機(jī)械自動化技術(shù)在機(jī)械制造中的運用探討

張輝

山東省泰安技師學(xué)院，山東 泰安 271000

0 引言

機(jī)械自動化即在脫離人工幫助的情況下，機(jī)械能夠獨立完成一項生產(chǎn)工藝過程。該技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)發(fā)揮了巨大的作用，是現(xiàn)階段較為先進(jìn)的生產(chǎn)方式。機(jī)械自動化技術(shù)解放了人力資源，使得公司將人力資源集中到創(chuàng)新研發(fā)過程項目中。機(jī)械自動化技術(shù)還有利于機(jī)械制造發(fā)展的自動化供應(yīng)鏈，不僅提高了生產(chǎn)的效率及安全性，還能提高生產(chǎn)過程的精度[1]。除此之外，機(jī)械自動化技術(shù)的使用還能夠做到對生產(chǎn)周期的控制，從而控制生產(chǎn)成本。機(jī)械自動化技術(shù)對于機(jī)械制造業(yè)是一種本質(zhì)上的提高，值得企業(yè)采納。

1 機(jī)械自動化技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 生產(chǎn)角度

我國自動化技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)極大地推動了我國機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，使得我國機(jī)械產(chǎn)出提升到了一個新的水平，整個機(jī)械行業(yè)也日漸成熟。但是與發(fā)達(dá)國家相比，我國的機(jī)械自動化技術(shù)發(fā)展較晚，因此水平差距較為明顯，雖然近些年來我國的機(jī)械自動化水平在某些領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但是在大多數(shù)領(lǐng)域依然處于落后狀態(tài)，需要我國加大在機(jī)械自動化領(lǐng)域的投入。

1.2 制造技術(shù)角度

從制造技術(shù)的角度來說，我國的機(jī)械自動化技術(shù)發(fā)展迅速，在很多領(lǐng)域都取得了十分耀眼的成就，這也促使了我國的機(jī)械制造業(yè)的迅速發(fā)展；而機(jī)械制造業(yè)的迅速發(fā)展又會反哺機(jī)械自動化技術(shù)，兩者相輔相成、互相促進(jìn)。但是我國的機(jī)械自動化技術(shù)發(fā)展較晚，與美德等發(fā)達(dá)國家依然存在著明顯的差距。這一問題得不到解決，那么我國的機(jī)械制造在與國外的競爭中難以取得優(yōu)勢，這也會導(dǎo)致我國的機(jī)械自動化技術(shù)得不到最好的資源，成長幅度受限[2]。

1.3 管理水平角度

我國在七十年的時間內(nèi)完成了其他國家近百年的積累，在最初的發(fā)展階段就是依靠機(jī)械行業(yè)的發(fā)展帶動了生產(chǎn)力的提高。最初的階段發(fā)展十分迅速，因為此時的機(jī)械技術(shù)較為基礎(chǔ)，且沒有過多的技術(shù)封鎖，門檻較低。隨著技術(shù)的發(fā)展，逐漸轉(zhuǎn)向高端領(lǐng)域，外國的技術(shù)封鎖變得十分嚴(yán)重。我國的管理部門雖然意識到了該問題，業(yè)作出了一定的努力，但是沒有從根本上解決問題。這已經(jīng)上升到了國家與國家之間的關(guān)系，不是單純的一個部門可以解決的問題。我國只能加大自主研發(fā)的力度，幫助我國機(jī)械自動化技術(shù)的發(fā)展渡過難關(guān)。

