機械自動化制造系統的思考探析和構建

于云峰 金葆青

（江蘇財經職業技術學院，淮安 223001）

隨著互聯網技術和計算機技術的快速發展，越來越多的傳統產業開始與新興的互聯網技術結合，獲取了新的活力。近年來，機械制造技術、制造系統以及計算機技術的結合，使傳統的機械加工水平得到了提升。因此，機械自動化制造系統成為制造業關注的焦點。

1 機械自動化制造系統的內涵

機械自動化制造系統是利用計算機技術將機械設備和自動化相結合，從而產生更加先進、更加高效的制造技術。現在的機械自動化制造技術主要包括計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）、計算機輔助制造（computer Aided Manufacturing，CAM）、柔性制造系統（Flexible Manufacture System，FMS）、大規模計算機集成制造系統（Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS）、先進機械裝備設計及加工技術以及數字化產品設計與制造技術[1]。機械自動化制造系統主要應用的領域是工廠的數控機床和加工中心。這些技術和系統的應用提高了我國制造業的工作效率，降低了制造業的生產成本，促進了我國制造業的進一步發展，提高了產品的國際競爭力，促進了我國社會經濟的發展。

2 制造企業經營策略的變化歷程

隨著經濟的不斷發展，制造業的市場競爭越來越激烈，產品的質量、生產周期以及生產成本收益比成為制造業不得不考慮的現實問題。如何及時、快速滿足客戶需求，降低庫存成本，提高工廠作業效率，成為制造業企業必須解決的困難。為了提高采購、庫存和生產之間的配合度，解決產品生產周期過長、生產的零部件不配套以及資金周轉效率低等問題，制造業企業開始探索新的制造管理方法，轉變生產經營策略，以滿足市場和客戶的需求，提高企業的經營能力和市場地位。

20世紀70年代以前，制造企業的經營策略主要關注的是成本。究其原因，20世紀70年代之前我國制造業技術水平發展較為緩慢，難以在質量上有所突破。制造企業的關注點多在于成本控制，通過控制成本來實現盈利。

20世紀70年代至80年代初，制造企業的經營策略以質量為主。在這段時期，我國加大了與國外各國經濟和技術的交流，逐漸改變了以單一的成本控制為中心的經營理念，關注重點轉移到了提升產品質量，以求通過高質量的產品獲取消費者和市場的青睞。

20世紀80年代至90年代初，制造業的經營策略主要關注的是產品交貨期。此時，我國的經濟得到了進一步發展，制造業成為國民經濟中較為重要的一環。由于國家大力發展重工業和制造業，使得我國制造業得到了快速發展，獲得了更多的市場需求。越來越多的客戶訂單要求制造企業不斷優化生產流程，快速完成產品生產，及時為客戶提供高質量的產品。

20世紀90年代至90年代末，制造企業經營戰略的關注點在服務。20世紀90年代，歐美等發達國家逐步將部分制造業工廠轉移到我國，以獲取廉價勞動力，降低生產經營成本。國內本土制造企業也在對外開放過程中不斷成長和吸收借鑒國外的先進管理經驗，將經營重點轉移到為客戶提供更滿意的服務。不僅包括按期提供符合質量的產品，也包括培養客戶對產品的忠誠度，從而在市場競爭中形成自己的品牌優勢。

制造企業只有自己掌握核心技術，才能在國際市場競爭中占據重要地位。目前，雖然我國制造業企業發展迅速，覆蓋范圍廣，但是這種發展模式已經難以滿足我國經濟的高質量發展需求。我國制造業企業特別是生產簡單組件和將組件加工組合的企業，仍處于國際產業鏈下游的低附加值階段。這些企業獲得的利潤較小，難以有技術上的突破，因此國際競爭力不足。隨著國內相關產業生產成本的增加，部分產業開始向成本更低的東南亞等國家轉移。進入21世紀以來，制造企業經歷了國外核心技術封鎖和貿易壁壘的困境，逐漸意識到技術創新的重要性。企業要想獲得長久發展，必須要轉變過去技術依賴進口的局面，加大技術創新力度[2]。

3 機械自動化制造系統的發展

隨著計算機技術的發展，信息化程度不斷提高，制造業的生產方式隨之發生了相應的轉變。1960年，以前所使用的計算機為電子管計算機。因為電子管散發熱量過大，計算機在運行時常常因為電子管被燒壞而死機，所以此時的計算機主要用于科學研究和工程計算，尚未對制造業的自動化產生較大影響。另外，由于當時市場需求較為單一，制造業的生產方式為剛性制造線和大批量生產。

20世紀60年代到80年代，隨著晶體管計算機的發展，第二代計算機的程序語言由機器語言轉變為匯編語言，且該時期計算機的體積和成本都有了較大下降，計算機在商業上的應用逐漸變多。此時，制造業的信息化程度有所提高，且由于剛性系統難以滿足多樣化和個性化市場需求，制造系統逐漸轉變為柔性制造系統，從而使制造業進入柔性制造與多品種小批量時代。柔性制造系統主要包含柔性制造系統、柔性制造單元、柔性制造線以及各種數控加工技術。該系統能夠用可編性、多功能的數字控制設備，在自動化加工的基礎上，實現物料流和信息流的自動化，并能根據制造人物和生產品種的變化迅速進行調整。我國第一條自行研發的完整意義上的柔性制造系統是由原國防科工委組織、南京理工大學、長春55研究所以及綿陽58研究所聯合承研的BQ-FMS柔性制造系統，是一個車間級的FMS，主要包括運行控制、加工、物流與運輸以及檢測監控4個子系統[3]。

