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引言
机械自动化,主要指在机械制造业中应用自动化技术,实现加工对象的连续自动生产,实现优化有效的自动生产过程,加快生产投入物的加工变换和流动速度。机械自动化技术的应用与发展,是机械制造业技术改造、技术进步的主要手段和技术发展的主要方向。机械自动化的技术水准,不仅影响整个机械制造业的发展,而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响。
一、机械自动化的产生
机械自动化技术从上个世纪20年代首先在机械制造冷加工大批量生产过程中开始发展应用,上世纪60年代后为适应市场的需求和变化,为增强机械制造业对市场灵活快速反应的能力,开始建立可变性自动化生产系统,即围绕计算机技术的柔性自动化。它是在制造系统不变或变化较小的情况下,机器设备或生产管理过程通过自动检测、信息处理、分析判断自动地实现预期的操作或某种过程,并能够自动地从制造一种零件转换到制造另一种不同的零件。社会实践证明,这种定义下的制造系统自动化与当代大多数企业的实际不相容。目前,世界各国的机械自动化水准除少数工业发达国家的某些生产部门外,大多数还处于操作阶段的自动化。我国也不例外,需要循序渐进,不断努力,创造条件,向自动化的高级理想阶段迈进。
二、我国机械自动化的现状
机械自动化技术从上个世纪20年代开始发展应用以来,已经得到了迅速的发展,特别是近年来计算机的高度集成化,开始采用了计算机集成制造系统,大大加快了机械自动化的发展,但我国仍处于初级操作阶段的自动化。目前,世界各国的机械自动化水准除少数工业发达国家的某些生产部门外,大多数还处于操作阶段的自动化。我国也不例外,我国的产业结构层次低。我国机械制造业目前有11.4万个企业,发展很不平衡,有大量落后于现代水准的产业,大部分企业还比较落后,手工劳动占有相当的比重,我国能独立开发现代机械自动化技术的企业可以说没有;我国机械制造业企业中自动化装备少、水准低,不仅在数量上同世界先进国家有较大差距,而且在品种上、质量上、使用上,同世界先进水准也存在阶段性差距。实现我国机械自动化技术是一个长期的过程,不可能一蹴而就。需要循序渐进,不断努力,创造条件,向自动化的高级理想阶段迈进。当前,我国还处在社会主义初级阶段,经济、财力、生产力水准、国民素质等,与世界主要国家的差距是很大的;我国有丰富的劳动力资源,每年城镇新增就业人口达两千多万,且今后每年的就业人数还会增加。机械自动化最大限度地提高劳动生产率,劳动力的过剩和分工的转移就是一个现实问题。
三、我国机械自动化发展之路探索
(一)结合生产实际发展机械自动化技术
先进制造技术的全部真谛在于应用。发展机械自动化技术,应以企业的生产和技术发展的实际需要及具体条件为导向。只有对合适的产品采用与之相适应的自动化方式进行生产,才能收到良好的技术经济效益和社会经济效益。我国发展机械自动化技术,应结合实际,注重实用,即对国民经济产生实际效益。那种盲目搞自动化、搞自动线的做法,全年生产任务只需1~2个月就完成的低负荷率生产也要搞的倾向应当纠正,对国民经济不产生显著促进、效率低下的要缓搞。我们要的是效益,而不单纯是速度。国产造型生产线因产品质量差、可靠性低、实用性差,开工率一般仅在50%~60%。而能在生产中长期服役的主力生产线很少,像第一汽车制造厂的01线、第二汽车制造厂的BMD线等具有全年开工业绩的线更是凤毛麟角。这种现象不属偶然或局部,而是带有普遍性。据调查,我国引进的弧焊机器人,完全正常运转、充分发挥效益的只占1/3;另外1/3处于负荷不满或不能完全正常运转状态;还有1/3不能正常使用,直接影响了用户使用更多机器人的信心。(二)发展投资少、见效快的低成本自动化技术