2 我國機(jī)械制造自動化的發(fā)展趨勢及重要性

2.1 我國機(jī)械制造自動化的發(fā)展趨勢

2.1.1 數(shù)字化

從目前情況來看，數(shù)字化技術(shù)是機(jī)械自動化領(lǐng)域發(fā)展的核心內(nèi)容之一，對于機(jī)械制造有著不可替代的作用。該內(nèi)容本身就集合了制造技術(shù)、計算機(jī)管理等方面的知識，是一項綜合性的復(fù)雜內(nèi)容。其應(yīng)用范圍也十分廣泛，包括數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化制造等。從機(jī)械制造方面來看，制造機(jī)械設(shè)備過程中設(shè)置的參數(shù)全部都是數(shù)字化的形式展現(xiàn)。從企業(yè)管理角度來看，企業(yè)管理人員也是通過數(shù)字化的數(shù)據(jù)來了解公司的實際運營情況。從市場營銷角度看，銷售人員需要統(tǒng)計市場數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，以此作出銷售策略。正是在這樣的大環(huán)境之下，需要機(jī)械制造行業(yè)構(gòu)建一個數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)，將企業(yè)內(nèi)的所有設(shè)備接入其中，方便企業(yè)管理，還能夠提升工作效率，反映企業(yè)的真實運行狀況[3]。

2.1.2 集成化

目前的機(jī)械自動化技術(shù)開始追求集成化發(fā)展，這也是本世紀(jì)最重要的課題。集成化技術(shù)其中囊括了計算基礎(chǔ)、計算應(yīng)用、生產(chǎn)系統(tǒng)等。多方面技術(shù)共同構(gòu)成一個完整的整體，在系統(tǒng)下可以建立分系統(tǒng)輔助生產(chǎn)工作。集成化的發(fā)展程度越高，那么機(jī)械的體型就越小，精度也更高。并且集成化的發(fā)展能夠開拓機(jī)械的應(yīng)用范圍，使得機(jī)械的受眾更廣，同時也使得機(jī)械自動化技術(shù)能夠更加方便地應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域。

2.1.3 智能化

智能化即在制造過程中可以實現(xiàn)人機(jī)之間的雙向互動，能夠有效地提高機(jī)械制造的效率。該特性可以使用機(jī)械代替人工操作，人工只需要進(jìn)行輔助判斷即可。在未來的很長一段時間內(nèi)，都是機(jī)械自動化技術(shù)追求的目標(biāo)，社會上同樣給予了該特性足夠的關(guān)注，該方式可以有效地改善人工勞作的效率及機(jī)械制造成本。

如果將自動化、集成化、智能化等特性集合在一起，可以過程一套全新的高水平機(jī)械制造系統(tǒng)，使得我國的機(jī)械制造技術(shù)再上一個新的臺階。

2.2 我國機(jī)械制造自動化的重要性

（1）智能化算法提高了機(jī)械加工精度，在機(jī)械加工過程中，每個環(huán)節(jié)都可能影響到機(jī)械設(shè)備的最終效果。人工操作在生產(chǎn)過程中不可避免地會出現(xiàn)誤差甚至人工操作失誤的情況。在實際生產(chǎn)過程中，對于出現(xiàn)的誤差要進(jìn)行一層層地審查，嚴(yán)重地影響了機(jī)械生產(chǎn)的效率。機(jī)械自動化技術(shù)中的智能化算法可以替代人工進(jìn)行機(jī)械生產(chǎn)，人工只需要設(shè)置好設(shè)備的屬性即可，該方式可以有效地避免人工失誤。除此之外，還可以通過算法對錯誤信息進(jìn)行檢查并修正。

（2）提高了工業(yè)生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)大多是人工參與，生產(chǎn)精度難以與機(jī)械化設(shè)備相比。在機(jī)械制造過程中引入機(jī)械自動化技術(shù)，可以有效地減少人工誤差。除此之外，機(jī)械自動化技術(shù)可以代替人工，減少人力資源的消耗，機(jī)械自動化的生產(chǎn)效率也遠(yuǎn)高于人工生產(chǎn)。不僅如此，經(jīng)過了屬性設(shè)置之后，機(jī)械自動化技術(shù)可以精確地執(zhí)行設(shè)置的任務(wù)，減少資源的消耗與浪費?？傮w來說會降低機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)升本[4]。

