機(jī)械自動化的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

王文超 代小華 趙平

摘 要：科技的發(fā)展促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域的相互融合，這也在一定程度上加劇了市場的競爭。對機(jī)械領(lǐng)域而言，電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)在極大程度上促進(jìn)了機(jī)械領(lǐng)域的技術(shù)革新，并促使其朝著機(jī)械自動化的方向發(fā)展。從市場來看，機(jī)械電氣化向機(jī)械自動化這一過渡較為明顯，因此，機(jī)械自動化成為了先進(jìn)制造技術(shù)中的重要組成部分，也是機(jī)械制造企業(yè)面對日趨競爭激烈市場所做出的必然選擇。

關(guān)鍵詞：機(jī)械自動化；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.18.083

機(jī)械自動化即機(jī)械制造企業(yè)通過相關(guān)的自動化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)加工的自動化進(jìn)行，從而優(yōu)化和改進(jìn)工藝技術(shù)的過程。對機(jī)械制造企業(yè)而言，機(jī)械自動化的合理運(yùn)用可以極大程度提高生產(chǎn)效率，通過自動化的操作來保障產(chǎn)品的生產(chǎn)和質(zhì)量，減少人為因素對生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的影響。特別是針對諸多危險工種而言，機(jī)械自動化可以有效改善工人的施工環(huán)境，降低勞動強(qiáng)度，強(qiáng)化生產(chǎn)加工的安全。因此，機(jī)械自動化發(fā)展不僅是當(dāng)前機(jī)械制造企業(yè)所需要解決的問題，更是未來諸多行業(yè)和先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向。

1 機(jī)械自動化的現(xiàn)狀分析

從行業(yè)發(fā)展角度來看，機(jī)械自動化其實(shí)就是一個從初級到高級，從簡單到復(fù)雜的過程。改革開放之前，國內(nèi)的工業(yè)基礎(chǔ)較為薄弱，更缺乏相關(guān)的專業(yè)人才，所以即便投入了很多的人力、物力和財力，機(jī)械自動化的進(jìn)程也沒有得到顯著提高，并且在較長時間內(nèi)，國內(nèi)機(jī)械自動化水平一直遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。改革開放后，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平得到了大幅度的提高，加上對先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備的學(xué)習(xí)和引進(jìn)，為機(jī)械自動化的前期快速發(fā)展提供了有效保障。就目前來看，雖然“中國制造”享譽(yù)全球，但是出口的產(chǎn)品大多處于中低端，并且手工制品數(shù)量眾多，不僅產(chǎn)品的溢價低、能耗高，而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，這在一定程度上反映了當(dāng)下國內(nèi)機(jī)械自動化水平與發(fā)達(dá)國家依然存在較大差異這一現(xiàn)實(shí)問題。另外，機(jī)械制造企業(yè)除了在生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)效率方面落后于發(fā)達(dá)國家之外，其在產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品種類方面也存在許多的問題，這些問題大多由工業(yè)基礎(chǔ)水平、產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)和技術(shù)創(chuàng)新幾個方面的原因所引起。這就需要機(jī)械制造企業(yè)能夠加強(qiáng)機(jī)械自動化的發(fā)展，并針對國內(nèi)工業(yè)水平和市場需求的實(shí)際情況來進(jìn)行生產(chǎn)和加工，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動化水平的不斷提高。而且，經(jīng)濟(jì)水平的提高和商品的同質(zhì)化發(fā)展決定了未來機(jī)械自動化必須朝著小批量和多樣化的方向發(fā)展，這就對機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)靈活性和市場敏銳度提出了很大的要求。

