對(duì)機(jī)械制造與自動(dòng)化研究的認(rèn)識(shí)和體會(huì)*

吳曉明(廣西防城港廣播電視大學(xué)，廣西防城港538001)

對(duì)機(jī)械制造與自動(dòng)化研究的認(rèn)識(shí)和體會(huì)*

吳曉明(廣西防城港廣播電視大學(xué)，廣西防城港538001)

機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展必須引起人們的高度重視，同時(shí)還應(yīng)注重機(jī)械制造技術(shù)的不斷革新。在引起人們重視的同時(shí)還應(yīng)該注重自身技術(shù)的革新。本文主要結(jié)合筆者多年從事機(jī)械制造業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)械制造工業(yè)中對(duì)機(jī)械制造與自動(dòng)化的認(rèn)識(shí)以及其發(fā)展趨勢(shì)談一點(diǎn)體會(huì)。

機(jī)械制造工業(yè);機(jī)械制造自動(dòng)化;CAPP技術(shù)

機(jī)械制造所從事的是各類動(dòng)力機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、冶金礦山機(jī)械以及紡織機(jī)械等機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的工業(yè)部門。機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)，是機(jī)械制造工業(yè)中不可或缺的技術(shù)，更是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)中一個(gè)重要的組成部分。該技術(shù)所涉及面廣闊，代替了人類的體力勞動(dòng)，且輔助人類的腦力勞動(dòng)，從而融入到實(shí)際生產(chǎn)制造過程和產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。如下，筆者對(duì)機(jī)械制造自動(dòng)化的定義進(jìn)行了闡釋，在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)械制造自動(dòng)化的具體應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)做深入地研究分析。

一、機(jī)械制造自動(dòng)化的定義

機(jī)械制造自動(dòng)化主要是集電子、機(jī)械、光學(xué)材料科學(xué)以及信息科學(xué)等新成就為一體的新型技術(shù)的綜合體?；诖?，相應(yīng)的制造自動(dòng)化的內(nèi)涵也發(fā)生新變化。機(jī)械制造“自動(dòng)化”由自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)、補(bǔ)償以及自動(dòng)辨識(shí)等逐步發(fā)展為自動(dòng)學(xué)習(xí)、組織、維護(hù)以及自動(dòng)自修復(fù)等高自動(dòng)化水平，其特征也就更寬廣及更深刻。我們可以從如下兩個(gè)方面去闡釋機(jī)械制造自動(dòng)化的定義至少包括以下兩點(diǎn):首先功能方面。機(jī)械制造自動(dòng)化的功能目標(biāo)除了是代替人的腦力勞動(dòng)及體力勞動(dòng)之外，其還具有多方面的功能目標(biāo)，具體為:(1)應(yīng)用機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)。促進(jìn)生產(chǎn)率的提高。(2)應(yīng)用機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)，可最大程度上減少成本支出。(3)應(yīng)用機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)，可有效縮短制造產(chǎn)品的周期。(4)應(yīng)用機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)，可確保產(chǎn)品的質(zhì)量。(5)應(yīng)用機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)，能更好地提高市場(chǎng)服務(wù)的質(zhì)量。(6)應(yīng)用機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)，可促使資源得以充分利用，減少對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)階段提倡的綠色制造。其次，在范圍這塊，機(jī)械制造自動(dòng)化所涉及到的不僅僅是實(shí)際的生產(chǎn)制造過程，還涉及到成品的生命周期過程。

二、機(jī)械制造自動(dòng)化的實(shí)際應(yīng)用分析

(一)信息流自動(dòng)化

1．計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

主要包括(1)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，即CAD，是利用計(jì)算機(jī)圖形設(shè)備來輔助機(jī)械設(shè)計(jì)人員展開機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)工作。(2)機(jī)械輔助制造，即CAM。在產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)中的數(shù)值控制技術(shù)來輔助產(chǎn)品制造。(3)計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)，即CAPP。是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造的聯(lián)系紐帶?？商岣吖に嚲幊绦?，進(jìn)而促使工藝設(shè)計(jì)得到優(yōu)化，從而達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化。(4)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理，主要是對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程中所產(chǎn)生的全部數(shù)據(jù)、信息加以管理。

