機(jī)械自動化技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展前景探索

林莉莉 宮欽志

摘要：集成機(jī)械技術(shù)、自動化技術(shù)，是現(xiàn)今時代機(jī)動器件無人干預(yù)技術(shù)發(fā)展的必然選擇，可以為機(jī)器組件工程高度文明化運轉(zhuǎn)提供充足動力源。因此，文章圍繞機(jī)械自動化的應(yīng)用，闡述了機(jī)械自動化技術(shù)在現(xiàn)代社會各個行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用表現(xiàn)，并對后續(xù)機(jī)動器件自己主動操縱、運行過程中將會出現(xiàn)的景象進(jìn)行了進(jìn)一步探索，以期為機(jī)動器件自己主動操縱、運行新景象的構(gòu)建提供良好借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)械自動化技術(shù);汽車;農(nóng)業(yè)

中圖分類號：TH-39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0183-02

0? 引言

機(jī)械自動化技術(shù)主要是借助現(xiàn)代化科技，驅(qū)動機(jī)械設(shè)備自動運行，但人仍然為設(shè)備操縱的主體，承擔(dān)著對機(jī)械設(shè)備發(fā)布控制指令、指揮機(jī)械設(shè)備依據(jù)指令內(nèi)容運作的責(zé)任。由于我國工程機(jī)械自動化技術(shù)發(fā)展時期較晚，整體水平仍然落后于發(fā)達(dá)國家，具體表現(xiàn)為自動化程度較低，僅實現(xiàn)了剛性自動化，集成化、柔性化、智能化運行范圍較為狹窄。基于此，對機(jī)械自動化技術(shù)的深度應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步探索非常必要。

1? 機(jī)械自動化技術(shù)的概念、組成

1.1 概念

自動化又可稱之為Automation，主要指在沒有智能主體干預(yù)的情況下，機(jī)動器件或裝配件依據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序、指揮命令，自行調(diào)控、操縱的過程。而機(jī)械自動化（Mechanical Automation）是機(jī)動器件自己運動研究體系的一個分支，出現(xiàn)時間較早，最早可追溯至魯班制作飛鳥，主要指機(jī)動器件、裝配安置件利用機(jī)械方式達(dá)到自發(fā)操控目的的一個過程。

1.2 組成

從機(jī)械自動化系統(tǒng)的可控功能效用入手，機(jī)械自動化系統(tǒng)包括程序件、作用件、制定件、控制件、傳感件幾個部分[1]。其中程序件主要承擔(dān)機(jī)械系統(tǒng)工作內(nèi)容決策者以及生產(chǎn)率提升渠道拓展者;作用件主要是面向具體工作領(lǐng)域，為運動力量提供支持，可以為機(jī)械系統(tǒng)自發(fā)完成預(yù)先設(shè)定功能效用提供驅(qū)動，并實現(xiàn)其他能量向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。一般在機(jī)動器件自己主動操縱、運行系統(tǒng)中僅需一作用件，而復(fù)雜度處于較高水平的機(jī)動器件自己主動操縱、運行系統(tǒng)則需多個作用件;制定件主要是通過與傳感件聯(lián)系，對其所感應(yīng)收集信號進(jìn)行進(jìn)一步處理，并根據(jù)相關(guān)結(jié)果給出可傳輸至作用件的反饋指示命令符;控制件主要是針對作用件運行需求，進(jìn)行調(diào)節(jié)單元的實時選擇;傳感件主要是依托傳感器，對機(jī)械自動化系統(tǒng)內(nèi)每一個負(fù)責(zé)作業(yè)執(zhí)行的元件狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測及數(shù)據(jù)記錄。

2? 機(jī)械自動化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 汽車機(jī)械設(shè)備制造自動化

