機械自動化技術及其在機械制造中的應用研究

王宏 唐和業

摘要：在社會經濟與科技不斷發展的背景下，對機械制造產業生產能力提出新的挑戰，為提高機械制造效率，實現機械制造技術自動化是必經之路。基于此，本文首先闡述了機械自動化技術在機械制造中的意義，繼而圍繞機械自動化四個方面，即計算機輔助設計、計算機輔助制造、柔性制造系統、計算機集成制造系統，展開機械自動化技術在機械制造中的應用途徑分析，提高自動化技術應用水平。

關鍵詞：機械自動化技術;機械制造;自動化技術應用

中圖分類號：TH16 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0196-02

0 ?引言

在社會經濟高速發展背景下，機械制造市場競爭呈現白熱化趨勢，機械制造產業的發展需積極運用機械自動化中各項技術，實現機械制造水平與效率的雙向提高，為機械制造產業提供經濟效益增長，但在機械自動化技術實際運用過程中，人們為真正了解到其在機械制造中的意義，對機械自動化技術應用方向不熟悉，導致機械制造水平與效率未顯著提升，因此加大相關研究是極為必要的。

1 ?機械自動化技術在機械制造中的意義

機械自動化技術在發展過程中逐漸演變成集計算機輔助技術（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、柔性制造系統（FMS）、計算機集成制造系統（CIMS）為一體的先進技術集合，隨著社會生產要求的不斷提高，機械制造實現自動化已迫在眉睫，在現階段機械制造產業發展中，自動化技術的應用將成為行業發展重點[1]。

傳統機械制造模式已無法完成社會高質量高效率目標，在近幾年發展中，機械自動化技術實現了與計算機技術的充分融合，為機械制造發展注入新的活力，在此基礎上，機械自動化在機械制造中體現出顯著意義，具體表現在以下方面：①改變傳統勞動力依賴現象，在傳統機械制造模式下，主要依賴勞動力完成生產制造目標，雖在機械化生產中實現了生產技術的革新，但在現代信息技術環境下，機械自動化是促進機械生產制造進一步發展的有效方式;②促進機械生產規范化，在傳統機械工程師實現生產設計時，受各種條件限制導致優化復雜，除機械制造設計外，繼而實現機械制造操作優化;③提高市場競爭力，在現代國內外機械制造市場競爭逐漸尖銳的形勢下，實現機械制造大規模自動化技術應用可提高機械制造生產水平與產業國際競爭力，促進社會經濟增長。

2 ?機械制造中機械自動化技術的應用途徑分析

為實現機械制造中機械自動化的正確應用，本文從實現CAM機械輔助設計、優化CAM人機交互制造、完善FMS柔性體系建設、形成CIMS集成管理方式四個角度進行應用途徑分析，旨在為機械制造中運用自動化技術提供發展方向。

2.1 實現CAD機械輔助設計

計算機輔助設計是運用計算機實現機械設計工作，簡稱CAD，能夠有效降低機械制造成本，在傳統機械制造基礎上提升生產力與效率，通過幫助設計工程師實現計算自動化與信息存儲自動化，極大提高設計工程師設計效率與質量，繼而保障機械制造水平，實現機械制造設計自動化能夠使設計工程師的思維快速具象化，通過初級設計思路的效率提高，使設計工程師設計優化修改時間變得更加寬裕，能夠有效提高機械制造設計合理性與規范性。

現階段普遍使用Auto CAD、PRO/E、浩辰CAD等設計軟件，通過對D代碼的規范實現設計模具成型，運用自動化技術提高設計工程師繪制準確度，將機械標準件庫中各類模型數據進行轉換并導入CAD三維模型系統中，并可通過CAD軟件實現機械制造設計二維與三維的形式轉換，運用自動化技術實現設計建模是CAD軟件的核心功能，將機械制造設計進行線框、實體、表面建模，通過機械模型的解構與重構，并實現了立體化展現。