3 機(jī)械自動化技術(shù)在機(jī)械制造中的運用

3.1 集成化應(yīng)用

機(jī)械自動化技術(shù)的集成化發(fā)展一共經(jīng)歷了三個階段，分別是：工程技術(shù)信息分系統(tǒng)、管理信息分系統(tǒng)和制造自動化分系統(tǒng)。工程技術(shù)信息分系統(tǒng)主要是依靠計算機(jī)技術(shù)，完成數(shù)據(jù)的分析工作，在釋放情況下輔助機(jī)械制造工作。管理信息分系統(tǒng)包含的范圍較廣，如財務(wù)管理、經(jīng)營管理等內(nèi)容，在滿足機(jī)械制造的需求之上，為企業(yè)管理提供保障。制造自動化分系統(tǒng)，主要包括工業(yè)機(jī)器人、計算機(jī)數(shù)控等內(nèi)容，可以執(zhí)行多項機(jī)械制造任務(wù)，并且由計算機(jī)輔助監(jiān)控，可以保證機(jī)械制造的質(zhì)量與效率，真正的提高了機(jī)械制造水平。綜合來說，機(jī)械自動化技術(shù)就是拋棄了原有的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)方式，對生產(chǎn)步驟進(jìn)行了優(yōu)化充足，使得生產(chǎn)過程的誤差更小、效率更高。甚至還可以納入不同的生產(chǎn)元素，保證生產(chǎn)流程的完整性，該方式使得生產(chǎn)系統(tǒng)的性能大幅度的提高。但是在系統(tǒng)使用過程中，需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行支撐，因此系統(tǒng)還要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集與數(shù)據(jù)分析功能。通過該方式可以優(yōu)化機(jī)械制造的資源分配，提高生產(chǎn)精度。集成化的應(yīng)用也是我國機(jī)械制造業(yè)的邁入下一階段的標(biāo)志，合理地利用集成化技術(shù)，可以推動整個行業(yè)的發(fā)展。該內(nèi)容也是諸多工程師及學(xué)者的主要研究方向，在未來還會有較大的發(fā)展。

在輥壓機(jī)生產(chǎn)過程中，技術(shù)人員要收集信息，然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫中存留的信息制定設(shè)備數(shù)據(jù)的合理區(qū)間，在制造過程中物料粒度超標(biāo)、安全銷故障等都會影響到輥壓機(jī)的質(zhì)量。以處理安全銷故障為例，該故障主要是指凸形塊受到力的軸向分量大于碟形彈簧的彈力，使安全銷損壞或碟形彈簧失效，會造成安全銷頻繁脫出、系統(tǒng)跳停。技術(shù)人員只要采集多次故障的數(shù)據(jù)，將其輸入到計算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，計算機(jī)經(jīng)過復(fù)雜的計算可以得出一個合理的誤差范圍。技術(shù)人員只需要根據(jù)計算出的誤差設(shè)置好數(shù)據(jù)即可完成機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)。除此之外，還可以將多種信息存儲到計算機(jī)當(dāng)中，安排計算機(jī)對相似數(shù)據(jù)進(jìn)行分析信息處理，幫助技術(shù)人員完成機(jī)械設(shè)備的制造方案。該系統(tǒng)可以融入人工智能與大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，形成一種完善的信息處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠有效地幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效率及生產(chǎn)穩(wěn)定性。在生產(chǎn)過程還譚家了系統(tǒng)報警功能，一旦某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，可以及時報警并切斷后續(xù)流程，將損失降到最低[5]。