2．CAPP技術(shù)的功能及應(yīng)用

要使機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)充分發(fā)揮其真正作用，必須和計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合。工藝設(shè)計(jì)過程是一個(gè)具有很強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)性并且影響因素較多的決策過程。以往的工藝設(shè)計(jì)已無法適應(yīng)現(xiàn)階段我國機(jī)械產(chǎn)品市場(chǎng)中小批量、多品種的發(fā)展要求。要發(fā)展現(xiàn)代制造技術(shù)。必須促使CAM及CAD系統(tǒng)不斷朝智能化和集成化方向發(fā)展。而要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，CAPP技術(shù)必不可少。CAPP技術(shù)的基本功能主要有:(1)輸入設(shè)計(jì)的相關(guān)信息。(2)選取具體的工藝路線，確定工序內(nèi)容、選擇機(jī)床、道具以及夾具等。(3)明確切削量。(4)對(duì)工時(shí)及成本進(jìn)行估算。(5)輸出具體的工藝文件。等等。

在機(jī)械制造工業(yè)中，CAPP技術(shù)徹底改變傳統(tǒng)的手工編制相關(guān)工藝文件的模式，其還有效提高編制工藝的效率，縮短生產(chǎn)時(shí)間，確保各項(xiàng)工藝規(guī)程的準(zhǔn)確度，有效減少或避免一定的差錯(cuò)，為達(dá)到工藝最優(yōu)化以及集成制造提供條件。對(duì)于計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱CIMS)而言，其最關(guān)鍵之處在于系統(tǒng)集成，而集成化后的CAD/CAMS是CIMS中最核心的單元技術(shù)。在整個(gè)集成系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)可從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模板之中直接獲取相關(guān)零件信息，例如幾何信息、工藝信息以及材料信息等，這樣就可取代以人機(jī)交互方式輸入零件信息。CAM需要用到的信息是由CAPP輸出的，因此需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品制造的過程中，實(shí)現(xiàn)信息提取、互換以及共享交流、處理的集成化?，F(xiàn)階段，隨著CIMS不斷得到深入研究及推廣，CAPP技術(shù)又是作為CIMS最為關(guān)鍵的技術(shù)，其受到更多的重視，其不再如CAD、CAM需要在人為的指導(dǎo)之下，借助圖紙對(duì)信息進(jìn)行提取、互換以及處理等，有效避免了在這過程中可能會(huì)出現(xiàn)重復(fù)處理及中斷處理的現(xiàn)象，從而確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及工藝設(shè)備效率及質(zhì)量。

(二)物流供輸自動(dòng)化

在機(jī)械制造自動(dòng)化系統(tǒng)中極為重要的一個(gè)部分為物流供輸系統(tǒng)，其可將機(jī)械制造中所需的各種原料及成品運(yùn)輸至所需地點(diǎn)，該系統(tǒng)有單機(jī)自動(dòng)裝置以及自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)等組成。

(三)裝配自動(dòng)化

裝配自動(dòng)化是將零配件按照相關(guān)技術(shù)要求，以搬運(yùn)、組合以及調(diào)節(jié)、檢驗(yàn)、試用等步驟，完成一個(gè)成品的組合。裝配在一定程度上確保了機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，且提高產(chǎn)品生產(chǎn)的效率及質(zhì)量，其是機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)的重要應(yīng)用。

(四)加工自動(dòng)化

加工自動(dòng)化可進(jìn)行自動(dòng)化的加工循環(huán)，并能自動(dòng)地裝卸各種工件，其替代了人的體力勞動(dòng)，有效減少在生產(chǎn)加工中出現(xiàn)的失誤，確保了產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量。

(五)檢測(cè)自動(dòng)化

隨著我國現(xiàn)代化科技的不斷發(fā)展，由于在機(jī)械制造中，各類新型的材料及夾具、刀具、多樣化的加工設(shè)備等不斷被推廣使用，使得在檢測(cè)產(chǎn)品的過程中，出現(xiàn)各種困難，若是仍依靠傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方法，是難以達(dá)到現(xiàn)代化發(fā)展需求的。因而，自動(dòng)化檢測(cè)則被引入機(jī)械產(chǎn)品制造過程中，主要包括對(duì)時(shí)序、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及電流信號(hào)對(duì)夾具、刀具等磨損狀態(tài)的診斷識(shí)別，此外，還有多專家系統(tǒng)設(shè)備的智能診斷技術(shù)。

