机械自动化技术在机械制造中的应用研究

付云开

（商丘职业技术学院，商丘 476000）

1 前言

机械自动化技术指的是使用数字技术操控设备并完成生产任务的技术手段，具有节约人力成本、提高制造质量等价值。新时代在环保、低耗等绿色发展理念广泛推行的基础上，机械制造工艺、流程、标准需不断优化，传统的制造手段显然无法满足生产者与消费者的需求，这就需要增强机械制造的自动性，在创新争优、节约成本、控制能耗的层面上彰显技术优势。基于此，为了助推我国机械制造产业稳健发展，研究机械自动化技术在机械制造中的应用策略显得尤为重要。

2 概述机械自动化

20世纪70年代机电一体化在《机械设计》（日本）杂志中出现，1984年美国机械工程师协会对现代机械进行定义，该协会认为现代机械主要是指由网络控制与协调的生产制造方式，需计算机系统与各类动力学任务机制共同发挥作用，20世纪90年代在归纳总结机电一体化发展经验的前提下，将机电一体化视为电子控制系统、精密机械、产品设计、制造工艺等方面协同作用下的产物。机电一体化的探索与实践为机械自动化技术应用推广奠定了基础。

机械自动化在多学科、多种技术手段交融渗透的基础上不断发展，它改变了生产方式、产品结构、技术流程，使机械制造得以迈进“自动化”时代，在传感器技术、计算机技术、微电子等技术共同发挥作用的过程中，增强机械制造的综合性、可靠性、创新性。机械自动化并非高新技术、机械制造技术的简单拼凑，主要源于机械自动化技术在机械制造中的应用目的性，如有效控制误差、实现绿色制造目标等，继而助推机械制造产业稳健发展[1]。

3 机械自动化技术在机械制造中应用的价值

3.1 提高制造质量

在机械制造中应用机械自动化技术具有提高制造质量的价值，主要源于应用编程技术，可事先在系统内录入制造程序，该程序有着较强的目的性，可避免出现机械制造与预期不符的情况，在此基础上提高机械制造质量。因为机械设备、制造系统按照既定的程序运转，所以在生产制造活动中能免受人力干扰。相较于人力，机械设备受系统控制自动运转的精度更高，更利于打造精密仪器。在机械制造中使用传感器技术，及时了解制造的实际情况，在此前提下提高生产制造监督质量，收集整理监督反馈所得信息，并利用信息调整技术参数，进而不断地提升机械制造水平。

3.2 降低运维难度

机械自动化由数字技术、先进设备、信息系统等部分构成，经验表明，机械设备始终保持稳定的状态能更好地完成制造任务。在机械自动化技术的助力下，机械设备运维难度将有所降低，在传感器技术、大数据等技术集成的条件下，机械设备具有自我保护、自动诊断、监视、预警等功能，一旦发生过流、过压等故障，机械设备就能立即分析故障成因，判读故障所在位置，生成故障分析报告并传至专职人员的移动终端，根据故障的危险系数及影响范围选择性地关闭生产制造系统，便于专职人员尽快锁定故障区域，缩短因设备故障而停产的时间，保障机械制造系统能快速恢复正常。

使用大数据技术分析处理机械设备运行数据，可以对相关设备的稳定性做出基本的判断，并依据判断结果制定设备运维方案，其目的是降低设备故障发生的几率，还能保障机械制造系统长期处于稳定状态。值得一提的是，在广泛占有设备运行数据的条件下，立足不同的机械制造系统能规设机械设备故障预警模型，使用云计算技术分析处理设备运行数据，专职人员可依据分析报告展开运维工作，有效提高机械设备故障检修的前瞻性，延长设备寿命，优化设备功能，增强机械制造系统的可靠性与灵敏性。

