吳曉明(廣西防城港廣播電視大學(xué)，廣西防城港538001)

對機械制造與自動化研究的認識和體會*

吳曉明(廣西防城港廣播電視大學(xué)，廣西防城港538001)

機械制造工業(yè)的發(fā)展必須引起人們的高度重視，同時還應(yīng)注重機械制造技術(shù)的不斷革新。在引起人們重視的同時還應(yīng)該注重自身技術(shù)的革新。本文主要結(jié)合筆者多年從事機械制造業(yè)的經(jīng)驗，在機械制造工業(yè)中對機械制造與自動化的認識以及其發(fā)展趨勢談一點體會。

機械制造工業(yè);機械制造自動化;CAPP技術(shù)

機械制造所從事的是各類動力機械、農(nóng)業(yè)機械、冶金礦山機械以及紡織機械等機械設(shè)備生產(chǎn)的工業(yè)部門。機械制造自動化技術(shù)，是機械制造工業(yè)中不可或缺的技術(shù)，更是現(xiàn)代先進制造技術(shù)中一個重要的組成部分。該技術(shù)所涉及面廣闊，代替了人類的體力勞動，且輔助人類的腦力勞動，從而融入到實際生產(chǎn)制造過程和產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。如下，筆者對機械制造自動化的定義進行了闡釋，在此基礎(chǔ)上對機械制造自動化的具體應(yīng)用以及發(fā)展趨勢做深入地研究分析。

一、機械制造自動化的定義

機械制造自動化主要是集電子、機械、光學(xué)材料科學(xué)以及信息科學(xué)等新成就為一體的新型技術(shù)的綜合體。基于此，相應(yīng)的制造自動化的內(nèi)涵也發(fā)生新變化。機械制造“自動化”由自動控制、調(diào)節(jié)、補償以及自動辨識等逐步發(fā)展為自動學(xué)習(xí)、組織、維護以及自動自修復(fù)等高自動化水平，其特征也就更寬廣及更深刻。我們可以從如下兩個方面去闡釋機械制造自動化的定義至少包括以下兩點:首先功能方面。機械制造自動化的功能目標除了是代替人的腦力勞動及體力勞動之外，其還具有多方面的功能目標，具體為:(1)應(yīng)用機械制造自動化技術(shù)。促進生產(chǎn)率的提高。(2)應(yīng)用機械制造自動化技術(shù)，可最大程度上減少成本支出。(3)應(yīng)用機械制造自動化技術(shù)，可有效縮短制造產(chǎn)品的周期。(4)應(yīng)用機械制造自動化技術(shù)，可確保產(chǎn)品的質(zhì)量。(5)應(yīng)用機械制造自動化技術(shù)，能更好地提高市場服務(wù)的質(zhì)量。(6)應(yīng)用機械制造自動化技術(shù)，可促使資源得以充分利用，減少對環(huán)境的污染，實現(xiàn)現(xiàn)階段提倡的綠色制造。其次，在范圍這塊，機械制造自動化所涉及到的不僅僅是實際的生產(chǎn)制造過程，還涉及到成品的生命周期過程。

二、機械制造自動化的實際應(yīng)用分析

(一)信息流自動化

1．計算機輔助設(shè)計

主要包括(1)計算機輔助設(shè)計，即CAD，是利用計算機圖形設(shè)備來輔助機械設(shè)計人員展開機械設(shè)計的相關(guān)工作。(2)機械輔助制造，即CAM。在產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中，利用計算機技術(shù)中的數(shù)值控制技術(shù)來輔助產(chǎn)品制造。(3)計算機輔助工藝設(shè)計，即CAPP。是計算機輔助設(shè)計與輔助制造的聯(lián)系紐帶?？商岣吖に嚲幊绦?，進而促使工藝設(shè)計得到優(yōu)化，從而達到標準化。(4)計算機輔助產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理，主要是對產(chǎn)品生產(chǎn)全過程中所產(chǎn)生的全部數(shù)據(jù)、信息加以管理。

