對機械制造與自動化研究的認識和體會*

吳曉明(廣西防城港廣播電視大學，廣西防城港538001)

對機械制造與自動化研究的認識和體會*

吳曉明(廣西防城港廣播電視大學，廣西防城港538001)

機械制造工業的發展必須引起人們的高度重視，同時還應注重機械制造技術的不斷革新。在引起人們重視的同時還應該注重自身技術的革新。本文主要結合筆者多年從事機械制造業的經驗，在機械制造工業中對機械制造與自動化的認識以及其發展趨勢談一點體會。

機械制造工業;機械制造自動化;CAPP技術

機械制造所從事的是各類動力機械、農業機械、冶金礦山機械以及紡織機械等機械設備生產的工業部門。機械制造自動化技術，是機械制造工業中不可或缺的技術，更是現代先進制造技術中一個重要的組成部分。該技術所涉及面廣闊，代替了人類的體力勞動，且輔助人類的腦力勞動，從而融入到實際生產制造過程和產品生產的全過程。如下，筆者對機械制造自動化的定義進行了闡釋，在此基礎上對機械制造自動化的具體應用以及發展趨勢做深入地研究分析。

一、機械制造自動化的定義

機械制造自動化主要是集電子、機械、光學材料科學以及信息科學等新成就為一體的新型技術的綜合體。基于此，相應的制造自動化的內涵也發生新變化。機械制造“自動化”由自動控制、調節、補償以及自動辨識等逐步發展為自動學習、組織、維護以及自動自修復等高自動化水平，其特征也就更寬廣及更深刻。我們可以從如下兩個方面去闡釋機械制造自動化的定義至少包括以下兩點:首先功能方面。機械制造自動化的功能目標除了是代替人的腦力勞動及體力勞動之外，其還具有多方面的功能目標，具體為:(1)應用機械制造自動化技術。促進生產率的提高。(2)應用機械制造自動化技術，可最大程度上減少成本支出。(3)應用機械制造自動化技術，可有效縮短制造產品的周期。(4)應用機械制造自動化技術，可確保產品的質量。(5)應用機械制造自動化技術，能更好地提高市場服務的質量。(6)應用機械制造自動化技術，可促使資源得以充分利用，減少對環境的污染，實現現階段提倡的綠色制造。其次，在范圍這塊，機械制造自動化所涉及到的不僅僅是實際的生產制造過程，還涉及到成品的生命周期過程。

二、機械制造自動化的實際應用分析

(一)信息流自動化

1．計算機輔助設計

主要包括(1)計算機輔助設計，即CAD，是利用計算機圖形設備來輔助機械設計人員展開機械設計的相關工作。(2)機械輔助制造，即CAM。在產品生產制造過程中，利用計算機技術中的數值控制技術來輔助產品制造。(3)計算機輔助工藝設計，即CAPP。是計算機輔助設計與輔助制造的聯系紐帶。可提高工藝編程效率，進而促使工藝設計得到優化，從而達到標準化。(4)計算機輔助產品的數據管理，主要是對產品生產全過程中所產生的全部數據、信息加以管理。

2．CAPP技術的功能及應用

要使機械制造自動化技術充分發揮其真正作用，必須和計算機輔助工藝設計技術相結合。工藝設計過程是一個具有很強經驗性并且影響因素較多的決策過程。以往的工藝設計已無法適應現階段我國機械產品市場中小批量、多品種的發展要求。要發展現代制造技術。必須促使CAM及CAD系統不斷朝智能化和集成化方向發展。而要實現這些目標，CAPP技術必不可少。CAPP技術的基本功能主要有:(1)輸入設計的相關信息。(2)選取具體的工藝路線，確定工序內容、選擇機床、道具以及夾具等。(3)明確切削量。(4)對工時及成本進行估算。(5)輸出具體的工藝文件。等等。

