機(jī)械自動化在機(jī)械制造中的價值及應(yīng)用

程 路

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300450)

機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了社會生產(chǎn)力水平的提升，為現(xiàn)代社會發(fā)展提供了內(nèi)驅(qū)動力。機(jī)械制造業(yè)發(fā)展過程中，應(yīng)積極引入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，靈活運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)與人工智能技術(shù)，以自動化發(fā)展為導(dǎo)向，積極探索機(jī)械制造生產(chǎn)中各個環(huán)節(jié)的自動化應(yīng)用，提高產(chǎn)能，獲取更精細(xì)、更高品質(zhì)的產(chǎn)品，有效提升機(jī)械制造企業(yè)的綜合發(fā)展實(shí)力[1]。

1 機(jī)械自動化的構(gòu)成及其重要價值

1.1 機(jī)械自動化的結(jié)構(gòu)構(gòu)成

機(jī)械自動化是機(jī)械制造與自動化技術(shù)的有機(jī)融合，在無人值守的環(huán)境中自動運(yùn)行生產(chǎn)設(shè)備，完成既定程序發(fā)出的控制指令，達(dá)成生產(chǎn)目標(biāo)、自動控制目標(biāo)、故障檢測與管理目標(biāo)。在機(jī)械制造中應(yīng)用機(jī)械自動化技術(shù)，能夠有效提高機(jī)械制造生產(chǎn)線的運(yùn)行效率，增強(qiáng)產(chǎn)品品質(zhì)，還可以在一定程度上壓縮人工成本，提高利用率，進(jìn)一步推動機(jī)械制造現(xiàn)代化的發(fā)展。機(jī)械自動化技術(shù)日益更新，為我國工業(yè)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。

機(jī)械自動化結(jié)構(gòu)構(gòu)成主要有：程序單元。是機(jī)械自動化系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)解決自動化系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行指令、異常處理指令與故障處理方法進(jìn)行自動化控制。作用單元。是自動化系統(tǒng)的前期單元，負(fù)責(zé)施加能量，確定作用目標(biāo)的具體位置，發(fā)送定位信息。傳感單元。是自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，分析系統(tǒng)運(yùn)行性能參數(shù)，將參數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成信號發(fā)送出去。制定單元。它在自動化系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是自動控制的基礎(chǔ)，其能夠?qū)鞲袛?shù)據(jù)的單元進(jìn)行收取、分析與對比，根據(jù)分析對比結(jié)果制定相應(yīng)的動作信號。控制單元。它是制定單元的下一程序，負(fù)責(zé)接收制定單元傳輸?shù)膭幼餍盘枺鶕?jù)信號指令對各個目標(biāo)區(qū)域的動作發(fā)出控制指令，保障系統(tǒng)的安全、可靠與穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

從機(jī)械自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成可以看出，不同單元之間的協(xié)作為機(jī)械制造自動化控制提供了有力保障，其中，制定單元能夠用定量的方法完成負(fù)載綜合分析，傳感單元可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況展開全面檢查，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。作用單元與程序單元則能夠處理系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的相關(guān)信息，為控制任務(wù)的執(zhí)行提供有力保障。各單元之間相互配合，各自執(zhí)行任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造的自動化運(yùn)行目標(biāo)。

1.2 機(jī)械自動化的應(yīng)用價值

機(jī)械自動化技術(shù)具有較強(qiáng)的集成性，包含了信息技術(shù)、自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等。搭建系統(tǒng)時，要考慮多方面影響因素，根據(jù)綜合情況設(shè)置自動診斷系統(tǒng)、自動預(yù)警與報(bào)警機(jī)制等。機(jī)械制造生產(chǎn)過程中，機(jī)械設(shè)備可能會出現(xiàn)運(yùn)行故障，而自動化技術(shù)能夠快速識別存在故障的設(shè)備位置，分析故障類型、程度、引起原因，甚至還能夠?qū)Σ糠止收线M(jìn)行自動化檢測，為工作人員提供檢測報(bào)告，以保證生產(chǎn)活動的正常進(jìn)行[3]。若生產(chǎn)過程中出現(xiàn)安全故障，自動化技術(shù)能夠快速判斷危險(xiǎn)同時啟動制動機(jī)制，緊急停止生產(chǎn)線各設(shè)備的作業(yè)，保證生產(chǎn)現(xiàn)場安全，避免造成安全事故。自動化技術(shù)的應(yīng)用大大提高了機(jī)械制造生產(chǎn)的安全性，對于保障生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益而言具有重要價值。

