機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用思考

譚建新

摘要：隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的數(shù)字技術(shù)滲透到各個(gè)領(lǐng)域，其中機(jī)械制造屬于重要領(lǐng)域，推動(dòng)了機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展。在機(jī)械制造中應(yīng)用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，讓人力操作從繁瑣的機(jī)械制造流程中抽離出來，能將更多精力、資源集中在機(jī)械制造工藝更新與升級(jí)等領(lǐng)域，提升機(jī)械制造效率以及制造質(zhì)量，從而提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力?；诖耍疚膰@機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用意義，對(duì)具體應(yīng)用進(jìn)行研究，以期為業(yè)內(nèi)人士提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械自動(dòng)化；機(jī)械制造；應(yīng)用

機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)需求、生產(chǎn)特點(diǎn)、生產(chǎn)目標(biāo)，對(duì)各類設(shè)備進(jìn)行操控，具有提升制造效率與制造質(zhì)量、降低運(yùn)維難度、節(jié)約能耗等重要意義。隨著低耗、環(huán)保等綠色發(fā)展理念的不斷深入，機(jī)械制造企業(yè)要優(yōu)化機(jī)械制造標(biāo)準(zhǔn)、流程、工藝等各方面，才能滿足日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)需求，這需要應(yīng)用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，包括集成技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、虛擬技術(shù)、柔性技術(shù)等。因此，在研究機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，有利于推動(dòng)我國(guó)機(jī)械制造朝著更高層次的方向發(fā)展。

一、應(yīng)用意義

（一）有利于提升制造效率以及制造質(zhì)量

在機(jī)械制造中，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，能對(duì)制造流程、工藝、標(biāo)準(zhǔn)等各方面進(jìn)行優(yōu)化、更新以及升級(jí)，使其更貼近生產(chǎn)需求，從而提升制造效率與質(zhì)量。具體是在編程技術(shù)的支持下，結(jié)合生產(chǎn)需求將制造程序錄入到系統(tǒng)，讓整個(gè)制造流程緊緊圍繞程序有序開展，避免機(jī)械制造偏離預(yù)期目標(biāo)，保障制造效率與質(zhì)量。整個(gè)制造流程嚴(yán)格圍繞程序開展，可以最大限度減少人力干擾；同時(shí)，基于程序控制的運(yùn)作精度更高，在制造機(jī)密儀器等產(chǎn)品中發(fā)揮著重要的作用。此外，結(jié)合機(jī)械制造特點(diǎn)合理設(shè)置傳感器，依托系統(tǒng)監(jiān)控功能實(shí)時(shí)了解制造情況，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決，充分保障制造質(zhì)量以及制造效率。

（二）有利于降低運(yùn)維難度

信息系統(tǒng)、先進(jìn)設(shè)備、數(shù)字技術(shù)等構(gòu)成機(jī)械自動(dòng)化體系。對(duì)于機(jī)械制造而言，設(shè)備能保持穩(wěn)定狀態(tài)就能高效完成制造任務(wù)，在機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的支持下，運(yùn)維難度會(huì)降低，主要是集成大數(shù)據(jù)、傳感器等技術(shù)，使機(jī)械設(shè)備擁有自我監(jiān)視、診斷、保護(hù)、預(yù)警等各項(xiàng)功能，例如，出現(xiàn)過壓、過流等故障時(shí)，快速檢查故障原因以及精準(zhǔn)判斷故障位置，為運(yùn)維技術(shù)人員生成故障分析報(bào)告，使其結(jié)合故障影響范圍及時(shí)選擇關(guān)閉機(jī)械制造系統(tǒng)，讓機(jī)械制造可以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)能全面分析和處理機(jī)械設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，判斷設(shè)備穩(wěn)定狀態(tài)，并制定運(yùn)維方案，降低設(shè)備發(fā)生故障的概率。

如今，越來越多的機(jī)械制造系統(tǒng)結(jié)合制造特點(diǎn)設(shè)計(jì)了故障預(yù)警模型，并借助大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)全過程監(jiān)控與分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合模型模擬分析以及歷史故障數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)設(shè)備可能出現(xiàn)的故障，使運(yùn)維具有前瞻性的特點(diǎn)，不僅能優(yōu)化設(shè)備功能，還能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，讓機(jī)械制造系統(tǒng)更具有靈活性與可靠性。