汽車機(jī)械設(shè)備制造自動化集中展現(xiàn)為作業(yè)內(nèi)容多樣化、裝配配合柔性化、位置關(guān)系不確定的特點。其中作業(yè)內(nèi)容多樣化主要指汽車機(jī)械設(shè)備沖壓多為板材沖壓成型，焊裝多為白車身焊接，涂裝多為白車身噴涂。整體內(nèi)容集中度較高，各個工位、各個工序之間的作業(yè)內(nèi)容具有一致性。利用機(jī)械自動化技術(shù)，可以在整個車間展開全工序，涉及了螺栓擰緊、裝飾件膠條安裝、密封塞安裝、插頭連接等內(nèi)容。即便為同樣的內(nèi)容，因其安裝位置、安裝用零件差異，安裝內(nèi)容也具有較大差異;裝配配合柔性化主要是由于汽車總裝車間主要內(nèi)容為白車身之外的零件裝配，所涉及的液體管路、膠釘、線束、飾件均為柔性部件，與車身間配合也經(jīng)常呈現(xiàn)出過盈配合特征;位置關(guān)系不確定主要是由于焊裝車間自動化工位所采用的為靜止-移動間歇式搬運流動方式，自動化裝配也大多是在車體靜止?fàn)顟B(tài)下開展。此時，由于其他全部總裝車間均采用各工位連續(xù)關(guān)聯(lián)的流水線輸送模式，若想實現(xiàn)自動化裝配，就需要控制設(shè)備、車體間處于絕對的相對靜止?fàn)顟B(tài)。以廣汽本田總裝車間為例，該車間依據(jù)自動化設(shè)備最小化占用車位標(biāo)準(zhǔn)，采取視覺引導(dǎo)+機(jī)械自動化技術(shù)，可以吸取不同載具、車體的重復(fù)定位誤差，達(dá)到部分零部件裝配的自動化。特別是在設(shè)備布置方面，可以通過攝像頭攝取圖像尋找特征點后再次進(jìn)行核算（對比實際圖像與基本圖像間位置關(guān)系）。獲得三維移動量后，將結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸至機(jī)械自動化終端，為位置調(diào)整提供基本思路。整個過程賦予了機(jī)械自動化終端“眼睛”，保證汽車機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)穩(wěn)定適應(yīng)柔性化零件。如為實現(xiàn)汽車車門防水膠自動涂布，可利用視覺引導(dǎo)技術(shù)，以雙目視覺配合線激光+三維線激光進(jìn)行精準(zhǔn)定位，引導(dǎo)機(jī)器人對車門進(jìn)行涂膠，從根本上解決以往車門載具無法精確定位而導(dǎo)致的不同載具、不同車門間自由度偏差大的問題。

2.2 汽車機(jī)械設(shè)備控制自動化

在現(xiàn)代汽車技術(shù)體系中，機(jī)動器件自己主動操縱、運行是發(fā)展主旨[2]。在以汽油作為動力源的車輛安全管控、以汽油作為動力源的車輛發(fā)動機(jī)與底盤管控、以汽油作為動力源的車輛污染防控、以汽油作為動力源的車輛能源管控、以汽油作為動力源的車輛工況信息與道路信息、以汽油作為動力源的車輛乘坐舒適性管理、以汽油作為動力源的車輛再循環(huán)技術(shù)、運營信息技術(shù)等[3]。比如，以汽油作為動力源的車輛發(fā)動機(jī)控制技術(shù)，自己主動操縱的范圍就覆蓋了燃油噴射裝置、怠速、空燃比、排氣再循環(huán)、點火器等汽車發(fā)動機(jī)模塊以及速度變化器、輪驅(qū)動、牽引、車速等汽車變速器模塊;而底盤自己主動操縱技術(shù)又可稱之為汽車底盤無人干預(yù)運行，涉及了轉(zhuǎn)向（制動防抱死、驅(qū)動防滑）、制動（動力轉(zhuǎn)向、四輪轉(zhuǎn)向）、懸架控制（懸架、懸掛系統(tǒng)自動控制）、巡航控制（在路況變化情況下車速始終保持穩(wěn)定，且無需駕駛者手動控制油門）。

