自動化技術(shù)在汽車機械制造中的應用分析

王雅明 袁國倫

摘要：本文對國內(nèi)外汽車制造行業(yè)中自動化技術(shù)的應用現(xiàn)狀進行分析，系統(tǒng)闡述了目前自動化技術(shù)在汽車機械制造中的研究難點與發(fā)展重點，提出未來我國汽車機械制造行業(yè)自動化技術(shù)應該向多元化、智能化及標準化方向發(fā)展，研究結(jié)果對于汽車機械制造行業(yè)自動化及智能化的提高具有一定的理論意義與技術(shù)支撐。

Abstract： This paper analyzes the application status of automation technology in the automobile manufacturing industry at home and abroad， systematically expounds the current research difficulties and development priorities of automation technology in automobile machinery manufacturing， and proposes that the future automation technology of my country's automobile machinery manufacturing industry should be diversified， The direction of intelligence and standardization is developing， and the research results have certain theoretical significance and technical support for the improvement of automation and intelligence in the automotive machinery manufacturing industry.

關(guān)鍵詞：自動化;多元化;機械制造;發(fā)展趨勢;智能化

Key words： automation;diversification;machinery manufacturing;development trend;intelligence

中圖分類號：U46 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0223-03

0 ?引言

自動化技術(shù)（Automation technology）是一門集計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)、電子信息技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)、機械技術(shù)、液壓技術(shù)及相關(guān)控制理論等為一體的綜合技術(shù)，可以改變傳統(tǒng)工業(yè)制造生產(chǎn)技術(shù)中需要大量人力投入的生產(chǎn)現(xiàn)狀。自動化技術(shù)可以減輕勞動強度，應用信息技術(shù)與計算機技術(shù)，通過相關(guān)技術(shù)人員提前進行程序編輯，在機械制造中可以按照人的意愿進行信息處理與操控決策。目前，自動化技術(shù)已經(jīng)應用到各個行業(yè)與各項制造生產(chǎn)行業(yè)中，在軍事、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、交通等相關(guān)行業(yè)得到了廣泛應用于發(fā)展，將相關(guān)勞動人員從繁重、沉悶及枯燥的生產(chǎn)勞動中解放出來。自動化技術(shù)的發(fā)展情況也被認定為各個行業(yè)發(fā)展現(xiàn)代化的重要標志。

汽車制造生產(chǎn)是一項多元化綜合生產(chǎn)技術(shù)，汽車制造需要多種機械零部件產(chǎn)品，通過各種加工方式合作完成。隨著目前社會發(fā)展對汽車需求不斷提升，汽車工業(yè)也在不斷壯大。通過2020年研究表明，我國汽車銷售量占世界市場的銷售總量的一半以上，隨著生產(chǎn)數(shù)量的激增，我國逐步發(fā)展汽車制造自動化流水線工作，實現(xiàn)汽車機械制造零部件的標準化與模塊生產(chǎn)應用。因此，逐步提高并且普及汽車制機械制造的自動化水平，是提高我國汽車制造行業(yè)先進性的重要標志。

1 ?汽車機械制造自動化技術(shù)發(fā)展意義

1.1 提高生產(chǎn)效率

汽車機械制造是一項繁瑣的流水線工作，主要包括汽車制造行業(yè)零部件的生產(chǎn)、各項零部件的加工技術(shù)及最后的裝配加工技術(shù)。自動化技術(shù)可以代替相應的人工進行機械制造與操作，按照預定的技術(shù)操作規(guī)程進行自動操控，減少人力投入，極大地改善了傳統(tǒng)落后的生產(chǎn)現(xiàn)象。目前我國已經(jīng)將自動化生產(chǎn)技術(shù)進行集成化發(fā)展，逐步形成了自動化生產(chǎn)平臺，實現(xiàn)汽車制造流水線工作，提升工作效率，實現(xiàn)汽車生產(chǎn)集成化、標準化與自動化發(fā)展。我國最早在2003年，在上海通用汽車公司建立自動化生產(chǎn)車間，實現(xiàn)一種車型一套自動化流水線生產(chǎn)，可以同時進行8臺汽車的制造，初次投入生產(chǎn)下，自動化程度可以達到60%，后續(xù)相關(guān)零部件的焊接與裝配及汽車質(zhì)量的檢查仍需要人工進行。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與自動化技術(shù)的提高，自動化生產(chǎn)平臺的生產(chǎn)效率及生產(chǎn)精度得到了大幅度提高。目前在汽車機械制造行業(yè)中的控制系統(tǒng)、電子信息系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)等得到了長足的發(fā)展。在控制系統(tǒng)中，主要將自動化控制技術(shù)應用到ECU控制系統(tǒng)（圖1），可以實現(xiàn)模糊控制、動態(tài)控制與規(guī)劃及一些復雜的控制技術(shù)。在電子信息控制技術(shù)中，主要是進行相對應的硬件系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，例如汽車控制系統(tǒng)中的CAN總線設(shè)計;在汽車自動化制造中，軟件控制系統(tǒng)是控制核心，主要是針對軟件系統(tǒng)進行程序設(shè)定與底層開發(fā)等。