（三）有利于節(jié)約能耗

在機(jī)械制造中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，能讓設(shè)備功能更完善、更實(shí)用，包括自我補(bǔ)償功能、自我校驗(yàn)功能、自我調(diào)節(jié)功能以及自我保護(hù)功能等，可有效節(jié)約機(jī)械制造過程中產(chǎn)生的能耗。對(duì)于自我調(diào)節(jié)功能而言，機(jī)械制造系統(tǒng)結(jié)合該功能可以快速判斷是否超出能耗標(biāo)準(zhǔn)，一旦超出標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)程序會(huì)介入操控設(shè)備，合理關(guān)停部分設(shè)備，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能耗的目標(biāo)。同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)讓機(jī)械制造精度更有保障，劣質(zhì)元件數(shù)量有效降低，因返工而投入的費(fèi)用也隨之減少。隨著自動(dòng)化技術(shù)的深入，機(jī)械系統(tǒng)逐漸朝著輕小型方向轉(zhuǎn)型，與之相應(yīng)的能源投入也會(huì)隨之減少，以達(dá)到綠色、節(jié)能、環(huán)保、低耗的發(fā)展需求。

二、機(jī)械制造中機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用分析

（一）機(jī)械制造中集成技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)械制造系統(tǒng)在集成技術(shù)的支撐下可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化升級(jí)，提升產(chǎn)品生命周期管理水平。具體來講，可以細(xì)分輔助系統(tǒng)，包括輔助質(zhì)控、輔助工藝規(guī)劃、輔助測(cè)試等系統(tǒng)，全面收集、加工與應(yīng)用機(jī)械制造全過程，為設(shè)計(jì)決策、生產(chǎn)制造等方面提供有價(jià)值的參考依據(jù)，致力于機(jī)械制造全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)高效、穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，對(duì)全過程進(jìn)行全局統(tǒng)攬，不僅能縮短新品生產(chǎn)周期、集約利用生產(chǎn)要素，還能優(yōu)化機(jī)械制造體系。集成技術(shù)在機(jī)械制造中應(yīng)用，全面集成技術(shù)、生產(chǎn)等系統(tǒng)，甚至已嘗試集成人工智能，滿足機(jī)械制造對(duì)生產(chǎn)要素的各種需求。

如圖1所示，基于集成技術(shù)的車間制作過程管理結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合機(jī)械制造特點(diǎn)優(yōu)化流程，基礎(chǔ)是三層企業(yè)集成模型，讓生產(chǎn)管理模式、戰(zhàn)略方針更加科學(xué)、合理。同時(shí)，結(jié)合市場(chǎng)實(shí)際情況，調(diào)整機(jī)械制造方案，充分體現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的靈活性特征。

（二）機(jī)械制造中數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)是通過數(shù)字信息技術(shù)操控機(jī)械設(shè)備，集現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一身，并結(jié)合機(jī)械制造的實(shí)際需求，對(duì)軟硬件模塊進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及調(diào)整。對(duì)于機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)而言，數(shù)控技術(shù)扮演著動(dòng)力角色，因?yàn)閿?shù)控技術(shù)能夠讓機(jī)械制造系統(tǒng)擁有開放性，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)成為控制源，以機(jī)械制造實(shí)際情況為依據(jù)，對(duì)各個(gè)機(jī)械制造單元進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制；同時(shí)，還可以對(duì)機(jī)械制造單元進(jìn)行重組，從而得到新的自動(dòng)制造模塊、控制模塊，滿足新的機(jī)械制造需求。

現(xiàn)階段，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床，按照特定程序確保車床上的刀具能自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)加工元件的生產(chǎn)目標(biāo)。數(shù)控機(jī)床能有效簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序，縮短整個(gè)加工路線，但需要技術(shù)人員深入分析元件生產(chǎn)要求與圖樣，明確元件尺寸、特點(diǎn)、圖形等各方面因素，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)制造方案。同時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)中包括直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等功能，通過該功能可以計(jì)算元件輪廓上相近的幾何元素坐標(biāo)值，以此為依據(jù)進(jìn)行編程，并檢驗(yàn)程序，確保程序達(dá)標(biāo)。以“數(shù)控車削自動(dòng)化編程流程”為例，如圖2所示，結(jié)合機(jī)械制造實(shí)際需求完成自動(dòng)化編程后，企業(yè)自動(dòng)開展車削加工活動(dòng)，根據(jù)車削加工的實(shí)際需求優(yōu)化編程，滿足新的加工需求。