2 機(jī)械自動化的發(fā)展趨勢

2.1 虛擬化

傳統(tǒng)的機(jī)械電氣化生產(chǎn)，事先需要設(shè)計人員對產(chǎn)品進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計，然后交由生產(chǎn)人員對圖紙進(jìn)行測試和實(shí)驗(yàn)，確保無誤后才能將設(shè)計應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。從設(shè)計到實(shí)際的產(chǎn)品生產(chǎn)，所涉及的環(huán)節(jié)和范圍較廣，不僅會給機(jī)械制造企業(yè)造成大量的人力、物力和財力的浪費(fèi)，而且信息在各個環(huán)節(jié)的傳遞中容易失真，最終導(dǎo)致實(shí)際產(chǎn)品與圖紙?jiān)O(shè)計存在較大的差異性。當(dāng)下信息技術(shù)的發(fā)展給機(jī)械自動化的信息傳遞提供了可能，首先，虛擬化技術(shù)的發(fā)展能夠有效解決計算機(jī)、操作系統(tǒng)和通信協(xié)議不一致引發(fā)的問題，提高了機(jī)械制造企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)的兼容性，讓機(jī)械制造企業(yè)內(nèi)部的軟硬件設(shè)施能夠得到合理的利用，極大程度提高了企業(yè)內(nèi)部資源的利用率，降低了生產(chǎn)成本；其次，機(jī)械制造企業(yè)的內(nèi)部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在虛擬化的過程中，可以對不同的應(yīng)用程序進(jìn)行隔離，通過信息整理和資源共享來滿足不同生產(chǎn)任務(wù)的需要，并且工作人員可以直觀獲取流程的進(jìn)度，避免了重復(fù)的工作內(nèi)容，極大提高了機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)效率；然后，信息資源的高度整合為遠(yuǎn)程辦公和業(yè)務(wù)擴(kuò)展提供了可能性，工作人員只需要通過網(wǎng)絡(luò)就能實(shí)現(xiàn)對工作和生產(chǎn)的有效控制，加上機(jī)械制造企業(yè)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和核心機(jī)密都被整合到一起，企業(yè)管理者只需要通過權(quán)限的設(shè)置就能減少傳統(tǒng)紙質(zhì)數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險，一旦機(jī)械制造企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)出現(xiàn)問題，還可以通過備份的數(shù)據(jù)來及時進(jìn)行恢復(fù)，確保各項(xiàng)工作都能持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行；最后，機(jī)械制造企業(yè)的虛擬化系統(tǒng)可以讓諸多軟件和應(yīng)用得以統(tǒng)一部署，不僅便于后期的系統(tǒng)管理和維護(hù)，而且可以對外定期發(fā)布企業(yè)的相關(guān)信息，讓客戶和消費(fèi)者能夠及時了解機(jī)械制造企業(yè)的動態(tài)，機(jī)械制造企業(yè)也能在與客戶和消費(fèi)者的交流和溝通中得到信息的反饋，為后續(xù)的生產(chǎn)指明方向。

2.2 數(shù)字化

數(shù)字化制造在工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級中得到了廣泛的關(guān)注，其發(fā)展的根本在于制造技術(shù)的信息化和知識化。信息化主要體現(xiàn)于通過互聯(lián)網(wǎng)作為信息傳遞的媒介，促進(jìn)信息的高速傳播，知識化則體現(xiàn)于科學(xué)看待機(jī)械自動化的發(fā)展，并最終形成一門全新的科學(xué)體系。所以，數(shù)字化制造在生產(chǎn)加工的全過程中均有所體現(xiàn)，雖然當(dāng)先數(shù)字化制造更多應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計和實(shí)驗(yàn)?zāi)M過程中，但是在車間的生產(chǎn)加工中的應(yīng)用成為了未來主要的發(fā)展方向。在“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的發(fā)展過程中，諸多機(jī)械制造企業(yè)已經(jīng)由原來的批量生產(chǎn)向研發(fā)生產(chǎn)方向轉(zhuǎn)變，加上市場對產(chǎn)品多樣化需要的加劇，這直接決定了機(jī)械制造企業(yè)會面臨品種多、產(chǎn)量小、周期短和難度高的問題，這些問題都會機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營和發(fā)展構(gòu)成影響。對于機(jī)械制造企業(yè)而言，網(wǎng)絡(luò)中的信息（圖形、表格、文字等）多以數(shù)字形式出現(xiàn)，這些信息可以在數(shù)字化發(fā)展過程中得以充分收集、統(tǒng)計、分析和應(yīng)用，最終達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品性能的仿真，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品原型的確定和制造，讓機(jī)械制造企業(yè)得以適應(yīng)快節(jié)奏的市場環(huán)境。從國外來看，歐美大型企業(yè)很早之前就開始了對數(shù)字化制造的研究，比如波音、空客等企業(yè)，其數(shù)字化制造幾乎包括了產(chǎn)品生命周期的整個過程，并且通過精細(xì)化的分工和零部件的制造來體現(xiàn)訂單式的生產(chǎn)。從國內(nèi)來看，最近幾年時間，數(shù)字化制造得到了很好的發(fā)展，特別是在數(shù)控機(jī)床方面，無論是產(chǎn)品的產(chǎn)出量還是產(chǎn)值都得到了大幅度地提高，其不僅運(yùn)用到了企業(yè)生產(chǎn)中，而且在航空、軍事等領(lǐng)域均有所體現(xiàn)。