在機(jī)械自動化技術(shù)支撐下，汽車上各個機(jī)械元件、控制環(huán)節(jié)存在相互關(guān)聯(lián)的特性，首層為人-車-環(huán)境控制系統(tǒng)，次層為車輛綜合約束管制系統(tǒng)，次末層為制動約束管制系統(tǒng)、動力傳動裝置系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向約束管制系統(tǒng)、懸架約束管制系統(tǒng)，末層為汽車前懸架裝置、后懸架裝置、左懸架裝置、右懸架裝置以及前制動裝置、后制動裝置、左制動裝置、右制動裝置控制系統(tǒng)。整個過程主要利用汽車自動控制元件ECU（帶單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)）的作用，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)穩(wěn)步運轉(zhuǎn)。由于ECU具有獨立的處理器、存儲器、I/O設(shè)備，可以獨立自動控制汽車的某一系統(tǒng)，比如發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)ABS、EMS等，避免主動懸架減弱車輛側(cè)傾時四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)橫擺響應(yīng)減弱問題出現(xiàn)。對于中檔轎車而言，其內(nèi)部具有十幾個汽車自動控制單元;而高檔轎車則具有幾十個甚至上百個自動控制單元。上述自動控制單元可以經(jīng)數(shù)字總線結(jié)構(gòu)連接，構(gòu)成復(fù)雜度較高的機(jī)械控制局域網(wǎng)絡(luò)。在這一機(jī)械控制局域網(wǎng)絡(luò)中，通過輸入發(fā)動機(jī)等部件性能參數(shù)，可以實現(xiàn)指定要求的行駛循環(huán)。

2.3 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備控制自動化

在科技先行的背景下，以機(jī)動器件自己主動操縱、運行為支撐的農(nóng)業(yè)形式逐漸形成雛形。現(xiàn)應(yīng)用于嘉定新城（馬陸鎮(zhèn)）春季農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的上海司南衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司研發(fā)生產(chǎn)的農(nóng)機(jī)自動駕駛系統(tǒng)僅需手指一點，農(nóng)業(yè)機(jī)械就可以自己主動駕駛，實施翻整土地、旋轉(zhuǎn)耕耘、耙平細(xì)土、田壟平直、藥劑噴施、種子下播、作物收獲等作業(yè)，農(nóng)戶還可在互聯(lián)網(wǎng)線上觀看作業(yè)過程，根據(jù)對實時進(jìn)度的了解，調(diào)整作業(yè)方案。該農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化系統(tǒng)主要是在北斗衛(wèi)星系統(tǒng)支持下，為農(nóng)機(jī)在農(nóng)田中作業(yè)提供精度較高的確定位置信息，指導(dǎo)農(nóng)機(jī)依據(jù)預(yù)先設(shè)定的路線平穩(wěn)、快速地進(jìn)行自動行進(jìn)、上線、校正。農(nóng)戶也可以結(jié)合壟精度，進(jìn)行程序的預(yù)先設(shè)計，促使農(nóng)業(yè)機(jī)械可以依據(jù)預(yù)先設(shè)定的壟線進(jìn)行自動化駕駛（農(nóng)機(jī)手無序全過程掌控方向盤僅需在轉(zhuǎn)彎時調(diào)整作業(yè)方向），后者通過用戶界面操作工作流程，排查障礙物，保證作業(yè)過程順利進(jìn)行。而技術(shù)人員可利用直播、微信群組、QQ群組等新型媒體手段，在云端指導(dǎo)，為農(nóng)機(jī)手及農(nóng)戶提供全天候農(nóng)耕作業(yè)數(shù)據(jù)實時上傳、下載及遠(yuǎn)程協(xié)助、故障排查、人員管理、進(jìn)度調(diào)整等服務(wù)。

2.4 建筑機(jī)械設(shè)備控制自動化

以數(shù)控鋼筋加工設(shè)備為例，自動化數(shù)控設(shè)備可以在滿足建筑工程鋼筋加工需要的同時，簡化鋼筋加工流程，提高鋼筋加工效率，促使工程獲得最佳性價比。在實際應(yīng)用過程中，高強(qiáng)度鋼筋棒材的下料設(shè)備可以根據(jù)需要將鋼筋自動切割成標(biāo)準(zhǔn)長度，落實加工鋼筋品尺寸精準(zhǔn)、長度標(biāo)準(zhǔn)、效率高的原則，并在短時間內(nèi)完成鋼筋與相關(guān)設(shè)備的安裝調(diào)試、穩(wěn)定運行。同時過渡到無人化施工領(lǐng)域。比如，在福岡縣深山大規(guī)模水壩施工時，技術(shù)管理者就可以在激光掃描儀、全球定位系統(tǒng)支持下，掌握位置、周邊環(huán)境信息。隨后通過在多功能便攜終端上發(fā)布指令，推土機(jī)、振動壓路機(jī)等機(jī)械就可根據(jù)前期嵌入的程序自動實施搬運混凝土、地面鋪平、壓實等自動化作業(yè)。由于現(xiàn)行機(jī)械自動化技術(shù)已經(jīng)將熟練工操作重型機(jī)械作為數(shù)據(jù)積累嵌入到了算法內(nèi)，實現(xiàn)了系統(tǒng)自動學(xué)習(xí)“工程技藝”，可以避免壓路機(jī)壓實某部分時已壓實部分與未壓實部分落差問題的出現(xiàn)。且可徹底改變勞動密集型產(chǎn)業(yè)體系，在某種程度上解決了技術(shù)人員、施工人員嚴(yán)重短缺現(xiàn)象。

