浅谈国内机械制造行业自动化的应用现状

摘要：自从2010年国内开始出现“用工荒”现象以来， “用工荒”的问题在机械制造行业中日益突出。解决制造企业“用工荒”的有效途径之一是制造模式的转型。2015年以来，国家提出中国“制造2025”战略，越来越多的企业积极响应国家号召，推动工厂向自动化、数字化和智能化方向转型。

关键词：制造模式； 自动化； 数字化；信息化

引言：随着中国“制造2025”战略的逐渐深化，结合机械制造业日益严峻的“用工荒”问题，国内越来越多的制造型企业选择采用自动化生产线的方式来解决工人短缺的问题。自动化生产线具有生产效率高、产品质量稳定、维护成本低等优点。但是，与人工操作相比自动生产线的柔性较差，对客户的生产设备有一定的要求，对操作人员的能力要求也较高。因此，自动化生产线在国内推广和应用存在使用范围局限、设备性能参差不齐和工艺规划欠缺等问题。

一. 制造业的自动生产线组成要素

一条完整的产品自动生产线由以下重要部分组成：

第一， 完整的产品生产工艺。一个产品能否生产出，是由生产工艺所决定的。因此，完整的产品生产工艺是自动生产线实施的基础，优质的工艺排布可以提高自动生产线效率、降低成本、保证产品质量以及确保人员操作便捷。

第二， 稳定性能好的加工设备。加工设备是自动生产线的有效保障。自动生产线能稳定、高效的生产出合格的产品，加工设备的稳定性是基础保障。

第三， 具有自动化接口的夹具。夹具是生产工艺中重要因素之一，也是与工业机器人直接对接的部件，自动生产线能高效的生产出合格的产品，夹具也起到重要的决定因素。

第四， 具有可靠性能的工业机器人。工业机器人是自动生产线的载体，在自动生产线中起着贯通各个加工设备的作用。

第五， 自动生产线的控制系统。控制系统是自动生产线的大脑，控制着整个自动生产线的准确运行。同时承担着设备之间正确的信号交互功能，是自动生产线安全运行的有效保障。控制系统将自动生产线中的工件制造进度、质量信息等客户需要的信息传递给上一级信息控制系统（如MES，ERP）等，以提高客户的产品质量与管理效率。

第六， 物流系统和辅助设备。自动生产线中除制造设备外，物流传输系统非常重要的组成部分。通过物流系统可以有效的传递物料，保证自动生产线的通畅运行。在物料传递过程中，根据制造设备对工件姿态的要求，辅助设备可以调整物料姿态，有效保障在加工物料进入制造设备时具有正确的姿态等。

二. 国内机械制造行业自动化的应用现状

近几年国内的自动化得到了迅猛发展，越来越多的制造企业采购自动化生产设备，发展自动化项目。进而将自动化生产线与信息化软件结合起来，提高企业的质量管理和追溯能力。同时，许多企业正在通过改造原来制造设备来提高企业的制造能力，从而提高市场竞争力。因此，机械制造业的自动化具有广阔的发展空间和市场，同时这个行业也面临着较多的问题。

第一，国内制造企业的发展参差不齐，高端制造设备与低端制造设备共存。目前国内的制造行业按自动化可应用潜力方面，大致分为以下三类：

第一类，本身具有较高的自动化的能力，企业在多年前已采购国外先进的自动化设备，企业内人员对自动化设备非常熟悉，在自动化项目的实施方面具有丰富的经验。他们在排布生产工艺的时就考虑到了自动化生产线的优势与劣势。他们是走在行业前列的，引领行业的发展方向。他们仍在不断采购最新的自动生产线，结合最先进的 “二维码”追溯产品进度等信息化管理技术以及MES、ERP等管理软件，将自动线进一步打造成更具竞争力的智能化生产线。这类企业一般对自动生产线质量要求高。他们采用的自动生产线大部分都是來自欧洲等发达国家。

第二类，具备一定的自动化能力，企业内制造设备均为数控设备，且大部分设备是国外品牌的设备，具有较高的稳定性。但是企业目前没有自动化生产线或者有很少的自动化生产线。这类企业的人员对自动化设备了解不深，在自动化项目的实施方面经验较少。他们在排布生产工艺时，更多考虑的是单机生产的情况。在实施自动生产线项目时，需要对其生产工艺和制造设备的排布重新规划，把不适合自动化生产的工艺改造成适合自动生产线的工艺排布。并结合信息软件等技术，将企业的制造设备打造成目前比较先进的自动化生产线。或者通过改造升级，将已有的设备实施“信息化”“智能化”方面的升级改造。他们采购的大都是国内中高端的自动生产线。

