关于机械制造自动化技术的思考

庞金龙

摘要：本文作者对机械制造自动化技术进行了分析探讨，提出了自己的见解，供同行参考。

关键词：机械制造；自动化技术；思考

机械制造自动化是指在机械制造过程的所有环节中采用自动化技术，以实现机械制造全过程的自动化。随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，自动化已扩展为用机器（包括计算机）代替人的体力劳动和脑力劳动，自动地完成特定的作业。一个零部件（或产品）的制造包括着若干个工艺过程，如果不仅每个工艺过程都自动化了，而且它们之间是自动的有机联系在一起，也就是说从原材料到最终成品的全过程都不需要人工干预，这时就形成了制造过程的自动化。

机械制造自动化技术主要包括：包括上下料、装夹、换刀、加工、零件校验等环节的机械加工自动化技术；包括工件、刀具、其它物料的储运的物料储运自动化技术；包括零部件供应、装配过程等的装配自动化技术；包括零件检测、产品检测、刀具检测等的质量控制自动化技术。

在工业生产中，機械自动化的作用很大：⑴采用自动化技术后可以大幅度缩短产品制造过程中的辅助时间，有效缩短了生产周期，从而使生产率得以提高。⑵由于广泛采用各种高精度的加工设备和自动检测设备，减少了工人情绪波动的，提高了产品质量。⑶采用自动化技术后可减少占地面积，减少直接生产工人的数量，减少废品率等，提高经济效益。⑷采用现代制造技术使得变更制造对象更容易，适应的范围也较宽，十分有利于产品的更新。⑸体现一个国家的科技水平，可以带动自动检测技术、自动化控制技术、产品设计与制造技术，系统工程技术等相关技术的发展。

1 自动化机械制造规模

按规模大小FMS可分为如下4类

1.1 自动化制造单元

FMC：的问世并在生产中使用约比FMS晚6～8年，它是由1～2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，具有设置应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展和一种产物，其特点是实{目单机自动化化及自动化，迄今已进入普及应用阶段。

1.2 自动化制造系统

通常包括4台或更多台全自动数控机床及人工中心与车削中心等），由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。

1.3 自动化制造线

它是处于单一或少品种大批量非自动化自动线与中小批量多品种f：MS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床，亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统自动化的要求低于FMS，但生产率更高。

1.4 自动化制造工厂

FMt是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使计算机集成制造系统（C1MS）投入实际，实现生产系统自动化化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统IMS）为代表，其特点是实现工厂自动化化及自动化。

2 自动化关键技术

2.1 计算机辅助设计

未来CAD技术发展将会引入专家系统，使之具有智能化，可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术，该项新技术是直接利用CAD数据，通过计算机控制的激光扫描系统，将三维数字模型分成若干层二维片状图形，并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描，被扫描到的液面则变成固化塑料，如此循环操作，逐层扫描成形，并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起，仅需确定数据，数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。

2.2 模糊控制技术

模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能，可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整，使系统性能大为改善，其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更起人们极大的关注。

2.3 工智能、专家系统及智能传感器技术

迄今，FMS中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理，求解各类问题（如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等）。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合，因而专家系统为FMS的诸方面工作增强了自动化。展望未来，以知识密集为特征，以知识处理为手段的人工智能（包括专家系统）技术必将在FMS（尤其智能型）中关键性的作用。人工智能在未来FMS中将发挥日趋重要的作用。目前用于FMS中的各种技术，预计最有发展前途的仍是人工智能。预计到21世纪初，人工智能在FMS中的应用规模将要比目前大4倍。智能制造技术fIMT旨在将人工智能融入制造过程的各个环节，借助模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程，系统能自动监测其运行状态，在受到外界或内部激励时能自动调节其参数，以达到最佳工作状态，具备自组织能力。

2.4 人工神经网络技术

人工神经网络fANN）是模拟智能生物的神经网络对信息进行并行处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域，神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统，成为现代自支化系统中的一个组成部分。

3 启动控制技术发展趋势

自二战结束以来，世界各发达国家逐渐重视设计理论和设计方法的研究，先后产生了许多新概念、新思想、新理论和新技术。从设计方法来看，国内外先后提出了并行设计、虚拟设计、协同设计，相似性设计、智能设计等新概念；从设计准则来看，出现了优化设计、可靠性设计、有限元等概念，从设计的手段来看，出现了计算机辅助设计，不仅普及了二维设计 CAD 软件，而且功能全面的三维造型软件也进入了实用阶段。

3.1 FMC将成为发展和应用的热门技术

这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近，更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。近年来，计算机网络技术、 Web 技术和数据库技术的出现和飞速发展，给现代机械设计注入了新的生机和活力，机械设计逐渐向数字化、网络化方向发展。基于 Web 的远程设计正是在这种条件下产生的。它的出现，使得各制造企业可以充分利用 Internet 和 Web 的国际互联性和资源共享性，组建企业间的动态联盟或虚拟设计小组，通过组合分散在各个地域企业的技术优势，发挥各个企业的局部特长，同时不同专业的技术人员可以不受地域的限制，在一个统一且易于访问的平台下进行异地的合作与设计，实现信息的交流和共享，进而快速开发出所需产品，提高产品设计的一次成功率。

3.2 朝多功能方向发展

由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。FMS是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势，是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。日本从1991年开始实施的“智能制造系统”frms）国际性开发项目，属于第二代FMS：完善的第二代FMS正在不断实现。智能化机械与人之间相互融合、自动化地全面协调从接受订单货至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。

进入新世纪，FMS获得迅猛发展，几乎成生产自动化之热点。一方面是由于单项技术如NC加工中心、工业机器人、CAD/CAM、资源管理及高度技术等的发展，提供了可供集成一个整体系统的技术基础：另一方面，世界市场发生了重大变化，由过去传统、相对稳定的市场，发展为动态多变的市场，为了从市场中求生存、求发展，提高企业对市场需求的应变能力，人们开始探索新的生产方法和经营模式。

参考文献：

[1] 葛畅.浅析自动化技术在机械制造中的应用[J].科技致富向导，2012，（12）.

[2] 马志强.自动化技术在机械制造中的应用探讨[J].黑龙江科技信息，2013，（05）.