數(shù)控技術在自動化機械制造中的運用

郝芳

【關鍵詞】數(shù)控技術；自動化；機械制造；運用

引言

現(xiàn)階段，我國工業(yè)化水平在科學技術發(fā)展的刺激下也有了進一步的提升，傳統(tǒng)的機械生產(chǎn)加工已然無法適應實際需求，越來越多的機械制造企業(yè)開始轉(zhuǎn)型升級。數(shù)控技術即數(shù)字化控制技術，將計算機技術、網(wǎng)絡技術等多種技術充分融合，該技術也被廣泛地應用到我國各項工程技術的發(fā)展過程中，其中應用最多的當屬機械制造領域，既能夠提高機械加工生產(chǎn)的效率，也明顯降低工作人員的勞動強度。為全面系統(tǒng)地推動自動化機械制造的持續(xù)健康發(fā)展，也為了促進我國制造業(yè)的智能化發(fā)展，必須加強對數(shù)控技術的研究與應用。

一、 數(shù)控技術的應用優(yōu)勢與特點

數(shù)控技術顧名思義就是指利用計算機網(wǎng)絡來實現(xiàn)控制的一種自動化技術，它能夠?qū)崿F(xiàn)機械制造的自動化、程序化，詳見圖1[1]。在機械加工中應用數(shù)控技術，對于提高機械加工的精度和生產(chǎn)質(zhì)量有著重要意義。不僅如此，在生產(chǎn)過程中還能夠有效降低人力勞動的強度，便于企業(yè)更好地進行生產(chǎn)管理。由于數(shù)控技術實現(xiàn)了電子計算機的自動化控制，在加工過程中，對于一些較為復雜的、精密的零件也能進行精確加工。因此該技術具有精度高，效率高的特點，也正是由于數(shù)控技術的這些優(yōu)勢，其在現(xiàn)代機械加工中得到了較為廣泛的應用，這對于提升機械加工的效率和自動化有著重要意義，為企業(yè)帶來了更高的效益。

圖1 數(shù)控系統(tǒng)示意圖

二、 數(shù)控技術在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）數(shù)控技術在國外的應用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段國外在數(shù)控技術的應用上發(fā)展較快，主要原因是國外在這一方面的研究起步較早，并且已經(jīng)建立起相對完善的人才培養(yǎng)體系，在發(fā)展的過程中也通過相關的政策鼓勵企業(yè)不斷進行創(chuàng)新，發(fā)展高端的數(shù)控技術。至今，國外已經(jīng)擁有了較為高端的數(shù)控自主創(chuàng)新體系，德國、美國、日本都掌握著數(shù)控系統(tǒng)的領先技術，走在時代前列。如今人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等前沿信息技術相繼與數(shù)控技術融合，推進工業(yè)化與信息化深度融合，促進機械制造產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級。

（二）數(shù)控技術在國內(nèi)的應用現(xiàn)狀

長久以來我國對于數(shù)控技術的研究一直處于緩慢發(fā)展狀態(tài)，與西方發(fā)達國家相比，我國數(shù)控技術早期在精確度與穩(wěn)定性都存在明顯差距，低端的數(shù)控技術正在不斷發(fā)展中，而高端技術卻依然需要從國外進口，這一現(xiàn)狀對于我國的數(shù)控技術發(fā)展極為不利。造成這種結果的原因是我國多數(shù)企業(yè)在發(fā)展過程中對數(shù)控設備采取粗放式的管理，落后的生產(chǎn)設備加上企業(yè)管理人員對于數(shù)控技術發(fā)展的不重視，導致我國數(shù)控技術在發(fā)展過程中受到了嚴重的限制[2]。伴隨著研究的持續(xù)深入，我國民營數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)異軍突起，中高端數(shù)控機床正在不斷擴大市場份額，數(shù)控技術加工精度也已提升至微米級（0.001mm），國產(chǎn)數(shù)控技術呈多樣化發(fā)展趨勢。

三、數(shù)控技術在自動化機械制造中的運用

（一）利用數(shù)控技術構建自動化運行系統(tǒng)

傳統(tǒng)的機械制造主要是依靠人力來進行的，雖也在制造與生產(chǎn)中運用數(shù)字編程進行輔助，機械制造自動化并未在真正意義上得以實現(xiàn)。而數(shù)控技術的出現(xiàn)，使機械制造業(yè)上升到了一個新的高度，也有了新的名稱，即自動化機械制造。“自動化”是自動化機械制造的核心，它能代替人力進行機械制造與生產(chǎn)，大大提高了機械制造與生產(chǎn)的效率與完成質(zhì)量，目前已被相關企業(yè)廣泛應用。

數(shù)控技術在機械制造中最為常見的一項應用就是構建自動化運行系統(tǒng)。隨著社會的進步和科學技術的迅猛發(fā)展，人們對于先進設備的需求量不斷增加，越來越多的新型設備和儀器已被生產(chǎn)并投入使用，在這種大環(huán)境的影響下，傳統(tǒng)的半編程程序已無法適應社會快速發(fā)展的需要，因此相關技術員開始利用數(shù)控技術進行構建自動化運行系統(tǒng)[3]。

