機械制造自動化的研究與應用

北方重工集團 盾構機分公司 田明飛 王凱強 周 陽

機械制造自動化作為先進技術的重要組成部分，既是機械制造業的重點應用技術，又是機械制造技術的發展方向。近年來，我國機械制造自動化技術得到了快速發展，機械制造的總規模和產品的總產量不斷增加，中國已成為世界前三的機械制造強國。只有不斷改進提高機械制造自動化技術才能振興國家的機械制造工業。

一、機械制造自動化的優勢

1.生產能力和工作質量高。機械制造自動化大多采用高精度、高靈敏度的機械化設備，由自動化控制系統進行生產過程的自動化控制，大大減少了因人為失誤帶來的產品質量不合格現象。在機械制造生產中，由自動化控制人員啟動自動化控制系統，系統就會嚴格按照事先設定的生產流程進行自動化操作，大大提高了生產能力和生產效率，保證了最佳工作質量。

2.安全可靠性高。不論是自動化控制系統還是自動化設備，一般都自帶事故報警、自動診斷處理等功能，當生產過程中遇到事故時，就減免了人身傷害的發生，提高了生產過程的安全性。另外，自動化設備多采用電子元器件，電子元器件相比于傳統機械設備，它不存在機械磨損，使用壽命得到了大大提高，保證了自動化控制系統的可靠性。

3.改善行業的勞動形式。隨著機械制造自動化程度的不斷增加，人們逐漸從繁重的體力勞動轉化為高知識、高技術性的腦力勞動，機械制造的產品也愈趨向于技術密集型，在改變機械制造行業的勞動形式的同時，也大大促進工業現代化的發展。

4.節約能源消耗。節約能源是我國可持續發展的重要戰略目標。機械制造自動化的應用，在節約人力資源的同時，也大大提高了能源的利用率。

5.自動化技術應用面廣。拋開機械制造自動化產品不談，針對產品生產過程中使用的自動化控制技術，包括自動校驗、自動保護、自動報警、自動處理等，不僅僅適用于機械制造業，同樣可以應用在工業、農業、建筑業等領域，其優勢也同樣顯著。

二、機械制造自動化的發展方向

1.機電一體化。機電一體化是21世紀機械制造產品發展的必然趨勢，也是機械制造自動化的延伸。只有實現機電一體化，才能更好地提高生產效率和產品質量。

2.智能化。智能化的目標就是使機械設備生產能夠更加自主，就像是擁有人工智能一樣，機械設備不再是完全機械化的生產，它會擁有一定的思維能力，并作出正確的處理措施。

3.微型化。機械自動化控制系統屬于微電子產品，微電子產品正朝著超大規模集成的微觀領域發展，未來的機械自動化控制系統體積會更小，操作會更加靈活，能耗會更低。

4.綠色化。人類的經濟發展不能以破壞環境為代價，環境破壞給人們帶來的影響越來越被重視，未來的機械自動化在方便生活的同時也將最大程度降低對環境的破壞。

5.模塊化。隨著機械制造工業規模的不斷擴大，涉及的設備種類、技術工種也越來越多，單獨的企業或廠家往往不能完成整個機械生產流程。機械制造自動化流程就需要劃分為大小不一的模塊，分別由專業的部門或企業來完成，通過多方配合實現大規模的機械自動化生產。

6.網絡化。隨著計算機技術的發展，網絡已經融入到生活、生產的各個角落。機械制造自動化每一環節可以通過網絡將數據匯總到遠程控制終端，由計算機進行實時分析并進行控制。

三、機械制造自動化在化工生產中的應用

本文，筆者以化工生產中常見的鍋爐汽包為例，闡述機械制造自動化系統對鍋爐汽包的控制過程。鍋爐汽包是化工生產中生產蒸汽的常用設備，汽包內水位控制是控制化工生產工藝質量的關鍵。水位過低，蒸汽量產出不足；水位過高，蒸汽含水也隨之增高，蒸汽質量達不到標準要求。因此，使用自動化控制技術，保證鍋爐汽包內的水位是十分必要的。鍋爐汽包水位自動化控制系統多種多樣，常見的有單沖量控制系統和雙沖量控制系統。

1.單沖量控制系統。該系統利用監測裝置實時監測汽包內的水位，根據實時水位量來控制給水閥是否為汽包給水。這種方式是最簡單的鍋爐汽包控制系統，系統控制原理如圖1所示。

圖1 單沖量控制系統控制原理

2.雙沖量控制系統。影響鍋爐汽包水位控制的關鍵因素是假水位現象，假水位現象的出現導致蒸汽負荷波動較大，難以準確把握增加水量、維持物料平衡的時機。單沖量系統就不能滿足生產需要，采用雙沖量控制系統就可以通過前饋蒸汽流量監測，根據產出蒸汽的量對水位控制實施反饋控制，避免了虛假水位的影響。其控制原理如圖2所示。

圖2 雙沖量控制系統控制原理

綜上，機械制造自動化技術在產品生產技術中研究應用促進了現代機械制造技術的發展，低能耗、高效率的機械產品設計也越來越多，又促進了機械制造業的進一步發展。