淺議自動化生產線的發展

譚根風+++林銘欽

摘 要：文章介紹了自動化生產線的發展過程，自動化生產線的功能與作用，以及自動化生產線基本的六大功能模塊說明。另外機械手不斷投入使用，更加完善了自動化生產線。

關鍵詞：自動化；自動化生產線；機械手

自中國解放以來，中國機械制造業隨著全球科學技術的不斷進步取得了舉世矚目的發展。特別是近半個世紀以來，經過微電子、傳感器、自動控制等各種技術迅猛進步，再就是隨著計算機應用領域地不斷擴張，很多的先進的思想、先進的技術和先進的工藝逐漸進入中國機械制造業，使機械制造領域發生了質的飛躍，邁向一個新的臺階[1]。同時由于計算機技術的迅猛更新，也促進了機器人技術快速提高，大到航天應用，小到家庭用的掃地機械人或兒童玩具等，在全世界社會經濟發展中的每個領域均能看機器人的廣泛使用，儼然機器人已成為高科技中不可或缺的組成部分[2]。人類社會的進步以及科學技術的發展已和機器人的研究、開發、使用產生了十分緊密的作用?，F代機械自動化生產技術制造出來的產品，不單單為人和手的肢體功能延伸，而且還可以是人類的感官與頭腦的意識類的拓展。因此具備智能化的特點呈現是現代自動化生產線和傳統的機械加工方式在功能上的實質差異。

至今時期，因為有著高速發展的科學技術為依托，機械制造業中的自動化生產技術也取得了更加廣泛的運用，所據地位變得越來越重要。近年來各種各樣的自動化生產線已經在汽車制造業、電子電氣行業、食品行業、化工行業、冶金行業等領域已經被研究和制造出并投入使用。隨著自動化生產線投入的使用，不僅提高了產品品質和生產效率、同時也在改善作業員工作環境、遞減能源消耗、降低原料成本等方面均取得了顯著的成效[3]。以傳統生產流水線的為根基漸漸演變到今天的自動化生產線，是由工件搬運系統和控制系統，把一套自動化設備和關聯輔助設備依加工流程聯動起來，可以自動完成產品所有或部分生產過程的制造系統。它不但要求生產線上各種機械加工設備可以自動地按照設定的在每個工段及工藝流程，將產品加工成為良品，而且也可以讓加工件在裝載與卸運、指定位置的固定以及在工段間的移動、加工余料的清除、出貨包裝式樣等細節需求都能夠自動的實現。為了能實現這個要求，按設定的制造流程順序設計者們把自動搬運線和其他部分輔助性裝置將不同的機械加工設備安裝于一體，并進行控制程序的設定，然后由各個控制系統的功能模塊各負其責地發出指令，從而自動地運轉，連續、穩定的生產出符合技術要求的產品。現大家把這類生產線統稱為自動化生產線。

自動化生產線已成為當今機械制造的主力軍，當今機械制造的不斷進步也主要依賴于自動化生產線的領導和支柱作用，其對整個機械制造行業及其他各個領域也起到了不可替代的作用。

雖然說自動化系統自己本身不能夠直接創造出利益，但不能否認它對公司的制造加工過程有著顯著的助推作用，相關要點涉及如下說明：

（1）能提高產品質量，并能保持穩定。

（2）能提高生產效率。

（3）可提高生產安全性，降低工傷等傷害產生。

（4）能進行快速的換取模具，以減少生產準備時間。

（5）可實時監控制造過程，并可回放追溯。

（6）也可削減制造過程的原材料的浪費以及能源能耗的過度使用。

自動化工程師為了實現上記要點需求，于系統中追加了以下工作指令：

（1）采集和分析產品及設備數據信號。

該工作指令的追加不僅能夠提升生產效率，而且還能夠為設備的修理增加了便捷。

（2）將持續加工過程產生實驗數據以及自動修正數據[4]，進行適時地更新和保存。

因為機器的開啟及終止均為自動狀態下來實現的，我們不僅需求能夠得到最短地替換模具的時間，而且也想最大限度地讓設備的停機時間是最短的，同時也還可以遞減不良品的發生。再且因為計算機利用保存的最新最優的生產數據來引導生產，也即能夠讓設備載荷最佳化[5]。目前自動化生產線就是因為它基于計算機、傳感器、機械、驅動等技術有序有律地融合使用而變成一項實用性非常強大的系統，有效運用這些控制技術，然后再安裝加工的需求，從系統整體考慮，對它們進行有目的整合，以便達到整體設備的最佳化[6]。