2．CAPP技術(shù)的功能及應(yīng)用

要使機械制造自動化技術(shù)充分發(fā)揮其真正作用，必須和計算機輔助工藝設(shè)計技術(shù)相結(jié)合。工藝設(shè)計過程是一個具有很強經(jīng)驗性并且影響因素較多的決策過程。以往的工藝設(shè)計已無法適應(yīng)現(xiàn)階段我國機械產(chǎn)品市場中小批量、多品種的發(fā)展要求。要發(fā)展現(xiàn)代制造技術(shù)。必須促使CAM及CAD系統(tǒng)不斷朝智能化和集成化方向發(fā)展。而要實現(xiàn)這些目標，CAPP技術(shù)必不可少。CAPP技術(shù)的基本功能主要有:(1)輸入設(shè)計的相關(guān)信息。(2)選取具體的工藝路線，確定工序內(nèi)容、選擇機床、道具以及夾具等。(3)明確切削量。(4)對工時及成本進行估算。(5)輸出具體的工藝文件。等等。

在機械制造工業(yè)中，CAPP技術(shù)徹底改變傳統(tǒng)的手工編制相關(guān)工藝文件的模式，其還有效提高編制工藝的效率，縮短生產(chǎn)時間，確保各項工藝規(guī)程的準確度，有效減少或避免一定的差錯，為達到工藝最優(yōu)化以及集成制造提供條件。對于計算機集成制造系統(tǒng)(簡稱CIMS)而言，其最關(guān)鍵之處在于系統(tǒng)集成，而集成化后的CAD/CAMS是CIMS中最核心的單元技術(shù)。在整個集成系統(tǒng)中，計算機輔助工藝設(shè)計可從計算機輔助設(shè)計模板之中直接獲取相關(guān)零件信息，例如幾何信息、工藝信息以及材料信息等，這樣就可取代以人機交互方式輸入零件信息。CAM需要用到的信息是由CAPP輸出的，因此需要在產(chǎn)品設(shè)計以及產(chǎn)品制造的過程中，實現(xiàn)信息提取、互換以及共享交流、處理的集成化?，F(xiàn)階段，隨著CIMS不斷得到深入研究及推廣，CAPP技術(shù)又是作為CIMS最為關(guān)鍵的技術(shù)，其受到更多的重視，其不再如CAD、CAM需要在人為的指導(dǎo)之下，借助圖紙對信息進行提取、互換以及處理等，有效避免了在這過程中可能會出現(xiàn)重復(fù)處理及中斷處理的現(xiàn)象，從而確保產(chǎn)品設(shè)計以及工藝設(shè)備效率及質(zhì)量。

(二)物流供輸自動化

在機械制造自動化系統(tǒng)中極為重要的一個部分為物流供輸系統(tǒng)，其可將機械制造中所需的各種原料及成品運輸至所需地點，該系統(tǒng)有單機自動裝置以及自動運輸系統(tǒng)等組成。

(三)裝配自動化

裝配自動化是將零配件按照相關(guān)技術(shù)要求，以搬運、組合以及調(diào)節(jié)、檢驗、試用等步驟，完成一個成品的組合。裝配在一定程度上確保了機械產(chǎn)品的質(zhì)量，且提高產(chǎn)品生產(chǎn)的效率及質(zhì)量，其是機械制造自動化技術(shù)的重要應(yīng)用。

(四)加工自動化

加工自動化可進行自動化的加工循環(huán)，并能自動地裝卸各種工件，其替代了人的體力勞動，有效減少在生產(chǎn)加工中出現(xiàn)的失誤，確保了產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量。

(五)檢測自動化

隨著我國現(xiàn)代化科技的不斷發(fā)展，由于在機械制造中，各類新型的材料及夾具、刀具、多樣化的加工設(shè)備等不斷被推廣使用，使得在檢測產(chǎn)品的過程中，出現(xiàn)各種困難，若是仍依靠傳統(tǒng)的人工檢測方法，是難以達到現(xiàn)代化發(fā)展需求的。因而，自動化檢測則被引入機械產(chǎn)品制造過程中，主要包括對時序、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及電流信號對夾具、刀具等磨損狀態(tài)的診斷識別，此外，還有多專家系統(tǒng)設(shè)備的智能診斷技術(shù)。

