機械自動化技術發展解析

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摘要：機械制造自動化技術可以促進機械制造業高效科學發展，節約生產時間，提高生產效率，優化機械制造加工過程，促進生產過程自動化、連續化，節約成本、優選材料，便于反饋和大數據處理等，其優勢是不言而喻的。機械自動化技術是機械制造業發展的根本方向?；诖?，文章對我國機械自動化技術的發展展開了研究。

關鍵詞：機械制造；自動化技術；發展

中興事件使人們知道中國“缺芯”，以至于全民呼吁“中國芯”。依賴于人被別人“扼制”咽喉的命運是悲劇。華為有自己的“海思麒麟芯片”應該不受限于人，但仍然出現了華為事件，權且稱為美國“霸凌行徑”。單就機械制造領域，沒有美國制造業，數控機床、電子工業、能源工業、精細化工業和部分軍工產品全部或部分性能大打折扣。缺乏核心技術，需要用毅力、時間來研究。

1機械制造及自動化技術運用現狀

陜南商洛是一個貧窮落后的地方。從市招商局獲悉，十幾年來有20多家500強企業落戶商洛市，其中機械制造企業掛名的有商洛比亞迪廠、陜西龍門（商洛柞水）鋼鐵有限責任公司、商洛冶煉廠、商洛農產品剝皮機械設備廠、商洛造紙機械廠、商洛總段機械廠、商洛恒泰機械有限公司、商洛晨龍機械有限責任公司等。節假日，筆者分批參觀了這些企業，特別是對商洛有關企業的跟蹤調查，收獲頗豐。商洛比亞迪有限責任公司是商洛首批引進的大型企業，主要從事太陽能電池項目、汽車安全氣囊、氣體發生器等項目，總投資約80億，年銷售收入200多億，解決就業上萬人。比亞迪公司不忘初心、牢記使命，依靠商洛自然資源優勢，狠抓科技力量，不斷更新產品，使得250萬商洛人基本使用上了太陽能電池發電，現在村村都安上了太陽能燈，晚夜鄉村小道、庭院門前亮如白晝。該公司徹底改變了國際國內太陽能電池價格居高不下的現狀，實現了太陽能電池?；褂?，也為太陽能這種新能源、清潔能源、可再生能源廣泛使用探索了新路。商洛比亞迪建廠初，對商洛人民說：“再造一個美麗的商州”，其意是發展經濟，使繁華的商州市區擴大一倍，如今，這個諾言基本實現了。比亞迪公司之所以在商洛扎下了根，取得了人民滿意的成功，主要體現：1）以人為本、安全第一。各個操作環節都有十分嚴格的安全措施、操作程序，禁止各種與生產無關的火源，統一服裝，人人佩戴護目鏡、安全帽，安全防御措施齊全，讓人工作起來心情舒暢，非常安心。2）強大的科研機構，不斷研制新產品，不斷更新技術，不斷降低產品成本，不斷提升產品的環保性。比亞迪全國聯動，實行人才流動，不斷引進新人才，重視對一線工人技術培訓。3）不斷引進和更新生產過程的自動化操作程度及計算機程控指揮水平。4）不斷開發自己的核心技術，擺脫依靠外來技術的狹隘瓶頸。除了商洛比亞迪公司一枝獨秀外，大多數機械制造類工廠令人大失所望。十幾年過去了，這些500強企業并沒有給當地帶來翻天覆地的變化，卻因環境污染嚴重、工人工資不斷下滑、產品質量差、銷路不暢等頻臨倒閉。更令人不解的是，坐落在商州沙河子鎮的百強企業曾使這個鎮成為省示范鎮，2019年初也被省取消了，不見發展、不見繁華，荒涼一片、污染成災，誰能容下呢？