機(jī)械自動(dòng)化在機(jī)械制造中的應(yīng)用分析

陳蓉蓉，楊瑞靜

（湖北寰安康華安全科技發(fā)展有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430070）

隨著我國(guó)信息技術(shù)發(fā)展水平的不斷提升，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)逐漸從電子行業(yè)轉(zhuǎn)移到了機(jī)械制造領(lǐng)域，新時(shí)期機(jī)械設(shè)備需要依托信息技術(shù)進(jìn)行性能優(yōu)化。因此，為了全面提升機(jī)械制造的科學(xué)性和合理性，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化具備可行性。本文應(yīng)用理論分析法和文獻(xiàn)研究法，綜合探討了機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中的實(shí)際應(yīng)用。

1 相關(guān)理論分析

1.1 機(jī)械自動(dòng)化概述

機(jī)械自動(dòng)化主要是依托信息技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)器本身可以通過信息引導(dǎo)來完成一系列工作。從機(jī)械設(shè)計(jì)的角度來講，機(jī)械設(shè)備本身的生產(chǎn)需要大量工序的協(xié)調(diào)，人工管理以及設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行是提升機(jī)械生產(chǎn)效率以及質(zhì)量的根本保障，尤其是新時(shí)期的機(jī)械設(shè)備、零件更為精密，系統(tǒng)不斷進(jìn)行升級(jí)，自動(dòng)化技術(shù)能夠?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供安全輔助作用。而從分類層面來講，在機(jī)械制造的過程中，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用強(qiáng)調(diào)硬件智能管理、軟件智能檢測(cè)、系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)、各工序集成化管理等[1]。

1.2 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程

我國(guó)的機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展是一項(xiàng)隨著社會(huì)生產(chǎn)水平以及信息技術(shù)創(chuàng)新不斷進(jìn)行改革的系統(tǒng)性工程，從其發(fā)展歷程來講，可以分為機(jī)械技術(shù)產(chǎn)生、動(dòng)力機(jī)械發(fā)展、機(jī)械加工技術(shù)優(yōu)化三個(gè)不同的階段。

1.2.1 機(jī)械技術(shù)產(chǎn)生

機(jī)械技術(shù)是機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)生的第一個(gè)環(huán)節(jié)，最初人們?cè)谑鲿r(shí)代能夠制造并且使用各種石器工具，這被認(rèn)為是機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)生的前提條件。早期發(fā)明的機(jī)械工具往往用于農(nóng)耕，比如谷物脫殼、水利工程、磨盤等等，早期的機(jī)械工具還是依靠人力才可以運(yùn)行。發(fā)展至十七八世紀(jì)，由西方資本主義國(guó)家引領(lǐng)的產(chǎn)業(yè)革命以及工業(yè)革命成為世界機(jī)械設(shè)備發(fā)展的引導(dǎo)性革命，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到了機(jī)械動(dòng)力的多元性，并且逐步從紡織以及冶金行業(yè)進(jìn)行拓展，形成了具備體系化的自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)。

1.2.2 動(dòng)力機(jī)械發(fā)展

動(dòng)力機(jī)械發(fā)展階段，主要依托機(jī)械加工技術(shù)的不斷改革實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)，單純以手工技術(shù)以及金屬儀器為主，而隨著蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，在采礦和冶金領(lǐng)域，由于機(jī)械技術(shù)需求量較大，需要進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化以及性能升級(jí)，因此動(dòng)力機(jī)械成為新時(shí)期機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的輔助性階段。該階段業(yè)務(wù)要求越來越高，機(jī)械設(shè)備自身的應(yīng)用價(jià)值也在逐步提升，為了進(jìn)一步提升機(jī)械設(shè)備自身的運(yùn)行性能，需要改變傳統(tǒng)的動(dòng)力供給方法，利用機(jī)械動(dòng)力代替?zhèn)鹘y(tǒng)人力，能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)備的運(yùn)行提供更加穩(wěn)定的保障。因此在第二個(gè)發(fā)展階段中，動(dòng)力機(jī)械的產(chǎn)生成了自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)化的前提條件。