雖然說根源于傳統的流水式生產布局的自動化生產線，在構成模式上與流水生產線有很多類似的地方，但其所起到的作用或機能是傳統流水生產線根本無法比擬的，而且在各個方面表現出其優越性的特點。依照設定的控制程序或指令在沒有外在干擾的狀態中自動進行操作或控制的過程，可以達到我們需要的“穩、精、快”就是自動化生產線最大的特點。自動化生產線的使用可以使人從單一的高強度的體力作業、險惡的作業條件中得以解脫，同時還能做到延伸和完善人的身體器官功能，來提高工作生產效率，也增強人類改造世界的能力。

各個自動化生產線因生產的產品各異，也就使生產線在結構上、大小上及功能上或多或少存在一些差異或區別。但是無能哪種類型的自動化生產線從功能角度來講，均具有六大基本功能，也就是傳輸、處理、控制、查檢和驅動。在此，傳送功能因屬于各種運動和操作，則需由為自動化生產線提供能源能量的動力源來完成。處理功能就是在生產加工的過程中，可以能夠把設置在各個區域的傳感器的數據信號進行探測和采集。實施功能就是實現所需的指定動作，但其首先要做的工作就是對各種信號指令實施保存、傳送、計算、分析、轉換等之后，再利用關聯的端口電路對執行裝置給出指令?？刂乒δ苤阅軌蛟谧詣踊a線當中得到實現，主要依靠由可編程控制器、微機、單片機及其他部分電子控制機構來擔當完成的；查驗功能的實現則是由具有如角位移、位置、直線位移等各種功能的傳感器來執行的。傳感器的作用主要是采集生產線上的壓力、位置、流量、溫度等各種數據信息，并把這些數據信息傳達給信息處理中心以便達成控制目的。驅動功能則是由電機驅動、氣動驅動等裝置來實現。

前述自動化生產線主要的特點中提到把人類從單一的高強度的體力作業、險惡的作業條件中得以解脫，同時還能做到延伸和完善人的身體器官功，來提高工作生產效率里所指其主要裝置就是機械手或機器人。

在這里來談談機械手。在科技日新月益的推進更新下，機械人工作的靈活度與耐用度日益增強，這也是與人類的最大區別之一。也就是機械手可以惟妙惟肖地效仿人手和臂的部分行為功能，依設定程序進行拿取、搬送物品或操控工具的自動操作裝置。此外它還能夠替代人的沉重勞動來達到機械制造加工的自動化。只需我們利用編寫程序來實現不同的預想動作，在結構和功能上就能同時擁有人和機械手種種的優點。常用的機械手一般由手部、活動機構兩大部分組成。手部的首要任務就是實現工件的抓取，然后按照被抓取工件的材質、尺寸大小、形狀、重量和動作需要設計成如托取型、吸貼型、夾持型等滿足要求的各種結構類型。運動機構也就是讓手部按照不同的角度不同運動軌跡進行翻轉、轉移或混合運動來滿足產品的加工需要。運動機構的伸展與收縮、上升與下降、旋轉等獨自活動形式，被叫做機械手的自由度。要能夠拿取任何地方或不同狀態的工件，只要擁有6個或以上自由度的機械手就可以做到。因此機械手的自由度就最初設計時必須謹慎合理地考慮的重要參數。機械手的自由度越高，作業功能或者敏捷性就越大，實用范圍就越廣，當然對應的結構也就越復雜。普通專用機械手有2～3個自由度[7]。投入使用機械手，可以使生產線完全自動化，不僅能大幅削減人工，同時勞動強度也大大降低，而且系統穩定好、使用方便，同時還可以適時快速便捷地監控生產實際情況。當然對企業來講最大的優勢就是能夠降低長期帶來的人工成本，提高企業利潤率。

目前我國國內公司內人工成本不斷增加，逐漸成為公司的一大負擔。對此機器人自動化生產線在加工制造業中的優點日趨鮮明，眾多的生產廠家慢慢開始加大對機器人自動化生產線的投入。擁有眾多優勢的自動化生產線正在慢慢更替中國傳統的制造業模式，開拓現代加工制造業的創新模式[8]。現自動化生產的思維已慢慢滲入人們的工作、生活，也讓人們的工作生活變得更為的便利快捷。

參考文獻

[1]侯力，樊慶文，黃成祥，等.機電一體化系統設計[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]熊有倫.機器人學[M].武漢：機械工業出版社，1993.

[3]張永軍.完整的全自動生產線[J].北京：機械工業出版社，1995.

[4]陳永方，陳明.淺談自動化生產線的發展[J].廣西輕工業，2011.

[5]何克忠，李偉.計算機控制系統[M].北京：清華大學出版社，1998.

[6]中英昌.自動生產線技術[M].上海：上海交通大學出版社，1992.

[7]謝亞青，儲開芳.基于PLC的五個自由度氣動搬運機械手研制[J].機械手的設計，2007（11）.

[8]朱金權.機器人自動生產線的工藝分析與總體設計[J].中國新技術新產品，2014.