機(jī)械制造應(yīng)用自動化技術(shù)的分析

劉 凱

（吉林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 龍井 133400）

在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計制造工業(yè)中，數(shù)控加工技術(shù)、綠色環(huán)保的制造技術(shù)、綠色環(huán)保的制造技術(shù)和自動化技術(shù)貫穿于產(chǎn)品從生產(chǎn)到使用的整個流程中。其中，自動化技術(shù)更是其他所有機(jī)械設(shè)計與制造的基礎(chǔ)。

1 自動化技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

在機(jī)械制造與應(yīng)用自動化的發(fā)展過程中，機(jī)械制造與應(yīng)用自動化不斷地從電氣自動化、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和材料等學(xué)科或研究方向吸收融合，交叉滲透，機(jī)械制造與自動化早就不那么“機(jī)械”，具備了綜合性和前沿性等特點(diǎn)。現(xiàn)階段，我國機(jī)械設(shè)計制造的需求隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而逐漸上漲，而機(jī)械設(shè)計制造及其自動化相關(guān)企業(yè)本質(zhì)上是逐利的，這時需要通過提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量的方法增加企業(yè)的生產(chǎn)水平[1]。從產(chǎn)品的加工—裝配—質(zhì)檢—運(yùn)輸過程入手，可以將機(jī)械制造業(yè)中的自動化技術(shù)分為四類。

1.1 加工制造過程

自動化在產(chǎn)品加工制造過程中采用一定規(guī)模與數(shù)量的自動化機(jī)械加工裝備來完成產(chǎn)品的自動化循環(huán)加工，并且自動化裝卸。可以減少人工在加工生產(chǎn)過程中簡單重復(fù)但繁重的體力勞動[2]，在這個過程中，數(shù)控機(jī)床、車床以及多種類型的自動化加工裝置分別發(fā)揮作用，在產(chǎn)品大批量的生產(chǎn)過程中，機(jī)械加工自動化企業(yè)通常還有流水作業(yè)、加工步驟以及工序自動化步驟或程序，構(gòu)建自動化生產(chǎn)線，促進(jìn)產(chǎn)品的自動化加工水平的提高。

1.2 調(diào)整和裝配

自動化加工制造階段生產(chǎn)出的產(chǎn)品通常是零部件，要通過調(diào)整與組裝做出最終產(chǎn)品，因此，可借助具備自動化功能的搬送、調(diào)整、檢查機(jī)連接設(shè)備完成工作， 將生產(chǎn)的零部件進(jìn)行調(diào)整并組裝成目標(biāo)組件、部件、套件等產(chǎn)品。這是機(jī)械設(shè)備制造過程中十分重要的環(huán)節(jié)，也是機(jī)械設(shè)備加工制造過程的最后一步。圖1是自動化裝配線。

1.3 質(zhì)量檢測過程

自動化在產(chǎn)品經(jīng)過制造和組裝后變?yōu)榇蠹蛱准?，需要按照一定的?biāo)準(zhǔn)對出場總產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測，保證其合格出廠。而傳統(tǒng)的人工檢測無法對很多新型材料、組件以及復(fù)雜的加工設(shè)備進(jìn)行快速、保質(zhì)、高效的檢測[3]。這些設(shè)備可能會應(yīng)用于計算機(jī)、現(xiàn)代制造、人工智能，因此要保證檢測的精度和效率，這些新型的材料及設(shè)備增加了質(zhì)量檢測的難度。正因?yàn)樾滦偷臋C(jī)械自動化質(zhì)量檢測及相關(guān)設(shè)備的識別技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)檢過程中的重要性，所以需要加大產(chǎn)品質(zhì)量檢測的發(fā)展力度。 圖2是自動化檢測流程。

圖1 自動化裝配線

圖2 自動化檢測流程

1.4 運(yùn)輸供應(yīng)自動化

產(chǎn)品經(jīng)過加工、裝配和質(zhì)檢合格后，可以選擇投入市場使用，這時產(chǎn)品需要向外運(yùn)輸。因此，機(jī)械制造流程的運(yùn)輸供應(yīng)系統(tǒng)承擔(dān)了產(chǎn)品的主要運(yùn)輸功能。物運(yùn)輸供應(yīng)系統(tǒng)的主要作用是將機(jī)械制造流程制造的產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)教囟▊}庫或者其他儲存場所。運(yùn)輸完成后，產(chǎn)品經(jīng)過輸送物料的機(jī)械裝置運(yùn)到相應(yīng)位置。

