浅论自动化技术在机械设计制造中的应用

刘青

（深圳市比亚迪锂电池有限公司坑梓分公司，广东 深圳 518122）

科学技术的创新发展推动了现代化先进技术在各领域各行业中的应用，使其成为产业现代化建设与可持续竞争发展的驱动力。在此背景下，机械设计制造行业贯彻落实“创新是引领发展的第一动力”理念，将自动化技术引入行业生产中，推进机械设计制造一体化建设进程，有效提升机械设计制造安全性、可靠性、节约性、高效高质性。对此，有必要加强对自动化技术及其在机械设计制造中应用的研究，提升机械设计制造自动化水平。

1 自动化技术与机械设计制造的相关概述

自动化技术作为一门综合性技术，是以计算机技术、自动控制技术、系统工程技术等为核心，多门技术学科（包括信息论、系统工程学科、电子学等）相互结合形成的产物。随着自动化技术理论与实践研究的不断深入，自动化技术在众多领域得到了广泛的应用，为其生产、管理质量的提升奠定了良好基础，成为其现代化建设与发展的重要手段。机械设计制造作为机械工程领域中的重要组成部分，其现代化水平的高低直接关系着机械产品设计与制造的质量与效率。随着控制理论、系统思想等在机械设计制造中的不断渗透，产品设计与制造的协同化、集约化、自动化、智能化发展成为必然趋势。而自动化技术在机械设计制造中的应用，使机械工业技术结构、生产方式、产品结构、产品功能、管理机制等发生改变，机械由电器化发展转向自动化发展。与此同时，基于自动化技术的技术综合性特征，机械设计制造自动化在机械技术、电力电子技术、信息技术、计算机技术、传感技术、软件编程技术等综合运用下，成为功能、组织结构、工作流程等方面最优化的系统工程技术，满足系统应用高质量、高效率、高安全性、高可靠性、低能耗、多功能的需求，让基于机械设计制造形成的产品，具有自动化属性的同时，具备智能化、智慧化特征。

2 自动化技术在机械设计制造中的实际应用

在中国特色社会主义事业建设中，创新是引领发展的第一动力。在创新发展中，科技创新占据最为显著的地位，发挥至关重要的作用。基于此，机械设计制造行业在建设与发展过程中，应明确认知自动化技术应用价值，通过自动化技术科学应用，促进技术与产业深度融合，推动行业稳定、健康与可持续竞争发展。

2.1 自动化技术在机械设计制造中的应用原则

在机械设计制造中，产品开发的根本目标在于：具备某种功能，以满足人们某些需求。不同产品应用领域不同，所需具备的功能也不同。但功能实现的原理存在一致性，即通过物质、信息、能量等要素的输入与处理，实现特定性能的物质、信息、能量的输出。例如，以能量转化为主要功能，输入能量或信息，输出能量所产生的产品则被称之为动力机械；以信息处理为主要功能，输入能力或信息，输出信息所产生的产品主要为信息机，如机械自动化仪表、电子计算机、传真机等；以物质传递、处理为主要功能，输入物质、能力以及信息，输出物质所产生的产品为加工或运输机，如数控机床、物料传送机、加工机械、起重机等。因此，自动化技术在机械设计制造中的应用应注重机械功能要求的满足，同时根据产品功能需求的不同，遵循科学原理，利用技术进行创新，提升机械设计制造水平。如金属切削机床的工作原理是刀具与金属切削工件的相对运动。对此，在应用自动化技术进行金属切削机床设计制造时，根遵循其原理，通过创新运动范式，得到能够满足其他需求的金属切削机床。

2.2 自动化技术在机械设计制造中的应用实例

自动化技术在机械设计制造中的应用存在广泛性。以广东省某石化企业化工生产为例。在对锅炉进行改造过程中，应用了自动化技术，提升锅炉汽包水位自动化控制能力，保证锅炉运行的正常、安全与稳定。通常情况下，锅炉汽包水位控制方案有以下三种：

第一，应用自动化技术构建单冲量控制系统。即根据控制给水来控制锅炉汽包水位的原理，构成自动化控制系统。但在实践中发现：系统运行过程中，当蒸汽负荷增大时，会出现假水位问题。此时，控制装置会受到假水位现象的影响，为满足锅炉运行需求，控制控制阀开度减少对系统的给水量。因此，当假水位现象消失后，由于给水量不足，锅炉汽包水位过低，从而以引发锅炉安全事故。由此可见，该方案在负荷波动大、汽包水停留时间短的锅炉系统中不具备适应性，在汽包水停留时间长，负荷变动所引起的假水位问题不明显的小型锅炉中具有一定适用性，为提升控制质量与效果，提升系统安全水平，可通过配置联锁报警设备进行系统控制性能的优化。

第二，应用自动化技术构建双冲量控制系统。即根据控制扰动，调节蒸汽负荷变化的原理，构建自动化控制系统。系统由两部分构成，即前馈控制部分与单回路反馈控制部分。其中前馈控制部分侧重于蒸汽流量的控制，对蒸汽负荷变化进行管理，引入蒸汽流量信号，基于信号实现蒸汽流量校正，配置动态补充环节，进行假水位误动操作的补偿，从而控制波动，提升汽包水位控制质量。

第三，为进一步提升双冲量控制系统自动化控制能力，实现给水系统扰动问题的科学处理。可通过增加给水流量信号,构建三冲量控制系统。系统主要由前馈控制、串级控制共同组成，能够在水位控制器、流量控制器、加法器等装置的共同作用下，实现对主冲量、给水量、蒸汽量的管控。

随着近年科学技术的不断创新，机械设计制造中自动化技术应用形式呈现出多样化发展态势，机械设计制造自动化设计、自动化化生产、自动化检测、自动化包装等取得了一定成效。而自动化技术与人工智能技术的结合，为机械设计制造创新发展提供了新动力。最为典型的代表则是工业机械人的应用。以广东省某汽车制造企业冲压自动化生产线（图1）。汽车冲压生产线的自动化改造，提升生产线管控柔性化水平，有利于生产效率、质量、效益的提升。

机械人冲压自动化生产线主要由“拆垛系统、涂油机、对中台、上料系统、转运系统、下料系统、输送系统等”共同组成，实现汽车冲压生产线全过程的自动化控制。拆垛机器人可进行板料的自动化取放，并在涂油机作用下，根据系统编程设定，进行自动化涂油，确保板料润滑性能需求的满足，避免冲压钢板出现锈蚀问题。与此同时，机械对中台能够对板料位置、高度、速度等进行自动化调整，提升板料定位准确度，上下料机器人实现板料运动轨迹的调整，确保上下料与压力机的有效衔接。机械人冲压自动化生产线所有运动的管控受控制系统的影响，控制系统主要由监控系统、连线系统以及安全保护系统构成，在PLC控制技术、视频监控技术、以太网、传感技术等结合应用下，提升控制质量，增强系统的稳定性。

图1 机械人冲压自动化生产线示意图

3 结语

自动化技术应用于机械设计制造中，是推动机械设计制造自动化发展的重要手段，在提升机械设计制造质量、效率，实现机械设计制造向高质量发展转化中发挥着至关重要的作用。对此，相关企业以及工作人员应明确认知自动化技术应用的重要性，以创新驱动发展为指导，促进技术与产业的深入融合，为我国现代化、科学化、多功能化生产提供保障。