孫梓雄

[摘? ? 要]機械制造業(yè)一直以來就是我國經(jīng)濟發(fā)展的支柱性基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其經(jīng)濟指標(biāo)在我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)中所占比例最大，在推進我國經(jīng)濟增長方面起著非常重要的作用。隨著新時代的到來，我國科技發(fā)展突飛猛進，越來越多的先進技術(shù)應(yīng)用到了傳統(tǒng)的制造業(yè)當(dāng)中，其中自動化控制技術(shù)在機械制造業(yè)中得到了廣泛使用。文章對自動化控制技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用進行了討論和分析，對自動化控制的特點展開了論述。

[關(guān)鍵詞]自動化控制;機械制造;自動一體化;發(fā)展趨勢

[中圖分類號]TM76;TP18 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–0–02

Application and Development Trend of Automatic?Control Technology in Mechanical Manufacturing

Sun Zi-xiong

[Abstract]China's machinery manufacturing industry has always been the pillar basic industry of our party and national economy， and its economic indicators account for the largest proportion in our party and national industry， which plays a very important role in promoting our party's economic growth. With the advent of the new era， China's rapid development of science and technology， more and more science and technology are applied to the traditional manufacturing industry， in which automation control technology has been rapid development in the machinery manufacturing industry， this paper will mainly discuss and analyze the development trend of automation control technology in machinery manufacturing， and discuss the characteristics and application of automation control.

[Keywords]automatic control; machinery manufacturing; automatic integration; development trend

1 自動化控制技術(shù)概念

自動化泛指所有的機器設(shè)備、系統(tǒng)或者生產(chǎn)過程，在沒有人工的直接參與下，按照技術(shù)要求，經(jīng)過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)^[1]。隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)效率與加工精度的需要，自動化控制得到迅猛發(fā)展。控制系統(tǒng)中的控制可分為兩種，分別為自動控制和人工控制^[2]。自動控制就是在無人的情況下，利用自動化控制系統(tǒng)，使得生產(chǎn)工藝過程或者所控制物體的某個物理變化（例如溫度，壓力，液面，流量，速度，位移等）準(zhǔn)確地按規(guī)律進行^[2]。自動化控制系統(tǒng)按控制作用的特點可分為恒值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)和隨動控制系統(tǒng)。按控制系統(tǒng)有無反饋可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中開環(huán)控制系統(tǒng)指輸出端與輸入端之間無反饋通道，閉環(huán)控制系統(tǒng)指輸出端與輸入端之間存在著反饋通道。如圖1所示。

2 機械制造中自動化控制特點

2.1 精確高效

自動化控制減少了傳統(tǒng)人工控制中的人員數(shù)量，在無人或少量人工操控下即可通過執(zhí)行程序完成生產(chǎn)任務(wù)，減少了資金的消耗，降低了犯錯幾率，提高了生產(chǎn)效率，簡化了生產(chǎn)工序，打破了傳統(tǒng)機械制造的耗時、費力和誤差較大等，真正實現(xiàn)了精確高效。要想實現(xiàn)企業(yè)的大規(guī)模，高效率，連續(xù)生產(chǎn)等各個方面的快速發(fā)展，就需要迅速準(zhǔn)確地檢測和監(jiān)視各種工藝參數(shù)，對各種工況的可靠性進行分析，判斷，并及時做出正確的操作決策。由于人工操作的精度、準(zhǔn)確性和效果都難以適應(yīng)生產(chǎn)的要求，所以必須由更高效的自動化控制系統(tǒng)取代人工，這也對自控系統(tǒng)提出了較高的要求。

2.2 安全環(huán)保

在機械制造過程中，原料的綜合處理和加工往往會產(chǎn)生大量的污染物和廢棄品，若隨意排放和遺棄會對自然環(huán)境造成較大的影響，不利于經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。近些年來，由于一些中小企業(yè)的違規(guī)排放，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，酸雨、霧霾、水源污染等問題對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們身體健康都產(chǎn)生了很大影響，自動化控制可通過計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析，減少原料的浪費，并及時對污染物進行有效處理，減少對生態(tài)系統(tǒng)的危害^[3]。