3.2 柔性化應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，市場變得越發(fā)復(fù)雜?，F(xiàn)代的企業(yè)需要具備足夠的應(yīng)變能力，能夠及時地反映客戶需求，并且能夠根據(jù)市場的變化，對產(chǎn)品的功能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。此前的機(jī)械化及剛性化難以滿足設(shè)備的需求，因此需要將柔性化的建設(shè)提上日程。柔性化是指對外界環(huán)境具備較強(qiáng)的適應(yīng)能力。該能力需要對市場完成較為完善的調(diào)查及分析，以此為基礎(chǔ)才能夠?qū)Ξa(chǎn)品完成合適的調(diào)整。想要完成此類需求，需要將生產(chǎn)需求及制造聯(lián)系起來，該過程需要計算機(jī)的協(xié)助，憑此間接地完成與市場需求的交流，并且完成生產(chǎn)過程。在該過程中要加強(qiáng)信息處理系統(tǒng)，不受時間距離的約束，使得外部市場信息能夠及時地與企業(yè)生產(chǎn)部門對接，增強(qiáng)產(chǎn)品的靈活性，生產(chǎn)出符合市場要求的產(chǎn)品。

對此，國外提出了一種新的制造生產(chǎn)模式：敏捷制造，該生產(chǎn)模式具備高度柔滑特性。我國也及時引進(jìn)并開發(fā)了對應(yīng)的柔性制造系統(tǒng)：MFS系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過實驗后證明可以有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，不僅如此還能夠保證企業(yè)按時交貨，提高信息系統(tǒng)的可靠性。該技術(shù)的應(yīng)用大量的節(jié)省了人力資源，一些較為危險、危害性大的操作全部可以交由自動化技術(shù)完成，保證員工的人身安全。隨著實踐的深入，早期提出的自動化、無人化已經(jīng)初步實現(xiàn)。同時自動化技術(shù)的成本更加低廉，適應(yīng)范圍更廣，可以滿足中小型企業(yè)的需求，未來還有更廣闊的發(fā)展空間。

3.3 虛擬化應(yīng)用

在機(jī)械自動化基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)?shù)夭杉{虛擬制造技術(shù)。該技術(shù)具備綜合性與虛擬性的特征，涉及了人工智能、計算機(jī)圖像學(xué)、多媒體交互等知識。由其特征可知，該技術(shù)是一種新興的技術(shù)，還沒有得到發(fā)范圍的使用。該技術(shù)使用場景如下，可以借助情境構(gòu)建完成仿真場景的構(gòu)建，可以用于各種問題的分析并且能夠糾正其中的問題與缺陷，降低生產(chǎn)過程中問題發(fā)生的概率。除此之外，在機(jī)械裝配過程中，可以利用虛擬技術(shù)進(jìn)行分析，為后續(xù)的制造過程鋪平道路，完成對省成本的控制。從目前的情況來看，需要將多種技術(shù)融合在一起才能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬化的應(yīng)用。除了生產(chǎn)方面的使用，該技術(shù)還可以用于數(shù)據(jù)信息的驗證處理，是目前企業(yè)急需的技術(shù)。但是該技術(shù)還處于實驗階段，難以做到大規(guī)模的應(yīng)用，現(xiàn)在很多公司引入的虛擬化應(yīng)用也只是對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行簡單的模擬，在檢測過程中依然以人工為主，要依賴員工的經(jīng)驗進(jìn)行數(shù)據(jù)的矯正。

在輥壓機(jī)生產(chǎn)過程中，首先需要完成機(jī)架、軸承座等主要部件的生產(chǎn)。但是在生產(chǎn)之前，可以通過虛擬技術(shù)進(jìn)行模擬，保證生產(chǎn)出的部件符合機(jī)械設(shè)備的需求?？梢圆捎枚嗝襟w技術(shù)將主要部件轉(zhuǎn)換為3D模型圖，將其按照一定比例縮小，技術(shù)人員只需要通過計算機(jī)在數(shù)據(jù)庫中篩選出符合的數(shù)據(jù)即可，虛擬系統(tǒng)就會自動生成需要的部件。例如輸入軸承寬度700mm，軸承支撐中心距3200mm，數(shù)據(jù)庫就會自動為該部件匹配出合適的軸承底座，并且會自動地調(diào)節(jié)誤差范圍。在重要部件選取完畢后，可以在虛擬環(huán)境中完成輥壓機(jī)的組裝。多媒體技術(shù)能夠直觀地展示出機(jī)械設(shè)備的組合過程，技術(shù)人員可以及時發(fā)現(xiàn)其中的問題并作出整改。人工智能可以將此類模擬過程中出現(xiàn)的問題納入到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，一旦再次出現(xiàn)類似的情況，系統(tǒng)可以主動指出問題，有效降低檢測時間與判斷時間。