20世紀80年代到21世紀初期，計算機進入中小規模集成電路時代，此時的計算機在體積、價格和運行速度等各方面均有了較大提升。為了提高企業生產部門和非生產部門之間的協調能力，縮短生產周期，計算機逐漸應用于制造企業內部的各個環節，促使制造業進入敏捷制造與大批量定制時期。

隨著計算機進入大規模集成電路時代和互聯網的興起，為了進一步集約化、規模化生產，降低生產成本，控制產品質量，制造業的機械自動化水平越來越高，制造業開始進入設計制造與網絡化時代，出現了根據CIMS理念研發的集計算機化、智能化和集成優化于一身的現代集成制造系統。現代集成制造系統由管理信息、技術信息、制造自動化和質量信息4個應用分系統以及計算機網絡和數據庫分系統2個支撐分系統組成，能夠實現技術資料文檔、質量文檔、原材料、成品以及辦公等自動化，并及時根據市場信息進行生產調整，從而滿足質量要求[4]。我國第一個863/CIMS主題的示范系統由相關專家主持，10多所高校、研究所聯合研制，主要由管理信息系統、工程設計系統、柔性制造系統、制造自動化系統以及支撐系統等組成。

4 機械自動化相關計算機技術的應用

4.1 輔助技術的應用

計算機輔助技術在機械設計制造及其自動化中的應用主要體現在以下幾個方面[5]。第一，目前的機械設備精密程度很高。在機械圖紙設計時，人工繪制存在諸多困難，可以有效利用圖紙設計軟件（如CAM、CAD等）進行繪圖。第二，利用計算機輔助技術可以更加直觀地了解機械設備的各項參數，便于設計人員及時發現應用過程中存在的問題。第三，與傳統的手工繪圖相比，計算機輔助技術可以更快完成圖紙的多次編輯，大大提升了工作效率。

4.2 3D技術的應用

3D技術的優勢在于機械設計過程中能夠立體化處理設計圖紙中的數據信息，使完整的機械設施通過圖像呈現在設計者面前。另外，該技術可以在機械設施生產階段，通過建模方式分析設施的工作能力及相關信息，改變了傳統通過樣品試驗才能得到機械設備運營狀況的模式，從而節約生產成本，提高生產效率。

4.3 仿真技術的應用

隨著可視化和虛擬技術的逐步成熟，計算機仿真技術應運而生。將成熟的計算機仿真系統應用到機械設計制造行業，可以突破煩瑣的機械設計制造過程，使之變得簡單、高效、合理。隨著增強現實（Augmented Reality，AR）和虛擬現實（Virtual Reality，VR）等技術的快速發展，根據實際需要在計算機系統中建立涉及制造的機械設備數字模型并開展仿真試驗，成為當代機械設計制造行業的重要環節[6]。

4.4 數控機床技術的應用

在機械設計制造行業中，利用數控機床技術能夠提高自動化程度，從而更好地完成制造任務。數控機床技術主要包括數控編程和數控軟件，其中數控軟件是機械設計制造的智能化基礎，數控編程是實現智能化的技術手段。數控機床技術在機械設計制造行業中的應用提升了機械設備的生產速度和生產精度。隨著我國數控技術的高速發展，它在機械設計制造行業及自動化中的應用也得到了普及[7]。

5 促進機械自動化系統進一步發展的建議

5.1 優化人才培養

隨著計算機信息技術與機械設備的結合，以及機械自動化系統不斷優化，現代機械產品的結構、性能和應用水平發生了較大變化。為了適應當前發展，為制造業提供所需的優秀人才，相關高校和科研院所應該根據市場需求和制造業的發展情況，及時調整人才培養模式，提高學生的自主創新意識和專業技術能力。以我國長江大學機械設計制造及其自動化專業為例，該校立足湖北省的石油石化行業，積極按照教育部質量工程意見“要以社會需求為導向，合理設置學科專業，加強產業和行業的聯系，加緊緊缺人才培養”，為地方石油石化的建設提供了大批量畢業生[8]。

5.2 加大財政資金投入

目前，我國的機械化生產水平還遠遠低于其他發達國家，因此必須要積極引進國外先進的科學技術和人才。這需要我國加大對相關企業的資金投入，以引進更先進的技術，吸引更多優秀的人才。機械行業是對技術型人才要求較高的行業，只有充分尊重技術人才，才能更有利于機械自動化技術的發展。

5.3 完善機械自動化行業規范

良好的行業規范政策能夠使各方面發展朝著科學、穩定的方向前進。完善機械自動化行業規范，有利于降低行業員工的懈怠心理，減少行業失誤率，提高生產效率。機械產業的高層人員有時會存在貪污和不良作風問題，需要國家進行積極引導，健全相關法律法規，及時監督和處理行業不規范行為，以確保機械自動化行業健康發展[9]。

5.4 貫徹綠色發展觀念

由于傳統生產方式的不科學，我國的環境和資源面臨著嚴峻考驗。相關產業要盡快落實科學、綠色生產方案，為員工貫徹綠色生產的生產理念，從而推動機械化生產朝著零污染的方向發展。相關產業還要實行以人為本的管理機制，加大綠色生產的宣傳，從而提高機械自動化生產技術的應用范圍，促進綠色生產的發展。

6 結語

目前，我國機械自動化系統的發展較快，但與一些西方發達國家還存在一定的差距。因此，我國要加大支持相關技術創新的力度，積極引進先進的機械自動化技術，培養相關人才，抓住機遇迎接挑戰，促進我國機械化生產的科學化和可持續化發展。