自動化技術(shù)應(yīng)用分析及發(fā)展前景

王琛瑋 ， 燕并男

（西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

傳統(tǒng)制造技術(shù)應(yīng)用雖然十分廣泛，但是存在問題較多，例如材料浪費、生產(chǎn)成本高和工作效率低等。為有效突破傳統(tǒng)制造技術(shù)的瓶頸，自動化技術(shù)得到了快速發(fā)展，它是一種基于計算機(jī)技術(shù)、電子通信技術(shù)和自動控制技術(shù)等交叉互融的學(xué)科，改變了傳統(tǒng)制造模式，具體體現(xiàn)在生產(chǎn)系統(tǒng)化、集成化和智能化等方面。產(chǎn)品從設(shè)計到成品一體化完成，展現(xiàn)自動化技術(shù)的先進(jìn)性，為企業(yè)注入新的發(fā)展動力，有助于企業(yè)提高生產(chǎn)能力，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，保持強(qiáng)有力的競爭力、創(chuàng)造力和市場占有率，進(jìn)一步推動了我國智能制造技術(shù)快速發(fā)展[1]。

1 自動化技術(shù)概述

自動化技術(shù)是通過讓機(jī)械設(shè)備按照預(yù)先編好的程序自動完成一系列自我操作和控制的技術(shù)，達(dá)到解放人力勞動的目的。從企業(yè)的角度而言，可以通過一次購買自動化設(shè)備來代替多人勞動，提高工作效率，最大限度增加企業(yè)效益。隨著自動化技術(shù)的成熟，自動化技術(shù)被應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計與制造、電力系統(tǒng)、交通運輸和汽車制造等行業(yè)，有效推動了我國裝備制造業(yè)的快速發(fā)展[2]。

2 自動化技術(shù)在機(jī)械制造的應(yīng)用

2.1 智能制造技術(shù)

將計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和系統(tǒng)工程結(jié)合建立智能化產(chǎn)品加工體系，以適應(yīng)現(xiàn)代化智能制造發(fā)展需求。傳統(tǒng)的零件制造主要依靠人和機(jī)械設(shè)備完成，零件加工和裝配精度受人為操作因素影響，不僅效率低而且很難保證質(zhì)量。隨著機(jī)械制造與自動化技術(shù)深度結(jié)合，智能制造和裝配逐步取代傳統(tǒng)制造方式，能夠在零件制造過程中進(jìn)行自動化改造，滿足零件互換性要求。比如數(shù)控加工技術(shù)，其可以利用計算機(jī)復(fù)制技術(shù)在終端預(yù)先編制加工程序，整個加工過程在實時監(jiān)測下完成，實現(xiàn)零件的自動化加工，有效提高零件精度。并進(jìn)一步依靠大數(shù)據(jù)、云計算和軟件技術(shù)等工具通過計算機(jī)對零部件完成最優(yōu)組合或裝配，節(jié)約生產(chǎn)時間，從根源上解決生產(chǎn)效率低等問題[3]。

2.2 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計

自動化利用計算機(jī)系統(tǒng)可以實時監(jiān)測機(jī)械設(shè)計目標(biāo)相關(guān)信息，根據(jù)監(jiān)測信息的實時反饋來調(diào)整機(jī)械設(shè)備的運行狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備運行遇到問題時，可以及時對機(jī)械故障進(jìn)行分析和處理并反饋給維修人員，確保機(jī)械設(shè)備的運行安全性。因此，利用自動化技術(shù)可以提高機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)速度，根據(jù)實際工況對設(shè)備進(jìn)行及時調(diào)整，減少生產(chǎn)事故發(fā)生，進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)計整體質(zhì)量與水平[4]。

2.3 虛擬仿真技術(shù)

自動化技術(shù)將計算機(jī)和虛擬化應(yīng)用融入機(jī)械設(shè)計中，可以對機(jī)械設(shè)計、裝配和運行進(jìn)行模擬仿真，提供多種動力交互手段。特別在特殊復(fù)雜零件的加工和裝配時，不僅可以有效地優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，還能模擬機(jī)械設(shè)備在運行過程中可能出現(xiàn)的問題，防止機(jī)械設(shè)備運行過程中出現(xiàn)返修的情況，提高機(jī)械設(shè)計的有效性，推動我國制造業(yè)飛速發(fā)展[5]。

