自动化技术在汽车机械制造中的应用分析

王雅明 袁国伦

摘要：本文对国内外汽车制造行业中自动化技术的应用现状进行分析，系统阐述了目前自动化技術在汽车机械制造中的研究难点与发展重点，提出未来我国汽车机械制造行业自动化技术应该向多元化、智能化及标准化方向发展，研究结果对于汽车机械制造行业自动化及智能化的提高具有一定的理论意义与技术支撑。

Abstract： This paper analyzes the application status of automation technology in the automobile manufacturing industry at home and abroad， systematically expounds the current research difficulties and development priorities of automation technology in automobile machinery manufacturing， and proposes that the future automation technology of my country's automobile machinery manufacturing industry should be diversified， The direction of intelligence and standardization is developing， and the research results have certain theoretical significance and technical support for the improvement of automation and intelligence in the automotive machinery manufacturing industry.

关键词：自动化;多元化;机械制造;发展趋势;智能化

Key words： automation;diversification;machinery manufacturing;development trend;intelligence

中图分类号：U46                                          文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）05-0223-03

0  引言

自动化技术（Automation technology）是一门集计算机技术、人工智能技术、电子信息技术、系统工程技术、机械技术、液压技术及相关控制理论等为一体的综合技术，可以改变传统工业制造生产技术中需要大量人力投入的生产现状。自动化技术可以减轻劳动强度，应用信息技术与计算机技术，通过相关技术人员提前进行程序编辑，在机械制造中可以按照人的意愿进行信息处理与操控决策。目前，自动化技术已经应用到各个行业与各项制造生产行业中，在军事、医疗、农业、交通等相关行业得到了广泛应用于发展，将相关劳动人员从繁重、沉闷及枯燥的生产劳动中解放出来。自动化技术的发展情况也被认定为各个行业发展现代化的重要标志。

汽车制造生产是一项多元化综合生产技术，汽车制造需要多种机械零部件产品，通过各种加工方式合作完成。随着目前社会发展对汽车需求不断提升，汽车工业也在不断壮大。通过2020年研究表明，我国汽车销售量占世界市场的销售总量的一半以上，随着生产数量的激增，我国逐步发展汽车制造自动化流水线工作，实现汽车机械制造零部件的标准化与模块生产应用。因此，逐步提高并且普及汽车制机械制造的自动化水平，是提高我国汽车制造行业先进性的重要标志。

1  汽车机械制造自动化技术发展意义

1.1 提高生产效率

汽车机械制造是一项繁琐的流水线工作，主要包括汽车制造行业零部件的生产、各项零部件的加工技术及最后的装配加工技术。自动化技术可以代替相应的人工进行机械制造与操作，按照预定的技术操作规程进行自动操控，减少人力投入，极大地改善了传统落后的生产现象。目前我国已经将自动化生产技术进行集成化发展，逐步形成了自动化生产平台，实现汽车制造流水线工作，提升工作效率，实现汽车生产集成化、标准化与自动化发展。我国最早在2003年，在上海通用汽车公司建立自动化生产车间，实现一种车型一套自动化流水线生产，可以同时进行8台汽车的制造，初次投入生产下，自动化程度可以达到60%，后续相关零部件的焊接与装配及汽车质量的检查仍需要人工进行。随着技术的不断发展与自动化技术的提高，自动化生产平台的生产效率及生产精度得到了大幅度提高。目前在汽车机械制造行业中的控制系统、电子信息系统、软件系统等得到了长足的发展。在控制系统中，主要将自动化控制技术应用到ECU控制系统（图1），可以实现模糊控制、动态控制与规划及一些复杂的控制技术。在电子信息控制技术中，主要是进行相对应的硬件系统的设计与开发，例如汽车控制系统中的CAN总线设计;在汽车自动化制造中，软件控制系统是控制核心，主要是针对软件系统进行程序设定与底层开发等。

目前我国汽车制造行业已经基本实现自动化平台进行流水线工作，目前正在此基础上向智能化制造体系发展（图2）。我国工业4.0是汽车制造行业的重要生产环节与目标，我国应该将各项智能化生产技术应用到汽车制造行业中，提升工作效率与行业发展。目前，在自动化控制的基础上，结合计算机技术与人工智能技术，研制一种智能汽车，对驾驶环境与驾驶路段进行决策规划，实现自动路径调整与规划，可以为驾驶者提供良好的人机交互界面，保障驾驶的舒适性与安全性，目前国内外已经将智能汽车的研究作为汽车制造行业发展的重要研究方向，在欧盟及美国等地区已经基本实现智能汽车驾驶，在日本，目前已经开设相关路段专门用于智能汽车的行驶。目前我国已经完成智能汽车的基本研制，主要结构如表1所示。