3.3 有效节约能耗

机械自动化技术赋予机械制造设备诸多功能，如自我保护功能、自我调节功能、自我校验功能、自动补偿功能等，应用上述功能可有效节约机械制造能耗。以自我调节功能为例，当机械制造系统分析判断得出能耗超标的结论后，就能运用数字技术操控系统内的机械设备，选择性地关停部分设备，达到节约能耗的目的。因为机械自动化技术提高了机械制造的精度，所以可减少劣质元件的数量，还能提高制造效率，有效地节省了人力成本，同时减少因返工而投入的费用。机械自动化技术助推机械系统向着轻小型的方向优化升级，这可进一步减少能源的投入率。当前低耗、绿色、节能、环保是机械制造产业发展的主旋律，使用机械自动化技术不仅能改进机械制造系统，还能科学合理地控制能耗、减少成本及污染物的排放量，继而助推机械制造产业可持续发展[2]。

4 在机械制造中主要的机械自动化技术应用策略

4.1 数控技术在机械制造中的应用

数控技术主要指的是利用数字信息控制机械设备的技术手段，集网络通信技术、传感检测技术、现代控制等技术于一体，可以根据机械制造需求灵活设计软硬件模块。因为在机械制造过程中可全程使用计算机程序控制生产系统，所以能减少人力成本。数控技术是机械自动化的动力之一，主要源于该技术增强了机械制造系统的开放性，控制源为计算机，根据机械制造实际情况驱动控制单元，还可重组执行控制模块，得到新的自动控制机构，该机构具有针对性、实效性等特点。数控车床是数控技术发挥作用的载体，车床上的刀具按照特定的程序自动运转，完成精准加工元件的生产任务，在此基础上能保证加工精度达标、加工路线最短、刀具运用时间最少、有效简化工序，实现高效加工的目标。应用数控技术展开机械制造活动，需专职人员率先剖析元件生产要求及图样，在明确元件尺寸、图形、特性的条件下设定制造方案，利用计算机技术得出数据，通常情况下数控系统有圆弧插补及直线插补的功能作用，只需计算得出元件轮廓上相近几何元素的坐标值就能编程，加之程序检验，落实基于数控技术的机械制造目标。未来数控技术将向着精密化、高速化、复合化、开放化的方向发展，有效提高机械制造综合质量[3]。

4.2 虚拟技术在机械制造中的应用

虚拟技术主要是指能够构建虚拟世界的信息技术，依托仿真系统模拟真实环境，运用诸多信息搭建三维场景，逼真的视觉、听觉、触觉与嗅觉能给人一种身临其境的真实感，“真”正是虚拟技术的优势。虚拟技术具有沉浸、交互、想象三大特征，在机械制造中“交互”与“想象”这两个特征较为突出。专职人员可使用虚拟技术把脑海中的设想呈现出来，提高虚拟设计质量，利用多维信息设计机械产品，在感性认知、理性探究互相影响的基础上深化产品概念，优化产品结构，提升设计制造水平。以汽车设计制造为例，在传统的设计制造流程中，图纸设计、铸模、评测、修改等环节需投入较多的时间成本，还会耗费大量的资金，汽车新品研发压力随之加剧。使用虚拟技术则无需构建实体模型，有效简化了机械制造工序，利用CAM、CAD等程序中的数据加强仿真模拟，压缩机械制造周期，同时使用虚拟技术能及时发现机械制造环节可能存在的问题，如管道铺设不合理、元件精度不达标等，设计人员将利用多维模型再次改进设计方案，有效解决不合理的设计问题。

机械装配是机械制造重要一环，专职人员把诸多的零部件组装到一起，最终得到机械产品，因装配不达标而降低产品质量的情况客观存在，基于此专职人员可使用虚拟技术提升装配水平，在线模拟装配流程，检查装配设计方案，并以解决装配问题为导向自动修整装配方案。因为虚拟技术具有交互性，所以专职人员如同在真实情境中拆装零部件，系统提供序列处理、装配约束处理、碰撞检测等功能，使专职人员能够客观地分析、规划、验证装配序列。仿真装配完毕后，系统不仅能记录虚拟装配相关数据，还能得到视频、评审报告等内容，以便专职人员后续分析与优化机械装配程序。