在機械制造產業中，運用CAD自動化技術實現輔助可將機械產品、機械子裝配、機械零部件進行可視化設計，并結合CAD軟件信息存儲與修改的便利性使容錯率得到提升，繼而實現機械制造數據的最優化設計。例如汽車制造過程中，汽車整體結構與各部位質量能夠直接影響汽車性能與行駛安全，設計工程師展開機械制造設計時運用CAD自動化技術實現汽車零件立體化設計，能夠最大程度保障汽車質量，而通過CAD自動化技術完成汽車整體結構設計，能夠實現汽車結構優化，并經過可視化設計后進行制造能夠有效避免設計圖紙與成品之間的差異，提高汽車整體性能，并杜絕制造后返工現象的出現。以汽車為機械制造案例進行分析不難看出，CAD自動化技術的應用極大提高機械制造設計效率與質量，實現成本降低與經濟效益增高，因此可得知機械制造產業全面實現機械自動化是社會發展的必然趨勢。

2.2 優化CAM人機交互制造

計算機輔助制造簡稱CAM，在機械制造產業中，運用電子信息技術進行機械數據分析與運用，繼而完成對機床等設備的自動化管理，CAM計算機輔助制造作為直接影響機械制造質量的核心技術，具備仿真加工、數控編程、生產流程控制與規范等多種功能，可與CAD自動化設計實現聯合信息交互，由CAD自動化設計完成計算機標準G代碼，實現設計模型后轉換成為NG代碼并運用CAM技術送至機床完成加工制造，并通過自動化處理形成制造軌跡，在機械制造產業發展中逐漸形成操作規范，進一步提高機械自動化應用水平。CAM相較于CAD而言，更加注重各類制造工藝過程數據控制，而非設計數據掌握，CAM通過自動化技術完成機械零件、工具設定等多項實際制造加工流程優化，不斷降低機械制造誤差。

在機械制造產業中，CAM的運用主要體現在零部件加工、組裝與整機配裝、驗收與包裝、自動化倉儲控制等方面，例如在進行機械部件組裝制造時，需借助計算機完成基礎組裝工程設計，根據實際數據參數進行調整組裝順序與位置，在確保機械整體質量基礎上提高組裝精確度。CAM自動化技術是基于計算機軟件進行機械制造的，因此為保障CAM技術的準確運用，需結合機械制造產業實際情況進行構建數據資料庫，為機械自動化提供技術依據，在CAM實現自動化制造生產中可分為數控系統與編程系統，數控系統通過人機交互完成機械制造設計圖導入、數據分析、制造參數導入等多項工作，傳統機械制造機床是基于數控紙帶與廣電閱讀器進行加工控制，實現機械自動化技術運用后，可通過計算機完成傳統紙帶與閱讀器的工作，對機床刀具位置補償、故障診斷、加工仿真對多項機械制造環節實現自動化轉變，繼而根據CAM編程系統完成機能、地址碼的指令編號，例如NO15G00G49X073Y029T32程序代表意義為快速運動到點（73.29），二號刀取三號撥盤上刀補值，其中NO15指第15條質量，G00代表到點控制，而G49為刀補準備，X073與Y029代表X與Y坐標值，T32為刀具編號，運用計算機地址碼完成機械自動化制造，提高機械生產效率[2]。

2.3 完善FMS柔性體系建設

柔性制造系統簡稱FMS，是通過中央計算器完成機床與傳統的控制，能夠實現機械設備與零件的傳輸，實現機械制造與加工的準確化操作，運用FMS自動化技術可實現物料與加工零件的自動裝卸與運輸，通過機器指令操作實現全面機械化操作，實現了人工成本的降低，并有效提高裝卸與運輸過程的準確度。