在自動化運行系統(tǒng)開始構建之前，相關技術員要對企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)設備進行了解與檢查，對該企業(yè)的機械制造流程進行深入研究與分析，并針對企業(yè)自身的個性特征與實際情況進行詳細的分析，比如企業(yè)規(guī)模大小、生產(chǎn)產(chǎn)品的種類、地理位置等，在此基礎上利用數(shù)控技術在控制制造與生產(chǎn)的計算機中輸入各種數(shù)據(jù)，對機械與生產(chǎn)的整個流程進行編程操作，以確保該企業(yè)擁有與自身最適配的自動化運行系統(tǒng)，保證機械制造與生產(chǎn)的順利進行。

數(shù)控技術在機械制造自動化系統(tǒng)的主要應用流程（如圖2[4]）如下：工作人員在總控制臺將提前編好的程序輸入進自動運行系統(tǒng)中，給其一定的反應時間，然后在此基礎上輸入運行指令，系統(tǒng)就會對數(shù)據(jù)與程序進行初步的譯碼和預處理，然后將信號傳遞給相關的機械制造設備，機械設備在收到信號指令后會自動開啟生產(chǎn)與制造模式，從而完成全自動化的機械生產(chǎn)。利用數(shù)控技術構建自動化運行系統(tǒng)能大大提高設備的運行速度與效率，極大程度上減少了操作失誤，為企業(yè)的發(fā)展開辟了新的方向與道路。

圖2 數(shù)控技術在自動化機械制造的應用流程

（二）自動化機械制造中的監(jiān)督與管理

1.安全管理

自動機械制造雖可以在具體生產(chǎn)中實現(xiàn)自動化，但也不可能完全放棄人力作業(yè)，因此機械制造中的人員和設備的安全性還無法完全保障。因此可以利用數(shù)控技術對自動化機械制造與生產(chǎn)的全過程進行安全監(jiān)管，確保人員與設備的安全。

利用數(shù)控技術對自動化機械制造進行安全監(jiān)管具體可分為兩種情況。第一。若該企業(yè)仍依靠人力進行安全檢查與管理，也可在此基礎上在相關設備中安裝自檢程序，這個自檢程序可以對設備進行定期檢測，將設備的原有數(shù)據(jù)信息與一段時間內(nèi)的新數(shù)據(jù)進行對比，得出偏差結果，若二者偏差較大，說明該設備已經(jīng)出現(xiàn)安全問題，此時的自檢程序會將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至維修員或工程師的計算機中，使維修員能及時查看該設備的問題，并對其進行維修；第二，若該企業(yè)發(fā)展較為迅速，已在企業(yè)內(nèi)部引進無人機、智能機器人[5]（如圖3）等設備進行維修，則可以在此基礎上利用數(shù)控技術對機器人的程序進行更新升級，加大智能機器人的檢測范圍和力度，與設備的自檢程序不同，利用智能機器人等進行安全檢查不僅能更加快速地找到安全隱患，還能對此處的安全隱患進行數(shù)據(jù)分析，形成一套最佳解決方案，并將數(shù)據(jù)分析結果與自動生成的最佳方案一起反饋給維修工程師，這樣能有效避免維修工程師進行二次檢測所造成的時間浪費，大大提高了工作效率，確保設備的安全性[6]。

圖3 智能機器人

2.對生產(chǎn)過程的全面監(jiān)管

除了可以利用數(shù)控技術對相關設備進行檢查與維修，還能將其運用在制造與生產(chǎn)的監(jiān)管中。自動化機械制造雖因其高精確、高效率的特性，在一定程度上代替了人力，但還是無法避免生產(chǎn)中操作失誤等情況的出現(xiàn)，若沒有及時發(fā)現(xiàn)錯誤之處，任由其繼續(xù)運行下去，不僅會損害相關高價設備，情節(jié)嚴重的還可能導致整個生產(chǎn)的停滯，對該企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。

因此為了盡最大可能避免生產(chǎn)與制造過程中出現(xiàn)失誤，必須對生產(chǎn)與制造全流程進行全面監(jiān)管和控制，此時數(shù)控技術就是最好的選擇。在新的編程指令正式投入使用之前，必須對其進行高強度的測試，其目的在于找尋編程中出現(xiàn)的漏洞，防止其對正式的生產(chǎn)與制造產(chǎn)生消極影響。可以先利用數(shù)控技術創(chuàng)造虛擬控制臺，再將相關指令輸入到虛擬控制臺中，利用計算機對其進行運行模擬試驗，若模擬實驗中未出現(xiàn)異常，則可進行下一步測試，若模擬實驗存在異常，則需對該指令進行修復。在關閉正常運行系統(tǒng)后，在總控制臺中進行測試，若該測試通過，則可繼續(xù)投入使用，若該程序在總控制臺中出現(xiàn)運行錯誤，則應及時對其進行維修，以防正式運行中出現(xiàn)同類型的錯誤。若在虛擬運行測試中發(fā)現(xiàn)異常，則應及時修改編程指令直至正確，再將其輸入總控制臺進行下一步試驗，最后將其投入使用。

