化工機(jī)械制造中的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化研究

孫曉春 石有才（浙江興達(dá)安全科技有限公司，浙江 紹興312000）

1 機(jī)械自動(dòng)化的內(nèi)涵及技術(shù)構(gòu)成

1.1 內(nèi)涵

所謂機(jī)械自動(dòng)化具體是指機(jī)器或裝置，按照預(yù)先設(shè)定好的程序，通過機(jī)械的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的過程，整個(gè)過程無需人為干預(yù)，也不需要人工輔助。在化工機(jī)械制造領(lǐng)域中，機(jī)械自動(dòng)化的運(yùn)用，使傳統(tǒng)人工手動(dòng)操作的生產(chǎn)模式得以改變，不僅大幅度降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還使工作效率獲得進(jìn)一步提升，同時(shí)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量也得到有效保障。

1.2 技術(shù)構(gòu)成

對于機(jī)械自動(dòng)化而言，它是一個(gè)相對比較復(fù)雜的系統(tǒng)，由諸多科學(xué)技術(shù)組合而成，是一種較為先進(jìn)的生產(chǎn)模式，其中涵蓋了若干個(gè)單元，每個(gè)單元都有自己的功能和作用，如程序單元決定了系統(tǒng)所需完成的工作任務(wù)；傳感單元可對信息進(jìn)行采集和傳輸，確保命令的有效執(zhí)行；控制單元可實(shí)時(shí)完成調(diào)節(jié)和監(jiān)控，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

2 化工機(jī)械制造中機(jī)械自動(dòng)化的具體應(yīng)用

化工機(jī)械是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中使用的各種機(jī)器和設(shè)備的統(tǒng)稱，可在化工機(jī)械上完成相應(yīng)的處理及反應(yīng)過程，從而生產(chǎn)輸出既定的化工產(chǎn)品或中間產(chǎn)品。由此可見，化工機(jī)械是化工生產(chǎn)中不可或缺的重要組成部分之一。比較常見的化工機(jī)械有過濾機(jī)、破碎機(jī)、干燥機(jī)、蒸發(fā)器、反應(yīng)爐、吸附及交換設(shè)備等等。在對化工機(jī)械進(jìn)行制造的過程中，為提高制造水平和生產(chǎn)效率，可對機(jī)械自動(dòng)化中的相關(guān)技術(shù)手段進(jìn)行組合應(yīng)用。

2.1 CAE技術(shù)的應(yīng)用

CAE是計(jì)算機(jī)輔助工程的簡稱，這是機(jī)械自動(dòng)化中的核心技術(shù)之一，該技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛。在化工機(jī)械制造中，可借助CAE技術(shù)對化工機(jī)械制造中的力學(xué)性能進(jìn)行輔助計(jì)算與分析，由此可使機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、剛度及強(qiáng)度達(dá)到相關(guān)要求。可用于化工機(jī)械制造的CAE 軟件有ANSYS 軟件、NASTRAN軟件等。

（1）ANSYS軟件在化工機(jī)械制造中的應(yīng)用。該軟件具備熱瞬態(tài)分析功能，其在化工機(jī)械制造中的應(yīng)用，能夠快速得出機(jī)械設(shè)備在某一段運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的熱性能。不僅如此，ANSYS軟件還有著超強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析能力，經(jīng)分析處理之后的數(shù)據(jù)可與其它軟件進(jìn)行共享，由此大幅度提升了化工機(jī)械制造過程中的數(shù)據(jù)處理水平。目前，隨著化工生產(chǎn)過程的不斷改進(jìn)和優(yōu)化，對化工機(jī)械的各方面性能提出更高的要求，因此精細(xì)化設(shè)計(jì)已成為化工機(jī)械制造的必然發(fā)展趨勢，而想要使制造出來的化工機(jī)械產(chǎn)品達(dá)到精確性的目標(biāo)，就必須保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性，應(yīng)用ANSYS軟件可以使該目標(biāo)得以順利實(shí)現(xiàn)。