自動化技術(shù)是機(jī)械制造的助推劑，形成了自動化智能制造技術(shù)，但是制造技術(shù)離不開檢測，只有將智能制造和檢測有效結(jié)合，才能確保產(chǎn)品質(zhì)量。對于企業(yè)而言，需要合理地應(yīng)用自動化技術(shù)以提升競爭力，

顛覆傳統(tǒng)的勞動模式，構(gòu)建綜合運營模式，促進(jìn)制造企業(yè)邁向現(xiàn)代化發(fā)展。

3 自動化技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用

3.1 智能化組裝技術(shù)

汽車生產(chǎn)制造要基于多元化的加工技術(shù)，零件需要采用不同的加工方式完成。隨著人們對汽車的需求量不斷提高，汽車行業(yè)不僅要確保數(shù)量還要提高汽車的安全性和舒適性。由于汽車零部件加工之后需要精密組裝，而傳統(tǒng)的組裝方式往往是人力完成，人為操作在安裝過程中又很難保證精度。因此汽車制造和裝配形成了自動化流水線生產(chǎn)，不僅保證安裝精度，還能提高生產(chǎn)效率，成為我國汽車制造業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要標(biāo)志[6]。

3.2 自動巡航系統(tǒng)

利用大數(shù)據(jù)和信息技術(shù)把自動化技術(shù)應(yīng)用到汽車自動巡航系統(tǒng)，加強(qiáng)汽車軟件系統(tǒng)，可以為駕駛員提供輔助幫助，提高自動巡航的準(zhǔn)確性和舒適性。在駕駛過程中可以根據(jù)路況設(shè)置合適的車速，系統(tǒng)可以按照指示要求自動巡視路況，完成輔助駕駛。利用多傳感器技術(shù)可以精準(zhǔn)地計算并獲取汽車車速和前后車距等信息，傳輸至汽車中心系統(tǒng)后做出判斷，從而把汽車的速度控制在一定范圍，最大限度地降低事故發(fā)生率。如果在行駛過程中出現(xiàn)緊急情況，自動控制系統(tǒng)可以對出現(xiàn)的狀況進(jìn)行分析處理并快速做出響應(yīng)，做出緊急剎車或者快速通過等判斷，確保汽車安全行駛。自動化技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用，很大程度上降低了汽車的駕駛難度，也在汽車制造領(lǐng)域發(fā)揮至關(guān)重要的作用[7]。

3.3 PLC自動控制系統(tǒng)

PLC自動控制系統(tǒng)主要檢測汽車內(nèi)部配件，了解車輛在運行過程中的功能效用，當(dāng)汽車在行駛過程中出現(xiàn)制動系統(tǒng)失靈情況時，PLC安全系統(tǒng)會及時啟動保證汽車內(nèi)人員的生命安全，因此擁有PLC安全系統(tǒng)的汽車安全性更高，適合現(xiàn)階段汽車行業(yè)發(fā)展需求，借助安全系統(tǒng)可以有效地對汽車常見故障進(jìn)行診斷，排除汽車存在的隱患[8]。

自動化技術(shù)貫穿于整個汽車制造過程，從生產(chǎn)制造、零部件裝配，到安全駕駛都起著至關(guān)重要的作用，有利于增強(qiáng)汽車安全性能，提高駕駛員的舒適性。借助人工智能技術(shù)、傳感器和機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展，為后續(xù)無人駕駛及自動導(dǎo)航技術(shù)提供技術(shù)支持，進(jìn)一步促進(jìn)我國汽車制造業(yè)快速發(fā)展。

4 自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

4.1 包裝和檢測自動化

隨著農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，水果和蔬菜的包裝與檢測工作步入自動化，有效地解決了工作人員的工作強(qiáng)度過大的問題。自動包裝和檢測主要利用X射線檢測與高速相機(jī)對水果和蔬菜有害性進(jìn)行檢測，自動對水果和蔬菜進(jìn)行分類，篩選出無損傷的水果和蔬菜進(jìn)行分級包裝。進(jìn)一步提高水果和蔬菜種植人員的工作效率，減少檢測和人工包裝成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 農(nóng)產(chǎn)品種植自動化

通過把自動化技術(shù)引入農(nóng)產(chǎn)品的種植中，實現(xiàn)科學(xué)種植，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。利用計算機(jī)輔助控制實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的無土種植。結(jié)合傳感器技術(shù)實時監(jiān)測農(nóng)產(chǎn)品對營養(yǎng)液的需求，并用計算機(jī)分析各種參數(shù)，確定農(nóng)作物需要的營養(yǎng)液配比，控制系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)需求制備營養(yǎng)液并將其輸送至農(nóng)產(chǎn)品種植槽，從而減輕人為施肥過度的危害，滿足農(nóng)產(chǎn)品生長的基本需求[9]。

