現(xiàn)代機(jī)械裝配過程自動(dòng)化淺析

王穎+楊超+王海蛟

裝配是機(jī)械制造過程的最后環(huán)節(jié)，也是整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的一個(gè)主要組成部分。裝配對(duì)產(chǎn)品的成本和生產(chǎn)效率有著重要影響。相對(duì)于加工技術(shù)而言，裝配技術(shù)落后許多年，裝配工藝已成為現(xiàn)代生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。因此，實(shí)現(xiàn)裝配過程的自動(dòng)化越來越成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中迫切需要解決的一個(gè)重要問題。

1 裝配自動(dòng)化在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要性和優(yōu)勢(shì)

根據(jù)在企業(yè)長期的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在同一時(shí)間段內(nèi)，采用人工從事生產(chǎn)勞動(dòng)的企業(yè)的生產(chǎn)效率與運(yùn)用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的企業(yè)的效率相比，前者比后者成本投入多出一倍，而真正的獲益總額卻降低了54%。之所以如此，其根本原因在于，單位時(shí)間內(nèi)工作人員從事生產(chǎn)作業(yè)的產(chǎn)量不同。這就導(dǎo)致了高投入、低回報(bào)的尷尬境況。機(jī)械裝配自動(dòng)化，即在企業(yè)流水線的運(yùn)作中，其原料或者基礎(chǔ)配件從配給，傳送到最終的裝配作業(yè)都能夠以全自動(dòng)或半自動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)，其主要目的是保證產(chǎn)品質(zhì)量及其穩(wěn)定性，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。現(xiàn)代化機(jī)械裝配自動(dòng)化應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)在于：

a. 提高裝配效率，降低生產(chǎn)成本。

b.自動(dòng)裝配過程一般在流水線上進(jìn)行，采用各種機(jī)械化裝置來完成勞動(dòng)量最大和最繁重的工作，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

c.不會(huì)因工人疲勞、疏忽、情緒、技術(shù)不熟練等因素的影響而造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷或不穩(wěn)定。

d.自動(dòng)化裝配所占用的生產(chǎn)面積比手工裝配完成同樣生產(chǎn)任務(wù)的工作面積要小得多。

e.在電子、化學(xué)、宇航、國防等行業(yè)中，許多裝配操作需要特殊環(huán)境，人類難以進(jìn)入或非常危險(xiǎn)，只有自動(dòng)化裝配才能保障生產(chǎn)安全。

2 裝配自動(dòng)化的任務(wù)及應(yīng)用范圍

裝配機(jī)械是為特定的產(chǎn)品而設(shè)計(jì)制造的，具有較高的開發(fā)成本，而在使用中只有很少或完全不具有柔性，所以最初的裝配機(jī)械只是為大批量生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的。自動(dòng)化的裝配系統(tǒng)用于中小批量生產(chǎn)還是近幾年的事。這種裝配系統(tǒng)一般都由可以自由編程的機(jī)器人作為裝配機(jī)械。此外，還要有具有柔性的外圍設(shè)備，例如零件倉儲(chǔ)，可調(diào)的輸送設(shè)備，聯(lián)接工具庫、抓鉗及它們的更換系統(tǒng)。柔性是一種系統(tǒng)的特性，使這種系統(tǒng)能夠適應(yīng)生產(chǎn)的變化。對(duì)于裝配系統(tǒng)來說，就是要在同一套設(shè)備上同時(shí)或者先后裝配不同的產(chǎn)品。柔性裝配系統(tǒng)的效率不如高度專用化的裝配機(jī)械。往復(fù)式裝配機(jī)械可以達(dá)到每分鐘10～60拍（大多數(shù)的節(jié)拍時(shí)間為2.5～4s。）；轉(zhuǎn)盤式裝配機(jī)械最高可以達(dá)到每分鐘2000拍。當(dāng)然，所裝配的產(chǎn)品和執(zhí)行的裝配動(dòng)作很簡單。

對(duì)于大批量生產(chǎn)（年產(chǎn)量100萬件以上）來說，專用的裝配機(jī)械是合算的。典型的裝配對(duì)象如電器產(chǎn)品、開關(guān)、鐘表、圓珠筆、打印機(jī)墨盒、剃須刀、刷子等，它們需要各種不同的裝配過程。