機(jī)械自動化技術(shù)應(yīng)用中，工作人員可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整自動化控制程序參數(shù)與指令，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動化運(yùn)行，減少了人工成本的投入，大大提升了工業(yè)機(jī)械制造業(yè)的現(xiàn)代化與機(jī)械化水平。大量的自動化操作能夠減少人工操作帶來的失誤，提升各生產(chǎn)環(huán)節(jié)操作的精準(zhǔn)度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。因此，機(jī)械自動化的應(yīng)用在提升產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約人工成本、降低生產(chǎn)失誤方面具有較強(qiáng)的實(shí)用價值。

2 機(jī)械自動化技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 融合了多種技術(shù)

單一的技術(shù)是無法滿足機(jī)械制造需求的，要構(gòu)建一種由多種技術(shù)共同作用的自動化系統(tǒng)，包括智能技術(shù)、PLC技術(shù)、自適應(yīng)技術(shù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)技術(shù)等。各項(xiàng)技術(shù)在自動化系統(tǒng)中的作用如下：機(jī)械制造生產(chǎn)線運(yùn)行過程中，設(shè)備的運(yùn)行強(qiáng)度、運(yùn)轉(zhuǎn)角度、運(yùn)行狀況等均需要通過傳感設(shè)備來感知和傳遞信息，以實(shí)現(xiàn)契合實(shí)際情況的無人化指令控制，保證數(shù)據(jù)讀取精確、可靠。CAN總線技術(shù)能夠加強(qiáng)自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集與整合能力，能夠更高效、準(zhǔn)確地整合不同類型的數(shù)據(jù)信息，避免出現(xiàn)大量信息互相干擾的問題，這一作用在大型生產(chǎn)線中表現(xiàn)得尤為明顯[4]。PLC控制技術(shù)能夠保證生產(chǎn)線中各設(shè)備環(huán)節(jié)的有序作業(yè)，保證自動化系統(tǒng)各單元的信號不會互相影響，進(jìn)一步提升機(jī)械制造自動化控制的高效性。自適應(yīng)技術(shù)能夠增強(qiáng)機(jī)械制造自動化控制的核心功能，實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于受到設(shè)備剛性、連續(xù)作業(yè)等多種因素的影響，即使數(shù)據(jù)參數(shù)不變，仍會出現(xiàn)一定概率的誤差。借助自適應(yīng)技術(shù)，根據(jù)機(jī)械制造生產(chǎn)產(chǎn)品類型，假定標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為X，控制X的波動始終在一定范圍內(nèi)，保證產(chǎn)品材料剛度、運(yùn)行時間成正比，始終處于可允許的(X.n，Xn)區(qū)間范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對誤差的控制，促使機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)過程中能夠根據(jù)區(qū)間范圍進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，保證產(chǎn)品精度與生產(chǎn)效率。

由多種技術(shù)組成的機(jī)械自動化系統(tǒng)能夠在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中保證設(shè)備作業(yè)效率，按照預(yù)先設(shè)定的程序控制生產(chǎn)線內(nèi)的各個環(huán)節(jié)及機(jī)械設(shè)備。機(jī)械自動化制造流程如下：啟動生產(chǎn)線，按照預(yù)先設(shè)定的程序作業(yè)；傳感器采集各環(huán)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行信息，根據(jù)特定時間間隔將信息傳輸給中控計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)識別信息內(nèi)容，借助傳感器傳輸信息，對異常情況、故障信息進(jìn)行判斷，核準(zhǔn)執(zhí)行操作命令；若發(fā)現(xiàn)故障，則下達(dá)指令中斷電源。

