機械自動化技術(shù)發(fā)展趨勢的分析1

1、摘 要計算機技術(shù)的發(fā)展，給現(xiàn)代制造技術(shù)帶來了質(zhì)的飛躍，當(dāng)前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過程的、具有閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計算機智能技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。隨著社會的不斷發(fā)展,制造技術(shù)是發(fā)展制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù),是創(chuàng)造財富和為科學(xué)技術(shù)發(fā)展提供現(xiàn)金手段的基礎(chǔ)。本文結(jié)合我國機械的現(xiàn)狀，提出了我國機械行業(yè)目前所面臨的主要問題，并分別從機械產(chǎn)品自身發(fā)展及行業(yè)出發(fā)，指出了未來工程機械行業(yè)的發(fā)展趨勢，并根據(jù)我國行業(yè)自身發(fā)展特點，提出了

2、相應(yīng)的發(fā)展和改進(jìn)措施，為機械自動化行業(yè)發(fā)展提供了一定的理論看法同時對機械自動化的產(chǎn)生及在我國的現(xiàn)狀做了概述，在此基礎(chǔ)上探索了我國機械自動化的發(fā)展之路。關(guān)鍵詞機械制造自動化智能化技術(shù) 發(fā)展趨勢目錄機械自動化技術(shù)發(fā)展趨勢的分析2一、引言2二、機械制造自動化的內(nèi)涵3三、機械自動化在我國的特點及作用4四、現(xiàn)代機械制造技術(shù)51自動化技術(shù)發(fā)展趨勢52性能發(fā)展方向52.1高速高精度高效化。52.1.2柔性化52.1.3工藝復(fù)合性和多軸化。52.1.4實時智能化。52.2功能發(fā)展方向62.2.1用戶界面圖形化。62.2.2科學(xué)計算可視化。62.2.4插補和補償方式多樣化。62.2.5內(nèi)裝高性能PLC。62.2

3、.6多媒體技術(shù)應(yīng)用。72.3體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展72.3.1集成化。72.3.2模塊化72.3.3網(wǎng)絡(luò)化72.4.1環(huán)保方向的發(fā)展73我國機械自動化發(fā)展之路探索83.1結(jié)合生產(chǎn)實際發(fā)展機械自動化技術(shù)83.2發(fā)展投資少、見效快的低成本自動化技術(shù)83.3注重配套發(fā)展機械自動化技術(shù)8五、結(jié)論10機械自動化技術(shù)發(fā)展趨勢的分析一、引言機械自動化主要指在機械制造業(yè)中應(yīng)用自動化技術(shù),實現(xiàn)加工對象的連續(xù)自動生產(chǎn)，實現(xiàn)優(yōu)化有效的自動生產(chǎn)過程,加快生產(chǎn)投入物的加工變換和流動速度。機械自動化是當(dāng)代先進(jìn)機械制造業(yè)技術(shù)的重要組成部分，它是當(dāng)前機械制造領(lǐng)域中涉及面比較廣、研究比較活躍的技術(shù)，已經(jīng)成為機械自造行業(yè)獲取優(yōu)勢市場競爭

4、力的重要手段之一。近些年來，我國非常重視機械制造業(yè)自動化技術(shù)的研究，并加大力度在實踐中推廣和使用科學(xué)界新時期機械制造自動化的內(nèi)涵，并在此基礎(chǔ)上提出我國機械自造自動化的發(fā)展趨勢無疑會對機械制造自動化的未來發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。機械自動化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展,是機械制造業(yè)技術(shù)改造、技術(shù)進(jìn)步的主要手段和技術(shù)發(fā)展的主要方向。機械自動化的技術(shù)水準(zhǔn)，不僅影響整個機械制造業(yè)的發(fā)展，而且對國民經(jīng)濟各部門的技術(shù)進(jìn)步有很大的直接影響。如何發(fā)展我國的機械自動化技術(shù)，應(yīng)實事求是，一切從我國的具體國情出發(fā)，做好各項基礎(chǔ)工作,走中國的機械自動化技術(shù)發(fā)展之路。二、機械制造自動化的內(nèi)涵目前，我們所談的“自動化”一詞已經(jīng)從自動控