在人工生產(chǎn)過程中，由于工人對外界的觀察和操作的精確度有限，往往對生產(chǎn)效率帶來一定的負(fù)面影響。而且，儀表連鎖所需要涉及到的安全體系對于工藝制造過程中的安全性也是極為重要的。一個失誤操作就有可能造成嚴(yán)重后果。人的體力是有限的，某些設(shè)備在操作時還有力量要求，包括人的情緒化、多變等因素都不利于高效生產(chǎn)。而自動化控制的出現(xiàn)使得以上問題得到了改善和避免。同時，自動化控制可減少生產(chǎn)事故的發(fā)生，操作人員可直觀地了解機器運行狀態(tài)和可能發(fā)生的故障，并及時檢修，遇到突發(fā)狀況，操作人員能夠及時采取措施。從而自動化控制可實現(xiàn)安全環(huán)保。

3 自動化控制技術(shù)在機械制造的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

機械制造業(yè)一直是我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一。近年來，隨著科技的發(fā)展和對生產(chǎn)效率和精度的需求的提高，機械自動化產(chǎn)業(yè)興起，并飛速發(fā)展，在不同領(lǐng)域取得了較好成績。各企業(yè)也紛紛將自動化控制技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)機械制造，做出了優(yōu)化和改良。但自動化控制技術(shù)在我國仍處于初級發(fā)展階段，也存在著一些問題，如專業(yè)人才相對較少，技術(shù)不夠成熟等。

3.2 應(yīng)用類型

3.2.1 柔性自動化在機械制造中的應(yīng)用

工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展和進步經(jīng)歷了多個階段。自動化的發(fā)展史如圖2所示。

當(dāng)前，自動化在不斷的發(fā)展中已經(jīng)從剛性向柔性方向過度。過去，由于所生產(chǎn)產(chǎn)品種類單一，而且產(chǎn)量大，變化小，生產(chǎn)線設(shè)備成本低于柔性解決方案，在經(jīng)濟和產(chǎn)品綜合考慮下，剛性自動化就非常適合。隨后出現(xiàn)了可編程自動化，目的是在實現(xiàn)安裝實施后允許某種程度的可配置性，于是就通過編寫新代碼來執(zhí)行命令，但是需要手動操作機械裝置進行調(diào)試和轉(zhuǎn)換，勞動強度和工作難度較大，更換工具和重新編程需要時間較長，生產(chǎn)效率受到一定影響。

在科技發(fā)展和生產(chǎn)的需求下，柔性自動化開始出現(xiàn)在人們的視野。柔性自動化是機械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合，即機電一體化的新一代自動化，其加工程序靈活可變，也稱可變自動化^[4]。在生產(chǎn)量較大時，柔性與生產(chǎn)率是相悖的。為了同時提高制造工業(yè)的柔性和生產(chǎn)效率，減少產(chǎn)品生產(chǎn)時間，降低產(chǎn)品成本，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，使中小批量生產(chǎn)能與大批量生產(chǎn)抗衡。柔性自動化技術(shù)能有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，為系統(tǒng)的可靠性提供保障，也可提高制造的應(yīng)變能力，滿足客戶的需求變化。它可以利用機械自動化和配方控制快速地將一個進程轉(zhuǎn)化成另一個，而且停機時間較短，柔性設(shè)備將迅速、重復(fù)的過程轉(zhuǎn)換為位置控制，從而在一臺機器設(shè)備上生產(chǎn)更多產(chǎn)品。

3.2.2 數(shù)控自動化技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用

數(shù)控自動化技術(shù)充分結(jié)合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子技術(shù)等，與機械制造相互交叉并融于一體，通過數(shù)字信息編程控制機械操作，使加工工藝更加精確，節(jié)省人力和節(jié)約時間，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展和進步，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于除機床加工以外的多個領(lǐng)域。

（1）PLC的運用。PLC邏輯運算效率高，控制周期短，作為機電一體化的組成部分，其具有模塊體積小、安裝相對便利的特點，在當(dāng)今的機械制造中，自動化系統(tǒng)構(gòu)建中PLC的運用，使得整個操作系統(tǒng)更加簡便。PLC的各種軟件架構(gòu)都已經(jīng)完全實現(xiàn)了不同的功能和可變，而且所有的軟件和程序都已經(jīng)完全是自動進行編譯和執(zhí)行，進行控制時非常靈活。必要時還可以按目的，自己設(shè)計和編寫多套或多組的程序，依照自己的特點和需要對其進行了調(diào)用，很好地滿足了對工業(yè)現(xiàn)場的多情境、多狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