目前我國汽車制造行業(yè)已經(jīng)基本實現(xiàn)自動化平臺進行流水線工作，目前正在此基礎(chǔ)上向智能化制造體系發(fā)展（圖2）。我國工業(yè)4.0是汽車制造行業(yè)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)與目標，我國應該將各項智能化生產(chǎn)技術(shù)應用到汽車制造行業(yè)中，提升工作效率與行業(yè)發(fā)展。目前，在自動化控制的基礎(chǔ)上，結(jié)合計算機技術(shù)與人工智能技術(shù)，研制一種智能汽車，對駕駛環(huán)境與駕駛路段進行決策規(guī)劃，實現(xiàn)自動路徑調(diào)整與規(guī)劃，可以為駕駛者提供良好的人機交互界面，保障駕駛的舒適性與安全性，目前國內(nèi)外已經(jīng)將智能汽車的研究作為汽車制造行業(yè)發(fā)展的重要研究方向，在歐盟及美國等地區(qū)已經(jīng)基本實現(xiàn)智能汽車駕駛，在日本，目前已經(jīng)開設(shè)相關(guān)路段專門用于智能汽車的行駛。目前我國已經(jīng)完成智能汽車的基本研制，主要結(jié)構(gòu)如表1所示。

1.2 滿足安全與穩(wěn)定要求

1.2.1 可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木扰c響應程度：自動控制技術(shù)可以利用各類傳感器實現(xiàn)對不同系統(tǒng)的實時監(jiān)測與信息傳輸，方便各個控制系統(tǒng)之間的信息交互，保障系統(tǒng)全面穩(wěn)定運行。實現(xiàn)信息存儲與傳輸，形成系信息集中控制系統(tǒng)（Smart Distributed System），并且可以實現(xiàn)雙向通信，通過對接收的信息來決策，并實現(xiàn)各項操控技術(shù)，還可以實時進行自我檢查、校對與系統(tǒng)診斷等功能。與傳統(tǒng)的人工制造相比，傳感器對于各項數(shù)據(jù)的傳輸速度、響應程度及靈敏性高于人工，可以大幅度提高工作效率與工作精度。

1.2.2 增強安全性能，消除危險隱患

在汽車機械制造中，在進行零部件制造與加工時，許多工藝操作會存在一定的安全隱患，一些加工技術(shù)，如噴漆等化學產(chǎn)品還會對人體健康造成一定的威脅。因此，在一些零部件加工時，利用自動化控制技術(shù)，如機械爪等代替人工進行操作，可以提高工業(yè)生產(chǎn)中的安全性能，消除一些安全隱患對工作人員造成的威脅。

2 ?自動化技術(shù)在汽車機械制造中的應用分析

2.1 集成自動化技術(shù)應用分析

集成自動化技術(shù)是汽車制造生產(chǎn)中的管理核心，主要是應用管理控制理論、電子信息、儀器儀表及其它技術(shù)實現(xiàn)對汽車制造中的相關(guān)檢測、控制與優(yōu)化調(diào)度，主要分為邏輯控制、分散控制和計算機控制。對系統(tǒng)進行性能檢測與調(diào)試運行，在汽車機械制造中應用集成自動化技術(shù)可以實現(xiàn)系統(tǒng)之間的連續(xù)控制、集中管理與統(tǒng)一通信，增強汽車制造中整體的協(xié)調(diào)性與精度，為汽車的安全運行與性能提高提供技術(shù)基礎(chǔ)。

2.2 機械組裝自動化技術(shù)應用分析

汽車裝配技術(shù)是充分發(fā)揮各個零部件的協(xié)調(diào)性的重要作業(yè)環(huán)節(jié)，是保障汽車各個零部件正常運行的技術(shù)基礎(chǔ)。機械裝配精度對于后期汽車維修、保養(yǎng)、工作性能及使用壽命至關(guān)重要，至汽車制造的維修保養(yǎng)的重要條件，是決定汽車質(zhì)量的主要工藝技術(shù)。采用自動裝配技術(shù)可以提高裝配的完整性、精度及統(tǒng)一性。