3? 機(jī)械自動化技術(shù)的發(fā)展前景

3.1 綠色化

綠色化是機(jī)動器件自己主動操縱、運行階段優(yōu)質(zhì)競爭力獲得并維持的基準(zhǔn)。在開展機(jī)械自動化技術(shù)研制開發(fā)階段，負(fù)責(zé)方應(yīng)將綠色化及相關(guān)要素作為生產(chǎn)實踐過程優(yōu)化指標(biāo)，借鑒其他國家或者地區(qū)綠色性能開發(fā)經(jīng)驗，將重點投入未來收益可持續(xù)提升上，保障機(jī)械自動化技術(shù)在促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面優(yōu)良效用的充分發(fā)揮[4]。

3.2 小體積

現(xiàn)今時代應(yīng)用較為普遍的機(jī)械自動化技術(shù)支撐下的產(chǎn)品大體積特性較為突出，僅可滿足建筑業(yè)、汽車業(yè)、農(nóng)業(yè)等對產(chǎn)品體積要求不很嚴(yán)苛的領(lǐng)域，無法滿足信息、軍事、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域要求。基于此，在未來機(jī)械自動化技術(shù)發(fā)展過程中，應(yīng)逐步突破體積方面的瓶頸，以微型機(jī)械自動化的形式滿足更多行業(yè)需求。

3.3 虛擬化

隨著不同類型機(jī)械制作工藝與模型構(gòu)建技術(shù)、仿真技術(shù)的深層次融合，功能更加完善的虛擬化機(jī)械自動設(shè)備將陸續(xù)出現(xiàn)。虛擬化機(jī)械自動設(shè)備可以集中匯總、處理不同類型生產(chǎn)階段涉及信息，在機(jī)器學(xué)習(xí)的再學(xué)習(xí)機(jī)制支持下，可以解決機(jī)械自動化生產(chǎn)階段存在的各種類型問題，最大限度滿足實際生產(chǎn)需求。

3.4 實用性

在未來機(jī)動器件自己主動操縱、運行進(jìn)程中，自始至終都需要以企業(yè)從事財富創(chuàng)作過程需求為導(dǎo)向，保證技術(shù)運轉(zhuǎn)不偏軌，穩(wěn)定的為社會創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)層面或者環(huán)境層面的效益。即貫徹實用為準(zhǔn)的原則，以企業(yè)從事財富創(chuàng)造過程具體條件為導(dǎo)向，研制、開發(fā)恰當(dāng)?shù)淖詣踊夹g(shù)并將其運用于現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備。

4? 總結(jié)

綜上所述，對于我國機(jī)械自動化技術(shù)而言，可以在農(nóng)業(yè)、汽車、建筑機(jī)械等多個領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)良效用。特別是在工程中，利用機(jī)械自動化技術(shù)特有識讀辨別系統(tǒng)，可以高度感知作業(yè)對象，識別石頭、沙土等材料的特有性質(zhì)，降低工程實施階段不可控風(fēng)險因子。基于此，在未來的機(jī)動器件自己主動操縱、運行進(jìn)程中，相關(guān)作業(yè)者應(yīng)進(jìn)一步拓展應(yīng)用領(lǐng)域，研制更小體積、更實用、更環(huán)保的產(chǎn)品，為我國工業(yè)科技攻關(guān)提供支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]康殿勝，李昌寶，張睿.機(jī)械自動化技術(shù)及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用探討[J].中國科技投資，2018（005）：273.

[2]張富宇.汽車生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（03）：33.

[3]謝雙文.機(jī)械自動化技術(shù)在汽車控制中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018（10）：44.

[4]李洋.淺談建筑機(jī)械自動化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].建材與裝飾，2019（08）：202-203.