在機械制造過程中，FMS自動化技術主要體現在板類加工、箱體加工、軸類加工與盤類加工，但FMS最大價值體現在工件、刀具、毛坯等物料的儲存與搬運過程中，通過托盤庫與立體倉庫完成物料存儲，其中毛坯需生產制造工人將其放入FMS系統托盤夾具中，通過設定FMS指令完成指定位置運輸與加工。FMS柔性化管理應用還可針對外界環境因素的變化實現自動化差異適應，通過指令撰寫與導入實現實時更新數據，使機械制造能夠根據市場變化進行適應性更改，能夠切實保障自動化技術能夠為機械制造產業創造經濟效益。在當前FMS自動化技術發展中，已融合了人工智能技術實現了機械制造機器人，能夠在其設定范圍內實現機床輸送與裝卸工件，在傳統機械制造工藝中，對于勞動力具有極大的依賴性，在當下信息化生產廣泛應用的大環境下，機械制造管理人員需用發展的眼光看待自動化技術，充分結合時代新技術完成自身產品質量進步，雖短期內可能會出現成本提高現象，但在長久以往發展中，機械自動化技術的優勢將會愈發顯著，不斷為機械制造產業創造經濟收益。

柔性化主要特征是可以聯系外部因素作用差異呈現出良好的適應能力。換言之，于柔性化應用中，所生產的產品能夠有效適應整個市場變化特征。而現代機械制造業在實際發展中，需要聯系終端用戶的多樣化需求，進行精準反應，從而針對機械制造產品結構屬性以及產品類型進行合理調整。從該種角度分析，通過實現柔性化應用，能夠幫助順利解決相關問題，同時在保障必要生產柔性的同時，針對人機交互界面實施全面優化，同時在針對產品制造創建信息管理系統的同時從最大程度上發揮出計算機管理效益。基于先進技術支持下，敏捷制造逐漸成為柔性化應用發展主流趨勢。

2.4 形成CIMS集成管理方式

從機械制造業角度分析，集成化即技術功能和技術經營的全面集成，基于信息技術支持下，計算機集成化制造可以促進企業參與制造整個過程實現全面優化。企業于實際經營管理中所涵蓋各種動態集成可以促進企業內部動態集成為統一整體，進而強化其和全球化競爭中關鍵需求的全面融合。于機械制造技術實際發展中，通過合理應用自動化機械技術，可以在制造系統內順利引入數控加工技術、企業信息管理系統、計算機輔助設計技術。當下以CAM和CAD為核心的CIMS工程應用方式初步實現了機械制造行業的全面覆蓋，在未來發展中其能夠成為制造產業發展主流之一。

CIMS為計算機集成制造系統，是在CAD與CAM技術基礎上，將具有關聯的各個子模塊進行集合管理的新方式，通過計算機技術將分散的產品制造環節進行整合，使各機械制造環節不再孤立，從而形成統一整體，對于小批量生產的機械零件尤為適用，能夠充分體現集成化經濟效益管理與智能化制造[3]。CIMS集成自動化在一定程度內完成了機械設備的自動化控制與自動化調節，對于機械制造產業而言，各制造參數的變化均由數據體現，自動化集成管理相較于傳統集成管理而言更易實現數據集中化，將制造信息進行資源信息的分析與重組，實現對市場需求的快速相應。機械自動化技術在集成管理發展中應始終圍繞精密化制造展開，提高各零件制造精度，實現CMIS在自動化機械制造中的全面覆蓋，提高整體經濟效益增長與競爭力提高。

3 ?結束語

綜上所述，在機械自動化技術革新背景下，對于促進機械制造生產水平與效率提升具有顯著效果，由此可見，機械制造中廣泛應用機械自動化技術是順應社會進步的必要要求。在研究過程中，本文圍繞自動化技術四個方面展開應用途徑分析，以期為機械制造產業實現自動化發展提供方向，在保證產品制造質量基礎上實現生產效率提升，以此促進機械制造產業的可持續穩定發展。

參考文獻：

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[2]任軍亮.智能型機械自動化應用趨勢[J].湖北農機化，2020（11）：124-125.

[3]劉綱，付志剛.機械自動化技術應用與發展探究[J].內燃機與配件，2020（10）：227-228.