2.3 檢測自動化技術(shù)應用分析

汽車機械制造中自動化檢測技術(shù)是車輛安全性能檢測的最后作業(yè)環(huán)節(jié)，是保障汽車可以正常運行的基礎(chǔ)，也是后期汽車保養(yǎng)與維修的主要工作內(nèi)容。目前，采用自動檢測設(shè)備，可以在技術(shù)人員專業(yè)知識受到局限時，全面地對汽車進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)汽車整體存在的安全隱患，在汽車檢測與維修時都可以進行全面的檢查與分析判斷。

3 ?汽車機械制造中自動化技術(shù)的發(fā)展難點

3.1 重型汽車自動化技術(shù)的發(fā)展

目前隨著汽車自動化控制技術(shù)的逐步發(fā)展與深入研究，目前汽車機械制造自動化技術(shù)主要集中在小型駕駛汽車，關(guān)于重型汽車自動化技術(shù)的研究較為匱乏。重型汽車的駕駛?cè)藛T有更多的注意事項與基本操作，重型汽車在駕駛過程中會出現(xiàn)一定的道路監(jiān)控盲區(qū)，應該增強針對重型汽車自動化技術(shù)關(guān)于交通路況監(jiān)測、與乘客的互動響應機制及相應的停車服務(wù)功能進行深入研究。重型汽車在軍事及商業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛，2019年起，歐盟委員會推出的“COMPANION項目”開始對重型汽車的機械制造自動化技術(shù)進行深入研究。美國加州大學伯克利分校也開始對重型汽車進行自動化的研究，目前已經(jīng)成功應用一項“汽車駕駛座位自動調(diào)整技術(shù)”，除此之外，在巴士、卡車和除雪設(shè)備中，關(guān)于汽車自動化主題的大多數(shù)發(fā)表的人為因素研究大多局限于調(diào)查、焦點小組、駕駛模擬研究、由于目前的汽車自動化技術(shù)，特別是重型汽車自動化技術(shù)還未進入深入研究與高精度測試。未來應該發(fā)展重型汽車在排隊服務(wù)、道路監(jiān)控及車道輔助等方面的自動化研究，充分考慮駕駛?cè)藛T與汽車駕駛界面的友好交互。

3.2 自動駕駛技術(shù)的發(fā)展

自動駕駛系統(tǒng)（Autopilot system）可以將駕駛者從枯燥重復的駕駛過程中解放出來，由于目前自動駕駛技術(shù)中自動控制系統(tǒng)、定位技術(shù)、傳感器技術(shù)及機器視覺技術(shù)技術(shù)還不成熟，在不同路況中行駛時，容易受到地形及田間環(huán)境的影響，與國外一些農(nóng)業(yè)發(fā)達國家相比，我國在自動駕駛研發(fā)水平、生產(chǎn)效率、機械創(chuàng)新性較低及自動化控制技術(shù)較為落后。汽車機械制造自動化技術(shù)會影響人工智能技術(shù)在汽車制造生產(chǎn)中的應用，提高汽車機械制造自動化技術(shù)可以更好地與人工智能技術(shù)互相融合，在汽車制造生產(chǎn)中發(fā)揮1+1>2的功能。

4 ?自動化技術(shù)在汽車機械制造中的應用策略

4.1 加強自動化技術(shù)人才的培養(yǎng)

加強人才培養(yǎng)是提高綜合國力的重要保障。任何行業(yè)的發(fā)展都離不開專業(yè)技術(shù)人員的支持，只要培養(yǎng)相應的技術(shù)人才才可以創(chuàng)造更高效、更先進的汽車制造生產(chǎn)技術(shù)。我們應該大力培養(yǎng)機械制造及其自動化技術(shù)綜合類技術(shù)人才與復合型技術(shù)人員。例如，汽車機械自動化技術(shù)需要IT技術(shù)人員支持和維護自動化生產(chǎn)平臺的過程操控與系統(tǒng)集成，為各項技術(shù)流程提供相對應的軟件基礎(chǔ)，整合流水線數(shù)據(jù)采集，可以保證在汽車機械制造中對各項生產(chǎn)過程進行信息采集與調(diào)控。另一方面，應該在企業(yè)內(nèi)部調(diào)整工作獎勵機制，進行相關(guān)綜合考評，以此作為調(diào)薪調(diào)檔的評判標準，提升競爭意識，最大的發(fā)揮人才生產(chǎn)能動性與主動性，積極開展人才培訓工作，制定相關(guān)的計數(shù)培養(yǎng)課程，將各項先進技術(shù)引進企業(yè)，提高企業(yè)整體素質(zhì)，實現(xiàn)未來企業(yè)良性發(fā)展。

