淺論自動化技術在機械設計制造中的應用

劉青

（深圳市比亞迪鋰電池有限公司坑梓分公司，廣東 深圳 518122）

科學技術的創新發展推動了現代化先進技術在各領域各行業中的應用，使其成為產業現代化建設與可持續競爭發展的驅動力。在此背景下，機械設計制造行業貫徹落實“創新是引領發展的第一動力”理念，將自動化技術引入行業生產中，推進機械設計制造一體化建設進程，有效提升機械設計制造安全性、可靠性、節約性、高效高質性。對此，有必要加強對自動化技術及其在機械設計制造中應用的研究，提升機械設計制造自動化水平。

1 自動化技術與機械設計制造的相關概述

自動化技術作為一門綜合性技術，是以計算機技術、自動控制技術、系統工程技術等為核心，多門技術學科（包括信息論、系統工程學科、電子學等）相互結合形成的產物。隨著自動化技術理論與實踐研究的不斷深入，自動化技術在眾多領域得到了廣泛的應用，為其生產、管理質量的提升奠定了良好基礎，成為其現代化建設與發展的重要手段。機械設計制造作為機械工程領域中的重要組成部分，其現代化水平的高低直接關系著機械產品設計與制造的質量與效率。隨著控制理論、系統思想等在機械設計制造中的不斷滲透，產品設計與制造的協同化、集約化、自動化、智能化發展成為必然趨勢。而自動化技術在機械設計制造中的應用，使機械工業技術結構、生產方式、產品結構、產品功能、管理機制等發生改變，機械由電器化發展轉向自動化發展。與此同時，基于自動化技術的技術綜合性特征，機械設計制造自動化在機械技術、電力電子技術、信息技術、計算機技術、傳感技術、軟件編程技術等綜合運用下，成為功能、組織結構、工作流程等方面最優化的系統工程技術，滿足系統應用高質量、高效率、高安全性、高可靠性、低能耗、多功能的需求，讓基于機械設計制造形成的產品，具有自動化屬性的同時，具備智能化、智慧化特征。

2 自動化技術在機械設計制造中的實際應用

在中國特色社會主義事業建設中，創新是引領發展的第一動力。在創新發展中，科技創新占據最為顯著的地位，發揮至關重要的作用。基于此，機械設計制造行業在建設與發展過程中，應明確認知自動化技術應用價值，通過自動化技術科學應用，促進技術與產業深度融合，推動行業穩定、健康與可持續競爭發展。

2.1 自動化技術在機械設計制造中的應用原則

在機械設計制造中，產品開發的根本目標在于：具備某種功能，以滿足人們某些需求。不同產品應用領域不同，所需具備的功能也不同。但功能實現的原理存在一致性，即通過物質、信息、能量等要素的輸入與處理，實現特定性能的物質、信息、能量的輸出。例如，以能量轉化為主要功能，輸入能量或信息，輸出能量所產生的產品則被稱之為動力機械；以信息處理為主要功能，輸入能力或信息，輸出信息所產生的產品主要為信息機，如機械自動化儀表、電子計算機、傳真機等；以物質傳遞、處理為主要功能，輸入物質、能力以及信息，輸出物質所產生的產品為加工或運輸機，如數控機床、物料傳送機、加工機械、起重機等。因此，自動化技術在機械設計制造中的應用應注重機械功能要求的滿足，同時根據產品功能需求的不同，遵循科學原理，利用技術進行創新，提升機械設計制造水平。如金屬切削機床的工作原理是刀具與金屬切削工件的相對運動。對此，在應用自動化技術進行金屬切削機床設計制造時，根遵循其原理，通過創新運動范式，得到能夠滿足其他需求的金屬切削機床。

2.2 自動化技術在機械設計制造中的應用實例

自動化技術在機械設計制造中的應用存在廣泛性。以廣東省某石化企業化工生產為例。在對鍋爐進行改造過程中，應用了自動化技術，提升鍋爐汽包水位自動化控制能力，保證鍋爐運行的正常、安全與穩定。通常情況下，鍋爐汽包水位控制方案有以下三種：

第一，應用自動化技術構建單沖量控制系統。即根據控制給水來控制鍋爐汽包水位的原理，構成自動化控制系統。但在實踐中發現：系統運行過程中，當蒸汽負荷增大時，會出現假水位問題。此時，控制裝置會受到假水位現象的影響，為滿足鍋爐運行需求，控制控制閥開度減少對系統的給水量。因此，當假水位現象消失后，由于給水量不足，鍋爐汽包水位過低，從而以引發鍋爐安全事故。由此可見，該方案在負荷波動大、汽包水停留時間短的鍋爐系統中不具備適應性，在汽包水停留時間長，負荷變動所引起的假水位問題不明顯的小型鍋爐中具有一定適用性，為提升控制質量與效果，提升系統安全水平，可通過配置聯鎖報警設備進行系統控制性能的優化。

第二，應用自動化技術構建雙沖量控制系統。即根據控制擾動，調節蒸汽負荷變化的原理，構建自動化控制系統。系統由兩部分構成，即前饋控制部分與單回路反饋控制部分。其中前饋控制部分側重于蒸汽流量的控制，對蒸汽負荷變化進行管理，引入蒸汽流量信號，基于信號實現蒸汽流量校正，配置動態補充環節，進行假水位誤動操作的補償，從而控制波動，提升汽包水位控制質量。

第三，為進一步提升雙沖量控制系統自動化控制能力，實現給水系統擾動問題的科學處理。可通過增加給水流量信號,構建三沖量控制系統。系統主要由前饋控制、串級控制共同組成，能夠在水位控制器、流量控制器、加法器等裝置的共同作用下，實現對主沖量、給水量、蒸汽量的管控。

隨著近年科學技術的不斷創新，機械設計制造中自動化技術應用形式呈現出多樣化發展態勢，機械設計制造自動化設計、自動化化生產、自動化檢測、自動化包裝等取得了一定成效。而自動化技術與人工智能技術的結合，為機械設計制造創新發展提供了新動力。最為典型的代表則是工業機械人的應用。以廣東省某汽車制造企業沖壓自動化生產線（圖1）。汽車沖壓生產線的自動化改造，提升生產線管控柔性化水平，有利于生產效率、質量、效益的提升。

機械人沖壓自動化生產線主要由“拆垛系統、涂油機、對中臺、上料系統、轉運系統、下料系統、輸送系統等”共同組成，實現汽車沖壓生產線全過程的自動化控制。拆垛機器人可進行板料的自動化取放，并在涂油機作用下，根據系統編程設定，進行自動化涂油，確保板料潤滑性能需求的滿足，避免沖壓鋼板出現銹蝕問題。與此同時，機械對中臺能夠對板料位置、高度、速度等進行自動化調整，提升板料定位準確度，上下料機器人實現板料運動軌跡的調整，確保上下料與壓力機的有效銜接。機械人沖壓自動化生產線所有運動的管控受控制系統的影響，控制系統主要由監控系統、連線系統以及安全保護系統構成，在PLC控制技術、視頻監控技術、以太網、傳感技術等結合應用下，提升控制質量，增強系統的穩定性。

圖1 機械人沖壓自動化生產線示意圖

3 結語

自動化技術應用于機械設計制造中，是推動機械設計制造自動化發展的重要手段，在提升機械設計制造質量、效率，實現機械設計制造向高質量發展轉化中發揮著至關重要的作用。對此，相關企業以及工作人員應明確認知自動化技術應用的重要性，以創新驅動發展為指導，促進技術與產業的深入融合，為我國現代化、科學化、多功能化生產提供保障。