三、現(xiàn)階段我國機械制造自動化的發(fā)展現(xiàn)狀

1920年初，機械自動化在我國各行業(yè)得到較為快速的發(fā)展及應(yīng)用。尤其是近些年來，計算機日趨集中化，采用集成化的計算機制造系統(tǒng)，促進我國機械制造自動化的發(fā)展，但總體上看，我國仍處于初級自動化操作的階段，與國外發(fā)達國家相比，差距仍較大。首先，在管理上。和工業(yè)發(fā)達的國家相比，發(fā)達國家以廣發(fā)應(yīng)用計算機進行管理，且高度重視管理體制以及生產(chǎn)模式等方面的發(fā)展，逐步推出精益生產(chǎn)、準時生產(chǎn)等新型管理技術(shù)。我過卻仍有部分企業(yè)未采用計算機輔助管理。其次，在設(shè)計上。工業(yè)發(fā)達的國家不斷創(chuàng)新設(shè)計方法，已廣泛應(yīng)用CAD技術(shù)。部分大型的企業(yè)則發(fā)展到無圖紙的設(shè)計以及生產(chǎn)。而我國在應(yīng)用CAD技術(shù)方面僅是少數(shù)。第三在制造工藝上。國外工業(yè)發(fā)達的國家已廣泛應(yīng)用各種新型的加工方法。例如高精密加工技術(shù)、納米技術(shù)、精微細加工技術(shù)、激光加工技術(shù)以及超塑加工技術(shù)等。這些新型加工方法在我國的普及率相對較低，仍處于開發(fā)及掌握階段。第四，自動化技術(shù)。發(fā)達國家已普遍應(yīng)用柔性制造單元、數(shù)控機床、計算機集成制造系統(tǒng)等，達到了柔性智能化、自動化以及集成化。我國卻還停留在剛性發(fā)展階段。

四、我國機械制造自動化的發(fā)展趨勢

(一)機械制造數(shù)字化

數(shù)字化是制造技術(shù)先進性發(fā)展的核心。數(shù)字化制造是集制造技術(shù)、計算機技術(shù)以及管理科學(xué)的貫通、融合、發(fā)展和應(yīng)用為一體的制造結(jié)果。其包括數(shù)字化設(shè)計、制造以及控制等。對制造設(shè)備來說，控制參數(shù)都是以數(shù)字信號表現(xiàn)出來的;對制造公司來說，各類信息，如數(shù)據(jù)、圖形等都是通過數(shù)字形式在各企業(yè)內(nèi)傳遞，利于從市場信息出發(fā)，快速收集各種資料信息。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)等各種數(shù)字技術(shù)的幫助下，能有效地對產(chǎn)品、工藝以及資源信息進行歸納、分析、重組，以達到對產(chǎn)品設(shè)計、加工等過程的仿真目的，進而實現(xiàn)生產(chǎn)的迅速整合和對市場信息的有效響應(yīng)，從而滿足客戶的需求;對世界范圍內(nèi)的制造業(yè)來說，使用者借助網(wǎng)絡(luò)平臺來發(fā)布信息，各大企業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以需求為根據(jù)，利用電子商務(wù)來達到優(yōu)勢互補、形成一個動態(tài)聯(lián)盟，快速地設(shè)計并造出產(chǎn)品的目的?；诖?，在數(shù)字化制造的環(huán)境下，在各個領(lǐng)域甚至是跨越地區(qū)、跨越國界形成了一個由數(shù)字信息組成的網(wǎng)，車間、員工、設(shè)備等均可成為這個網(wǎng)上的一個有用的“結(jié)點”。在此基礎(chǔ)上還應(yīng)指出，制造知識，包含技能的獲得、表達、公式化等，均是制造技術(shù)自動化發(fā)展成制造科學(xué)的重點，而這些與數(shù)字化是密不可分的。