（三）機(jī)械制造中虛擬技術(shù)的應(yīng)用

構(gòu)建虛擬世界的信息技術(shù)指的是虛擬技術(shù)，主要以仿真系統(tǒng)為根本，模擬真實(shí)環(huán)境，借助眾多信息技術(shù)搭建三維場(chǎng)景，以逼真的場(chǎng)景讓人擁有真實(shí)感，包括想象、交互、沉浸等特征。在機(jī)械制造中應(yīng)用虛擬技術(shù)，可以呈現(xiàn)技術(shù)人員腦海中想象的場(chǎng)景，例如，借助虛擬多維信息技術(shù)設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品，優(yōu)化機(jī)械制造流程，還可以基于理性探究以及感性認(rèn)知，深入分析機(jī)械產(chǎn)品概念，這對(duì)優(yōu)化產(chǎn)品以及提升制造水平有著重要的意義。以汽車制造為例，可以利用虛擬技術(shù)構(gòu)建柱碰仿真分析模型，如圖3所示。對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、鑄模、評(píng)測(cè)、修改等環(huán)節(jié)投入的成本較多，會(huì)增加汽車新品研發(fā)的壓力。當(dāng)發(fā)生柱碰撞后，由于受力作用，裝機(jī)部位會(huì)變形，并直接威脅汽車?yán)飩?cè)的乘員，這就需要考量損傷，將結(jié)果作為性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。應(yīng)用虛擬技術(shù)構(gòu)建柱碰仿真分析模型，可以快速獲得評(píng)價(jià)結(jié)果，為機(jī)械制造流程制定提供依據(jù)；同時(shí)，通過CAD、CAM等程序的支持，簡(jiǎn)化制造流程，也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行調(diào)整，解決設(shè)計(jì)、制造等不合理問題。

此外，在機(jī)械制造中，機(jī)械裝配屬于非常重要的組成部分，主要按照需求將零部件組裝到一起，最終獲得預(yù)期產(chǎn)品，如果裝配未能達(dá)標(biāo)，就會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。在機(jī)械制造裝配環(huán)節(jié)中應(yīng)用虛擬技術(shù)，可以在線模擬裝配流程，檢查裝配方案，然后以解決裝配問題為導(dǎo)向優(yōu)化裝配方案，確保方案達(dá)到預(yù)期要求。

（四）機(jī)械制造中柔性技術(shù)的應(yīng)用

柔性技術(shù)集自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)于一身，能改變?cè)O(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的支持下，構(gòu)建覆蓋全過程機(jī)械制造的柔性控制網(wǎng)絡(luò)，使機(jī)械制造結(jié)合客觀環(huán)境變化進(jìn)行改善，例如，按照機(jī)械制造新流程、新工藝、新要求、新理念等，調(diào)整與優(yōu)化機(jī)械制造計(jì)劃、機(jī)械制造資源等方面，并形成風(fēng)險(xiǎn)最低、投入最小的機(jī)械制造體系。柔性技術(shù)與剛性技術(shù)是相對(duì)的概念，基于剛性技術(shù)的機(jī)械制造雖然可以大批量生產(chǎn)，但存在生產(chǎn)模式單一化的問題，無法滿足個(gè)性化需求?；谌嵝约夹g(shù)的機(jī)械制造能讓設(shè)備、工藝、制造等各個(gè)環(huán)節(jié)變得柔性，靈活完成任務(wù)。現(xiàn)階段，柔性技術(shù)已構(gòu)建多種類型的機(jī)械制造線，其中，F(xiàn)ML（柔性制造性）較突出，如圖4所示，整個(gè)生產(chǎn)線擁有CNC機(jī)床，具備加工中心通用率高的優(yōu)勢(shì)，與中小批量多種柔性生產(chǎn)線相比，F(xiàn)ML對(duì)于物料搬運(yùn)柔性機(jī)制的要求并不高，具體是通過分散型控制體系、離散型生產(chǎn)模式等，進(jìn)行柔性化、自動(dòng)化生產(chǎn)，滿足各種生產(chǎn)需求。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中發(fā)揮著重要意義，有利于提升制造效率以及制造質(zhì)量、降低運(yùn)維難度、節(jié)約能耗等。具體可以將虛擬技術(shù)、集成技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、柔性技術(shù)等應(yīng)用于機(jī)械制造中，以此升級(jí)制造工藝，優(yōu)化制造工序，讓人工操作從繁重機(jī)械制造活動(dòng)中抽離出來，充分提升制造效率與質(zhì)量，促使機(jī)械制造企業(yè)健康發(fā)展。

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