三、現(xiàn)階段我國機(jī)械制造自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀

1920年初，機(jī)械自動(dòng)化在我國各行業(yè)得到較為快速的發(fā)展及應(yīng)用。尤其是近些年來，計(jì)算機(jī)日趨集中化，采用集成化的計(jì)算機(jī)制造系統(tǒng)，促進(jìn)我國機(jī)械制造自動(dòng)化的發(fā)展，但總體上看，我國仍處于初級(jí)自動(dòng)化操作的階段，與國外發(fā)達(dá)國家相比，差距仍較大。首先，在管理上。和工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比，發(fā)達(dá)國家以廣發(fā)應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理，且高度重視管理體制以及生產(chǎn)模式等方面的發(fā)展，逐步推出精益生產(chǎn)、準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)等新型管理技術(shù)。我過卻仍有部分企業(yè)未采用計(jì)算機(jī)輔助管理。其次，在設(shè)計(jì)上。工業(yè)發(fā)達(dá)的國家不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，已廣泛應(yīng)用CAD技術(shù)。部分大型的企業(yè)則發(fā)展到無圖紙的設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)。而我國在應(yīng)用CAD技術(shù)方面僅是少數(shù)。第三在制造工藝上。國外工業(yè)發(fā)達(dá)的國家已廣泛應(yīng)用各種新型的加工方法。例如高精密加工技術(shù)、納米技術(shù)、精微細(xì)加工技術(shù)、激光加工技術(shù)以及超塑加工技術(shù)等。這些新型加工方法在我國的普及率相對(duì)較低，仍處于開發(fā)及掌握階段。第四，自動(dòng)化技術(shù)。發(fā)達(dá)國家已普遍應(yīng)用柔性制造單元、數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等，達(dá)到了柔性智能化、自動(dòng)化以及集成化。我國卻還停留在剛性發(fā)展階段。

四、我國機(jī)械制造自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

(一)機(jī)械制造數(shù)字化

數(shù)字化是制造技術(shù)先進(jìn)性發(fā)展的核心。數(shù)字化制造是集制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及管理科學(xué)的貫通、融合、發(fā)展和應(yīng)用為一體的制造結(jié)果。其包括數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造以及控制等。對(duì)制造設(shè)備來說，控制參數(shù)都是以數(shù)字信號(hào)表現(xiàn)出來的;對(duì)制造公司來說，各類信息，如數(shù)據(jù)、圖形等都是通過數(shù)字形式在各企業(yè)內(nèi)傳遞，利于從市場(chǎng)信息出發(fā)，快速收集各種資料信息。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等各種數(shù)字技術(shù)的幫助下，能有效地對(duì)產(chǎn)品、工藝以及資源信息進(jìn)行歸納、分析、重組，以達(dá)到對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工等過程的仿真目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的迅速整合和對(duì)市場(chǎng)信息的有效響應(yīng)，從而滿足客戶的需求;對(duì)世界范圍內(nèi)的制造業(yè)來說，使用者借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)來發(fā)布信息，各大企業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以需求為根據(jù)，利用電子商務(wù)來達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、形成一個(gè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，快速地設(shè)計(jì)并造出產(chǎn)品的目的。基于此，在數(shù)字化制造的環(huán)境下，在各個(gè)領(lǐng)域甚至是跨越地區(qū)、跨越國界形成了一個(gè)由數(shù)字信息組成的網(wǎng)，車間、員工、設(shè)備等均可成為這個(gè)網(wǎng)上的一個(gè)有用的“結(jié)點(diǎn)”。在此基礎(chǔ)上還應(yīng)指出，制造知識(shí)，包含技能的獲得、表達(dá)、公式化等，均是制造技術(shù)自動(dòng)化發(fā)展成制造科學(xué)的重點(diǎn)，而這些與數(shù)字化是密不可分的。