幾家500強機械制造企業把一個小城市機械業終究沒有扶植起來，痛心之外，留下的只是思考。這些機械制造企業存在的問題：1）盲目投資，缺少論證。商洛處于巴山之巔，秦嶺腹地，交通不便，信息閉塞，是中國連片貧困區，發展機械工業必須考量當地人力資源、物力資源、環境資源、水力資源等。2）急功近利，舍近求遠，不能充分使用當地資源。3）環保意識和治理能力不到位，民怨四起。4）職工素質低，追風趕場，經營無特色，無地方優勢，產品缺乏個性，缺乏美觀，且成本過高；材料老化，設備一撐到底，不更新或不投資更新。5）缺乏技術人才，缺乏研發人才，缺乏與先進企業及世界企業接軌的意識與人才[1]。幾年來筆者也在省城參觀了頗有名氣的西安重工裝備制造集團有限公司、西安華歐精密機械有限責任公司、中建三局智能有限責任公司、上海建科建筑設計有限公司等機械企業，進一步從機械制造業的重要組成部分了解到機械自動化技術在機械制造生產中運用現狀及原因。1.1軟硬工件及智能流程落后。機械制造及自動化企業中，機床與刀具，程序檢測，工序控制，數據反饋，數據記錄等決定著加工水平。一些核心零件主要靠進口，從根本上限制了我國機械業的高質量高水平發展。西方發達國家經歷了蒸汽機時代、電氣化時代兩次完整的工業革命，積累了完善成熟的工藝及先進的技術，我國不僅基礎設備落后，技術還在摸索開發中，如美國使用納米微光技術時，我國制造業還處在作坊模式。1.2工藝高端化過低過度保守。我國制造業占世界的30%，產品質量一直未受到世界普遍認可。產品質量的高低很大程度上取決于產品工藝水平。國外早已采用高精密設備加工，高精細加工、高微細加工等高科技加工方法和技術。而我國目前仍然以傳統加工模式為主體，從而使工藝水平的提高受到了嚴重限制，甚至與世界發達國家的高端工藝方法相對差距愈來愈大。1.3自動化程度科技含量過低。科技高度發達的國家，機械工業采用數控機床，柔性工藝制造單元（FMC），全自動化柔性制造系統（FMS），以及計算機操作的集成制造系統（CIMS）等，完全實現了柔性自動化、人工智能化、核心集成化、大數據模擬化。我國還停留在單機自動化、剛性自動化階段，柔性制造單元系統，計算機集成管控等僅在少數企業使用，大多數還需要人工管理。1.4專業化管理落伍開拓不力。美國、日本、歐洲等工業科技發達的國家和區域普遍采用計算機聯網管理，特別重視組織體制、管理體制，熱衷生產模式的不斷改進更新。據觀察與交流，國內大多數企業：十分重視生產技術，但卻輕視管理技術；格外重視硬件建設，但卻輕視軟件建設；特別重視信息化管理，但卻輕視集成化管理?？傊?，我國企業專業化管理水平低，國際市場開拓能力還很薄弱。1.5高端技術處于國際鏈低端。先進設備可以用錢買回，然而高端核心技術確是難以掌握。我國對外技術依存度居高不下，導致機械制造業難于高速快速發展，處處受制于人。很多企業高技術產業發展迅速，但具有自主知識產權的產品不多，難以掌握核心技術，重引進，輕消化。缺乏自主知識產權的核心技術和品牌，導致我國制造業還停留在國際價值鏈分工的低端。