2.2 具有自我診斷功能

各類設(shè)備在長時間運(yùn)行中容易出現(xiàn)故障問題，為了降低設(shè)備故障造成的負(fù)面影響，需要利用機(jī)械自動化技術(shù)對機(jī)械制造生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)置，令其具備自我診斷功能，具體實(shí)現(xiàn)過程如下：一是預(yù)警與故障報(bào)警。機(jī)械制造生產(chǎn)線的設(shè)備較為復(fù)雜，若出現(xiàn)單個設(shè)備故障問題，很容易影響現(xiàn)場其他設(shè)備，造成一連串的設(shè)備故障，甚至?xí)l(fā)生產(chǎn)安全事故。因此，應(yīng)結(jié)合機(jī)械制造生產(chǎn)特征與實(shí)際情況，利用機(jī)械自動化系統(tǒng)中的傳感單元、作用單元、制定單元與控制單元的功能，設(shè)計(jì)控制程序?yàn)椤安杉畔ⅰ獋鞲衅鱾鬏敗治鲂畔?nèi)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)異常——傳回信息——制定啟動緊急程序，同時發(fā)出報(bào)警信號”，將其運(yùn)用于系統(tǒng)軟件操作與程序指令問題報(bào)警中，或用于生產(chǎn)線現(xiàn)場設(shè)備故障報(bào)警中，為現(xiàn)場設(shè)備處理與故障檢修提供便利。二是故障診斷。針對較為復(fù)雜的故障情況，僅僅依靠現(xiàn)場技術(shù)人員無法快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行判斷。利用機(jī)械自動化系統(tǒng)中的“專家?guī)煜到y(tǒng)”、“智能分析模塊”，能夠快速準(zhǔn)確地確定故障類型、故障發(fā)展過程及發(fā)展程度，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)生成故障處理建議方案。這一功能的底層邏輯是人工智能技術(shù)與模糊理論，采用模糊邏輯系統(tǒng)與故障特征進(jìn)行對比分析，從而準(zhǔn)確做出判斷，排除故障點(diǎn)。若技術(shù)人員難以直接確定故障點(diǎn)，可采用模糊系統(tǒng)編輯故障修復(fù)程序，明確故障結(jié)構(gòu)特征，對現(xiàn)場綜合情況進(jìn)行分析，掌握故障成因、設(shè)備受損情況，采取有效的修復(fù)方案。

2.3 通過3D智能實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動設(shè)計(jì)

3D技術(shù)在自動化系統(tǒng)中不僅能夠全方位展示生產(chǎn)線的運(yùn)行過程，深入剖析并可視化呈現(xiàn)各個環(huán)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，還能夠?qū)a(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度與自身狀態(tài)以可視化的形式呈現(xiàn)出來；可以利用三維展示能力，輔助設(shè)計(jì)人員完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)。運(yùn)用3D技術(shù)手段可以提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)美觀度，通過3D模擬設(shè)計(jì)及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中可能存在的問題，全面排查產(chǎn)品生產(chǎn)流程，不斷提升產(chǎn)品品質(zhì)。3D技術(shù)可以根據(jù)需求調(diào)節(jié)產(chǎn)品顏色與荷載能力，分析不同機(jī)械產(chǎn)品的性能需求，進(jìn)一步提升產(chǎn)品實(shí)用性。