(二)機(jī)械制造綠色化

“綠色”是從環(huán)境保護(hù)范疇延伸到機(jī)械制造中的，人類與自然的和諧發(fā)展是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。人類社會(huì)實(shí)際上也屬于自然界的一部分，部分是無法脫離整體而存在的，更不能對(duì)整體進(jìn)行破壞及對(duì)抗。人類須從多方面促使人與自然界的和諧統(tǒng)一，制造自動(dòng)化技術(shù)也不能例外。制造業(yè)制造產(chǎn)品從開始構(gòu)思，到設(shè)計(jì)、到產(chǎn)品制造、到產(chǎn)品銷售、到產(chǎn)品使用以及維護(hù)，最后回收、再利用的各個(gè)階段，產(chǎn)品均要給予環(huán)境保護(hù)充分的考慮。環(huán)境保護(hù)的含義是廣義的，我們?cè)诒Ｗo(hù)環(huán)境的同時(shí)還必須保護(hù)生產(chǎn)環(huán)境以及社會(huì)環(huán)境，甚至是要保護(hù)生產(chǎn)人員的身心健康。在此基礎(chǔ)及要求下，應(yīng)該致力于制造物美、價(jià)廉、供貨周期短、售后好的產(chǎn)品。所謂的“綠色”制造是指產(chǎn)品應(yīng)該在一定范圍上是一件好的藝術(shù)品，以滿足用戶的工作、生產(chǎn)、生活場(chǎng)所的要求，給用戶優(yōu)雅的視覺享受，將精神文明物質(zhì)文明以及環(huán)境文明高度結(jié)合起來。每研究與應(yīng)用一項(xiàng)新的技術(shù)時(shí)，都必須立足于哲學(xué)的高度，必須給予環(huán)境文明充分考慮，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。我國的機(jī)械制造自動(dòng)化必將走向“綠色”

自動(dòng)化。

(三)機(jī)械制造智能化

智能化是機(jī)械制造發(fā)展的前景。近年來，機(jī)械制造系統(tǒng)正從原來的能量驅(qū)動(dòng)型轉(zhuǎn)化為現(xiàn)在的信息驅(qū)動(dòng)型，這就需要機(jī)械制造系統(tǒng)同時(shí)具備柔性、智能性，便于處理大量而繁雜的信息，適應(yīng)多變的市場(chǎng)需求以及競(jìng)爭(zhēng)激烈環(huán)境，正因?yàn)槿绱耍圃熘悄芑瘋涫荜P(guān)注。智能化制造系統(tǒng)是智能制造模式的基礎(chǔ)，智能化制造系統(tǒng)是由智能與技術(shù)的融合而建立起來的應(yīng)用環(huán)境，同時(shí)也是智能化制造模式的載體。相比傳統(tǒng)的制造模式，智能化制造系統(tǒng)具備下列特征:(1)學(xué)習(xí)能力。(2)自我維護(hù)能力。(3)人與機(jī)一體化。(4)組織性、超柔性。在未來發(fā)展中，機(jī)械制造將具備更高級(jí)的思維能力。在此基礎(chǔ)上，可總結(jié)為，智能化制造模式是集成化、自動(dòng)化以及智能化的結(jié)合體，它是具備不斷深入發(fā)展的高技術(shù)水平的制造系統(tǒng)，同時(shí)也是一種由專家和機(jī)器共同組成的人與機(jī)一體化的系統(tǒng)，它以超級(jí)柔性與集成的方式表現(xiàn)在制造過程的各個(gè)環(huán)節(jié)中，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模擬專家的智能活動(dòng)，對(duì)之進(jìn)行判斷、分析、構(gòu)思、推理以及決策，最后取代甚至延伸人類的部分腦力勞動(dòng)，與此同時(shí)，收集、處理、完善、存儲(chǔ)、共享、繼承進(jìn)而發(fā)展專家的制造智能;當(dāng)然，目前也只是起步階段，但具有巨大潛力，前景非常廣闊。6．結(jié)束語

綜上所述，我國的機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)已得以開發(fā)及應(yīng)用，雖然我國機(jī)械制造自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀較國外發(fā)達(dá)國家落后，但是，隨著我國當(dāng)前綜合國力的不斷增強(qiáng)，我國的機(jī)械制造在未來不僅會(huì)不斷向自動(dòng)化發(fā)展，還會(huì)向數(shù)字化、智能化、虛擬化、綠色化方向發(fā)展。

［1］蔡紅專，藺國民．綠色制造技術(shù)研究［J］．航空制造技術(shù)，2008，(11)．

［2］李克非．論述機(jī)械制造技術(shù)的新發(fā)展方向［J］．黑龍江科技信息，2010，(23)．

［3］胡大偉．我國發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］．黑龍江科技信息，2009，(26)．

2012－02－16

吳曉明(1975－)，男，廣西博白人，工程師。