在設(shè)計和生產(chǎn)的過程中若出現(xiàn)故障部件，系統(tǒng)就會準(zhǔn)確地判斷故障的位置，并對于故障部分準(zhǔn)確地用其他模塊進行代替，將PLC技術(shù)直接引入到工業(yè)機械制造中，可明顯地改善和提高生產(chǎn)效率。

（2）SCADA的運用。SCADA系統(tǒng)專門用于對生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)的采集以及處理和分析，系統(tǒng)的自動化檢測和監(jiān)控，SCADA系統(tǒng)主要依托計算機裝置，具有安全可靠，經(jīng)濟性，適應(yīng)度高等特點，開發(fā)和可擴展能力較強。通過該自動化系統(tǒng)所構(gòu)建的信息服務(wù)平臺，可準(zhǔn)確及時地了解企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的運行情況，提高了企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

4 自動化控制技術(shù)在機械制造中的發(fā)展趨勢

4.1 自主化

目前，我國機械制造工業(yè)自動化及其相關(guān)技術(shù)還只是處于初級起步階段，財力經(jīng)濟等和發(fā)達(dá)國家相比仍差距較大，機械工業(yè)和自動化應(yīng)用經(jīng)驗也略有欠缺，基礎(chǔ)性技術(shù)也略為不足。當(dāng)前仍需要充分結(jié)合國情和制造工業(yè)發(fā)展的實際，進一步探索開拓和發(fā)展先進的自主制造技術(shù)，使我國機械自動化技術(shù)取得更好的發(fā)展和提高影響力。

4.2 虛擬化

隨著近年來我國現(xiàn)代工業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，自動化控制系統(tǒng)虛擬化技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、加工的重要環(huán)節(jié)和保障流程，其意義和功能較為明顯。虛擬化在機械設(shè)計中借助于對生產(chǎn)的模擬，能有效地降低對生產(chǎn)資源的浪費，控制生產(chǎn)制造成本，提前直觀地檢查設(shè)計漏洞，提高設(shè)計可行性，有利于自動化控制技術(shù)良好的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 人機一體化

人、產(chǎn)品及環(huán)境是人機一體化自動化制造系統(tǒng)的組成要件，自動化制造系統(tǒng)是指通過各種技術(shù)手段和設(shè)備之間相互配合來完成生產(chǎn)的功能和任務(wù)。在現(xiàn)代工業(yè)和自動化生產(chǎn)制造系統(tǒng)中，人和產(chǎn)品之間是相互影響和共同發(fā)揮作用的。人機一體化將操作、計算、運行和屏幕顯示完美地集合在了一起，降低了控制難度，方便了控制模式。集中控制提高了工作效率，讓故障更早更直觀地被發(fā)現(xiàn)并解決，有效地避免了事故發(fā)生和財產(chǎn)損失。人機一體化隨著工業(yè)生產(chǎn)的需要一定會更加普及并逐步完善。

5 結(jié)語

本文對自動化控制技術(shù)的特點進行了分析，并通過舉例和流程圖對自動化控制技術(shù)的應(yīng)用進行了詳細(xì)闡述，針對自動化控制技術(shù)在機械制造中的發(fā)展趨勢進行了論述。隨著我國經(jīng)濟和科技的不斷進步，機械制造業(yè)的競爭也愈演愈烈。國家和企業(yè)一定要充分了解并認(rèn)識到自動化控制技術(shù)的重要性，結(jié)合我國的國情和發(fā)展趨勢，不斷探索、學(xué)習(xí)，腳踏實地，制定一套符合我國現(xiàn)狀的發(fā)展方案，借鑒學(xué)習(xí)他國的經(jīng)驗和技術(shù)，取長補短，相信自動化控制技術(shù)一定會在機械制造業(yè)發(fā)揮越來越大的作用。

參考文獻(xiàn)

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