1.5 機(jī)械制造自動化的研究成果

付新宇[4]設(shè)計研究了鋼帶調(diào)直系統(tǒng)連續(xù)送料與自動剪切系統(tǒng)間斷工作控制系統(tǒng)，利用編程軟件對控制程序進(jìn)行了設(shè)計，各類組態(tài)軟件對人機(jī)交互界面進(jìn)行設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了全自動生產(chǎn)設(shè)備。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，鋼帶調(diào)直系統(tǒng)連續(xù)送料與自動剪切系統(tǒng)間斷工作控制系統(tǒng)可以使焊接設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行步進(jìn)焊接、剪切和連續(xù)自動生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。 柴春花等人[5]設(shè)計了整套自動化焊接設(shè)備用來解決洗衣機(jī)內(nèi)膽圓筒的焊接問題。設(shè)備包括板料上料工位、卷繞工位、搬運(yùn)工位、夾緊夾具、焊接工位及下料工位。板料上料工位采用批量上料方式。對單個板料進(jìn)行真空吸附上料。通過卷繞工位將平板材料卷繞成圓筒狀，對內(nèi)膽圓筒進(jìn)行橫向及縱向2個維度的夾緊，最后對焊縫進(jìn)行焊接，檢測接管時顯示已達(dá)到密封效果。圖3是自動化焊接設(shè)備。

圖3 自動化焊接設(shè)備

2 自動化技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 提高加工制造過程的安全系數(shù)

機(jī)械制造自動化技術(shù)集合了自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和機(jī)械制造等多學(xué)科知識，與傳統(tǒng)機(jī)械制造過程相比，機(jī)械加工制造的自動化可以顯著減少生產(chǎn)流水線的工人體力勞動的工作量，在增加工人生產(chǎn)水平的同時，自動化技術(shù)的普及應(yīng)用也減少了流水線工人接觸機(jī)床加工時的一些危險操作的機(jī)會，這就使工作人員在產(chǎn)品生產(chǎn)加工過程中受工傷概率大大降低，安全隱患大幅度減少。

2.2 保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定

產(chǎn)品質(zhì)量非常重要，企業(yè)在生產(chǎn)加工及質(zhì)量檢測過程中都要保證生產(chǎn)加工規(guī)范，而機(jī)械制造自動化可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)性與高精度，所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中，自動化設(shè)計人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求，設(shè)計與調(diào)整自動化控制程序，按照程序設(shè)定，自動化生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品可以避免傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)在生產(chǎn)產(chǎn)品制造中可能因人為操作導(dǎo)致的誤差， 提高產(chǎn)品的合格率和出場率，自動化系統(tǒng)和設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品流水線生產(chǎn)保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的同時也可以增加生產(chǎn)效率，根據(jù)實(shí)際情況實(shí)時監(jiān)控流水生產(chǎn)線并調(diào)整加工方案，對產(chǎn)品和系統(tǒng)的問題進(jìn)行修繕，進(jìn)一步保證生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 節(jié)約成本

機(jī)械制造企業(yè)也需要盈利，因此產(chǎn)品生產(chǎn)效率越高，相同時間內(nèi)創(chuàng)造的勞動價值就越高；另一方面，產(chǎn)品的品質(zhì)越高在企業(yè)競爭中的優(yōu)勢也越大，既可以防止壟斷，又能促進(jìn)全行業(yè)共同發(fā)展；同時，企業(yè)的機(jī)械制造自動化技術(shù)水平的提升也可以促進(jìn)勞動形式的轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)人工體力勞動為主導(dǎo)的模式向以高精度、標(biāo)準(zhǔn)化和高效率為特色的生產(chǎn)模式發(fā)展。將密集型體力勞動更多地轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝誓X力勞動，有利于人工成本降低。

3 自動化技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用發(fā)展趨勢

3.1 智能化的發(fā)展前景

在機(jī)械設(shè)計與制造過程中，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用可以對產(chǎn)品在加工、組裝、質(zhì)檢與運(yùn)輸?shù)娜^程進(jìn)行控制，促進(jìn)機(jī)械制造的精度的提高，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高。在智能化發(fā)展階段，為了確保機(jī)械設(shè)計與制造各個環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性和高生產(chǎn)水平，可以將眾多學(xué)科的前沿科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，更高效、更順利地完成機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)，控制錯誤的產(chǎn)生并促進(jìn)生產(chǎn)水平提高。借助前沿的智能技術(shù)如云分析處理、云儲存、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的發(fā)展，使許多電子產(chǎn)品的功能變得豐富多樣，電子信息產(chǎn)品具有更強(qiáng)大的功能，這可以令生產(chǎn)加工的整個操作過程變得多樣化和簡化，促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計和制造的應(yīng)用和發(fā)展水平的提升。