3.4 自動化檢測應(yīng)用

自動化檢測技術(shù)包含的技術(shù)較多，對于機(jī)械自動化的技術(shù)水平存在一定的要求。許多企業(yè)將自動化檢測技術(shù)應(yīng)用到了具體的生產(chǎn)要求檢測當(dāng)中。該檢測方式分為兩種，一種是直接測量，一種是間接測量。在機(jī)械生產(chǎn)過程中，直接測量大多被應(yīng)用到了尺寸測量、便面測量等方面。直接測量分為四種類型，分別是斷續(xù)表面測量裝置、圓測量裝置、孔測量裝置、平面測量裝置。間接測量多是系統(tǒng)提前編寫好的程序，根據(jù)生產(chǎn)要求完成檢測功能，主要功能是控制系統(tǒng)中的刀具運行狀況，完成對設(shè)備尺寸的測量。

在傳統(tǒng)的測量過程中都是事后測量，這樣會降低檢測的有效性。目前已經(jīng)發(fā)展出了一種實時動態(tài)測量技術(shù)，可以利用該技術(shù)完成實時的檢測。如在項目創(chuàng)建階段，可以將數(shù)碼柔性坐標(biāo)測試技術(shù)利用起來，提高項目檢測的科學(xué)性與合理性。除此之外，還可以對涉及結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，并且能夠完成對機(jī)械工件的定向測量。隨著機(jī)械檢測技術(shù)的發(fā)展，新型檢測儀器的檢測更加廣泛。如早期的光學(xué)儀器檢測范圍只有幾米，而目前的直線光柵儀器已經(jīng)將檢測范圍擴(kuò)展到了30m。使用一臺識別就能對整個環(huán)節(jié)實現(xiàn)有效的監(jiān)控。

從檢測技術(shù)的原理來看，早期檢測技術(shù)分為激光檢測、超聲波檢測、紅外檢測，三種技術(shù)有效地提高了自動化的程度與精測精度。但是隨著機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展，對于精度的要求越來越高，上述三種技術(shù)已經(jīng)難以適應(yīng)新的需求。目前已經(jīng)發(fā)展了更加先進(jìn)的技術(shù)，如納米技術(shù)、微米技術(shù)、發(fā)射行同位素技術(shù)等，大大提高了自動化的檢測精度，將檢測范圍提高到了微米級別。當(dāng)然，檢測技術(shù)并不局限于機(jī)械制造范疇，還可以用于環(huán)境檢測、安全檢測等多個領(lǐng)域。除了檢測技術(shù)的紀(jì)檢部，還將檢測技術(shù)于智能化網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，雖然目前處在實驗接單，但還是取得了可喜的成績，在多個環(huán)節(jié)中替代了人工檢測。但是在一些關(guān)鍵性的檢測環(huán)節(jié)，依然需要人工配合檢測。于傳統(tǒng)的檢測方式相比，關(guān)鍵性的檢測環(huán)節(jié)工作量也大幅度地降低，人工只需要配合進(jìn)行決策即可，系統(tǒng)會自動地完成檢測信息的收集，今后的發(fā)展階段會向著更加智能的方向發(fā)展[6]。

4 結(jié)語

機(jī)械制造行業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著重要的地位。機(jī)械自動化技術(shù)是推動機(jī)械制造行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段，需要國家給予大力的支持。機(jī)械制造行業(yè)要加大對機(jī)械自動化技術(shù)的研發(fā)投入，借此提高企業(yè)的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，獲得更快的發(fā)展。