自動化技術在汽車機械制造中的應用分析

王雅明 袁國倫

摘要：本文對國內外汽車制造行業中自動化技術的應用現狀進行分析，系統闡述了目前自動化技術在汽車機械制造中的研究難點與發展重點，提出未來我國汽車機械制造行業自動化技術應該向多元化、智能化及標準化方向發展，研究結果對于汽車機械制造行業自動化及智能化的提高具有一定的理論意義與技術支撐。

Abstract： This paper analyzes the application status of automation technology in the automobile manufacturing industry at home and abroad， systematically expounds the current research difficulties and development priorities of automation technology in automobile machinery manufacturing， and proposes that the future automation technology of my country's automobile machinery manufacturing industry should be diversified， The direction of intelligence and standardization is developing， and the research results have certain theoretical significance and technical support for the improvement of automation and intelligence in the automotive machinery manufacturing industry.

關鍵詞：自動化;多元化;機械制造;發展趨勢;智能化

Key words： automation;diversification;machinery manufacturing;development trend;intelligence

中圖分類號：U46 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0223-03

0 ?引言

自動化技術（Automation technology）是一門集計算機技術、人工智能技術、電子信息技術、系統工程技術、機械技術、液壓技術及相關控制理論等為一體的綜合技術，可以改變傳統工業制造生產技術中需要大量人力投入的生產現狀。自動化技術可以減輕勞動強度，應用信息技術與計算機技術，通過相關技術人員提前進行程序編輯，在機械制造中可以按照人的意愿進行信息處理與操控決策。目前，自動化技術已經應用到各個行業與各項制造生產行業中，在軍事、醫療、農業、交通等相關行業得到了廣泛應用于發展，將相關勞動人員從繁重、沉悶及枯燥的生產勞動中解放出來。自動化技術的發展情況也被認定為各個行業發展現代化的重要標志。

汽車制造生產是一項多元化綜合生產技術，汽車制造需要多種機械零部件產品，通過各種加工方式合作完成。隨著目前社會發展對汽車需求不斷提升，汽車工業也在不斷壯大。通過2020年研究表明，我國汽車銷售量占世界市場的銷售總量的一半以上，隨著生產數量的激增，我國逐步發展汽車制造自動化流水線工作，實現汽車機械制造零部件的標準化與模塊生產應用。因此，逐步提高并且普及汽車制機械制造的自動化水平，是提高我國汽車制造行業先進性的重要標志。

1 ?汽車機械制造自動化技術發展意義

1.1 提高生產效率

汽車機械制造是一項繁瑣的流水線工作，主要包括汽車制造行業零部件的生產、各項零部件的加工技術及最后的裝配加工技術。自動化技術可以代替相應的人工進行機械制造與操作，按照預定的技術操作規程進行自動操控，減少人力投入，極大地改善了傳統落后的生產現象。目前我國已經將自動化生產技術進行集成化發展，逐步形成了自動化生產平臺，實現汽車制造流水線工作，提升工作效率，實現汽車生產集成化、標準化與自動化發展。我國最早在2003年，在上海通用汽車公司建立自動化生產車間，實現一種車型一套自動化流水線生產，可以同時進行8臺汽車的制造，初次投入生產下，自動化程度可以達到60%，后續相關零部件的焊接與裝配及汽車質量的檢查仍需要人工進行。隨著技術的不斷發展與自動化技術的提高，自動化生產平臺的生產效率及生產精度得到了大幅度提高。目前在汽車機械制造行業中的控制系統、電子信息系統、軟件系統等得到了長足的發展。在控制系統中，主要將自動化控制技術應用到ECU控制系統（圖1），可以實現模糊控制、動態控制與規劃及一些復雜的控制技術。在電子信息控制技術中，主要是進行相對應的硬件系統的設計與開發，例如汽車控制系統中的CAN總線設計;在汽車自動化制造中，軟件控制系統是控制核心，主要是針對軟件系統進行程序設定與底層開發等。

目前我國汽車制造行業已經基本實現自動化平臺進行流水線工作，目前正在此基礎上向智能化制造體系發展（圖2）。我國工業4.0是汽車制造行業的重要生產環節與目標，我國應該將各項智能化生產技術應用到汽車制造行業中，提升工作效率與行業發展。目前，在自動化控制的基礎上，結合計算機技術與人工智能技術，研制一種智能汽車，對駕駛環境與駕駛路段進行決策規劃，實現自動路徑調整與規劃，可以為駕駛者提供良好的人機交互界面，保障駕駛的舒適性與安全性，目前國內外已經將智能汽車的研究作為汽車制造行業發展的重要研究方向，在歐盟及美國等地區已經基本實現智能汽車駕駛，在日本，目前已經開設相關路段專門用于智能汽車的行駛。目前我國已經完成智能汽車的基本研制，主要結構如表1所示。