1.2.3 機(jī)械加工技術(shù)優(yōu)化

在動(dòng)力加工技術(shù)與機(jī)械制造融合之后，還需要結(jié)合人們的實(shí)際生產(chǎn)生活需求進(jìn)行調(diào)控，隨著新時(shí)期經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升，信息技術(shù)也迎來了新的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)依托互聯(lián)網(wǎng)以及電子計(jì)算機(jī)技術(shù)得以形成，并且逐步在機(jī)械制造領(lǐng)域中進(jìn)行了應(yīng)用[2]。自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)化強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)線系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)控、設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行、生產(chǎn)運(yùn)行體系自動(dòng)監(jiān)管。這種技術(shù)具有更強(qiáng)的時(shí)效性以及精準(zhǔn)性，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，同時(shí)也可以降低人力資本，極大地提升了機(jī)械生產(chǎn)的精細(xì)化程度。

2 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中的具體應(yīng)用

綜合我國(guó)機(jī)械制造領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)成為提升機(jī)械制造生產(chǎn)效率和質(zhì)量的根本保障，實(shí)現(xiàn)了成本優(yōu)化以及資源節(jié)約，從具體的應(yīng)用類型角度來講，自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用通常分為以下幾種。

2.1 柔性自動(dòng)化技術(shù)

機(jī)械制造工程本身具備較強(qiáng)的系統(tǒng)性特點(diǎn)，不同機(jī)械設(shè)備自身性能有較大差異性，那么機(jī)械制造生產(chǎn)線也需要解決不同的問題。這就強(qiáng)調(diào)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)必須要具備靈活性和多樣性，那么改變傳統(tǒng)的硬性制造生產(chǎn)模板，打造柔性管理指標(biāo)以及管理方向有助于提升機(jī)械制造生產(chǎn)的科學(xué)性，可以綜合實(shí)際需求，合理調(diào)整其中的變量因素。因此，機(jī)械制造柔性自動(dòng)化技術(shù)強(qiáng)調(diào)應(yīng)變性和靈活性，滿足不同類型機(jī)械制造的實(shí)際需求[3-4]。例如，在某不銹鋼材質(zhì)的電梯轎壁加工的過程中，傳統(tǒng)的工序是通過剪板機(jī)下料，利用數(shù)控沖床進(jìn)行沖折彎曲，然后再進(jìn)行上下封頭，加設(shè)鋼筋進(jìn)行焊接加固。該傳統(tǒng)的生產(chǎn)體系具備較多的問題，一是人力成本投入較大，一條生產(chǎn)線至少需要8名工作人員同時(shí)進(jìn)行監(jiān)督和工作；二是對(duì)人的依賴性較強(qiáng)，整體質(zhì)量不夠穩(wěn)定，涉及大量人工操作環(huán)節(jié)；三是效率不高。針對(duì)此現(xiàn)象，生產(chǎn)廠家積極采取自動(dòng)化技術(shù)打造柔性生產(chǎn)線，確保能夠?yàn)樵O(shè)備的生產(chǎn)提供更多的可調(diào)控空間，首先為柔性生產(chǎn)線設(shè)定了一套自動(dòng)料庫(kù)，配備了4臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，原有的數(shù)控沖床保留，增加了一臺(tái)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)和一套自動(dòng)清洗涂膠和壓緊裝置，配備了一臺(tái)自動(dòng)鉚接機(jī)和輥筒式動(dòng)力輸送線。為了提升整體生產(chǎn)線的可調(diào)控性能，又配備了西門子總線控制系統(tǒng)。新型的柔線生產(chǎn)流程為自動(dòng)料庫(kù)自動(dòng)上料，沖孔自動(dòng)彎折系統(tǒng)快速進(jìn)行運(yùn)作；然后將制作好的成品自動(dòng)清潔并涂膠，配備鋼筋進(jìn)行加固；最后封裝上下封頭，自動(dòng)鉚接。通過改良之后，柔性生產(chǎn)線可以結(jié)合具體的生產(chǎn)需求進(jìn)行全方位調(diào)整，避免人工管理中存在的各項(xiàng)人為缺陷影響加工質(zhì)量。另外，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)上料以及自動(dòng)折彎，整體生產(chǎn)線可以實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)，解決了對(duì)于人員依賴程度較高的問題，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 智能化自動(dòng)技術(shù)