3 機(jī)械自動化在機(jī)械制造中的應(yīng)用

3.1 基于機(jī)械自動化的綜合生產(chǎn)模式

在機(jī)械制造中應(yīng)用機(jī)械自動化技術(shù)，應(yīng)充分發(fā)揮其多種功能，靈活利用各類先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建具有綜合控制能力的生產(chǎn)模式，進(jìn)一步發(fā)揮其在機(jī)械生產(chǎn)制造中的實(shí)際價值。機(jī)械自動化系統(tǒng)是多種技術(shù)融合的集成系統(tǒng)，數(shù)據(jù)建模能夠協(xié)調(diào)各種技術(shù)，將不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)聯(lián)系起來，通過交換各環(huán)節(jié)信息，保證各環(huán)節(jié)之間相對獨(dú)立的運(yùn)行，如果某環(huán)節(jié)發(fā)生故障，其他環(huán)節(jié)能夠啟動應(yīng)急機(jī)制，單獨(dú)運(yùn)行或緊急制停，避免故障擴(kuò)大。機(jī)械制造過程中，應(yīng)根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)需求或制作生產(chǎn)線特征，優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度要求設(shè)定系統(tǒng)中的單位運(yùn)行周期與運(yùn)行階段時間節(jié)點(diǎn)?？衫脵C(jī)械自動化綜合生產(chǎn)模式，對生產(chǎn)過程中需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)細(xì)化，對產(chǎn)品進(jìn)行二次開發(fā)，促使自動化系統(tǒng)各操作環(huán)節(jié)與實(shí)際生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)一一對應(yīng)，保證機(jī)械制造產(chǎn)品質(zhì)量[5]。

3.2 基于機(jī)械自動化的生產(chǎn)智能系統(tǒng)

應(yīng)重視機(jī)械自動化中的智能系統(tǒng)，利用自動化技術(shù)完成機(jī)械生產(chǎn)制造。智能系統(tǒng)可以滿足生產(chǎn)制造各個環(huán)節(jié)的作業(yè)需求，靈活控制每道生產(chǎn)工序，保證各工序的生產(chǎn)范圍與材料相匹配；智能系統(tǒng)能夠?qū)ιa(chǎn)設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)械制造生產(chǎn)中的潛在故障隱患，提出解決措施。通過調(diào)整各環(huán)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，適當(dāng)改變生產(chǎn)狀態(tài)，從而解決潛在隱患，保證機(jī)械制造的生產(chǎn)安全與可靠。

3.3 基于機(jī)械自動化的數(shù)控機(jī)制

數(shù)控機(jī)制是基于數(shù)字控制技術(shù)的機(jī)械自動化系統(tǒng)功能，在機(jī)械制造、產(chǎn)品生產(chǎn)中起到了重要作用。數(shù)控機(jī)制包括數(shù)控中心、計(jì)算機(jī)設(shè)備、生產(chǎn)加工技術(shù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的機(jī)械化、自動化生產(chǎn)，提高機(jī)械制造生產(chǎn)效率。數(shù)控機(jī)制運(yùn)行過程中，若發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線某環(huán)節(jié)存在嚴(yán)重的故障問題，可根據(jù)發(fā)出的指令啟動急?？刂疲饶軌蛄钌a(chǎn)設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，也能夠?qū)C(jī)器進(jìn)行控制，在最大程度上保證生產(chǎn)設(shè)備的安全，降低設(shè)備緊急制停中的損壞率。安全防護(hù)門是數(shù)控機(jī)制的重要組成，在緊急制停啟動之后會關(guān)閉車間防護(hù)門，直到急停裝置完全啟動且將生產(chǎn)設(shè)備停下來之后，才會重新開啟安全防護(hù)門，讓工作人員進(jìn)入車間檢查故障設(shè)備。

機(jī)械自動化系統(tǒng)應(yīng)用中，信息技術(shù)與數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析、管理與審核，根據(jù)數(shù)據(jù)動態(tài)變化分析設(shè)備運(yùn)行規(guī)律，及時判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在設(shè)定范圍之內(nèi)調(diào)整參數(shù)，發(fā)出狀態(tài)調(diào)整指令，實(shí)現(xiàn)動態(tài)控制。這種柔性控制機(jī)制能夠大大提升機(jī)械制造生產(chǎn)線的靈活性，提升機(jī)械制造生產(chǎn)水平。

4 結(jié)語

以自動化技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了綜合生產(chǎn)模式與智能化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造發(fā)展的智能化。應(yīng)用機(jī)械自動化技術(shù)是進(jìn)一步促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的有力手段。機(jī)械制造生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，涉及較多的生產(chǎn)設(shè)備，運(yùn)用自動化技術(shù)能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造設(shè)備的數(shù)控運(yùn)行，使其具備自我診斷功能，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線運(yùn)行異常問題，加強(qiáng)故障預(yù)防與處理。