機械自動化在機械制造中的價值及應用

程 路

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300450)

機械制造業的發展促進了社會生產力水平的提升，為現代社會發展提供了內驅動力。機械制造業發展過程中，應積極引入先進的科學技術，靈活運用計算機技術、大數據技術與人工智能技術，以自動化發展為導向，積極探索機械制造生產中各個環節的自動化應用，提高產能，獲取更精細、更高品質的產品，有效提升機械制造企業的綜合發展實力[1]。

1 機械自動化的構成及其重要價值

1.1 機械自動化的結構構成

機械自動化是機械制造與自動化技術的有機融合，在無人值守的環境中自動運行生產設備，完成既定程序發出的控制指令，達成生產目標、自動控制目標、故障檢測與管理目標。在機械制造中應用機械自動化技術，能夠有效提高機械制造生產線的運行效率，增強產品品質，還可以在一定程度上壓縮人工成本，提高利用率，進一步推動機械制造現代化的發展。機械自動化技術日益更新，為我國工業機械制造業的發展提供了強大的技術支持。

機械自動化結構構成主要有：程序單元。是機械自動化系統的核心結構，負責解決自動化系統運行過程中出現的問題，根據預先設定的運行指令、異常處理指令與故障處理方法進行自動化控制。作用單元。是自動化系統的前期單元，負責施加能量，確定作用目標的具體位置，發送定位信息。傳感單元。是自動化系統的基礎，負責實時監測系統運行狀態，分析系統運行性能參數，將參數數據轉化成信號發送出去。制定單元。它在自動化系統中發揮著至關重要的作用，是自動控制的基礎，其能夠對傳感數據的單元進行收取、分析與對比，根據分析對比結果制定相應的動作信號。控制單元。它是制定單元的下一程序，負責接收制定單元傳輸的動作信號，根據信號指令對各個目標區域的動作發出控制指令，保障系統的安全、可靠與穩定運行[2]。

從機械自動化系統的結構構成可以看出，不同單元之間的協作為機械制造自動化控制提供了有力保障，其中，制定單元能夠用定量的方法完成負載綜合分析，傳感單元可以根據系統運行情況展開全面檢查，保證系統的穩定運行。作用單元與程序單元則能夠處理系統運行中產生的相關信息，為控制任務的執行提供有力保障。各單元之間相互配合，各自執行任務，從而實現工業制造的自動化運行目標。

1.2 機械自動化的應用價值

機械自動化技術具有較強的集成性，包含了信息技術、自動化技術、計算機技術等。搭建系統時，要考慮多方面影響因素，根據綜合情況設置自動診斷系統、自動預警與報警機制等。機械制造生產過程中，機械設備可能會出現運行故障，而自動化技術能夠快速識別存在故障的設備位置，分析故障類型、程度、引起原因，甚至還能夠對部分故障進行自動化檢測，為工作人員提供檢測報告，以保證生產活動的正常進行[3]。若生產過程中出現安全故障，自動化技術能夠快速判斷危險同時啟動制動機制，緊急停止生產線各設備的作業，保證生產現場安全，避免造成安全事故。自動化技術的應用大大提高了機械制造生產的安全性，對于保障生產經濟效益與社會效益而言具有重要價值。

機械自動化技術應用中，工作人員可以根據實際情況調整自動化控制程序參數與指令，實現生產線的自動化運行，減少了人工成本的投入，大大提升了工業機械制造業的現代化與機械化水平。大量的自動化操作能夠減少人工操作帶來的失誤，提升各生產環節操作的精準度，保證產品質量。因此，機械自動化的應用在提升產品質量、節約人工成本、降低生產失誤方面具有較強的實用價值。

2 機械自動化技術的特點

2.1 融合了多種技術

單一的技術是無法滿足機械制造需求的，要構建一種由多種技術共同作用的自動化系統，包括智能技術、PLC技術、自適應技術與基礎數據技術等。各項技術在自動化系統中的作用如下：機械制造生產線運行過程中，設備的運行強度、運轉角度、運行狀況等均需要通過傳感設備來感知和傳遞信息，以實現契合實際情況的無人化指令控制，保證數據讀取精確、可靠。CAN總線技術能夠加強自動化系統的數據收集與整合能力，能夠更高效、準確地整合不同類型的數據信息，避免出現大量信息互相干擾的問題，這一作用在大型生產線中表現得尤為明顯[4]。PLC控制技術能夠保證生產線中各設備環節的有序作業，保證自動化系統各單元的信號不會互相影響，進一步提升機械制造自動化控制的高效性。自適應技術能夠增強機械制造自動化控制的核心功能，實際生產過程中，由于受到設備剛性、連續作業等多種因素的影響，即使數據參數不變，仍會出現一定概率的誤差。借助自適應技術，根據機械制造生產產品類型，假定標準參數為X，控制X的波動始終在一定范圍內，保證產品材料剛度、運行時間成正比，始終處于可允許的(X.n，Xn)區間范圍內，從而實現對誤差的控制，促使機械設備生產過程中能夠根據區間范圍進行自適應調節，保證產品精度與生產效率。

由多種技術組成的機械自動化系統能夠在產品生產過程中保證設備作業效率，按照預先設定的程序控制生產線內的各個環節及機械設備。機械自動化制造流程如下：啟動生產線，按照預先設定的程序作業；傳感器采集各環節設備的運行信息，根據特定時間間隔將信息傳輸給中控計算機；計算機識別信息內容，借助傳感器傳輸信息，對異常情況、故障信息進行判斷，核準執行操作命令；若發現故障，則下達指令中斷電源。

