劉青

（深圳市比亞迪鋰電池有限公司坑梓分公司，廣東 深圳 518122）

科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展推動(dòng)了現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)在各領(lǐng)域各行業(yè)中的應(yīng)用，使其成為產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)與可持續(xù)競爭發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。在此背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)貫徹落實(shí)“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力”理念，將自動(dòng)化技術(shù)引入行業(yè)生產(chǎn)中，推進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造一體化建設(shè)進(jìn)程，有效提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造安全性、可靠性、節(jié)約性、高效高質(zhì)性。對此，有必要加強(qiáng)對自動(dòng)化技術(shù)及其在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用的研究，提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化水平。

1 自動(dòng)化技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造的相關(guān)概述

自動(dòng)化技術(shù)作為一門綜合性技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等為核心，多門技術(shù)學(xué)科（包括信息論、系統(tǒng)工程學(xué)科、電子學(xué)等）相互結(jié)合形成的產(chǎn)物。隨著自動(dòng)化技術(shù)理論與實(shí)踐研究的不斷深入，自動(dòng)化技術(shù)在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，為其生產(chǎn)、管理質(zhì)量的提升奠定了良好基礎(chǔ)，成為其現(xiàn)代化建設(shè)與發(fā)展的重要手段。機(jī)械設(shè)計(jì)制造作為機(jī)械工程領(lǐng)域中的重要組成部分，其現(xiàn)代化水平的高低直接關(guān)系著機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的質(zhì)量與效率。隨著控制理論、系統(tǒng)思想等在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的不斷滲透，產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的協(xié)同化、集約化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展成為必然趨勢。而自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，使機(jī)械工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品功能、管理機(jī)制等發(fā)生改變，機(jī)械由電器化發(fā)展轉(zhuǎn)向自動(dòng)化發(fā)展。與此同時(shí)，基于自動(dòng)化技術(shù)的技術(shù)綜合性特征，機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化在機(jī)械技術(shù)、電力電子技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、軟件編程技術(shù)等綜合運(yùn)用下，成為功能、組織結(jié)構(gòu)、工作流程等方面最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)，滿足系統(tǒng)應(yīng)用高質(zhì)量、高效率、高安全性、高可靠性、低能耗、多功能的需求，讓基于機(jī)械設(shè)計(jì)制造形成的產(chǎn)品，具有自動(dòng)化屬性的同時(shí)，具備智能化、智慧化特征。

2 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的實(shí)際應(yīng)用

在中國特色社會(huì)主義事業(yè)建設(shè)中，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力。在創(chuàng)新發(fā)展中，科技創(chuàng)新占據(jù)最為顯著的地位，發(fā)揮至關(guān)重要的作用。基于此，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)在建設(shè)與發(fā)展過程中，應(yīng)明確認(rèn)知自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用價(jià)值，通過自動(dòng)化技術(shù)科學(xué)應(yīng)用，促進(jìn)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)深度融合，推動(dòng)行業(yè)穩(wěn)定、健康與可持續(xù)競爭發(fā)展。

2.1 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用原則

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，產(chǎn)品開發(fā)的根本目標(biāo)在于：具備某種功能，以滿足人們某些需求。不同產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域不同，所需具備的功能也不同。但功能實(shí)現(xiàn)的原理存在一致性，即通過物質(zhì)、信息、能量等要素的輸入與處理，實(shí)現(xiàn)特定性能的物質(zhì)、信息、能量的輸出。例如，以能量轉(zhuǎn)化為主要功能，輸入能量或信息，輸出能量所產(chǎn)生的產(chǎn)品則被稱之為動(dòng)力機(jī)械；以信息處理為主要功能，輸入能力或信息，輸出信息所產(chǎn)生的產(chǎn)品主要為信息機(jī)，如機(jī)械自動(dòng)化儀表、電子計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)等；以物質(zhì)傳遞、處理為主要功能，輸入物質(zhì)、能力以及信息，輸出物質(zhì)所產(chǎn)生的產(chǎn)品為加工或運(yùn)輸機(jī)，如數(shù)控機(jī)床、物料傳送機(jī)、加工機(jī)械、起重機(jī)等。因此，自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用應(yīng)注重機(jī)械功能要求的滿足，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品功能需求的不同，遵循科學(xué)原理，利用技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平。如金屬切削機(jī)床的工作原理是刀具與金屬切削工件的相對運(yùn)動(dòng)。對此，在應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)制造時(shí)，根遵循其原理，通過創(chuàng)新運(yùn)動(dòng)范式，得到能夠滿足其他需求的金屬切削機(jī)床。

2.2 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用實(shí)例

自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用存在廣泛性。以廣東省某石化企業(yè)化工生產(chǎn)為例。在對鍋爐進(jìn)行改造過程中，應(yīng)用了自動(dòng)化技術(shù)，提升鍋爐汽包水位自動(dòng)化控制能力，保證鍋爐運(yùn)行的正常、安全與穩(wěn)定。通常情況下，鍋爐汽包水位控制方案有以下三種：

