn)技術(shù)支持下，敏捷制造逐漸成為柔性化應(yīng)用發(fā)展主流趨勢(shì)。

2.4 形成CIMS集成管理方式

從機(jī)械制造業(yè)角度分析，集成化即技術(shù)功能和技術(shù)經(jīng)營(yíng)的全面集成，基于信息技術(shù)支持下，計(jì)算機(jī)集成化制造可以促進(jìn)企業(yè)參與制造整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)全面優(yōu)化。企業(yè)于實(shí)際經(jīng)營(yíng)管理中所涵蓋各種動(dòng)態(tài)集成可以促進(jìn)企業(yè)內(nèi)部動(dòng)態(tài)集成為統(tǒng)一整體，進(jìn)而強(qiáng)化其和全球化競(jìng)爭(zhēng)中關(guān)鍵需求的全面融合。于機(jī)械制造技術(shù)實(shí)際發(fā)展中，通過(guò)合理應(yīng)用自動(dòng)化機(jī)械技術(shù)，可以在制造系統(tǒng)內(nèi)順利引入數(shù)控加工技術(shù)、企業(yè)信息管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。當(dāng)下以CAM和CAD為核心的CIMS工程應(yīng)用方式初步實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造行業(yè)的全面覆蓋，在未來(lái)發(fā)展中其能夠成為制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展主流之一。

CIMS為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，是在CAD與CAM技術(shù)基礎(chǔ)上，將具有關(guān)聯(lián)的各個(gè)子模塊進(jìn)行集合管理的新方式，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)將分散的產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)進(jìn)行整合，使各機(jī)械制造環(huán)節(jié)不再孤立，從而形成統(tǒng)一整體，對(duì)于小批量生產(chǎn)的機(jī)械零件尤為適用，能夠充分體現(xiàn)集成化經(jīng)濟(jì)效益管理與智能化制造[3]。CIMS集成自動(dòng)化在一定程度內(nèi)完成了機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化控制與自動(dòng)化調(diào)節(jié)，對(duì)于機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)而言，各制造參數(shù)的變化均由數(shù)據(jù)體現(xiàn)，自動(dòng)化集成管理相較于傳統(tǒng)集成管理而言更易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中化，將制造信息進(jìn)行資源信息的分析與重組，實(shí)現(xiàn)對(duì)市場(chǎng)需求的快速相應(yīng)。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在集成管理發(fā)展中應(yīng)始終圍繞精密化制造展開(kāi)，提高各零件制造精度，實(shí)現(xiàn)CMIS在自動(dòng)化機(jī)械制造中的全面覆蓋，提高整體經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)與競(jìng)爭(zhēng)力提高。

3 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)革新背景下，對(duì)于促進(jìn)機(jī)械制造生產(chǎn)水平與效率提升具有顯著效果，由此可見(jiàn)，機(jī)械制造中廣泛應(yīng)用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)是順應(yīng)社會(huì)進(jìn)步的必要要求。在研究過(guò)程中，本文圍繞自動(dòng)化技術(shù)四個(gè)方面展開(kāi)應(yīng)用途徑分析，以期為機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化發(fā)展提供方向，在保證產(chǎn)品制造質(zhì)量基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率提升，以此促進(jìn)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

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