发展低成本自动化技术,潜力大,前景广,投资省,见效快,提高自动化程度,可以收到事半功倍的经济效果,适合我国现阶段的发展需要和国情。美国麻省理工学院提出的精节生产LP模式,就是以最小的投入,取得最大的产出的具体表现。日本丰田公司采用适时生产JIT、全面质量管理TQC和成组技术GT、弹性作业人数和尊重人性为支柱的精节生产方式,使自动化程度不高的工厂取得了良好的效益。芬兰NOKOAData机工厂的组装车间内拥有一条能制造286、386和486微机的灵活生产线,它并不完全由自动化设备组成,中间穿插着借助计算机指导的人工参与,将高新技术与原有工艺基础巧妙灵活地结合在一起,从而使这种生产线的造价较低,同时却具有柔性制造系统的性能。实际上精节生产本身就意味着从国情和企业实际情况出发,借鉴国外发展机械制造业低成本自动化技术的经验是有益的。我国机械制造业各企业有大量的通用设备,在发展现代机械自动化技术时,若以原有的设备为主,合理调整机床布局,添加少量的数控设备,引入CAD/CAM技术,就能充分发挥计算机自动化管理的优势和人的创造性,共同构成一个以人为中心、以信息自动化为先导、树立自主的单元化生产系统,为我国机械制造业自动化技术发展应用提供了一条投资少、见效快、效益高、符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。
(三)注重配套发展机械自动化技术
现代自动化技术在机械制造中的应用就是在控制理论的指导下,对生产的物流和人的作用进行综合的研究,涉及到机械技术、微电子技术、自动控制理论和计算机技术等。发展机械自动化技术,必须主要地关注电子学、电子计算机技术、零件检测和机床装料自动化,广泛采用程序数控机床,以及研制高效的和可靠的自动化生产线、计算机应用于生产的信息系统和自动化控制系统等。发展应用机械自动化技术,要扎扎实实地抓好自动化技术应用项目的基础工作和从实际出发的推广应用工作,既要发展主机,也要配套发展自动化元件及控制系统。可编程控制器、微处理机、各种传感器、新型刀具、控制系统及系统软件、电子计算机等,这些都将是今后机械自动化的主要技术基础。
参考文献:
1智能化。在控制理论中,智能化方向主要进行人类智能的模拟,通过对新方法以及新思想的吸收,提高机器的逻辑思维能力以及判断力,并进行自主的动作,从而提高控制效率,推动智能化的进一步发展。
2机电一体化。该项发展是自动化的进一步延伸,通过对机电一体化的研究,并通过充分的实践,可以证明,机械工业的可持续发展,需要机电一体化的应用,从而支撑和推动机械工业的发展。
3模块化。受到生产厂家以及产品的多样性影响,我国单独的进行标准机各类接口的产品单元相对较难,但是该项研究具有重要的意义。例如通过对统一的动力单元的研究,通过集合电动机、智能减速以及集减速等,使得控制单元具有测距识别以及视觉和图像处理功能呢,这样可以进一步扩大新产品的研制规模,有利于新产品的开发,促进机械设计制造企业的发展和进步。
4网络化。20世纪90年代,网络技术飞速发展,机械自动化产品也不断走向网络化。网络技术促进了经济全球化的发展,只要具备良好性能和质量,机械自动化的新产品必将在全球推广应用。目前,基于网络的各种远程控制和监测技术发展迅猛,机械自动化产品在其中发挥着至关重要的作用。例如利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的集成家电系统,使人们不出门便可充分利用各种高科技生活和娱乐,丰富人们的日常生活。