2.3 綠色化

綠色化制造主要是權(quán)衡企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境影響的制造模式，旨在提高資源的利用效率，并且對環(huán)境構(gòu)成最小的影響。低碳環(huán)保是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的熱點(diǎn)問題，也是應(yīng)對全球氣候變暖和環(huán)境污染的重要措施，所以綠色化制造成為了未來機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展的趨勢。但是，與高層意見相反的是，當(dāng)下部分機(jī)械制造企業(yè)所提倡的綠色生產(chǎn)還僅停留在了宣傳、樹立形象等方面，甚至部分機(jī)械制造企業(yè)認(rèn)為經(jīng)濟(jì)效益和綠色化發(fā)展兩者相駁。因此，如何把綠色化制造進(jìn)一步落實(shí)到機(jī)械制造企業(yè)的行為中，成為該行業(yè)未來發(fā)展的重點(diǎn)。對機(jī)械制造企業(yè)而言，綠色生產(chǎn)可以給企業(yè)帶來可觀的收益：首先，降低能耗是綠色化制造的宗旨，機(jī)械制造企業(yè)進(jìn)行綠色生產(chǎn)的途徑和技術(shù)有很多，比如在原材料、生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程方面都能夠加以選擇，實(shí)現(xiàn)降低能耗的目的，為機(jī)械制造企業(yè)節(jié)省生產(chǎn)成本；其次，機(jī)械制造企業(yè)實(shí)施綠色生產(chǎn)能夠直接降低污染排放，減少后續(xù)的環(huán)境治理費(fèi)用，從當(dāng)下的政策來看，政府在大力扶持綠色生產(chǎn)，因此機(jī)械制造企業(yè)可以申請經(jīng)費(fèi)支持和環(huán)保補(bǔ)助，擴(kuò)寬機(jī)械制造企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益；然后，機(jī)械制造企業(yè)能夠?qū)δ茉础U棄材料和產(chǎn)品進(jìn)行回收利用，既可以節(jié)省資源的投入費(fèi)用，又可以大幅度減少污染排放量，實(shí)現(xiàn)了對有限資源的重復(fù)利用；最后，綠色化制造可以有效改善職工工作環(huán)境，提高他們的健康水平和生活質(zhì)量，減少環(huán)境事故給企業(yè)內(nèi)部和社會帶來的影響。

2.4 智能化

智能化制造是由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，其通過制造工具和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)對生產(chǎn)流程進(jìn)行智能化改造，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的跨系統(tǒng)流動、采集、分析、與優(yōu)化，完成設(shè)備性能感知、過程優(yōu)化、智能排產(chǎn)等智能化生產(chǎn)方式。智能化制造雖然已經(jīng)成為了機(jī)械制造企業(yè)發(fā)展的主要趨勢，但是從實(shí)際的情況來看，部分機(jī)械制造企業(yè)所采用的生產(chǎn)線大多從國外直接進(jìn)口，國產(chǎn)生產(chǎn)線的參與度不高，即便我國消費(fèi)了全球數(shù)控機(jī)床的一半，絕大多數(shù)智能生產(chǎn)線上的設(shè)備都是源自進(jìn)口。因此，以海爾、廣汽傳祺、五家渠石化等為代表的機(jī)械制造企業(yè)通過建立智能工廠，推動智能化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型。從智能化制造設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)來看，其主要包含了以下幾個方面：首先，智能化系統(tǒng)。智能化系統(tǒng)在提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量方面，其不僅能夠自動編程，而且具有故障診斷系統(tǒng)，實(shí)時掌握了設(shè)備的狀況評估，避免了早期故障的停機(jī)檢修，降低了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用；然后，智能化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。智能化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是一種模仿人大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、非線性映射和尋找最優(yōu)解等功能，雖然智能化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在數(shù)控機(jī)床方面的應(yīng)用不多，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，智能化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)一定能給機(jī)械自動化發(fā)展提供廣闊的前景；最后，專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)內(nèi)部具有大量的專家知識和經(jīng)驗(yàn)，通過學(xué)習(xí)和利用這些內(nèi)容能夠有效解決軟硬件中的技術(shù)問題，并且系統(tǒng)能夠根據(jù)問題的種類給操作者推薦相應(yīng)的內(nèi)容，以提高對問題的推理和判斷能力。

3 結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械自動化的出現(xiàn)和發(fā)展并非空穴來風(fēng)，而是體現(xiàn)了諸多科技前沿技術(shù)研發(fā)和運(yùn)用的結(jié)果，更是社會發(fā)展的必然產(chǎn)物。機(jī)械自動化作為一個高新行業(yè)，其發(fā)展的潛力和運(yùn)用的市場是非常廣泛的，一方面機(jī)械自動化為傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)注入了新鮮血液，促進(jìn)了制造行業(yè)的不斷發(fā)展，另一方面西方發(fā)達(dá)國家的機(jī)械自動化歷程給我國的機(jī)械自動化提供了很好的參考和借鑒。從歷史的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)中可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)械自動化是生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的有效結(jié)合，盲目追求速度往往造成產(chǎn)品質(zhì)量的降低，進(jìn)而陷入到廉價商品生產(chǎn)的惡性循環(huán)中。只有正視我國機(jī)械自動化的現(xiàn)狀，并努力提高機(jī)械自動化的發(fā)展水平，才能讓國內(nèi)制造行業(yè)趕上國際先進(jìn)水平，推動我國工業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型升級。

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