（2）NASTRAN 軟件在化工機(jī)械制造中的應(yīng)用。在化工機(jī)械制造中，可以運(yùn)用NASTRAN軟件進(jìn)行熱傳導(dǎo)分析，從而達(dá)到優(yōu)化機(jī)械設(shè)備熱性能的目的。除此之外，很多化工機(jī)械在制造過程中采用的都是非線性的設(shè)計(jì)方法，可在機(jī)械產(chǎn)品的金屬成型及變形分析中，對NASTRAN軟件進(jìn)行應(yīng)用，并且還可以對部分零部件進(jìn)行分析，從而了解每個(gè)部件的使用壽命，借助可視化模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對化工機(jī)械結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化。

2.2 模糊控制的應(yīng)用

模糊控制是智能控制技術(shù)的重要分支，是一種以模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)，其歸屬于非線性控制的范疇。通過模糊控制能夠?qū)θ斯Q策過程進(jìn)行模擬，在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)算法控制。同時(shí)，模糊控制還能與一些先進(jìn)的技術(shù)相結(jié)合，形成功能更加強(qiáng)大的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，由此可對化工機(jī)械制造過程進(jìn)行有效控制。例如，模糊控制+神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制+專家系統(tǒng)、模糊控制+遺傳算法等等。近年來，隨著模糊控制理論的逐步完善，出現(xiàn)了一些具備自學(xué)習(xí)特征的模糊控制技術(shù)，其可以按照化工機(jī)械的相關(guān)指標(biāo)，完成數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而得出合理的結(jié)果，按實(shí)際需要對化工機(jī)械的結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，不但提升了化工機(jī)械的運(yùn)行穩(wěn)定性，而且還使設(shè)備的運(yùn)行過程變得更加安全、可靠，能顯著降低化工機(jī)械生產(chǎn)中的事故發(fā)生幾率。

2.3 CAD技術(shù)的應(yīng)用

CAD是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的簡稱，這是一種非常先進(jìn)且實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，在化工機(jī)械制造中的應(yīng)用十分廣泛。依托CAD能夠快速完成化工機(jī)械建模，為后續(xù)的制造加工提供參考依據(jù)。通過CAD 可以在相對較短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出化工機(jī)械產(chǎn)品的模型，由此可使與產(chǎn)品有關(guān)的信息直觀呈現(xiàn)出來，便于產(chǎn)品參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，能使制造加工過程變得更加合理。除此之外，借助3D 打印技術(shù)，可將化工機(jī)械的關(guān)鍵參數(shù)及模型以三維可視化的形式進(jìn)行展現(xiàn)，不但確保了參數(shù)的精確性，而且還能大幅度提升制造效率，有助于化工機(jī)械制造成本的降低。在化工機(jī)械制造中，對3D打印技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用時(shí)，操作人員可以先通過數(shù)字掃描儀，對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行掃描，然后輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，并在3D模型中，完成固化與粘合等步驟，通過復(fù)制與還原得到最終的模型。

2.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡稱ANN，它是AI 領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，ANN 實(shí)質(zhì)上是一種運(yùn)算模型，整個(gè)模型由若干神經(jīng)元互聯(lián)而成。

（1）應(yīng)用優(yōu)勢。ANN 具有如下應(yīng)用優(yōu)勢：①自學(xué)習(xí)能力。以圖像識別為例，將圖像樣板及識別結(jié)果輸入到ANN 之后，通過自學(xué)習(xí)，ANN能夠逐步學(xué)會(huì)識別類似的圖像。②快速尋找最優(yōu)解。在很多領(lǐng)域的復(fù)雜問題分析中，都需要求取最優(yōu)解，由于問題本身的復(fù)雜程度較高，從而使得計(jì)算過程較為繁瑣，耗時(shí)較長。而ANN能夠依托計(jì)算機(jī)高速的運(yùn)算能力，在相對較短的時(shí)間內(nèi)，找到最優(yōu)解。

