淺談國內機械制造行業自動化的應用現狀

摘要：自從2010年國內開始出現“用工荒”現象以來， “用工荒”的問題在機械制造行業中日益突出。解決制造企業“用工荒”的有效途徑之一是制造模式的轉型。2015年以來，國家提出中國“制造2025”戰略，越來越多的企業積極響應國家號召，推動工廠向自動化、數字化和智能化方向轉型。

關鍵詞：制造模式； 自動化； 數字化；信息化

引言：隨著中國“制造2025”戰略的逐漸深化，結合機械制造業日益嚴峻的“用工荒”問題，國內越來越多的制造型企業選擇采用自動化生產線的方式來解決工人短缺的問題。自動化生產線具有生產效率高、產品質量穩定、維護成本低等優點。但是，與人工操作相比自動生產線的柔性較差，對客戶的生產設備有一定的要求，對操作人員的能力要求也較高。因此，自動化生產線在國內推廣和應用存在使用范圍局限、設備性能參差不齊和工藝規劃欠缺等問題。

一. 制造業的自動生產線組成要素

一條完整的產品自動生產線由以下重要部分組成：

第一， 完整的產品生產工藝。一個產品能否生產出，是由生產工藝所決定的。因此，完整的產品生產工藝是自動生產線實施的基礎，優質的工藝排布可以提高自動生產線效率、降低成本、保證產品質量以及確保人員操作便捷。

第二， 穩定性能好的加工設備。加工設備是自動生產線的有效保障。自動生產線能穩定、高效的生產出合格的產品，加工設備的穩定性是基礎保障。

第三， 具有自動化接口的夾具。夾具是生產工藝中重要因素之一，也是與工業機器人直接對接的部件，自動生產線能高效的生產出合格的產品，夾具也起到重要的決定因素。

第四， 具有可靠性能的工業機器人。工業機器人是自動生產線的載體，在自動生產線中起著貫通各個加工設備的作用。

第五， 自動生產線的控制系統。控制系統是自動生產線的大腦，控制著整個自動生產線的準確運行。同時承擔著設備之間正確的信號交互功能，是自動生產線安全運行的有效保障。控制系統將自動生產線中的工件制造進度、質量信息等客戶需要的信息傳遞給上一級信息控制系統（如MES，ERP）等，以提高客戶的產品質量與管理效率。

第六， 物流系統和輔助設備。自動生產線中除制造設備外，物流傳輸系統非常重要的組成部分。通過物流系統可以有效的傳遞物料，保證自動生產線的通暢運行。在物料傳遞過程中，根據制造設備對工件姿態的要求，輔助設備可以調整物料姿態，有效保障在加工物料進入制造設備時具有正確的姿態等。

二. 國內機械制造行業自動化的應用現狀

近幾年國內的自動化得到了迅猛發展，越來越多的制造企業采購自動化生產設備，發展自動化項目。進而將自動化生產線與信息化軟件結合起來，提高企業的質量管理和追溯能力。同時，許多企業正在通過改造原來制造設備來提高企業的制造能力，從而提高市場競爭力。因此，機械制造業的自動化具有廣闊的發展空間和市場，同時這個行業也面臨著較多的問題。

第一，國內制造企業的發展參差不齊，高端制造設備與低端制造設備共存。目前國內的制造行業按自動化可應用潛力方面，大致分為以下三類：

第一類，本身具有較高的自動化的能力，企業在多年前已采購國外先進的自動化設備，企業內人員對自動化設備非常熟悉，在自動化項目的實施方面具有豐富的經驗。他們在排布生產工藝的時就考慮到了自動化生產線的優勢與劣勢。他們是走在行業前列的，引領行業的發展方向。他們仍在不斷采購最新的自動生產線，結合最先進的 “二維碼”追溯產品進度等信息化管理技術以及MES、ERP等管理軟件，將自動線進一步打造成更具競爭力的智能化生產線。這類企業一般對自動生產線質量要求高。他們采用的自動生產線大部分都是來自歐洲等發達國家。

第二類，具備一定的自動化能力，企業內制造設備均為數控設備，且大部分設備是國外品牌的設備，具有較高的穩定性。但是企業目前沒有自動化生產線或者有很少的自動化生產線。這類企業的人員對自動化設備了解不深，在自動化項目的實施方面經驗較少。他們在排布生產工藝時，更多考慮的是單機生產的情況。在實施自動生產線項目時，需要對其生產工藝和制造設備的排布重新規劃，把不適合自動化生產的工藝改造成適合自動生產線的工藝排布。并結合信息軟件等技術，將企業的制造設備打造成目前比較先進的自動化生產線。或者通過改造升級，將已有的設備實施“信息化”“智能化”方面的升級改造。他們采購的大都是國內中高端的自動生產線。