2.2 具有自我診斷功能

各類設備在長時間運行中容易出現故障問題，為了降低設備故障造成的負面影響，需要利用機械自動化技術對機械制造生產線進行設置，令其具備自我診斷功能，具體實現過程如下：一是預警與故障報警。機械制造生產線的設備較為復雜，若出現單個設備故障問題，很容易影響現場其他設備，造成一連串的設備故障，甚至會引發生產安全事故。因此，應結合機械制造生產特征與實際情況，利用機械自動化系統中的傳感單元、作用單元、制定單元與控制單元的功能，設計控制程序為“采集信息——傳感器傳輸——分析信息內規律，發現異?！獋骰匦畔ⅰ贫▎泳o急程序，同時發出報警信號”，將其運用于系統軟件操作與程序指令問題報警中，或用于生產線現場設備故障報警中，為現場設備處理與故障檢修提供便利。二是故障診斷。針對較為復雜的故障情況，僅僅依靠現場技術人員無法快速、準確地進行判斷。利用機械自動化系統中的“專家庫系統”、“智能分析模塊”，能夠快速準確地確定故障類型、故障發展過程及發展程度，結合經驗生成故障處理建議方案。這一功能的底層邏輯是人工智能技術與模糊理論，采用模糊邏輯系統與故障特征進行對比分析，從而準確做出判斷，排除故障點。若技術人員難以直接確定故障點，可采用模糊系統編輯故障修復程序，明確故障結構特征，對現場綜合情況進行分析，掌握故障成因、設備受損情況，采取有效的修復方案。

2.3 通過3D智能實現機械自動設計

3D技術在自動化系統中不僅能夠全方位展示生產線的運行過程，深入剖析并可視化呈現各個環節設備的運行狀態，還能夠將產品生產進度與自身狀態以可視化的形式呈現出來；可以利用三維展示能力，輔助設計人員完成產品設計。運用3D技術手段可以提升產品設計美觀度，通過3D模擬設計及時發現產品生產制造過程中可能存在的問題，全面排查產品生產流程，不斷提升產品品質。3D技術可以根據需求調節產品顏色與荷載能力，分析不同機械產品的性能需求，進一步提升產品實用性。

3 機械自動化在機械制造中的應用

3.1 基于機械自動化的綜合生產模式

在機械制造中應用機械自動化技術，應充分發揮其多種功能，靈活利用各類先進技術，構建具有綜合控制能力的生產模式，進一步發揮其在機械生產制造中的實際價值。機械自動化系統是多種技術融合的集成系統，數據建模能夠協調各種技術，將不同的生產環節聯系起來，通過交換各環節信息，保證各環節之間相對獨立的運行，如果某環節發生故障，其他環節能夠啟動應急機制，單獨運行或緊急制停，避免故障擴大。機械制造過程中，應根據企業產品生產需求或制作生產線特征，優化設計，根據實際生產進度要求設定系統中的單位運行周期與運行階段時間節點。可利用機械自動化綜合生產模式，對生產過程中需要的數據進行重點細化，對產品進行二次開發，促使自動化系統各操作環節與實際生產制造環節一一對應，保證機械制造產品質量[5]。

3.2 基于機械自動化的生產智能系統

應重視機械自動化中的智能系統，利用自動化技術完成機械生產制造。智能系統可以滿足生產制造各個環節的作業需求，靈活控制每道生產工序，保證各工序的生產范圍與材料相匹配；智能系統能夠對生產設備運行中產生的數據信息進行分析，發現機械制造生產中的潛在故障隱患，提出解決措施。通過調整各環節設備的運行參數，適當改變生產狀態，從而解決潛在隱患，保證機械制造的生產安全與可靠。

3.3 基于機械自動化的數控機制

數控機制是基于數字控制技術的機械自動化系統功能，在機械制造、產品生產中起到了重要作用。數控機制包括數控中心、計算機設備、生產加工技術等，能夠實現產品的機械化、自動化生產，提高機械制造生產效率。數控機制運行過程中，若發現生產線某環節存在嚴重的故障問題，可根據發出的指令啟動急?？刂?，既能夠令生產設備停止運轉，也能夠對機器進行控制，在最大程度上保證生產設備的安全，降低設備緊急制停中的損壞率。安全防護門是數控機制的重要組成，在緊急制停啟動之后會關閉車間防護門，直到急停裝置完全啟動且將生產設備停下來之后，才會重新開啟安全防護門，讓工作人員進入車間檢查故障設備。

機械自動化系統應用中，信息技術與數據技術能夠對數據進行分析、管理與審核，根據數據動態變化分析設備運行規律，及時判斷設備運行狀態，在設定范圍之內調整參數，發出狀態調整指令，實現動態控制。這種柔性控制機制能夠大大提升機械制造生產線的靈活性，提升機械制造生產水平。

4 結語

以自動化技術為基礎，設計了綜合生產模式與智能化系統，實現了機械制造發展的智能化。應用機械自動化技術是進一步促進機械制造業發展的有力手段。機械制造生產過程較為復雜，涉及較多的生產設備，運用自動化技術能夠進一步實現機械制造設備的數控運行，使其具備自我診斷功能，及時發現生產線運行異常問題，加強故障預防與處理。