4.2 提高自主研發(fā)能力

加大對傳統(tǒng)汽車制造機械的研發(fā)力度，準確把握工業(yè)生產(chǎn)及自動化技術(shù)的先進形勢，加大汽車制造機械基礎(chǔ)零部件研究，提高自主研發(fā)能力，目前關(guān)于汽車制造機械整體配合性與機具使用效率的研究較為匱乏。因此，我們應該對汽車制造機械工藝技術(shù)進行同步深入研究，在增強機械耐磨程度、提高機械工作性能、保證良好工作結(jié)構(gòu)的同時，實現(xiàn)機械使用壽命的延長等方面具有重要意義。在汽車制造生產(chǎn)中，加快技術(shù)創(chuàng)新與改革，提高生產(chǎn)力與機械化進展的速度，力求達到一個更加理想的自動化普及水平。

4.3 機械控制智能化發(fā)展

隨著科學技術(shù)的不斷進步，如計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)等的快速發(fā)展，汽車機械制造生產(chǎn)中應該與智能化科技相結(jié)合，對目前傳統(tǒng)汽車機械進行升級，在實現(xiàn)自動化控制的基礎(chǔ)上，逐步向智能化方向發(fā)展，在提高汽車機械制造基礎(chǔ)性能的同時，加強智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與傳感器的應用，提高汽車機械制造智能化水平，加快汽車制造行業(yè)的快速發(fā)展，為今后實現(xiàn)無人駕駛及自動導航技術(shù)提供一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

4.4 加快計算機視覺技術(shù)的研究

我國關(guān)于機器視覺技術(shù)起步晚，發(fā)展較為緩慢，由于相關(guān)技術(shù)不夠成熟，所以在各個行業(yè)的實際應用中相對較為落后，仍處于試驗階段，目前主要集中在電子、半導體、汽車行業(yè)及交通中應用較為廣泛，在汽車制造生產(chǎn)中應用屬于初級階段。機器視覺技術(shù)是目前人工智能技術(shù)的核心，也是目前無人駕駛技術(shù)及自動導航技術(shù)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。其特點主要是通過圖像傳感器對周邊環(huán)境進行識別，并將圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而做出智能決策，屬于人工智能發(fā)展的一個重要節(jié)點。計算機視覺技術(shù)多多種技術(shù)的交互融入及各個學科的深度融合，主要是傳感器技術(shù)、機械制造技術(shù)、人工智能技術(shù)3大部分。傳感器技術(shù)是汽車自動導航技術(shù)的核心技術(shù)，是連接機械制造與人工智能技術(shù)連接的“橋梁”，只有提高傳感器的精度，才可以更好地將采集的信息及時高效的反饋給信息處理系統(tǒng);機械制造技術(shù)是決定汽車制造行業(yè)優(yōu)劣評判指標;人工智能技術(shù)是及時作出信息判定及決策的中心。目前我國傳感器主要是引進國外相對較為成熟的各類傳感器，缺乏自主研發(fā)能力，目前國外與國內(nèi)的核心技術(shù)差別較大，因此配合使用效果較差。因此應該逐步建立相關(guān)核心技術(shù)的發(fā)展與相關(guān)零部件的配套使用體系，積極探索較為成熟的配套使用系統(tǒng)，為汽車機械制造行業(yè)中無人駕駛及自動導航技術(shù)的發(fā)展提供一個健全的技術(shù)體系。因此，大力發(fā)展和完善視覺技術(shù)是未來汽車制造行業(yè)乃至整個生產(chǎn)制造行業(yè)的重點。

5 ?結(jié)語

通過對目前機械自動化技術(shù)在汽車制造生產(chǎn)中的應用進行分析，系統(tǒng)闡明了我國汽車機械自動化技術(shù)的發(fā)展瓶頸的研究難點。針對我國目前汽車行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出：①未來我國汽車制造行業(yè)應該逐步向智能化方向發(fā)展，加強對相關(guān)人工智能技術(shù)、傳感器技術(shù)及機器視覺技術(shù)的研究，為無人駕駛技術(shù)及自動導航技術(shù)提供技術(shù)基礎(chǔ)與保障。②應該加強相關(guān)汽車制造行業(yè)復合型人才的培養(yǎng)，大力提高汽車機械自動化技術(shù)的創(chuàng)新性與自主研發(fā)性。③引導相關(guān)汽車制造企業(yè)對相關(guān)汽車制造行情的變化并及時制出相關(guān)的政策與計劃，提高汽車的生產(chǎn)效率與市場競爭力，根據(jù)市場需求及時調(diào)整生產(chǎn)重點與產(chǎn)品升級，在保證汽車制造行業(yè)穩(wěn)步生產(chǎn)時，及時調(diào)整發(fā)展重點，適應外界瞬息萬變的市場導向，提高我國汽車制造行業(yè)的市場競爭力。研究結(jié)果對于提高我國汽車制造行業(yè)中機械自動化及未來發(fā)展方向提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)參考。

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