在機械制造工業中，CAPP技術徹底改變傳統的手工編制相關工藝文件的模式，其還有效提高編制工藝的效率，縮短生產時間，確保各項工藝規程的準確度，有效減少或避免一定的差錯，為達到工藝最優化以及集成制造提供條件。對于計算機集成制造系統(簡稱CIMS)而言，其最關鍵之處在于系統集成，而集成化后的CAD/CAMS是CIMS中最核心的單元技術。在整個集成系統中，計算機輔助工藝設計可從計算機輔助設計模板之中直接獲取相關零件信息，例如幾何信息、工藝信息以及材料信息等，這樣就可取代以人機交互方式輸入零件信息。CAM需要用到的信息是由CAPP輸出的，因此需要在產品設計以及產品制造的過程中，實現信息提取、互換以及共享交流、處理的集成化。現階段，隨著CIMS不斷得到深入研究及推廣，CAPP技術又是作為CIMS最為關鍵的技術，其受到更多的重視，其不再如CAD、CAM需要在人為的指導之下，借助圖紙對信息進行提取、互換以及處理等，有效避免了在這過程中可能會出現重復處理及中斷處理的現象，從而確保產品設計以及工藝設備效率及質量。

(二)物流供輸自動化

在機械制造自動化系統中極為重要的一個部分為物流供輸系統，其可將機械制造中所需的各種原料及成品運輸至所需地點，該系統有單機自動裝置以及自動運輸系統等組成。

(三)裝配自動化

裝配自動化是將零配件按照相關技術要求，以搬運、組合以及調節、檢驗、試用等步驟，完成一個成品的組合。裝配在一定程度上確保了機械產品的質量，且提高產品生產的效率及質量，其是機械制造自動化技術的重要應用。

(四)加工自動化

加工自動化可進行自動化的加工循環，并能自動地裝卸各種工件，其替代了人的體力勞動，有效減少在生產加工中出現的失誤，確保了產品質量及產量。

(五)檢測自動化

隨著我國現代化科技的不斷發展，由于在機械制造中，各類新型的材料及夾具、刀具、多樣化的加工設備等不斷被推廣使用，使得在檢測產品的過程中，出現各種困難，若是仍依靠傳統的人工檢測方法，是難以達到現代化發展需求的。因而，自動化檢測則被引入機械產品制造過程中，主要包括對時序、人工神經網絡以及電流信號對夾具、刀具等磨損狀態的診斷識別，此外，還有多專家系統設備的智能診斷技術。

三、現階段我國機械制造自動化的發展現狀

1920年初，機械自動化在我國各行業得到較為快速的發展及應用。尤其是近些年來，計算機日趨集中化，采用集成化的計算機制造系統，促進我國機械制造自動化的發展，但總體上看，我國仍處于初級自動化操作的階段，與國外發達國家相比，差距仍較大。首先，在管理上。和工業發達的國家相比，發達國家以廣發應用計算機進行管理，且高度重視管理體制以及生產模式等方面的發展，逐步推出精益生產、準時生產等新型管理技術。我過卻仍有部分企業未采用計算機輔助管理。其次，在設計上。工業發達的國家不斷創新設計方法，已廣泛應用CAD技術。部分大型的企業則發展到無圖紙的設計以及生產。而我國在應用CAD技術方面僅是少數。第三在制造工藝上。國外工業發達的國家已廣泛應用各種新型的加工方法。例如高精密加工技術、納米技術、精微細加工技術、激光加工技術以及超塑加工技術等。這些新型加工方法在我國的普及率相對較低，仍處于開發及掌握階段。第四，自動化技術。發達國家已普遍應用柔性制造單元、數控機床、計算機集成制造系統等，達到了柔性智能化、自動化以及集成化。我國卻還停留在剛性發展階段。