3.2 集成網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展前景

在機(jī)械制造過程中，集成和自動化技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，對實(shí)際生產(chǎn)中的不合理因素進(jìn)行重新分析，置換和組合，并將數(shù)據(jù)輸入處理系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換后進(jìn)行記錄和處理，這就需要用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為連接橋梁。因此，在機(jī)械設(shè)計和制造的過程中，合理地使用計算機(jī)和大數(shù)據(jù)儲存等技術(shù)進(jìn)行集成和存儲，分析和處理相關(guān)的信息資源。不僅如此，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了控制技術(shù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控相結(jié)合,調(diào)節(jié)和控制機(jī)械設(shè)計和制造的整個過程?；诰W(wǎng)絡(luò)的新型存儲、分析、控制技術(shù)的應(yīng)用可以改變整個生產(chǎn)過程的方式，在實(shí)際生產(chǎn)過程中對于不同需求進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)，從而最終完成機(jī)械設(shè)計和制造自動化應(yīng)用功能的整體改進(jìn)，并且隨著電子與信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，自動化技術(shù)與機(jī)械設(shè)計制造界限逐漸模糊。

4 機(jī)械視覺技術(shù)在機(jī)械制造自動化中的具體應(yīng)用

機(jī)械視覺技術(shù)是結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和電子技術(shù)，用計算機(jī)信號對人類視覺功能進(jìn)行模擬，從而收集事物信息。機(jī)械視覺借助影像識別，可以做到現(xiàn)場精密測量和智能監(jiān)控，為不同的工業(yè)制造提供了準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，制定了有效的檢測方案，提供了數(shù)據(jù)校對。

4.1 機(jī)械工件檢測應(yīng)用

由于檢驗(yàn)員質(zhì)量參差不齊，在長時間的工作時間內(nèi)出現(xiàn)疲勞和視覺分辨率降低的問題，因此產(chǎn)品質(zhì)量容易受到人工檢測的影響，導(dǎo)致企業(yè)市場經(jīng)濟(jì)競爭力的失效和機(jī)械零件使用的隱患。有效利用機(jī)器視覺技術(shù)，一方面可以有效解決人工檢測質(zhì)量不足的情況，通過相對完善和嚴(yán)格的控制參數(shù)，有效地利用智能計算機(jī)和自動識別系統(tǒng)對零件表面進(jìn)行檢測，從而更詳細(xì)地列出數(shù)據(jù)清單，為檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性提供了保障，促進(jìn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展；另一方面，該技術(shù)的應(yīng)用可以準(zhǔn)確地反映計算機(jī)控制端的測試數(shù)據(jù)，確保制備過程能夠得到有效的參考，這也為配件質(zhì)量水平的提高提供了一個研究平臺，同時也保證企業(yè)在市場環(huán)境中的有利地位。

4.2 機(jī)械工件測量應(yīng)用

4.2.1 精確測量特殊零件數(shù)據(jù)

機(jī)械視覺技術(shù)通過與基準(zhǔn)材料的間距比較，可以有效地對特定零件進(jìn)行精細(xì)測量，其中檢測系統(tǒng)包括計算機(jī)、相機(jī)和光學(xué)系統(tǒng)。其工作原理是測量零件在平行光束中的投影，用顯微光學(xué)鏡驗(yàn)證零件的輪廓，并將數(shù)據(jù)放大并引導(dǎo)進(jìn)計算機(jī)中以獲得成像數(shù)據(jù)。為了獲得準(zhǔn)確的位移參數(shù)，在鏡頭場內(nèi)移動部件，使其暴露在鏡頭視野范圍中，以確保精確的測量數(shù)據(jù)。

4.2.2 進(jìn)行工件測量預(yù)調(diào)

機(jī)器視覺技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)工件測量預(yù)調(diào)。以前工件的預(yù)調(diào)整測量方法是利用光學(xué)投影定位，利用光柵數(shù)顯表進(jìn)行測量和讀取。這種方法技術(shù)水平高，消耗的人力資源多，但是工作效率很難提高。應(yīng)用傳統(tǒng)的測量方法和機(jī)器視覺技術(shù)使用新型預(yù)調(diào)測量儀，添加自動控制技術(shù)、計算機(jī)系統(tǒng)處理技術(shù)，在機(jī)器視覺技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了光柵技術(shù)，改變了原來的預(yù)調(diào)測量方法，使操作流程簡化，大大提高了工作效率和準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語

綜上所述，機(jī)械制造行業(yè)作為我國經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性行業(yè)，涉及生產(chǎn)生活的各個方面，對于我國的經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境的發(fā)展具有重要的作用。因此，有必要發(fā)展并完善機(jī)械制造自動化系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)和生活需要完善機(jī)械制造自動化技術(shù)，借用其他領(lǐng)域的前沿技術(shù)豐富機(jī)械自動化技術(shù)的應(yīng)用范圍。