5微型化。20世纪80年代末机械自动化也不断走向微观领域,微机械自动化产品体积小、耗能少、运动灵活,可以大大减少资源的浪费和成本的降低,其在生物医疗、军事、信息等领域优势明显,但其发展的最大阻碍是微机械技术,其产品的加工需运用精细加工技术,难度较高,这一技术的运用和科学开展还需进一步探究。
6绿色化。随着经济社会的不断发展,环境污染不断加剧,资源不断减少,人们呼吁保护资源和生态环境,倡导绿色环保,绿色产品概念应运而生,这一概念是时展的必然,体现了人们对于环保的重视。绿色产品以环境保护和人类健康为出发点,倡导绿色环保理念,旨在减少生态环境的污染,提高资源的利用率。而设计绿色的机械自动化产品,符合社会发展需求,有利于环境保护,产品报废后可以回收利用,节约资源,符合可持续发展理念。
7人格化。在未来,机械自动化已经成为了必然的发展趋势,并且在机械设计制造中会更加注重人机关系,即将自动化的机械进行人格化。由于机械的服务对象为人,因而可以通过对其进行智能、人格以及情感的赋予,提高设备服务的针对性。此外,对机械进行人格化设置还能够使得其进行生物机理的模仿。人格化的发展使得机械设计制造以及机械自动化的发展有了更进一步的扩展。
1.2产品质量得以提高机械制造自动化技术通过对机械设备生产的控制,实现了机械设备生产流水线操作,实现了机械产品的批量生产,同时避免因人工操作而出现的质量瑕疵,有效保障了生产产品的质量,并且机械制造自动化技术可以对设备生产过程中出现的质量问题进行及时的反馈与技术调整,同时也可以实现对生产产品的全程监控,一旦产品质量出现问题,就可以通过自动化系统查找原因。
1.3改善了行业的劳动形式传统的机械制造技术主要以是依据人工操作的模式进行生产,而实现机械制造自动化技术后,机械制造生产实现了机械化、自动化,为此人们就从繁重的体力劳动解脱出来,从而从事具有高技能性、高知识性的脑力劳动中,社会也不再为人们提供机械制造的低端岗位,而是开始朝着培养高端知识技能型人才方向发展,与此同时机械制造的产品也有性能单一、操作简单向技术集约型方向发展,大大提高了产品的科技含量,提高了机械产品的技术,缩短了产品更新换代的周期。
1.4推动社会发展机械制造自动化技术对社会的推动作用主要体现在:①提高了社会生产力,机械制造技术自动化的实现大大满足了社会生产力对机器设备的要求;②人类利用机械设备自动化不断继续技术的创新。随着机械化程度的不断加深,机械制造自动化技术应用到社会领域内的范围越来越广,为此它大大促进了社会科学技术的发展与创新;③机械制造自动化技术降低了对能源的消耗,有利于促进社会的可持续发展。
2我国机械制造技术的发展现状以及自动化技术的应用
2.1我国机械制造技术的发展现状①我国的机械制造设计方案落后于西方先进国家。我国的机械制造技术存在着自动化程度低、尖端技术缺乏等问题,尤其是我国的机械制造模式还主要集中在家庭式作坊模式,虽然一些机械制造行业实现了规模化生产制造,但是其主要集中在低端领域;②行业制度落后,制度落后是我国社会经济发展中不同行业所普遍存在的问题,其反映在机械制造行业,是企业应用计算机系统进行管理的模式还不普及,很多机械制造企业主要采取人工管理模式;③我国机械制造企业应用计算机系统的积极性还不高,很多企业还没有实现自动化、系统化的制造。
