機械自動化技術發(fā)展趨勢的分析1

1、摘 要計算機技術的發(fā)展，給現(xiàn)代制造技術帶來了質的飛躍，當前開發(fā)研究適應于復雜制造過程的、具有閉環(huán)控制系統(tǒng)結構的、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，網(wǎng)絡技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系。隨著社會的不斷發(fā)展,制造技術是發(fā)展制造業(yè)的關鍵技術,是創(chuàng)造財富和為科學技術發(fā)展提供現(xiàn)金手段的基礎。本文結合我國機械的現(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、相應的發(fā)展和改進措施，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，在此基礎上探索了我國機械自動化的發(fā)展之路。關鍵詞機械制造自動化智能化技術 發(fā)展趨勢目錄機械自動化技術發(fā)展趨勢的分析2一、引言2二、機械制造自動化的內涵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51自動化技術發(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科學計算可視化。62.2.4插補和補償方式多樣化。62.2.5內裝高性能PLC。62.2

3、.6多媒體技術應用。72.3體系結構的發(fā)展72.3.1集成化。72.3.2模塊化72.3.3網(wǎng)絡化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結合生產(chǎn)實際發(fā)展機械自動化技術83.2發(fā)展投資少、見效快的低成本自動化技術83.3注重配套發(fā)展機械自動化技術8五、結論10機械自動化技術發(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)中應用自動化技術,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。機械自動化是當代先進機械制造業(yè)技術的重要組成部分，它是當前機械制造領域中涉及面比較廣、研究比較活躍的技術，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)自動化技術的研究，并加大力度在實踐中推廣和使用科學界新時期機械制造自動化的內涵，并在此基礎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)展具有一定的指導意義。機械自動化技術的應用與發(fā)展,是機械制造業(yè)技術改造、技術進步的主要手段和技術發(fā)展的主要方向。機械自動化的技術水準，不僅影響整個機械制造業(yè)的發(fā)展，而且對國民經(jīng)濟各部門的技術進步有很大的直接影響。如何發(fā)展我國的機械自動化技術，應實事求是，一切從我國的具體國情出發(fā)，做好各項基礎工作,走中國的機械自動化技術發(fā)展之路。二、機械制造自動化的內涵目前，我們所談的“自動化”一詞已經(jīng)從自動控

5、制、自動調節(jié)、自動補償、自動識別等發(fā)展到自我學習、自我組織、自我維護和自我修復等更高程度的自動化。自動化技術在機械制造業(yè)領域中的應用，使得機械制造自動化的內涵又有了新的發(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)能夠實現(xiàn)協(xié)調的運作和控制，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還表現(xiàn)出諸多的優(yōu)點：第一，機械制造自動化技術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能夠確保產(chǎn)品質量達標和規(guī)格統(tǒng)一，符合現(xiàn)代社會標準化生產(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

7、采用的是標準化生產(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)所導致的原料消耗，減少廢棄物的產(chǎn)生，有利于國家倡導節(jié)能減排目標的實現(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世紀的技術,是具有明確的范疇的新的技術領域；第二機械自動化技術是面向工業(yè)應用的技術，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是面向全球競爭的技術，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，不斷努力，創(chuàng)造條件，向自動化的高級理想階段邁進。四、現(xiàn)代機械制造技術1自動化技術發(fā)展趨勢在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術是關鍵技術，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。當前，數(shù)控技術正在發(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、能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等多學科技術，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)絡化基礎上，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的關鍵性能指標。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

10、計，功能覆蓋面大。可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；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行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。2.1.3工藝復合性和多軸化。以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，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、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。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，其作用是如何調度任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。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技術發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)

11、和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展。由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領域。2.1.5 未來的機械自動化更加注重產(chǎn)品與人的關系，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。當前htcrnct、虛擬現(xiàn)實、科學計算可視化及多媒體等技術，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行操作，便于藍圖編程和快速編程、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科學計算可視化?？茖W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，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)絡技術在企業(yè)內部實現(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)字化技術的支持下，對產(chǎn)品信息、工藝流程和資源信息進行科學的分析、綜合與處理，實現(xiàn)對產(chǎn)品設計工作，產(chǎn)品功能、生產(chǎn)活動以及銷售活動等進行仿真，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內裝高性能PLC。數(shù)控系統(tǒng)內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圈或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能，編程工具中包含用于車床、銑床的標準PLC用戶程序實測，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。2.2.6多媒體技術應用。多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，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)控技術領域。應用多媒體技術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用價值。 2.3體系結構的發(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，應用LED平板顯示技術，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。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。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)的集成化和標準化，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，作成標準的系列化產(chǎn)品，通

16、過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。2.3.3網(wǎng)絡化機床聯(lián)網(wǎng)可進行遠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行編程、設定、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”。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結合生產(chǎn)實際發(fā)展機械自動化技術先進制造技術的全部真諦在于應用。發(fā)展機械自動化技術，應以企業(yè)的生產(chǎn)和技術發(fā)展的實際需要及具體條件為導向。只有對合適的產(chǎn)品采用與之相適應的自動化方式進行生產(chǎn)，才能收到良好的技術經(jīng)濟效益和社會經(jīng)濟效益。我國發(fā)展機械自動化技術，應結合實際，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)任務只需12個月就完成

18、的低負荷率生產(chǎn)也要搞的傾向應當糾正，對國民經(jīng)濟不產(chǎn)生顯著促進、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)調查，我國引進的弧焊機器人，完全正常運轉、充分發(fā)揮效益的只占1/3；另外1/3處于負荷不滿或不能完全正常運轉狀態(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 發(fā)展低成本自動化技術，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、全面質量管理TQC和成組技術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備組成，中間穿插著借助計算機指導的人工參與，將高新技術與原有工藝基礎巧妙靈活地結合在一起，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)有大量的通用設備，在發(fā)展現(xiàn)代機械自動化技術時，若以原有的設備為主，合理調整機床布局，添加少量的數(shù)控設備，引入CADCAM技術，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，共同構成一個以人為中心、以信息自動化為先導、樹立自主的單元化生產(chǎn)系統(tǒng)，為我國機械制造業(yè)自動化技術發(fā)展應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發(fā)展應用新途徑。 3.3注重配套發(fā)展機械自動化技術 現(xiàn)代自動化技術在機械制造中的應用就是在控制理論的指導下，對生產(chǎn)的物流和人的作用進行綜合的研究，涉及到機械技術、微電子技術、自動控制理論和計算機技術等。發(fā)展機械自動化技術，必須主要地關注電子學、電子計算機技術、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)展應用機械自動化技術，要扎扎實實地抓好自動化技術應用項目的基礎工作和從實際出發(fā)的推廣應用工作，既要發(fā)展主機，也要配套發(fā)