第三類，無自動化能力，制造設備較為低端穩定性差，設備種類參差不齊。生產的零件品種繁雜，且不易形成大規模量產。此類企業，也在對自己的制造設備進行著積極的自動化改造。但是，相對前兩類企業來言，他們的制造方式決定了企業較難形成大規模自動生產，或許單元化的自動化升級改造方式更適合。

第二，機械制造行業的自動化起步較晚，沒有形成統一的標準，整體技術能力和制造檔次較低，很難與國外同行競爭。

近幾年，隨著機械制造行業的自動化迅速發展，國內涌現出了大批自動化制造企業。根據用戶不同，大體也可分為以下三類：

第一類，在自動化行業中起步較早，他們在自動化工程項目實施過程中積累了較豐富的經驗，同時也形成了較完善的產品自動化加工體系，具有較高的企業標準，制造的自動生產線不論在性能方面，還是在安全方面已經達到較高的層次。在新產品研發方面，也已經具備一定的前瞻性和技術先進性。

第二類，企業規模較小，在自動化項目實施過程中積累了一些的經驗，但是沒有完整的產品體系，產品僅能覆蓋較小的客戶群體，產品的性能與穩定性無法達到高端用戶的要求。

第三類，家庭作坊式小規模企業，生產特定的自動化單元設備。

由于制造行業中自動化是剛興起的行業，行業中的自動化企業規模大小各不相同。生產的產品，不論是在性能方面還是在安全性方面有各自的理解和習慣。產品質量也是參差不齊。與歐洲同行企業相比，國內的企業所生產的自動生產線整體性能較差、檔次較低，很難進入高端市場。

第三，自動生產線制造工藝不成熟、設備穩定性差、毛坯質量差等因素都會影響自動生產線的穩定運行。

制造企業雖然積累了多年的制造經驗，已經形成了一整套完善的制造工藝。但是在面對制造模式的轉型升級時，很容易先入為主的以手動生產的工藝排布方式作為自動生產線的工藝排布。同時國內自動化制造企業的經驗不足，很難改變客戶的生產工藝。最終，會造成在自動生產線實施和運行的過程中問題頻發，遇到無法良好的運行局面。

另外，受前序鑄造工藝和制造成本的影響，一般手動生產線的毛坯質量差，在裝夾工件時，操作人員會對待加工毛坯存在問題進行手動處理。但是，作為自動生產線，較差的毛坯質量會影響到自動生產線的穩定運行，造成較高的廢品率，甚至還會造成撞機等危險事故。

第四，客戶對自動生產線的認知不足，操作人員的能力較低。

客戶對自動生產線的認知不足，許多客戶會生產多品種的零件。往往將自動生產線與人工進行比較的時候，他們認為自動生產線可以完全代替人工，可以生產手動生產線上的所有產品，或者要求自動生產線盡可能多種類生產，這給自動生產線的設計與實施造成很大的困擾。

另外，與手動生產線相比，自動生產線對操作人員的能力要求更高。因為手動生產線的加工程序固定后，大部分情況只需要會幾個簡單的按鈕就可以操作，其他工作是向加工設備中裝卸物料。然而使用自動生產線，雖然減少了現場操作人員的數量，但是對操作人員的要求也提高了，往往需要維護與解決自動生產線出現的臨時問題，能夠熟練的操作自動生產線上的各種設備。因此提高現場操作人員的能力，也是企業發展自動生產線必然要面臨的問題。

結束語：

總體而言，目前國內機械制造行業正處于自動化升級轉型的大好時段，大量企業有自動化項目需求，該行業將得到更迅猛的發展。對于國內自動化行業的起步晚、發展經驗不足、技術和制造能力較低、行業無完善的生產標準等諸多問題。也需要從事這個行業的人員共同努力，推動整個行業良好發展，來實現追趕甚至超越世界先進的自動化制造企業的目標。

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作者簡介：張有斌（1987—），男，甘肅永登人，本科。

就職單位：金石機器人常州股份有限公司。

通信聯系人：張有斌，E-mail：zhangyoubin@stonrobot.com