1.2 满足安全与稳定要求

1.2.1 可以实现数据传输的精度与响应程度：自动控制技术可以利用各类传感器实现对不同系统的实时监测与信息传输，方便各个控制系统之间的信息交互，保障系统全面稳定运行。实现信息存储与传输，形成系信息集中控制系统（Smart Distributed System），并且可以实现双向通信，通过对接收的信息来决策，并实现各项操控技术，还可以实时进行自我检查、校对与系统诊断等功能。与传统的人工制造相比，传感器对于各项数据的传输速度、响应程度及灵敏性高于人工，可以大幅度提高工作效率与工作精度。

1.2.2 增强安全性能，消除危险隐患

在汽车机械制造中，在进行零部件制造与加工时，许多工艺操作会存在一定的安全隐患，一些加工技术，如喷漆等化学产品还会对人体健康造成一定的威胁。因此，在一些零部件加工时，利用自动化控制技术，如机械爪等代替人工进行操作，可以提高工业生产中的安全性能，消除一些安全隐患对工作人员造成的威胁。

2  自动化技术在汽车机械制造中的应用分析

2.1 集成自动化技术应用分析

集成自动化技术是汽车制造生产中的管理核心，主要是應用管理控制理论、电子信息、仪器仪表及其它技术实现对汽车制造中的相关检测、控制与优化调度，主要分为逻辑控制、分散控制和计算机控制。对系统进行性能检测与调试运行，在汽车机械制造中应用集成自动化技术可以实现系统之间的连续控制、集中管理与统一通信，增强汽车制造中整体的协调性与精度，为汽车的安全运行与性能提高提供技术基础。

2.2 机械组装自动化技术应用分析

汽车装配技术是充分发挥各个零部件的协调性的重要作业环节，是保障汽车各个零部件正常运行的技术基础。机械装配精度对于后期汽车维修、保养、工作性能及使用寿命至关重要，至汽车制造的维修保养的重要条件，是决定汽车质量的主要工艺技术。采用自动装配技术可以提高装配的完整性、精度及统一性。

2.3 检测自动化技术应用分析

汽车机械制造中自动化检测技术是车辆安全性能检测的最后作业环节，是保障汽车可以正常运行的基础，也是后期汽车保养与维修的主要工作内容。目前，采用自动检测设备，可以在技术人员专业知识受到局限时，全面地对汽车进行检查，及时发现汽车整体存在的安全隐患，在汽车检测与维修时都可以进行全面的检查与分析判断。

3  汽车机械制造中自动化技术的发展难点

3.1 重型汽车自动化技术的发展

目前随着汽车自动化控制技术的逐步发展与深入研究，目前汽车机械制造自动化技术主要集中在小型驾驶汽车，关于重型汽车自动化技术的研究较为匮乏。重型汽车的驾驶人员有更多的注意事项与基本操作，重型汽车在驾驶过程中会出现一定的道路监控盲区，应该增强针对重型汽车自动化技术关于交通路况监测、与乘客的互动响应机制及相应的停车服务功能进行深入研究。重型汽车在军事及商业生产中应用广泛，2019年起，欧盟委员会推出的“COMPANION项目”开始对重型汽车的机械制造自动化技术进行深入研究。美国加州大学伯克利分校也开始对重型汽车进行自动化的研究，目前已经成功应用一项“汽车驾驶座位自动调整技术”，除此之外，在巴士、卡车和除雪设备中，关于汽车自动化主题的大多数发表的人为因素研究大多局限于调查、焦点小组、驾驶模拟研究、由于目前的汽车自动化技术，特别是重型汽车自动化技术还未进入深入研究与高精度测试。未来应该发展重型汽车在排队服务、道路监控及车道辅助等方面的自动化研究，充分考虑驾驶人员与汽车驾驶界面的友好交互。

3.2 自动驾驶技术的发展

自动驾驶系统（Autopilot system）可以将驾驶者从枯燥重复的驾驶过程中解放出来，由于目前自动驾驶技术中自动控制系统、定位技术、传感器技术及机器视觉技术技术还不成熟，在不同路况中行驶时，容易受到地形及田间环境的影响，与国外一些农业发达国家相比，我国在自动驾驶研发水平、生产效率、机械创新性较低及自动化控制技术较为落后。汽车机械制造自动化技术会影响人工智能技术在汽车制造生产中的应用，提高汽车机械制造自动化技术可以更好地与人工智能技术互相融合，在汽车制造生产中发挥1+1>2的功能。