（2）在化工機(jī)械制造中的應(yīng)用。可以運(yùn)用ANN對化工機(jī)械進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，以此來獲取結(jié)構(gòu)變量與動(dòng)態(tài)參數(shù)之間的非線性映射關(guān)系。同時(shí)，利用ANN能夠顯著提升化工機(jī)械制造系統(tǒng)的自適應(yīng)能力，由此可使機(jī)械產(chǎn)品的制造效率獲得大幅度提升。

2.5 機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用要點(diǎn)

在化工機(jī)械制造的過程中，對機(jī)械自動(dòng)化進(jìn)行運(yùn)用時(shí)，除了應(yīng)當(dāng)了解相關(guān)的要點(diǎn)之外，還應(yīng)對如下事項(xiàng)予以注意：

（1）確保基礎(chǔ)配套。機(jī)械自動(dòng)化涵蓋的內(nèi)容既多且雜，如計(jì)算機(jī)、微電子、機(jī)械、控制等等，上述內(nèi)容均會(huì)對化工機(jī)械制造系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響，比如檢測、控制、伺服等等。同時(shí)機(jī)械自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)需要大量數(shù)據(jù)信息的支撐，所以信息處理成為化工機(jī)械制造中不可或缺的技術(shù)之一。

①為使機(jī)械自動(dòng)化能夠在化工機(jī)械制造領(lǐng)域中得到有效應(yīng)用，必須保證基礎(chǔ)配套，具體而言，應(yīng)當(dāng)逐步加大對基礎(chǔ)技術(shù)的研究力度，全方位、多角度對各個(gè)工序的自動(dòng)化進(jìn)行分析，從而最大限度地滿足化工機(jī)械自動(dòng)化制造的需要。

②對化工機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)化制造的過程中，為確保產(chǎn)品的各方面性能滿足化工生產(chǎn)需要，應(yīng)當(dāng)對以下幾個(gè)方面加以關(guān)注：計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)、自動(dòng)化裝料以及重要零部件檢測等等。同時(shí)，化工機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身的實(shí)際情況，對機(jī)械自動(dòng)化中的數(shù)控設(shè)備進(jìn)行合理運(yùn)用，以此來對生產(chǎn)線進(jìn)行完善，提高化工機(jī)械產(chǎn)品的整體制造水平，使制造的機(jī)械設(shè)備性能更加穩(wěn)定。

（2）保證技術(shù)的實(shí)用性。在化工機(jī)械制造中應(yīng)用機(jī)械自動(dòng)化的相關(guān)技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保所選的技術(shù)具有較強(qiáng)的實(shí)用性。對此，制造企業(yè)應(yīng)將各種主流及先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)作為首選，并對自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用中的問題進(jìn)行分析，找出有效的解決方法，在充分利用原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化調(diào)整，提高機(jī)械制造的自動(dòng)化水平，使生產(chǎn)出來的化工機(jī)械產(chǎn)品滿足不同用戶的使用需要。

（3）考慮成本。化工機(jī)械制造企業(yè)在對機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過程中，除了要考慮自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用之后，能夠?qū)ιa(chǎn)效率帶來的提升之外，還要考慮所選的技術(shù)需要投入的成本，若是成本與效益不成正比，則無法充分體現(xiàn)出自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)有的優(yōu)勢，并且還會(huì)增大企業(yè)的資金壓力。因此，化工機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)對一些較為成熟的自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行選用，通過技術(shù)集成，提升機(jī)械制造水平和生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度。

3 結(jié)語

綜上所述，化工機(jī)械制造是一項(xiàng)復(fù)雜程度較高的工作，為進(jìn)一步提升化工機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，可對機(jī)械自動(dòng)化的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用。通過CAE 技術(shù)、模糊控制、CAD 技術(shù)以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對化工機(jī)械制造過程進(jìn)行優(yōu)化，推動(dòng)化工機(jī)械制造業(yè)的提檔升級和突破性變革。