智能化自動(dòng)技術(shù)強(qiáng)調(diào)依托信息技術(shù)以及計(jì)算機(jī)，打造“智腦”代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工控制系統(tǒng)[5]。從具體組成角度來講，涉及了機(jī)械技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和人工智能技術(shù)，是多種技術(shù)融合發(fā)展的結(jié)果，可以全面提升機(jī)械制造生產(chǎn)的靈活性，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)線具體運(yùn)行狀態(tài)。與傳統(tǒng)的機(jī)械生產(chǎn)相比，智能化自動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)具備有序組織、信息監(jiān)察、質(zhì)量檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)督的作用。當(dāng)今全球制造強(qiáng)國(guó)均已基本實(shí)現(xiàn)了智能化生產(chǎn)線，并擁有自身獨(dú)特的技術(shù)體系，開發(fā)了大量的智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械生產(chǎn)線的智能化調(diào)控。例如，某鑄造企業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)線是依托人機(jī)交互系統(tǒng)來完成的，強(qiáng)調(diào)人員操作和機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行，雖然能夠應(yīng)用部分自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化，但是配料不穩(wěn)定且效率較低，難以滿足高端客戶的實(shí)際需求，最主要的是其中的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定以及信息數(shù)據(jù)采集不夠完善，無法實(shí)現(xiàn)整體生產(chǎn)線的可視化管理。而采用智能化自動(dòng)技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)型之后，打造了自動(dòng)化創(chuàng)新技術(shù)與綠色智能鑄造相結(jié)合的新型生產(chǎn)體系，不僅可以提升產(chǎn)量，而且可以提高產(chǎn)品合格率[6]。從優(yōu)化轉(zhuǎn)型角度來講，對(duì)傳統(tǒng)的鑄造生產(chǎn)流程的各項(xiàng)重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化改造，配備了配料工藝智能單元、熔煉工藝智能單元、澆筑工藝智能單元、清理智能單元、細(xì)節(jié)處理智能單元等五大智能模塊，打造閉環(huán)系統(tǒng)，各個(gè)單元之間能夠?qū)崿F(xiàn)局部智能制造。同時(shí)也可以依托中心處理器進(jìn)行各個(gè)工序之間的銜接和管理，最終能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)量管理、能源控制、質(zhì)量檢測(cè)、安全管理、排放管控，真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線全流程智能化管理[3]。

2.3 集成化自動(dòng)技術(shù)

集成化主要指的是在機(jī)械制造生產(chǎn)的過程中合理管控各個(gè)細(xì)節(jié)，打造企業(yè)與企業(yè)、人與人、項(xiàng)目和項(xiàng)目之間的集成化控制，進(jìn)一步縮短不同領(lǐng)域之間的差距，堅(jiān)持與世界接軌，真正實(shí)現(xiàn)全性能優(yōu)化、全流程控制的機(jī)械生產(chǎn)制造體系。集成化設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)從單機(jī)到系統(tǒng)、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從剛性到柔性，具備極強(qiáng)的復(fù)合性特點(diǎn)[7]。例如，在某農(nóng)機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中，該設(shè)備主要應(yīng)用于農(nóng)耕、肥料管理領(lǐng)域，在生產(chǎn)制造的過程中，采取集成化自動(dòng)控制的方式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要形成一套綜合性的生產(chǎn)系統(tǒng)，每一個(gè)系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中和其他系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)的，能夠全面提升設(shè)備生產(chǎn)的效率和質(zhì)量；而這些集成化的要素不僅包含農(nóng)耕過程中需要注意的種子間距、壞種檢測(cè)、種植坑深度檢測(cè)，還包含天氣系統(tǒng)檢測(cè)、病蟲害檢測(cè)等。在設(shè)備生產(chǎn)的過程中融入了全球定位系統(tǒng)、傳感器技術(shù)等相關(guān)智能化技術(shù)體系以做好信息鏈接工作，能夠科學(xué)合理地使用種子、農(nóng)藥、化肥，從而提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的整體價(jià)值。

2.4 虛擬化自動(dòng)技術(shù)