四、我國機械制造自動化的發展趨勢

(一)機械制造數字化

數字化是制造技術先進性發展的核心。數字化制造是集制造技術、計算機技術以及管理科學的貫通、融合、發展和應用為一體的制造結果。其包括數字化設計、制造以及控制等。對制造設備來說，控制參數都是以數字信號表現出來的;對制造公司來說，各類信息，如數據、圖形等都是通過數字形式在各企業內傳遞，利于從市場信息出發，快速收集各種資料信息。在虛擬現實技術等各種數字技術的幫助下，能有效地對產品、工藝以及資源信息進行歸納、分析、重組，以達到對產品設計、加工等過程的仿真目的，進而實現生產的迅速整合和對市場信息的有效響應，從而滿足客戶的需求;對世界范圍內的制造業來說，使用者借助網絡平臺來發布信息，各大企業通過網絡技術，以需求為根據，利用電子商務來達到優勢互補、形成一個動態聯盟，快速地設計并造出產品的目的。基于此，在數字化制造的環境下，在各個領域甚至是跨越地區、跨越國界形成了一個由數字信息組成的網，車間、員工、設備等均可成為這個網上的一個有用的“結點”。在此基礎上還應指出，制造知識，包含技能的獲得、表達、公式化等，均是制造技術自動化發展成制造科學的重點，而這些與數字化是密不可分的。

(二)機械制造綠色化

“綠色”是從環境保護范疇延伸到機械制造中的，人類與自然的和諧發展是社會可持續發展的必經之路。人類社會實際上也屬于自然界的一部分，部分是無法脫離整體而存在的，更不能對整體進行破壞及對抗。人類須從多方面促使人與自然界的和諧統一，制造自動化技術也不能例外。制造業制造產品從開始構思，到設計、到產品制造、到產品銷售、到產品使用以及維護，最后回收、再利用的各個階段，產品均要給予環境保護充分的考慮。環境保護的含義是廣義的，我們在保護環境的同時還必須保護生產環境以及社會環境，甚至是要保護生產人員的身心健康。在此基礎及要求下，應該致力于制造物美、價廉、供貨周期短、售后好的產品。所謂的“綠色”制造是指產品應該在一定范圍上是一件好的藝術品，以滿足用戶的工作、生產、生活場所的要求，給用戶優雅的視覺享受，將精神文明物質文明以及環境文明高度結合起來。每研究與應用一項新的技術時，都必須立足于哲學的高度，必須給予環境文明充分考慮，促進可持續發展。我國的機械制造自動化必將走向“綠色”

自動化。

(三)機械制造智能化

智能化是機械制造發展的前景。近年來，機械制造系統正從原來的能量驅動型轉化為現在的信息驅動型，這就需要機械制造系統同時具備柔性、智能性，便于處理大量而繁雜的信息，適應多變的市場需求以及競爭激烈環境，正因為如此，制造智能化備受關注。智能化制造系統是智能制造模式的基礎，智能化制造系統是由智能與技術的融合而建立起來的應用環境，同時也是智能化制造模式的載體。相比傳統的制造模式，智能化制造系統具備下列特征:(1)學習能力。(2)自我維護能力。(3)人與機一體化。(4)組織性、超柔性。在未來發展中，機械制造將具備更高級的思維能力。在此基礎上，可總結為，智能化制造模式是集成化、自動化以及智能化的結合體，它是具備不斷深入發展的高技術水平的制造系統，同時也是一種由專家和機器共同組成的人與機一體化的系統，它以超級柔性與集成的方式表現在制造過程的各個環節中，應用網絡模擬專家的智能活動，對之進行判斷、分析、構思、推理以及決策，最后取代甚至延伸人類的部分腦力勞動，與此同時，收集、處理、完善、存儲、共享、繼承進而發展專家的制造智能;當然，目前也只是起步階段，但具有巨大潛力，前景非常廣闊。6．結束語

綜上所述，我國的機械制造業中，機械制造自動化技術已得以開發及應用，雖然我國機械制造自動化的發展現狀較國外發達國家落后，但是，隨著我國當前綜合國力的不斷增強，我國的機械制造在未來不僅會不斷向自動化發展，還會向數字化、智能化、虛擬化、綠色化方向發展。

［1］蔡紅專，藺國民．綠色制造技術研究［J］．航空制造技術，2008，(11)．

［2］李克非．論述機械制造技術的新發展方向［J］．黑龍江科技信息，2010，(23)．

［3］胡大偉．我國發展先進制造技術的現狀及發展方向［J］．黑龍江科技信息，2009，(26)．

2012－02－16

吳曉明(1975－)，男，廣西博白人，工程師。