4.3 检测技术在机械制造中的应用

检测技术主要指的是使用数字技术、仪器设备检验、测试机械设备性能的手段，该技术具有多样性、科学性等特点，在机械制造中应用得较为广泛。

为了避免劣质机械设备流向市场需有效应用检测技术，传统检测技术可能会存在破坏机械设备整体结构的问题，基于此需在机械制造中应用自动化无损检测技术。以超声探伤技术为例，该技术能自动检测出机械设备的内部是否存在质量问题，如焊接不到位、装配不严密等，能在不拆除机械设备的条件下敏感捕捉表面缺陷，该探伤系统主要由探头、超声波探伤仪两部分组成，通常要使用耦合剂，接触探头的表面需进行打磨处理，只有表面光洁才能更好地探伤。脉冲反射法是较为常见的超声探伤技术手段，超声波传入金属结构后会反射回来，通过分析回波就能判断金属结构内部是否有缺陷，根据结构特征可使用斜角探伤法、垂直探伤法，板材、锻件、铸件、复合材料及焊缝等均可检测。使用超声探伤技术能获取金属结构内部不连续的缺陷信息，在此基础上得到立体模型及缺陷评估数据，为专职人员改进机械设备提供依据[4]。

4.4 柔性技术在机械制造中的应用

柔性技术指的是集信息技术、自动化技术于一体的现代机械制造技术，改变了设计、制造、运营相对独立的状态，在数据库技术、计算机技术的支撑下，能建成覆盖整个机械制造系统的柔性控制网络，这使得机械制造适应客观环境变化的水平得以提升，可以根据机械制造新要求、新工艺、新流程、新理念灵活地调整制造计划，同时可调配机械制造资源，立足内部形成合力，在成本投入最小、风险最低的情况下展开机械制造活动。柔性技术与刚性技术的概念相对，后者虽能大批量生产某种元件，但存在生产模式单一及很难满足小批量、多元性生产需求的问题，基于此需有效使用柔性技术，在设备柔性、工艺柔性、运行柔性的前提下灵活地完成机械制造任务，达到机械制造适应市场需求、更新速度快、成本较低的目的。当前使用柔性技术建成了许多的机械制造线，以FML（柔性制造线）为例，该生产线具有CNC机床、加工中心通用率较高的特点，相较于中小批量多品种柔性生产线，FML对物料搬运柔性机制的要求并不高，采用离散型生产模式及分散型控制体系，实现机械制造自动化及线性柔化的生产目标。

4.5 智能技术在机械制造中的应用

在数字技术不断取代人力展开机械制造活动的过程中智能技术持续发力，在数据分析、质量管理、规划设计等方面发挥着积极作用。例如，专职人员可在广泛占有机械制造生产数据的前提下，依据生产要求、制造标准使用智能合约技术，以实现机械制造目标为导向规设合约细则，机械制造系统若足以触发智能合约，就会自动展开机械制造活动，加之模式识别、智能控制、神经网络、机器学习等技术同时发挥积极作用，有效解决机械制造相关问题，全程无需人力操控，继而达到自动化、智慧化机械制造的目的。

4.6 集成技术在机械制造中的应用

集成技术助力机械制造系统优化升级，依托集成制造系统（CIMS）提升产品全生命周期管控水平，为了做到这一点细分辅助系统，如辅助测试系统（CAT）、辅助工艺规划系统（CAPP）、辅助质控系统（CAQ）等，继而充分收集、加工、运用在机械制造全程所生成的数据，并在生产制造、设计决策等环节发挥作用，同时支持“并行工程”，致力于机械制造全生命周期的各个环节在专家系统的服务下并行运转，达到统揽全局优化机械制造体系、缩短新品推广周期、集约利用生产要素的目的[5]。集成制造系统不仅将生产系统、技术等系统集成到了一起，还将信息、人的思想等内容集成到了一起，有效满足机械制造对诸多生产要素的切实需求。

5 结论

综上所述，机械自动化技术在机械制造中的应用具有减少成本、提高生产效率、优化产品性能等价值，基于此专职人员要注重应用机械自动化技术，如数控技术、集成技术等，将人力从繁重的机械制造活动中抽离出来，使生产者有更多的精力革新机械自动化技术。未来机械自动化技术将向着安全、稳定、简便、绿色、高效的方向持续优化升级，进而助推机械制造产业稳健发展。