4.3 農(nóng)業(yè)灌溉自動化監(jiān)測

利用自動化技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品節(jié)水減排灌溉，通過將計算機(jī)和傳感器技術(shù)相結(jié)合。監(jiān)測土壤的溫濕度、氣候環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)條件需求，監(jiān)測不同時期農(nóng)產(chǎn)品對水的需求量。主要是通過傳感器對農(nóng)產(chǎn)品的含水量進(jìn)行監(jiān)測后下達(dá)灌溉命令，在確保農(nóng)產(chǎn)品水量充足的前提下不會造成澇災(zāi)或者水分流失，節(jié)約水資源。充分利用低水位線自動灌溉，高水位自動停水的措施，當(dāng)遇到惡劣天氣影響時需要自動控水，以免影響農(nóng)產(chǎn)品正常生長。自動灌溉技術(shù)可以解決水資源浪費的問題，有效推動現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展[10]。

4.4 農(nóng)作物生產(chǎn)監(jiān)測

通過將圖像感知技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)結(jié)合，利用圖像識別功能實時監(jiān)測農(nóng)產(chǎn)品的生長情況，遠(yuǎn)程控制農(nóng)產(chǎn)品的灌溉和蟲害防治，幫助種植者治理蟲害，及時止損，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用監(jiān)控技術(shù)還能夠精確化控制農(nóng)作物，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。

5 自動化技術(shù)發(fā)展前景

5.1 加快現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展

自動化技術(shù)成為工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主流方向，可以節(jié)約生產(chǎn)原材料，提高企業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效益。有利于標(biāo)準(zhǔn)化和個性化結(jié)合，將硬件和軟件高度融合，形成一套行業(yè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)我國自動化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，進(jìn)一步擴(kuò)大自動化發(fā)展空間，提高工業(yè)生產(chǎn)力，推動我國邁入發(fā)達(dá)國家行列，更好地為社會和人民服務(wù)。

5.2 促進(jìn)制造企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級

在《中國制造2025》發(fā)展戰(zhàn)略背景下，我國制造業(yè)正逐步向智能制造轉(zhuǎn)型發(fā)展，制造業(yè)日益朝數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加強(qiáng)信息管理，對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)測，減少人為干預(yù)，加大過程的可控性。將先進(jìn)的制造技術(shù)和信息技術(shù)結(jié)合，設(shè)置參數(shù)記憶、故障診斷和分析處理等功能，形成多維度在線監(jiān)測電流、電壓和溫度等智能PLC模塊。不僅可以在設(shè)備出現(xiàn)故障前提前預(yù)警，還能進(jìn)行故障分析處理，確保系統(tǒng)運行良好，極大地提高了工作效率?！丁笆奈濉敝悄苤圃彀l(fā)展規(guī)劃》中也明確指出到2025年制造企業(yè)要普遍采用數(shù)字化技術(shù)，重點行業(yè)初步完成智能升級，到2035年制造企業(yè)要全面向智能化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型[11]。

6 結(jié)語

綜上所述，自動化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國各個行業(yè)，本文主要介紹了自動化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計與制造和汽車行業(yè)的應(yīng)用。在機(jī)械制造方面主要從智能制造、產(chǎn)品設(shè)計和虛擬仿真方面入手，體現(xiàn)自動化技術(shù)促進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提高了企業(yè)生產(chǎn)能力，行業(yè)競爭力和市場占有率。在汽車制造行業(yè)主要從智能組裝、巡航系統(tǒng)和PLC自控系統(tǒng)方向入手，體現(xiàn)自動化與信息技術(shù)，人工智能和機(jī)器視覺等技術(shù)交叉互融，增強(qiáng)汽車安全性和舒適性。在農(nóng)業(yè)自動化方面，實施自動化包裝與檢測，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，增加種植者的經(jīng)濟(jì)效益。目前自動化技術(shù)減輕了人力勞動，提高了工作效率和生產(chǎn)質(zhì)量，促進(jìn)了我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和升級。到2035年自動化技術(shù)會融入更多行業(yè)，將走向智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展道路，提高我國綜合國力和國際競爭力。