第一，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)構(gòu)建單沖量控制系統(tǒng)。即根據(jù)控制給水來控制鍋爐汽包水位的原理，構(gòu)成自動(dòng)化控制系統(tǒng)。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)蒸汽負(fù)荷增大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)假水位問題。此時(shí)，控制裝置會(huì)受到假水位現(xiàn)象的影響，為滿足鍋爐運(yùn)行需求，控制控制閥開度減少對系統(tǒng)的給水量。因此，當(dāng)假水位現(xiàn)象消失后，由于給水量不足，鍋爐汽包水位過低，從而以引發(fā)鍋爐安全事故。由此可見，該方案在負(fù)荷波動(dòng)大、汽包水停留時(shí)間短的鍋爐系統(tǒng)中不具備適應(yīng)性，在汽包水停留時(shí)間長，負(fù)荷變動(dòng)所引起的假水位問題不明顯的小型鍋爐中具有一定適用性，為提升控制質(zhì)量與效果，提升系統(tǒng)安全水平，可通過配置聯(lián)鎖報(bào)警設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)控制性能的優(yōu)化。

第二，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)構(gòu)建雙沖量控制系統(tǒng)。即根據(jù)控制擾動(dòng)，調(diào)節(jié)蒸汽負(fù)荷變化的原理，構(gòu)建自動(dòng)化控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成，即前饋控制部分與單回路反饋控制部分。其中前饋控制部分側(cè)重于蒸汽流量的控制，對蒸汽負(fù)荷變化進(jìn)行管理，引入蒸汽流量信號(hào)，基于信號(hào)實(shí)現(xiàn)蒸汽流量校正，配置動(dòng)態(tài)補(bǔ)充環(huán)節(jié)，進(jìn)行假水位誤動(dòng)操作的補(bǔ)償，從而控制波動(dòng)，提升汽包水位控制質(zhì)量。

第三，為進(jìn)一步提升雙沖量控制系統(tǒng)自動(dòng)化控制能力，實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)擾動(dòng)問題的科學(xué)處理?？赏ㄟ^增加給水流量信號(hào),構(gòu)建三沖量控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由前饋控制、串級(jí)控制共同組成，能夠在水位控制器、流量控制器、加法器等裝置的共同作用下，實(shí)現(xiàn)對主沖量、給水量、蒸汽量的管控。

隨著近年科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，機(jī)械設(shè)計(jì)制造中自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用形式呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展態(tài)勢，機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化設(shè)計(jì)、自動(dòng)化化生產(chǎn)、自動(dòng)化檢測、自動(dòng)化包裝等取得了一定成效。而自動(dòng)化技術(shù)與人工智能技術(shù)的結(jié)合，為機(jī)械設(shè)計(jì)制造創(chuàng)新發(fā)展提供了新動(dòng)力。最為典型的代表則是工業(yè)機(jī)械人的應(yīng)用。以廣東省某汽車制造企業(yè)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線（圖1）。汽車沖壓生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造，提升生產(chǎn)線管控柔性化水平，有利于生產(chǎn)效率、質(zhì)量、效益的提升。

機(jī)械人沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線主要由“拆垛系統(tǒng)、涂油機(jī)、對中臺(tái)、上料系統(tǒng)、轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、下料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)等”共同組成，實(shí)現(xiàn)汽車沖壓生產(chǎn)線全過程的自動(dòng)化控制。拆垛機(jī)器人可進(jìn)行板料的自動(dòng)化取放，并在涂油機(jī)作用下，根據(jù)系統(tǒng)編程設(shè)定，進(jìn)行自動(dòng)化涂油，確保板料潤滑性能需求的滿足，避免沖壓鋼板出現(xiàn)銹蝕問題。與此同時(shí)，機(jī)械對中臺(tái)能夠?qū)Π辶衔恢?、高度、速度等進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整，提升板料定位準(zhǔn)確度，上下料機(jī)器人實(shí)現(xiàn)板料運(yùn)動(dòng)軌跡的調(diào)整，確保上下料與壓力機(jī)的有效銜接。機(jī)械人沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線所有運(yùn)動(dòng)的管控受控制系統(tǒng)的影響，控制系統(tǒng)主要由監(jiān)控系統(tǒng)、連線系統(tǒng)以及安全保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成，在PLC控制技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)、以太網(wǎng)、傳感技術(shù)等結(jié)合應(yīng)用下，提升控制質(zhì)量，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖1 機(jī)械人沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線示意圖

3 結(jié)語

自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，是推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化發(fā)展的重要手段，在提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造質(zhì)量、效率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)化中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。對此，相關(guān)企業(yè)以及工作人員應(yīng)明確認(rèn)知自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的重要性，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展為指導(dǎo)，促進(jìn)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的深入融合，為我國現(xiàn)代化、科學(xué)化、多功能化生產(chǎn)提供保障。