虛擬化自動(dòng)技術(shù)主要強(qiáng)調(diào)將既有的加工產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型，通過前期的質(zhì)量調(diào)控以及系統(tǒng)分析了解機(jī)械設(shè)備各個(gè)零部件以及系統(tǒng)之間是否存在問題。同時(shí)，可以結(jié)合機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力性能以及相關(guān)活動(dòng)構(gòu)建仿真分析模型，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的問題，調(diào)整生產(chǎn)方案和制造方案，通常應(yīng)用在機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的前期階段。能夠真正確保產(chǎn)品一次生產(chǎn)制造成功，對(duì)于縮短生產(chǎn)周期、降低錯(cuò)誤成本、提升產(chǎn)品綜合質(zhì)量有極強(qiáng)的促進(jìn)作用[8]。例如，在汽車零部件制造的過程中，零部件測(cè)繪實(shí)踐虛擬輔助技術(shù)便可以將實(shí)物作為模型，分析其中的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)要素，利用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)來繪制圖畫以及動(dòng)畫，直接地分析模型的運(yùn)行狀態(tài)，了解零部件的各項(xiàng)細(xì)節(jié)。而這一過程可以直接應(yīng)用到生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)中，通過前期的虛擬分析進(jìn)行建模，將其作為后期生產(chǎn)的核心依據(jù)。另外，在當(dāng)前的部分動(dòng)力性設(shè)備生產(chǎn)的過程中，可以通過有限元技術(shù)構(gòu)建運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的仿真模型，了解多個(gè)結(jié)構(gòu)之間的動(dòng)態(tài)仿真情況以及受力情況，更可以分析動(dòng)荷載以及靜荷載，從而全面增強(qiáng)機(jī)械制造生產(chǎn)的精準(zhǔn)性。

3 應(yīng)用前景及未來發(fā)展方向

在當(dāng)前的機(jī)械制造領(lǐng)域，自動(dòng)化技術(shù)在多種生產(chǎn)體系中，都具備較強(qiáng)的生產(chǎn)價(jià)值，不僅能夠提升設(shè)備生產(chǎn)的科學(xué)性和有效性，更可以打造無人干預(yù)的智能生產(chǎn)線以及具備自動(dòng)調(diào)控的集成化生產(chǎn)線，這種模式能夠有效推動(dòng)我國(guó)機(jī)械制造領(lǐng)域的發(fā)展，進(jìn)一步提升產(chǎn)品制造的穩(wěn)定性，從而真正服務(wù)于廣大人民的生產(chǎn)、生活。另外，從我國(guó)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際發(fā)展層面來講，我國(guó)和世界發(fā)達(dá)國(guó)家之間的發(fā)展水平存在著差距，這些差距將作為未來機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)生產(chǎn)創(chuàng)新和改革的主要方向，堅(jiān)持為滿足自身發(fā)展需求不斷探索新的發(fā)展方向，這樣才可以為機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)及制造提供良好保障[9]。

隨著我國(guó)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，在機(jī)械生產(chǎn)制造領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)逐步加大，在未來發(fā)展的過程中可以逐步從機(jī)械制造生產(chǎn)向機(jī)械科技研發(fā)、運(yùn)行管理、應(yīng)用研究等角度進(jìn)行拓展。比如打造智能化的印刷機(jī)械、高性能數(shù)控車床、集成性的發(fā)電設(shè)備、高質(zhì)量的工程機(jī)械等等。此外，還要注重對(duì)人員體系的培養(yǎng)，打造完善的人員團(tuán)隊(duì)，落實(shí)人員隊(duì)伍的技能培訓(xùn)以及實(shí)踐創(chuàng)新，這樣才有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造領(lǐng)域的核心發(fā)展目標(biāo)[10]?？偟膩碇v，必須堅(jiān)持實(shí)事求是，腳踏實(shí)地，不斷地學(xué)習(xí)和研究，學(xué)習(xí)并借鑒世界其他國(guó)家的技術(shù)，努力提高我國(guó)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在機(jī)械制造領(lǐng)域，自動(dòng)化技術(shù)本身具備較強(qiáng)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，當(dāng)前既有的柔性技術(shù)、智能技術(shù)、集成技術(shù)、虛擬技術(shù)可以為機(jī)械制造發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；而在未來發(fā)展的過程中，也需要注重技術(shù)升級(jí)、人才培養(yǎng)、科學(xué)創(chuàng)新，這樣才能夠?yàn)槲覈?guó)機(jī)械制造領(lǐng)域的自動(dòng)化以及智能化轉(zhuǎn)型奠定良好基礎(chǔ)。