5、制、自動調(diào)節(jié)、自動補償、自動識別等發(fā)展到自我學(xué)習(xí)、自我組織、自我維護和自我修復(fù)等更高程度的自動化。自動化技術(shù)在機械制造業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，使得機械制造自動化的內(nèi)涵又有了新的發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一、從形式方面來講，機械制造自動化主要表現(xiàn)在代替人的體力勞動，繁重的體力勞動不再有人去付出，二是通過自動化的機械去完成；采用智能技術(shù)實行自動化處理，可以根據(jù)指令或者模擬人工智能等來完成簡單的自行操作和處理，工作人員、機械以及自動化儀器之間成為一個系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)的運作和控制，并不斷地得以優(yōu)化。第二、從涉及面來講，機械制造自動化技術(shù)不但涉及到具體加工制造過程，還涉及到產(chǎn)品的整個生命周期。機

6、械制造自動化技術(shù)貫穿于整個機械制造過程的始終，能夠最大限度地降低人力、物力和財力的消耗，并能最大限度地提高生產(chǎn)效率，能夠為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益。第三、從功能方面講，機械制造自動化不僅僅表現(xiàn)在代替人的體力勞動和腦力勞動，此外，機械制造自動化技術(shù)還表現(xiàn)出諸多的優(yōu)點：第一，機械制造自動化技術(shù)能夠極大地提高生產(chǎn)效率，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，為產(chǎn)品搶占市場提供了時間保證；第二，機械制造自動化技術(shù)能夠確保產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)和規(guī)格統(tǒng)一，符合現(xiàn)代社會標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模式，具有良好的發(fā)展前景；第三，機械制造自動化技術(shù)能夠提高生產(chǎn)效率，減少勞動力的消耗和使用，從而幫助企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益；第四，機械制造自動化技術(shù)

7、采用的是標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，能夠減少和降低生產(chǎn)過程中由于人的不確定性因數(shù)所導(dǎo)致的原料消耗，減少廢棄物的產(chǎn)生，有利于國家倡導(dǎo)節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)。三、機械自動化在我國的特點及作用機械自動化的特點很多：第一機械自動化是面向21世紀(jì)的技術(shù),是具有明確的范疇的新的技術(shù)領(lǐng)域；第二機械自動化技術(shù)是面向工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)，可以提高制造業(yè)的綜合經(jīng)濟效益和社會效益；第三機械自動化技術(shù)是面向全球競爭的技術(shù)，同時是駕馭生產(chǎn)過程的系統(tǒng)工程,是市場競爭核心時間、質(zhì)量和成本三要素的統(tǒng)一。在工業(yè)生產(chǎn)中，機械自動化的作用很大：第一機械自動化的應(yīng)用，可以提高生產(chǎn)過程的安全性；第二機械自動化可以提高生產(chǎn)效率；第三機械自動化可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量；

8、第四機械自動化可以減少生產(chǎn)過程的原材料和能源損耗。很多方面機械自動化的特點與作用相輔相成，在工業(yè)中起到很大的作用,并且我國處于機械自動化的初期，需要循序漸進(jìn)，不斷努力，創(chuàng)造條件，向自動化的高級理想階段邁進(jìn)。四、現(xiàn)代機械制造技術(shù)1自動化技術(shù)發(fā)展趨勢在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當(dāng)前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智

9、能化基礎(chǔ)上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CADCAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體。機床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。2性能發(fā)展方向2.1高速高精度高效化。速度、精度和效率是機械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。2.1.2柔性化包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)

10、計，功能覆蓋面大?？刹眉粜詮姡阌跐M足不同用戶的需求；群拉系統(tǒng)的柔性。同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。2.1.3工藝復(fù)合性和多軸化。以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。2.1.4實時智能化。早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)

