數控技術在自動化機械制造中的運用

郝芳

【關鍵詞】數控技術；自動化；機械制造；運用

引言

現階段，我國工業化水平在科學技術發展的刺激下也有了進一步的提升，傳統的機械生產加工已然無法適應實際需求，越來越多的機械制造企業開始轉型升級。數控技術即數字化控制技術，將計算機技術、網絡技術等多種技術充分融合，該技術也被廣泛地應用到我國各項工程技術的發展過程中，其中應用最多的當屬機械制造領域，既能夠提高機械加工生產的效率，也明顯降低工作人員的勞動強度。為全面系統地推動自動化機械制造的持續健康發展，也為了促進我國制造業的智能化發展，必須加強對數控技術的研究與應用。

一、 數控技術的應用優勢與特點

數控技術顧名思義就是指利用計算機網絡來實現控制的一種自動化技術，它能夠實現機械制造的自動化、程序化，詳見圖1[1]。在機械加工中應用數控技術，對于提高機械加工的精度和生產質量有著重要意義。不僅如此，在生產過程中還能夠有效降低人力勞動的強度，便于企業更好地進行生產管理。由于數控技術實現了電子計算機的自動化控制，在加工過程中，對于一些較為復雜的、精密的零件也能進行精確加工。因此該技術具有精度高，效率高的特點，也正是由于數控技術的這些優勢，其在現代機械加工中得到了較為廣泛的應用，這對于提升機械加工的效率和自動化有著重要意義，為企業帶來了更高的效益。

圖1 數控系統示意圖

二、 數控技術在國內外的發展現狀

（一）數控技術在國外的應用現狀

現階段國外在數控技術的應用上發展較快，主要原因是國外在這一方面的研究起步較早，并且已經建立起相對完善的人才培養體系，在發展的過程中也通過相關的政策鼓勵企業不斷進行創新，發展高端的數控技術。至今，國外已經擁有了較為高端的數控自主創新體系，德國、美國、日本都掌握著數控系統的領先技術，走在時代前列。如今人工智能、互聯網、大數據等前沿信息技術相繼與數控技術融合，推進工業化與信息化深度融合，促進機械制造產業優化升級。

（二）數控技術在國內的應用現狀

長久以來我國對于數控技術的研究一直處于緩慢發展狀態，與西方發達國家相比，我國數控技術早期在精確度與穩定性都存在明顯差距，低端的數控技術正在不斷發展中，而高端技術卻依然需要從國外進口，這一現狀對于我國的數控技術發展極為不利。造成這種結果的原因是我國多數企業在發展過程中對數控設備采取粗放式的管理，落后的生產設備加上企業管理人員對于數控技術發展的不重視，導致我國數控技術在發展過程中受到了嚴重的限制[2]。伴隨著研究的持續深入，我國民營數控系統企業異軍突起，中高端數控機床正在不斷擴大市場份額，數控技術加工精度也已提升至微米級（0.001mm），國產數控技術呈多樣化發展趨勢。

三、數控技術在自動化機械制造中的運用

（一）利用數控技術構建自動化運行系統

傳統的機械制造主要是依靠人力來進行的，雖也在制造與生產中運用數字編程進行輔助，機械制造自動化并未在真正意義上得以實現。而數控技術的出現，使機械制造業上升到了一個新的高度，也有了新的名稱，即自動化機械制造。“自動化”是自動化機械制造的核心，它能代替人力進行機械制造與生產，大大提高了機械制造與生產的效率與完成質量，目前已被相關企業廣泛應用。

數控技術在機械制造中最為常見的一項應用就是構建自動化運行系統。隨著社會的進步和科學技術的迅猛發展，人們對于先進設備的需求量不斷增加，越來越多的新型設備和儀器已被生產并投入使用，在這種大環境的影響下，傳統的半編程程序已無法適應社會快速發展的需要，因此相關技術員開始利用數控技術進行構建自動化運行系統[3]。