(二)機械制造綠色化

“綠色”是從環(huán)境保護范疇延伸到機械制造中的，人類與自然的和諧發(fā)展是社會可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。人類社會實際上也屬于自然界的一部分，部分是無法脫離整體而存在的，更不能對整體進行破壞及對抗。人類須從多方面促使人與自然界的和諧統(tǒng)一，制造自動化技術(shù)也不能例外。制造業(yè)制造產(chǎn)品從開始構(gòu)思，到設(shè)計、到產(chǎn)品制造、到產(chǎn)品銷售、到產(chǎn)品使用以及維護，最后回收、再利用的各個階段，產(chǎn)品均要給予環(huán)境保護充分的考慮。環(huán)境保護的含義是廣義的，我們在保護環(huán)境的同時還必須保護生產(chǎn)環(huán)境以及社會環(huán)境，甚至是要保護生產(chǎn)人員的身心健康。在此基礎(chǔ)及要求下，應(yīng)該致力于制造物美、價廉、供貨周期短、售后好的產(chǎn)品。所謂的“綠色”制造是指產(chǎn)品應(yīng)該在一定范圍上是一件好的藝術(shù)品，以滿足用戶的工作、生產(chǎn)、生活場所的要求，給用戶優(yōu)雅的視覺享受，將精神文明物質(zhì)文明以及環(huán)境文明高度結(jié)合起來。每研究與應(yīng)用一項新的技術(shù)時，都必須立足于哲學(xué)的高度，必須給予環(huán)境文明充分考慮，促進可持續(xù)發(fā)展。我國的機械制造自動化必將走向“綠色”

自動化。

(三)機械制造智能化

智能化是機械制造發(fā)展的前景。近年來，機械制造系統(tǒng)正從原來的能量驅(qū)動型轉(zhuǎn)化為現(xiàn)在的信息驅(qū)動型，這就需要機械制造系統(tǒng)同時具備柔性、智能性，便于處理大量而繁雜的信息，適應(yīng)多變的市場需求以及競爭激烈環(huán)境，正因為如此，制造智能化備受關(guān)注。智能化制造系統(tǒng)是智能制造模式的基礎(chǔ)，智能化制造系統(tǒng)是由智能與技術(shù)的融合而建立起來的應(yīng)用環(huán)境，同時也是智能化制造模式的載體。相比傳統(tǒng)的制造模式，智能化制造系統(tǒng)具備下列特征:(1)學(xué)習(xí)能力。(2)自我維護能力。(3)人與機一體化。(4)組織性、超柔性。在未來發(fā)展中，機械制造將具備更高級的思維能力。在此基礎(chǔ)上，可總結(jié)為，智能化制造模式是集成化、自動化以及智能化的結(jié)合體，它是具備不斷深入發(fā)展的高技術(shù)水平的制造系統(tǒng)，同時也是一種由專家和機器共同組成的人與機一體化的系統(tǒng)，它以超級柔性與集成的方式表現(xiàn)在制造過程的各個環(huán)節(jié)中，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模擬專家的智能活動，對之進行判斷、分析、構(gòu)思、推理以及決策，最后取代甚至延伸人類的部分腦力勞動，與此同時，收集、處理、完善、存儲、共享、繼承進而發(fā)展專家的制造智能;當(dāng)然，目前也只是起步階段，但具有巨大潛力，前景非常廣闊。6．結(jié)束語

綜上所述，我國的機械制造業(yè)中，機械制造自動化技術(shù)已得以開發(fā)及應(yīng)用，雖然我國機械制造自動化的發(fā)展現(xiàn)狀較國外發(fā)達國家落后，但是，隨著我國當(dāng)前綜合國力的不斷增強，我國的機械制造在未來不僅會不斷向自動化發(fā)展，還會向數(shù)字化、智能化、虛擬化、綠色化方向發(fā)展。

［1］蔡紅專，藺國民．綠色制造技術(shù)研究［J］．航空制造技術(shù)，2008，(11)．

［2］李克非．論述機械制造技術(shù)的新發(fā)展方向［J］．黑龍江科技信息，2010，(23)．

［3］胡大偉．我國發(fā)展先進制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］．黑龍江科技信息，2009，(26)．

2012－02－16

吳曉明(1975－)，男，廣西博白人，工程師。