1.2 滿足安全與穩定要求

1.2.1 可以實現數據傳輸的精度與響應程度：自動控制技術可以利用各類傳感器實現對不同系統的實時監測與信息傳輸，方便各個控制系統之間的信息交互，保障系統全面穩定運行。實現信息存儲與傳輸，形成系信息集中控制系統（Smart Distributed System），并且可以實現雙向通信，通過對接收的信息來決策，并實現各項操控技術，還可以實時進行自我檢查、校對與系統診斷等功能。與傳統的人工制造相比，傳感器對于各項數據的傳輸速度、響應程度及靈敏性高于人工，可以大幅度提高工作效率與工作精度。

1.2.2 增強安全性能，消除危險隱患

在汽車機械制造中，在進行零部件制造與加工時，許多工藝操作會存在一定的安全隱患，一些加工技術，如噴漆等化學產品還會對人體健康造成一定的威脅。因此，在一些零部件加工時，利用自動化控制技術，如機械爪等代替人工進行操作，可以提高工業生產中的安全性能，消除一些安全隱患對工作人員造成的威脅。

2 ?自動化技術在汽車機械制造中的應用分析

2.1 集成自動化技術應用分析

集成自動化技術是汽車制造生產中的管理核心，主要是應用管理控制理論、電子信息、儀器儀表及其它技術實現對汽車制造中的相關檢測、控制與優化調度，主要分為邏輯控制、分散控制和計算機控制。對系統進行性能檢測與調試運行，在汽車機械制造中應用集成自動化技術可以實現系統之間的連續控制、集中管理與統一通信，增強汽車制造中整體的協調性與精度，為汽車的安全運行與性能提高提供技術基礎。

2.2 機械組裝自動化技術應用分析

汽車裝配技術是充分發揮各個零部件的協調性的重要作業環節，是保障汽車各個零部件正常運行的技術基礎。機械裝配精度對于后期汽車維修、保養、工作性能及使用壽命至關重要，至汽車制造的維修保養的重要條件，是決定汽車質量的主要工藝技術。采用自動裝配技術可以提高裝配的完整性、精度及統一性。

2.3 檢測自動化技術應用分析

汽車機械制造中自動化檢測技術是車輛安全性能檢測的最后作業環節，是保障汽車可以正常運行的基礎，也是后期汽車保養與維修的主要工作內容。目前，采用自動檢測設備，可以在技術人員專業知識受到局限時，全面地對汽車進行檢查，及時發現汽車整體存在的安全隱患，在汽車檢測與維修時都可以進行全面的檢查與分析判斷。

3 ?汽車機械制造中自動化技術的發展難點

3.1 重型汽車自動化技術的發展

目前隨著汽車自動化控制技術的逐步發展與深入研究，目前汽車機械制造自動化技術主要集中在小型駕駛汽車，關于重型汽車自動化技術的研究較為匱乏。重型汽車的駕駛人員有更多的注意事項與基本操作，重型汽車在駕駛過程中會出現一定的道路監控盲區，應該增強針對重型汽車自動化技術關于交通路況監測、與乘客的互動響應機制及相應的停車服務功能進行深入研究。重型汽車在軍事及商業生產中應用廣泛，2019年起，歐盟委員會推出的“COMPANION項目”開始對重型汽車的機械制造自動化技術進行深入研究。美國加州大學伯克利分校也開始對重型汽車進行自動化的研究，目前已經成功應用一項“汽車駕駛座位自動調整技術”，除此之外，在巴士、卡車和除雪設備中，關于汽車自動化主題的大多數發表的人為因素研究大多局限于調查、焦點小組、駕駛模擬研究、由于目前的汽車自動化技術，特別是重型汽車自動化技術還未進入深入研究與高精度測試。未來應該發展重型汽車在排隊服務、道路監控及車道輔助等方面的自動化研究，充分考慮駕駛人員與汽車駕駛界面的友好交互。

3.2 自動駕駛技術的發展

自動駕駛系統（Autopilot system）可以將駕駛者從枯燥重復的駕駛過程中解放出來，由于目前自動駕駛技術中自動控制系統、定位技術、傳感器技術及機器視覺技術技術還不成熟，在不同路況中行駛時，容易受到地形及田間環境的影響，與國外一些農業發達國家相比，我國在自動駕駛研發水平、生產效率、機械創新性較低及自動化控制技術較為落后。汽車機械制造自動化技術會影響人工智能技術在汽車制造生產中的應用，提高汽車機械制造自動化技術可以更好地與人工智能技術互相融合，在汽車制造生產中發揮1+1>2的功能。