11、和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應(yīng)的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展。由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。2.1.5 未來的機械自動化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機械自動化的人格化有兩層含義。一層是機械自動化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機械自動化的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化，另一層是模仿生物機理、研制各種機械自動化產(chǎn)品，事實上，許多機械自動化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。2.2功能發(fā)展方向2.2.1用戶界面圖形化。用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)

12、用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前htcrnct、虛擬現(xiàn)實、科學(xué)計算可視化及多媒體等技術(shù)，也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用。人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。2.2.2科學(xué)計算可視化?？茖W(xué)計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，對機械制造企業(yè)來說，包括圖形、數(shù)據(jù)、知識和技能等各種信息都是以數(shù)字的形式通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在企業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)快速傳遞，并在虛擬傳遞、數(shù)據(jù)庫，多媒體以

13、及還原程序等數(shù)字化技術(shù)的支持下，對產(chǎn)品信息、工藝流程和資源信息進(jìn)行科學(xué)的分析、綜合與處理，實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計工作，產(chǎn)品功能、生產(chǎn)活動以及銷售活動等進(jìn)行仿真，為機械制造企業(yè)提供全面的、快速的信息支持，便于機械制造企業(yè)根據(jù)市場的變化以及自身所遇到的各種問題作出及時的調(diào)整。2.2.4插補和補償方式多樣化。多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標(biāo)插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關(guān)的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計

14、算的刀具半徑補償?shù)取?2.2.5內(nèi)裝高性能PLC。數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圈或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能，編程工具中包含用于車床、銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序?qū)崪y，用戶可在標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。2.2.6多媒體技術(shù)應(yīng)用。多媒體技術(shù)集計算機、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域。應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價值。 2.3體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 2.3.1集成化。采用高度集成化

15、CPU，RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度，應(yīng)用LED平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點?？蓪崿F(xiàn)超大尺寸顯示。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，掘高系統(tǒng)的可靠性。2.3.2模塊化硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服，PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通

16、過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。2.3.3網(wǎng)絡(luò)化機床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作，通過機床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其它機床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運行。不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。2.4.1環(huán)保方向的發(fā)展自從第二次工業(yè)革命以來，人類社會經(jīng)濟發(fā)展步入了快速發(fā)展時期。特別是從20世紀(jì)60年代以來，世界上大多數(shù)國家都實現(xiàn)了經(jīng)濟的快速增長。但是，人類在享受經(jīng)濟增長所帶來的優(yōu)越生活條件的同時，也面臨著資源消耗和環(huán)境污染等重大社會問題。人類社會已經(jīng)意識到不可再生性資源的寶貴性和環(huán)境對人類的巨大影響，“廢水、廢氣、廢渣”等“三廢”已經(jīng)給環(huán)境帶來了巨大的污染

17、，表現(xiàn)在全球氣候變暖、水資源污染、各種自然災(zāi)害頻發(fā)等現(xiàn)象。機械制造自動化水平的提高能夠減少資源的消耗、降低“三廢”的排放，從而實現(xiàn)“節(jié)能減排的目標(biāo)”。因此說，機械制造自動化朝著環(huán)保方向發(fā)展是必然的趨勢。3我國機械自動化發(fā)展之路探索3.1結(jié)合生產(chǎn)實際發(fā)展機械自動化技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)的全部真諦在于應(yīng)用。發(fā)展機械自動化技術(shù)，應(yīng)以企業(yè)的生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的實際需要及具體條件為導(dǎo)向。只有對合適的產(chǎn)品采用與之相適應(yīng)的自動化方式進(jìn)行生產(chǎn)，才能收到良好的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會經(jīng)濟效益。我國發(fā)展機械自動化技術(shù)，應(yīng)結(jié)合實際，注重實用，即對國民經(jīng)濟產(chǎn)生實際效益。那種盲目搞自動化、搞自動線的做法，全年生產(chǎn)任務(wù)只需12個月就完成