第三类，无自动化能力，制造设备较为低端稳定性差，设备种类参差不齐。生产的零件品种繁杂，且不易形成大规模量产。此类企业，也在对自己的制造设备进行着积极的自动化改造。但是，相对前两类企业来言，他们的制造方式决定了企业较难形成大规模自动生产，或许单元化的自动化升级改造方式更适合。

第二，机械制造行业的自动化起步较晚，没有形成统一的标准，整体技术能力和制造档次较低，很难与国外同行竞争。

近几年，随着机械制造行业的自动化迅速发展，国内涌现出了大批自动化制造企业。根据用户不同，大体也可分为以下三类：

第一类，在自动化行业中起步较早，他们在自动化工程项目实施过程中积累了较丰富的经验，同时也形成了较完善的产品自动化加工体系，具有较高的企业标准，制造的自动生产线不论在性能方面，还是在安全方面已经达到较高的层次。在新产品研发方面，也已经具备一定的前瞻性和技术先进性。

第二类，企业规模较小，在自动化项目实施过程中积累了一些的经验，但是没有完整的产品体系，产品仅能覆盖较小的客户群体，产品的性能与稳定性无法达到高端用户的要求。

第三类，家庭作坊式小规模企业，生产特定的自动化单元设备。

由于制造行业中自动化是刚兴起的行业，行业中的自动化企业规模大小各不相同。生产的产品，不论是在性能方面还是在安全性方面有各自的理解和习惯。产品质量也是参差不齐。与欧洲同行企业相比，国内的企业所生产的自动生产线整体性能较差、档次较低，很难进入高端市场。

第三，自動生产线制造工艺不成熟、设备稳定性差、毛坯质量差等因素都会影响自动生产线的稳定运行。

制造企业虽然积累了多年的制造经验，已经形成了一整套完善的制造工艺。但是在面对制造模式的转型升级时，很容易先入为主的以手动生产的工艺排布方式作为自动生产线的工艺排布。同时国内自动化制造企业的经验不足，很难改变客户的生产工艺。最终，会造成在自动生产线实施和运行的过程中问题频发，遇到无法良好的运行局面。

另外，受前序铸造工艺和制造成本的影响，一般手动生产线的毛坯质量差，在装夹工件时，操作人员会对待加工毛坯存在问题进行手动处理。但是，作为自动生产线，较差的毛坯质量会影响到自动生产线的稳定运行，造成较高的废品率，甚至还会造成撞机等危险事故。

第四，客户对自动生产线的认知不足，操作人员的能力较低。

客户对自动生产线的认知不足，许多客户会生产多品种的零件。往往将自动生产线与人工进行比较的时候，他们认为自动生产线可以完全代替人工，可以生产手动生产线上的所有产品，或者要求自动生产线尽可能多种类生产，这给自动生产线的设计与实施造成很大的困扰。

另外，与手动生产线相比，自动生产线对操作人员的能力要求更高。因为手动生产线的加工程序固定后，大部分情况只需要会几个简单的按钮就可以操作，其他工作是向加工设备中装卸物料。然而使用自动生产线，虽然减少了现场操作人员的数量，但是对操作人员的要求也提高了，往往需要维护与解决自动生产线出现的临时问题，能够熟练的操作自动生产线上的各种设备。因此提高现场操作人员的能力，也是企业发展自动生产线必然要面临的问题。

结束语：

总体而言，目前国内机械制造行业正处于自动化升级转型的大好时段，大量企业有自动化项目需求，该行业将得到更迅猛的发展。对于国内自动化行业的起步晚、发展经验不足、技术和制造能力较低、行业无完善的生产标准等诸多问题。也需要从事这个行业的人员共同努力，推动整个行业良好发展，来实现追赶甚至超越世界先进的自动化制造企业的目标。

参考文献：

[1] 徐宏斌，对自动化技术在机械设计制造中的应用分析. 内燃机与配件， 2017，11；

[2] 贺正楚，潘红玉，德国“工业4.0”与中国“制造2025”，长沙理工大学学报，2015，6；

[3] 向群，屈平，我国制造业信息化发展现状，世界制造与装备市场，2004，10；

作者简介：张有斌（1987—），男，甘肃永登人，本科。

就职单位：金石机器人常州股份有限公司。

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