在自動化運行系統開始構建之前，相關技術員要對企業內的生產設備進行了解與檢查，對該企業的機械制造流程進行深入研究與分析，并針對企業自身的個性特征與實際情況進行詳細的分析，比如企業規模大小、生產產品的種類、地理位置等，在此基礎上利用數控技術在控制制造與生產的計算機中輸入各種數據，對機械與生產的整個流程進行編程操作，以確保該企業擁有與自身最適配的自動化運行系統，保證機械制造與生產的順利進行。

數控技術在機械制造自動化系統的主要應用流程（如圖2[4]）如下：工作人員在總控制臺將提前編好的程序輸入進自動運行系統中，給其一定的反應時間，然后在此基礎上輸入運行指令，系統就會對數據與程序進行初步的譯碼和預處理，然后將信號傳遞給相關的機械制造設備，機械設備在收到信號指令后會自動開啟生產與制造模式，從而完成全自動化的機械生產。利用數控技術構建自動化運行系統能大大提高設備的運行速度與效率，極大程度上減少了操作失誤，為企業的發展開辟了新的方向與道路。

圖2 數控技術在自動化機械制造的應用流程

（二）自動化機械制造中的監督與管理

1.安全管理

自動機械制造雖可以在具體生產中實現自動化，但也不可能完全放棄人力作業，因此機械制造中的人員和設備的安全性還無法完全保障。因此可以利用數控技術對自動化機械制造與生產的全過程進行安全監管，確保人員與設備的安全。

利用數控技術對自動化機械制造進行安全監管具體可分為兩種情況。第一。若該企業仍依靠人力進行安全檢查與管理，也可在此基礎上在相關設備中安裝自檢程序，這個自檢程序可以對設備進行定期檢測，將設備的原有數據信息與一段時間內的新數據進行對比，得出偏差結果，若二者偏差較大，說明該設備已經出現安全問題，此時的自檢程序會將數據信息發送至維修員或工程師的計算機中，使維修員能及時查看該設備的問題，并對其進行維修；第二，若該企業發展較為迅速，已在企業內部引進無人機、智能機器人[5]（如圖3）等設備進行維修，則可以在此基礎上利用數控技術對機器人的程序進行更新升級，加大智能機器人的檢測范圍和力度，與設備的自檢程序不同，利用智能機器人等進行安全檢查不僅能更加快速地找到安全隱患，還能對此處的安全隱患進行數據分析，形成一套最佳解決方案，并將數據分析結果與自動生成的最佳方案一起反饋給維修工程師，這樣能有效避免維修工程師進行二次檢測所造成的時間浪費，大大提高了工作效率，確保設備的安全性[6]。

圖3 智能機器人

2.對生產過程的全面監管

除了可以利用數控技術對相關設備進行檢查與維修，還能將其運用在制造與生產的監管中。自動化機械制造雖因其高精確、高效率的特性，在一定程度上代替了人力，但還是無法避免生產中操作失誤等情況的出現，若沒有及時發現錯誤之處，任由其繼續運行下去，不僅會損害相關高價設備，情節嚴重的還可能導致整個生產的停滯，對該企業造成巨大的經濟損失。

因此為了盡最大可能避免生產與制造過程中出現失誤，必須對生產與制造全流程進行全面監管和控制，此時數控技術就是最好的選擇。在新的編程指令正式投入使用之前，必須對其進行高強度的測試，其目的在于找尋編程中出現的漏洞，防止其對正式的生產與制造產生消極影響。可以先利用數控技術創造虛擬控制臺，再將相關指令輸入到虛擬控制臺中，利用計算機對其進行運行模擬試驗，若模擬實驗中未出現異常，則可進行下一步測試，若模擬實驗存在異常，則需對該指令進行修復。在關閉正常運行系統后，在總控制臺中進行測試，若該測試通過，則可繼續投入使用，若該程序在總控制臺中出現運行錯誤，則應及時對其進行維修，以防正式運行中出現同類型的錯誤。若在虛擬運行測試中發現異常，則應及時修改編程指令直至正確，再將其輸入總控制臺進行下一步試驗，最后將其投入使用。