2.2机械制造自动化技术的应用结合机械制造业现状,我们要认真分析机械制造业发展现状,加大对机械制造自动化技术的实用性研究,提高自动化技术在我国实际生产中的应用,应用自动化技术的原则就是坚持以企业实际需要为导向,以最小的投入获得最大的经济效益为目的,实现对自动化技术的应用。虽然我国的自动化技术相比一些先进国家存在一定的差距,但是其在实践中应用的实例非常多,涉及的领域也非常广,比如安全自动化技术在汽车制造行业中的应用,在汽车制造业中冲压车间是最危险的工艺,因此安全自动化技术在冲压车间的应用要求最高,通过压机之间的机械自动化装置实现对加工件的自动传递,实现了生产线的安全性,一般压机机械自动化系统会采取各种安全保护功能提高冲压生产线的安全:①紧急停止装置。该装置主要是为了机械设备在控制过程中,防止无意之中的重新启动;②安全门防护装置。它主要是为了防止人员在压机内所遇到的各种危险;③双手控制装置以及安全控制设备。
3机械制造自动化技术的发展趋势
3.1机械制造自动化技术和网络化融合计算机技术的不断发展,网络技术的应用范围越来越广泛,我国加强了对互联网技术的应用,因此机械制造自动化技术与网络的融合是机电设备一体化发展的必然趋势。在网络技术条件下,通过互联网技术的监视技术、远程控制技术可以实现对机械制造业的管理,通过远程控制技术对机械制造产品进行生产控制,同时通过监视技术对生产过程进行管理,实现对机械制造全过程的控制与监管,可以说随着机械制造自动化技术与网络的融合能够大大改变人们的生产方式,人们不再守在机械生产线面前,而是通过网络信息系统监控系统实现对机械制造生产线生产情况的全过程监管,大大降低了人工劳动量。
3.2以智能化为依托,发展实用型机械自动化技术机械制造自动化技术的发展取决于其实际应用性,因此自动化技术的发展应该围绕企业的实际发展和具体条件为导向,并且以使用自动化技术获得更高的经济效益为目的,如果脱离企业实际发展实施自动化技术发展就没有任何意义。同时基于网络技术的发展,机械制造自动化技术朝着智能化发展,智能化机械制造技术对对传统机械制造技术的创新与发展,也是现代技术发展的真实体现,具体体现在机械制造控制中为:运用心理学、生理学以及运筹学等进行人工智能模拟、自动编程以及人机对话等,从而用智能技术取代依靠人脑判断、决策的脑力劳动。
3.3以新材料为支撑,进行绿色化发展随着我国能源的短缺、自然环境的恶化,发展绿色经济是我国改革的主要内容,也是我国经济发展的主要方向,机械制造自动化技术是我国发展绿色经济的真实体现,也是促进我国走向可持续发展之路的必然要求。机械制造自动化技术对传统的机械制造技术提出变革的要求,并且改变了传统的以高能源消耗为主的制造模式。绿色化发展不仅是对制造材料的创新,也是对制造工艺的创新,从产品的设计到生产管理、产品包装、销售等都实行了绿色流程,而且也加大了对产品的回收利用,提高了机械制造产品的可回收率与使用率,实现资源的最大优化配置。
3.4光机电一体化发展光机电一体化就是将计算机技术、微电子技术以及光学技术等实现融合,采取光机电一体化技术能够生产出更具有高附加值的机械产品,同时光机电一体化技术中的激光技术、传感检测技术、光能驱动等等均是机械制造自动化技术发展的主要趋势之一。
2机械自动化在机械制造中的应用
2.1智能化应用
为了适应经济与科学发展的脚步,机械制造工业对相应的制造技术也提出了要求。在这种技术需求的推动下,机械制造技术得到了相应的改进和提高,并且使机械制造自动化得以实现。机械制造技术在原有基础上不断改进的进程中,对于落后的制造加工理念要坚决摒弃,对于旧的技术,要不断开发出新的技术进行跟新换代。同时,对于商品的概念,要有深刻的理解,从而使制造加工方案更加合理,更加完善,制造出近乎完美的商品。智能化应用到机械制造中,即将机械制造技术、自动化技术、人工智能技术以及计算机应用技术等多种技术进行结合,通过这些技术的有机融合,渗透,形成一种全新的,综合性的制造技术,从而达到全方位提高机械制造工艺性能的目的。在实际应用中,智能化制造技术不仅可以实现人工智能,还能够对专家或技术人员的思维活动进行模拟。由于智能化技术的特殊性,对于自身行为监控等专家无法完成的工作,利用智能化技术就可以轻松实现。智能化系统具有与专家相同的智慧、逻辑思考能力,可以把专家从繁重的脑力劳动中解脱出来,改变了以前的只能模拟和减轻体力劳动的局面,具有划时代的意义。