（三）數(shù)控技術的勘探與檢測功能

由于自動化機械生產(chǎn)與制造本身具有精密性和高準確性，因此對相關的材料、零件等具有較為嚴苛的要求標準。為了確保生產(chǎn)材料的準確使用，在進行具體制造與生產(chǎn)前，可利用數(shù)控技術對本次產(chǎn)品的相關性能等作出分析，并根據(jù)相關資料信息推算出最適合此次生產(chǎn)的相關材料、資源以及零件，比如各部分零件的材質(zhì)要求、穩(wěn)定性、耐熱性等。這樣一來就會在極大程度上避免因材料材質(zhì)問題導致的生產(chǎn)失敗，大大提高自動化機械制造與數(shù)控技術的準確性。

除此之外，對于需要戶外作業(yè)的設備來說，當?shù)氐牡乩砦恢门c自然環(huán)境通常是影響生產(chǎn)與制造實施效果的最主要因素。因此在進行生產(chǎn)制造時，可先利用數(shù)控技術對當?shù)氐淖匀画h(huán)境進行分析，比如溫度、風向、空氣濕度等，并在此基礎上推斷出后續(xù)一段時間內(nèi)的具體生產(chǎn)情況，幫助企業(yè)挑選出最為適宜的作業(yè)時間，防止因天氣情況而導致生產(chǎn)的暫停，極大程度上縮短了生產(chǎn)與制造周期，提高了生產(chǎn)與制造效率。不僅如此，利用數(shù)控技術對自然地理環(huán)境進行勘測也是為數(shù)控技術的發(fā)展提供了一個新的思路，擴大了數(shù)控技術的適用范圍，有利于其作用的完全發(fā)揮。

四、數(shù)控技術在自動化機械制造中的應用策略

（一）提高對數(shù)控技術的重視程度

為盡快擺脫西方國家對數(shù)控技術的封鎖，企業(yè)必須提高對數(shù)控技術的關注程度，使之廣泛地引入各類機械設備到生產(chǎn)環(huán)節(jié)之中。同時，政府需要制定出臺具體的政策，以引導有關企業(yè)積極開展創(chuàng)新，并通過予以企業(yè)必要的經(jīng)濟補貼，減輕我國中小型公司開發(fā)和引入數(shù)控技術的資金壓力。各廠商需要進一步樹立前瞻視野，堅持與時代同步的原則，進一步發(fā)展高新科學，進一步優(yōu)化機械設備生產(chǎn)的加工工藝，使數(shù)控技術充分地貫穿于機械制造中，進一步提升生產(chǎn)效率。

（二）大力發(fā)展自動編程

數(shù)控技術的顯著特點是智能化，為了對生產(chǎn)工藝過程實現(xiàn)有效管理，應當注重自動編程。改變以往作業(yè)時技術人員根據(jù)圖紙和工序卡片等判斷整個生產(chǎn)過程的思維模式，以避免圖紙分析出錯和手動操作誤差大等問題。自動程序則在生產(chǎn)加工過程中，能夠按照生產(chǎn)標準自行調(diào)整正確的工藝方向和路線。而如果通過計算機技術可以獲取合理的工藝參數(shù)，再通過計算機技術代替人工作業(yè)，則可以大大提高機械制造質(zhì)量，從而確保生產(chǎn)資源得到優(yōu)化分配，并盡可能節(jié)約成本。

（三）加強專業(yè)人才培養(yǎng)

數(shù)控技術對應用和研究該技術的人才有著較高的要求，企業(yè)應當定期開展培訓工作。比如針對編程人員而言，在培訓工作中需要以自動化編程的具體流程、編程的方法、重點要點問題、相關軟件的操作方法等作為培訓的主要內(nèi)容；對于現(xiàn)場作業(yè)工作人員來說，培訓工作主要內(nèi)容應當包括數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)測、設備調(diào)試與監(jiān)測等等；而對于設備維修人員來說，應當將設備主要結構、作用原理、設備常見的故障問題、診斷故障的方法、維修方法等作為培訓的主要內(nèi)容。

結語

我國機械制造領域要想不斷在國際市場上提升競爭力，在綜合比拼中脫穎而出，就要以現(xiàn)狀和發(fā)展策略綜合考慮，采用先進技術手段增強經(jīng)濟實力。同時，相關行業(yè)應不斷培養(yǎng)優(yōu)秀人才，充分發(fā)揮數(shù)控技術的優(yōu)勢特點，全面促進機械制造加工技術水平的提升，以實現(xiàn)制造過程自動化、安全生產(chǎn)標準化、生產(chǎn)效率最大化的預期目標，從而提高我國機械加工制造技術和工藝的創(chuàng)新與完善程度，最終順利完成產(chǎn)業(yè)的升級轉(zhuǎn)型。