4  自动化技术在汽车机械制造中的应用策略

4.1 加强自动化技术人才的培养

加强人才培养是提高综合国力的重要保障。任何行业的发展都离不开专业技术人员的支持，只要培养相应的技术人才才可以创造更高效、更先进的汽车制造生产技术。我们应该大力培养机械制造及其自动化技术综合类技术人才与复合型技术人员。例如，汽车机械自动化技术需要IT技术人员支持和维护自动化生产平台的过程操控与系统集成，为各项技术流程提供相对应的软件基础，整合流水线数据采集，可以保证在汽车机械制造中对各项生产过程进行信息采集与调控。另一方面，应该在企业内部调整工作奖励机制，进行相关综合考评，以此作为调薪调档的评判标准，提升竞争意识，最大的发挥人才生产能动性与主动性，积极开展人才培训工作，制定相关的计数培养课程，将各项先进技术引进企业，提高企业整体素质，实现未来企业良性发展。

4.2 提高自主研发能力

加大对传统汽车制造机械的研发力度，准确把握工业生产及自动化技术的先进形势，加大汽车制造机械基础零部件研究，提高自主研发能力，目前关于汽车制造机械整体配合性与机具使用效率的研究较为匮乏。因此，我们应该对汽车制造机械工艺技术进行同步深入研究，在增强机械耐磨程度、提高机械工作性能、保证良好工作结构的同时，实现机械使用寿命的延长等方面具有重要意义。在汽车制造生产中，加快技术创新与改革，提高生产力与机械化进展的速度，力求达到一个更加理想的自动化普及水平。

4.3 机械控制智能化发展

随着科学技术的不断进步，如计算机技术、传感器技术、人工智能技术等的快速发展，汽车机械制造生产中应该与智能化科技相结合，对目前传统汽车机械进行升级，在实现自动化控制的基础上，逐步向智能化方向发展，在提高汽车机械制造基础性能的同时，加强智能控制系统的设计与传感器的应用，提高汽车机械制造智能化水平，加快汽车制造行业的快速发展，为今后实现无人驾驶及自动导航技术提供一定的技术基础。

4.4 加快计算机视觉技术的研究

我国关于机器视觉技术起步晚，发展较为缓慢，由于相关技术不够成熟，所以在各个行业的实际应用中相对较为落后，仍处于试验阶段，目前主要集中在电子、半导体、汽车行业及交通中应用较为广泛，在汽车制造生产中应用属于初级阶段。机器视觉技术是目前人工智能技术的核心，也是目前无人驾驶技术及自动导航技术的重要技术基础。其特点主要是通过图像传感器对周边环境进行识别，并将图像信号转换为数字信号，从而做出智能决策，属于人工智能发展的一个重要节点。计算机视觉技术多多种技术的交互融入及各个学科的深度融合，主要是传感器技术、机械制造技术、人工智能技术3大部分。传感器技术是汽车自动导航技术的核心技术，是连接机械制造与人工智能技术连接的“桥梁”，只有提高传感器的精度，才可以更好地将采集的信息及时高效的反馈给信息处理系统;机械制造技术是决定汽车制造行业优劣评判指标;人工智能技术是及时作出信息判定及决策的中心。目前我国传感器主要是引进国外相对较为成熟的各类传感器，缺乏自主研发能力，目前国外与国内的核心技术差别较大，因此配合使用效果较差。因此应该逐步建立相关核心技术的发展与相关零部件的配套使用体系，积极探索较为成熟的配套使用系统，为汽车机械制造行业中无人驾驶及自动导航技术的发展提供一个健全的技术体系。因此，大力发展和完善视觉技术是未来汽车制造行业乃至整个生产制造行业的重点。

5  结语

通过对目前机械自动化技术在汽车制造生產中的应用进行分析，系统阐明了我国汽车机械自动化技术的发展瓶颈的研究难点。针对我国目前汽车行业的发展现状，提出：①未来我国汽车制造行业应该逐步向智能化方向发展，加强对相关人工智能技术、传感器技术及机器视觉技术的研究，为无人驾驶技术及自动导航技术提供技术基础与保障。②应该加强相关汽车制造行业复合型人才的培养，大力提高汽车机械自动化技术的创新性与自主研发性。③引导相关汽车制造企业对相关汽车制造行情的变化并及时制出相关的政策与计划，提高汽车的生产效率与市场竞争力，根据市场需求及时调整生产重点与产品升级，在保证汽车制造行业稳步生产时，及时调整发展重点，适应外界瞬息万变的市场导向，提高我国汽车制造行业的市场竞争力。研究结果对于提高我国汽车制造行业中机械自动化及未来发展方向提供理论基础与技术参考。

参考文献：

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