2.2集成化应用
作为机械制造中的一项新技术,集成化技术主要用于实现机械产品的快速制造。通过信息化技术的应用,集成化技术实现了机械制造过程的优化,让机械制造过程向着精简化和集成化发展。在机械制造过程中,会应用到各个领域的先进技术,如微电子技术、通讯技术等,而这些技术并不是孤立存在的,而是彼此之间相互作用、紧密结合的,于是,新的高新技术也在融合的过程中应运而生,例如目前被广泛应用的计算机辅助技术、柔性制造技术等。为了推动这些高新技术的发展与产生,就要充分利用现有的技术和设备,并且进行合理的整合与集成,产生出新的管理应用技术。通过集成化技术的应用,不仅可将生产制造企业内部所有的生产工作、经营管理活动进行整合,使之形成一个完整、统一的整体,还可从原有的机械制造基础上实现柔性生产模式的变革,以人为活动主体,保证企业产品的生产质量,并实现产品生产质量与服务质量的和谐统一。
2.3虚拟化应用
虚拟制造技术是由多学科构成的综合系统技术。包括现代机械制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、多媒体技术、信息技术等多种技术。虚拟制造技术以仿真技术和系统建模为基础,利用信息技术、仿真计算机技术对现实机械制造活动过程进行仿真。通过对机械制造过程进行仿真,可以及时发现机械制造中可能出现的问题,制订出相应的解决方案。旧的生产方式下,产品研发和产品试制,必须通过设计和实际的生产试验才能达到试制新产品的目的,开发过程中有很多不确定性,遇到技术难题就要修改设计方案,重新试制新产品,不仅加大了产品的生产周期,还浪费了资源,提高设计成本。而采用虚拟制造技术就可以避免这些现象的发生,仅仅通过计算机来进行模拟和仿真,缩短机械产品开发周期的同时还降低了成本,提高机械产品竞争力。
3自动化技术在我国的发展趋势
3.1网络虚拟化的制造方式
网络虚拟制造技术主要依靠计算机技术、强大的软硬件功能和其他交互设备,通过计算机工作平台,构建出一个虚拟的环境。在这个虚拟的环境中,把人类的知识、人类的技术和人类的感知能力参与其中,形成一种全新的人机界面形式,对生产活动进行全面的建模和仿真。通过与虚拟世界中的对象进行交互作用,对于产品从设计开发到生产制造的每一个环节进行仿真和模拟。除此之外,还可以对产品性能进行全面模拟试验,对产品的设计和制造合理性、制造周期进行预测。在产品没有生产之前,就对设计的可行性、经济性、合理性进行全面的考核,有效避免不合理的设计和资金投入,从而达到资源的最优化配置。
3.2绿色化的制造方式
“绿色”这一概念,最初被应用于环境保护领域,目前,已被社会各个领域所广泛采用。必须坚持走可持续发展的道路,创建绿色环境,作为自然界的一个部分,人和人类社会不能脱离自然界而存在,人类的生存与发展依赖于自然界的发展,人类必须与自然界和谐共处。人类的发展历史中,由于各种原因给自然界带来了巨大地破坏,有些甚至是无法修复的。长此以往,人类和人类社会的发展必将受到阻碍,甚至停滞不前。值得庆幸的是,人类已经意识到自己的错误,并逐步推动人与人类社会同自然界的和谐一致,制造技术的自动化也是如此。开发与运用一项新技术时,应站在哲学高度,把可持续发展作为必须考虑的因素,促进环境文明,推动制造自动化向“绿色”自动化方向发展。