4 ?自動化技術在汽車機械制造中的應用策略

4.1 加強自動化技術人才的培養

加強人才培養是提高綜合國力的重要保障。任何行業的發展都離不開專業技術人員的支持，只要培養相應的技術人才才可以創造更高效、更先進的汽車制造生產技術。我們應該大力培養機械制造及其自動化技術綜合類技術人才與復合型技術人員。例如，汽車機械自動化技術需要IT技術人員支持和維護自動化生產平臺的過程操控與系統集成，為各項技術流程提供相對應的軟件基礎，整合流水線數據采集，可以保證在汽車機械制造中對各項生產過程進行信息采集與調控。另一方面，應該在企業內部調整工作獎勵機制，進行相關綜合考評，以此作為調薪調檔的評判標準，提升競爭意識，最大的發揮人才生產能動性與主動性，積極開展人才培訓工作，制定相關的計數培養課程，將各項先進技術引進企業，提高企業整體素質，實現未來企業良性發展。

4.2 提高自主研發能力

加大對傳統汽車制造機械的研發力度，準確把握工業生產及自動化技術的先進形勢，加大汽車制造機械基礎零部件研究，提高自主研發能力，目前關于汽車制造機械整體配合性與機具使用效率的研究較為匱乏。因此，我們應該對汽車制造機械工藝技術進行同步深入研究，在增強機械耐磨程度、提高機械工作性能、保證良好工作結構的同時，實現機械使用壽命的延長等方面具有重要意義。在汽車制造生產中，加快技術創新與改革，提高生產力與機械化進展的速度，力求達到一個更加理想的自動化普及水平。

4.3 機械控制智能化發展

隨著科學技術的不斷進步，如計算機技術、傳感器技術、人工智能技術等的快速發展，汽車機械制造生產中應該與智能化科技相結合，對目前傳統汽車機械進行升級，在實現自動化控制的基礎上，逐步向智能化方向發展，在提高汽車機械制造基礎性能的同時，加強智能控制系統的設計與傳感器的應用，提高汽車機械制造智能化水平，加快汽車制造行業的快速發展，為今后實現無人駕駛及自動導航技術提供一定的技術基礎。

4.4 加快計算機視覺技術的研究

我國關于機器視覺技術起步晚，發展較為緩慢，由于相關技術不夠成熟，所以在各個行業的實際應用中相對較為落后，仍處于試驗階段，目前主要集中在電子、半導體、汽車行業及交通中應用較為廣泛，在汽車制造生產中應用屬于初級階段。機器視覺技術是目前人工智能技術的核心，也是目前無人駕駛技術及自動導航技術的重要技術基礎。其特點主要是通過圖像傳感器對周邊環境進行識別，并將圖像信號轉換為數字信號，從而做出智能決策，屬于人工智能發展的一個重要節點。計算機視覺技術多多種技術的交互融入及各個學科的深度融合，主要是傳感器技術、機械制造技術、人工智能技術3大部分。傳感器技術是汽車自動導航技術的核心技術，是連接機械制造與人工智能技術連接的“橋梁”，只有提高傳感器的精度，才可以更好地將采集的信息及時高效的反饋給信息處理系統;機械制造技術是決定汽車制造行業優劣評判指標;人工智能技術是及時作出信息判定及決策的中心。目前我國傳感器主要是引進國外相對較為成熟的各類傳感器，缺乏自主研發能力，目前國外與國內的核心技術差別較大，因此配合使用效果較差。因此應該逐步建立相關核心技術的發展與相關零部件的配套使用體系，積極探索較為成熟的配套使用系統，為汽車機械制造行業中無人駕駛及自動導航技術的發展提供一個健全的技術體系。因此，大力發展和完善視覺技術是未來汽車制造行業乃至整個生產制造行業的重點。

5 ?結語

通過對目前機械自動化技術在汽車制造生產中的應用進行分析，系統闡明了我國汽車機械自動化技術的發展瓶頸的研究難點。針對我國目前汽車行業的發展現狀，提出：①未來我國汽車制造行業應該逐步向智能化方向發展，加強對相關人工智能技術、傳感器技術及機器視覺技術的研究，為無人駕駛技術及自動導航技術提供技術基礎與保障。②應該加強相關汽車制造行業復合型人才的培養，大力提高汽車機械自動化技術的創新性與自主研發性。③引導相關汽車制造企業對相關汽車制造行情的變化并及時制出相關的政策與計劃，提高汽車的生產效率與市場競爭力，根據市場需求及時調整生產重點與產品升級，在保證汽車制造行業穩步生產時，及時調整發展重點，適應外界瞬息萬變的市場導向，提高我國汽車制造行業的市場競爭力。研究結果對于提高我國汽車制造行業中機械自動化及未來發展方向提供理論基礎與技術參考。

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