18、的低負(fù)荷率生產(chǎn)也要搞的傾向應(yīng)當(dāng)糾正，對國民經(jīng)濟不產(chǎn)生顯著促進(jìn)、效率低下的要緩搞。我們要的是效益，而不單純是速度。國產(chǎn)造型生產(chǎn)線因產(chǎn)品質(zhì)量差、可靠性低、實用性差，開工率一般僅在5060。而能在生產(chǎn)中長期服役的主力生產(chǎn)線很少，像第一汽車制造廠的01線、第二汽車制造廠的BMD線等具有全年開工業(yè)績的線更是鳳毛麟角。這種現(xiàn)象不屬偶然或局部，而是帶有普遍性。據(jù)調(diào)查，我國引進(jìn)的弧焊機器人，完全正常運轉(zhuǎn)、充分發(fā)揮效益的只占1/3；另外1/3處于負(fù)荷不滿或不能完全正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)；還有1/3不能正常使用，直接影響了用戶使用更多機器人的信心。3.2發(fā)展投資少、見效快的低成本自動化技術(shù) 發(fā)展低成本自動化技術(shù)，潛力大，前

19、景廣，投資省，見效快，提高自動化程度，可以收到事半功倍的經(jīng)濟效果，適合我國現(xiàn)階段的發(fā)展需要和國情。美國麻省理工學(xué)院提出的精節(jié)生產(chǎn)LP模式，就是以最小的投入，取得最大的產(chǎn)出的具體表現(xiàn)。日本豐田公司采用適時生產(chǎn)JIT、全面質(zhì)量管理TQC和成組技術(shù)GT、彈性作業(yè)人數(shù)和尊重人性為支柱的精節(jié)生產(chǎn)方式，使自動化程度不高的工廠取得了良好的效益。芬蘭NOKOA Data機工廠的組裝車間內(nèi)擁有一條能制造286、386和486微機的靈活生產(chǎn)線，它并不完全由自動化設(shè)備組成，中間穿插著借助計算機指導(dǎo)的人工參與，將高新技術(shù)與原有工藝基礎(chǔ)巧妙靈活地結(jié)合在一起，從而使這種生產(chǎn)線的造價較低，同時卻具有柔性制造系統(tǒng)的性能。實際

20、上精節(jié)生產(chǎn)本身就意味著從國情和企業(yè)實際情況出發(fā)，借鑒國外發(fā)展機械制造業(yè)低成本自動化技術(shù)的經(jīng)驗是有益的。我國機械制造業(yè)各企業(yè)有大量的通用設(shè)備，在發(fā)展現(xiàn)代機械自動化技術(shù)時，若以原有的設(shè)備為主，合理調(diào)整機床布局，添加少量的數(shù)控設(shè)備，引入CADCAM技術(shù)，就能充分發(fā)揮計算機自動化管理的優(yōu)勢和人的創(chuàng)造性，共同構(gòu)成一個以人為中心、以信息自動化為先導(dǎo)、樹立自主的單元化生產(chǎn)系統(tǒng)，為我國機械制造業(yè)自動化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用提供了一條投資少、見效快、效益高、符合我國國情的機械自動化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。 3.3注重配套發(fā)展機械自動化技術(shù) 現(xiàn)代自動化技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用就是在控制理論的指導(dǎo)下，對生產(chǎn)的物流和人的作用進(jìn)行綜合的研究，涉及到機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制理論和計算機技術(shù)等。發(fā)展機械自動化技術(shù)，必須主要地關(guān)注電子學(xué)、電子計算機技術(shù)、零件檢測和機床裝料自動化，廣泛采用程序數(shù)控機床，以及研制高效的和可靠的自動化生產(chǎn)線、計算機應(yīng)用于生產(chǎn)的信息系統(tǒng)和自動化控制系統(tǒng)等。發(fā)展應(yīng)用機械自動化技術(shù)，要扎扎實實地抓好自動化技術(shù)應(yīng)用項目的基礎(chǔ)工作和從實際出發(fā)的推廣應(yīng)用工作，既要發(fā)展主機，也要配套發(fā)