從創(chuàng)造產(chǎn)品價(jià)值的角度來考慮，裝配過程可以按時(shí)間分為兩部分：主裝配和輔裝配。聯(lián)接本身作為主裝配只占35%～55%的時(shí)間。所有其他功能，例如給料，均屬于輔裝配，設(shè)計(jì)裝配方案必須盡可能壓縮這部分時(shí)間。

自動(dòng)化裝配機(jī)械，尤其是經(jīng)濟(jì)的和具有一定柔性的自動(dòng)化裝配機(jī)械，被稱為高技術(shù)產(chǎn)品。按其不同的結(jié)構(gòu)方式常被稱為“柔性特種機(jī)械”或“柔性節(jié)拍通道”。圓形回轉(zhuǎn)臺(tái)式自動(dòng)化裝配機(jī)由于其較高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和可控的加速度而備受青睞。環(huán)臺(tái)式裝配機(jī)械，無論是環(huán)內(nèi)操作還是環(huán)外操作或二者兼?zhèn)涞慕Y(jié)構(gòu)，都是很實(shí)用的結(jié)構(gòu)方式。

現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展使得人們能夠?yàn)閺?fù)雜的裝配功能找到解決的方法。盡管如此，全自動(dòng)化的裝配至今仍然只是在有限的范圍實(shí)現(xiàn)。由于裝配機(jī)械比零件制造機(jī)械具有更強(qiáng)的針對(duì)性，因而裝配機(jī)械的采用更需要深思熟慮，需要做大量的準(zhǔn)備工作，不能簡單片面地追求自動(dòng)化，而應(yīng)本著實(shí)用可靠而又能適應(yīng)產(chǎn)品發(fā)展的原則，采用適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)化程度，應(yīng)用現(xiàn)代的計(jì)劃方法和控制手段。

3 機(jī)械裝配自動(dòng)化發(fā)展之路展望

3.1 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)

先進(jìn)裝配技術(shù)的全部真諦在于應(yīng)用。發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，應(yīng)以企業(yè)的生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的實(shí)際需要及具體條件為導(dǎo)向。只有對(duì)合適的產(chǎn)品采用與之相適應(yīng)的自動(dòng)化方式進(jìn)行生產(chǎn)，才能收到良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。我國發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際，注重實(shí)用，即對(duì)國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生實(shí)際效益。

3.2 發(fā)展投資少、見效快的低成本自動(dòng)化技術(shù)

目前我國機(jī)械裝配業(yè)各企業(yè)有大量的通用設(shè)備，在發(fā)展現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，若以原有的設(shè)備為主，合理調(diào)整，添加少量數(shù)控設(shè)備，引入CAD/CAM技術(shù)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)自動(dòng)化管理的優(yōu)勢(shì)和人的創(chuàng)造性，共同構(gòu)成一個(gè)以人為中心、以信息自動(dòng)化為先導(dǎo)、樹立自主的單元化生產(chǎn)系統(tǒng)，就能為我國機(jī)械裝配自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用提供一條投資少、見效快、效益高、符合我國國情的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。

3.3 注重配套發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)

現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械裝配中的應(yīng)用就是在控制理論的指導(dǎo)下，對(duì)生產(chǎn)的物流和人的作用進(jìn)行綜合，涉及到機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)等。發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，必須主要關(guān)注電子學(xué)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、零件檢測(cè)和機(jī)床裝料自動(dòng)化，廣泛采用程序數(shù)控機(jī)床，研制高效可靠的自動(dòng)化生產(chǎn)線、檢測(cè)系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)等。

結(jié)束語

現(xiàn)代化機(jī)械裝配的自動(dòng)化技術(shù)帶來的不僅僅是高效率和低成本，而是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)化，對(duì)勞動(dòng)條件的改變和對(duì)商業(yè)模式的創(chuàng)新。由于傳統(tǒng)的純?nèi)肆κ止I(yè)已經(jīng)在被逐漸淘汰，而作為新起之秀的現(xiàn)代化機(jī)械裝配自動(dòng)化技術(shù)也還需要大力的弘揚(yáng)與發(fā)展。為了國家工業(yè)的崛起，技術(shù)人員和相關(guān)部門應(yīng)該勇于擔(dān)當(dāng)起一份責(zé)任，將現(xiàn)代化機(jī)械裝配自動(dòng)化技術(shù)變?yōu)槲覈I(yè)發(fā)展的助推器。