（三）數控技術的勘探與檢測功能

由于自動化機械生產與制造本身具有精密性和高準確性，因此對相關的材料、零件等具有較為嚴苛的要求標準。為了確保生產材料的準確使用，在進行具體制造與生產前，可利用數控技術對本次產品的相關性能等作出分析，并根據相關資料信息推算出最適合此次生產的相關材料、資源以及零件，比如各部分零件的材質要求、穩定性、耐熱性等。這樣一來就會在極大程度上避免因材料材質問題導致的生產失敗，大大提高自動化機械制造與數控技術的準確性。

除此之外，對于需要戶外作業的設備來說，當地的地理位置與自然環境通常是影響生產與制造實施效果的最主要因素。因此在進行生產制造時，可先利用數控技術對當地的自然環境進行分析，比如溫度、風向、空氣濕度等，并在此基礎上推斷出后續一段時間內的具體生產情況，幫助企業挑選出最為適宜的作業時間，防止因天氣情況而導致生產的暫停，極大程度上縮短了生產與制造周期，提高了生產與制造效率。不僅如此，利用數控技術對自然地理環境進行勘測也是為數控技術的發展提供了一個新的思路，擴大了數控技術的適用范圍，有利于其作用的完全發揮。

四、數控技術在自動化機械制造中的應用策略

（一）提高對數控技術的重視程度

為盡快擺脫西方國家對數控技術的封鎖，企業必須提高對數控技術的關注程度，使之廣泛地引入各類機械設備到生產環節之中。同時，政府需要制定出臺具體的政策，以引導有關企業積極開展創新，并通過予以企業必要的經濟補貼，減輕我國中小型公司開發和引入數控技術的資金壓力。各廠商需要進一步樹立前瞻視野，堅持與時代同步的原則，進一步發展高新科學，進一步優化機械設備生產的加工工藝，使數控技術充分地貫穿于機械制造中，進一步提升生產效率。

（二）大力發展自動編程

數控技術的顯著特點是智能化，為了對生產工藝過程實現有效管理，應當注重自動編程。改變以往作業時技術人員根據圖紙和工序卡片等判斷整個生產過程的思維模式，以避免圖紙分析出錯和手動操作誤差大等問題。自動程序則在生產加工過程中，能夠按照生產標準自行調整正確的工藝方向和路線。而如果通過計算機技術可以獲取合理的工藝參數，再通過計算機技術代替人工作業，則可以大大提高機械制造質量，從而確保生產資源得到優化分配，并盡可能節約成本。

（三）加強專業人才培養

數控技術對應用和研究該技術的人才有著較高的要求，企業應當定期開展培訓工作。比如針對編程人員而言，在培訓工作中需要以自動化編程的具體流程、編程的方法、重點要點問題、相關軟件的操作方法等作為培訓的主要內容；對于現場作業工作人員來說，培訓工作主要內容應當包括數控系統監測、設備調試與監測等等；而對于設備維修人員來說，應當將設備主要結構、作用原理、設備常見的故障問題、診斷故障的方法、維修方法等作為培訓的主要內容。

結語

我國機械制造領域要想不斷在國際市場上提升競爭力，在綜合比拼中脫穎而出，就要以現狀和發展策略綜合考慮，采用先進技術手段增強經濟實力。同時，相關行業應不斷培養優秀人才，充分發揮數控技術的優勢特點，全面促進機械制造加工技術水平的提升，以實現制造過程自動化、安全生產標準化、生產效率最大化的預期目標，從而提高我國機械加工制造技術和工藝的創新與完善程度，最終順利完成產業的升級轉型。