2機械自動化技術發展中必須重視的意識

2.1環保凈化意識。勿容置疑，環境污染，能源短缺，肯定會使人們生活質量下降；空氣質量變差，嚴重地威脅人們的生命健康。為了改變環境，優化自然，降低空氣污染指數，減少固體廢棄物及噪聲等污染，我國提出了環境保護原則，并實施嚴格的環保政策，遵循環保理念，科學和諧發展經濟。然而，機械制造業在發展的過程中很難做到這一點，機械制造在生產過程中本身就需要消耗大量的能源，包含一次能源和二次能源，再加上環境處理不科學、技術落后，從而導致環境污染加劇，這不僅影響了生態環境，也降低了機械制造業的經濟效益和持續發展的坦途。2.2創新發展意識。時代在發展，社會在進步。我國機械制造業發展的過程也應做到與時俱進，與世界同步，根據社會變化、科技發展，創新機械制造方案及改進制作方法，提升機械制造的效率、質量、性能，及適用范圍和前瞻性。機械制造技術是一項全球性技術，只有密切關注自身及世界機械業發展的需求，才能滿足廣闊的市場發展，立于不敗之地。最新科技集中力量為產品帶來活力是永葆青春的秘訣，永遠走在行業前沿才是持續發展的源泉。2.3智能技術意識。制造企業的目的是降低消耗、減少成本、提高環保水平、保證生產質量、實現個性化需求。而制造系統中經常存在設備故障、加工失效等問題，也會產生大量實時數據。采集現有設計、工藝、制造、管理、監測、物流等環節的信息，這些信息通過數據挖掘和數據分析被抽象化建模轉化成知識，再利用這些知識去認識、解決和避免問題，并且實現生產的快速、高效及精準決策。當這個過程能自發自動地循環進行時，即智能制造。智能化技術是機械自動化技術發展的方向，使機械制造在統一的系統一體化中操作與生產。在機械制造行業中，應用計算機技術越來越廣泛，產品前期研發設計階段、銷售階段、管理階段、合作階段，基本實現信息化、網絡化。從業務方面來看，從線下過渡到線上，使產業發展迅速提高。計算機技術應用貫穿于機械制造整個生產過程及各個層面[2]。2.4綜合發展意識。眾所周知機械制造業的網絡化、信息化必然會促進相關行業聯動發展，綜合發展的連鎖效應和局部發展的蝴蝶效應。機械制造業除了網絡化、信息化這些媒體平臺發展之外，更可以帶動新材料發展、帶動新能源發展。當前，我國機械制造業所涉及的范圍主要有產品研發、產品生產、產品銷售、售后服務，這些環節雖然改變了以往傳統的各自為戰的局面，但還不健全、不連貫，互動依然差，還需要科學、合理地集中開發，實行立體聯動發展、產銷一體化，讓生產真正為人類造福，而不是為盈利而盈利。也就是說，機械制造業已不單是制造產品過程的本身，而是對產品營銷、市場容量、長遠發展等方面做以細致的調查和規劃，戰略上計劃發展，策略上采用市場靈活調整，使產品設計方案、材料更新周期、產品開發水平、生產加工技術、環?；厥盏拳h節形成一個集合體，集中式的開發，促進企業競爭與發展，提高整個國家的經濟發展和雄厚經濟實力[3-4]。2.5競爭合作意識。全球經濟的發展導致制造業的競爭力從提高勞動生產率轉向時間、成本、質量、銷售等四者的綜合考查，先進的制造業技術充分考慮建立在高效的基礎上，并兼顧產品成本、質量及銷售，甚至產品的發展遠景等方面有機結合。要想實現智能化機械生產，必須發展機械自動化技術的競爭力，及時推廣新技術，不斷改良和優化設備，讓機械設備良性螺旋發展。要利用網絡信息和計算機技術、專業設計對自動化技術整體、局部、環節不斷改造創新。時時明白沒有最佳最好的技術，只有不斷創新、不斷發展技術。高效實效的發展技術，讓技術發展永不滿足、永不封頂。要防止過于依賴網絡信息、防止單純信賴計算機數據憑證，務必總結吸取科研人員、技術骨干、一線工人的實踐經驗、不斷發揮人腦創造力，通力合作，一樹花開，避免智力隱藏，藏而不露，開而不發。競爭與合作并存，才能使機械制造業少走彎路，直接與世界先進技術接軌。

3我國機械制造自動化技術的發展趨勢

機械制造自動化技術的應用，不但能使機械業實現自動化、智能化，而且可以節約產品成本、提高生產效率和生產質量。我國機械制造自動化技術的發展趨勢主要表現在以下幾方面。3.1向一體化和智能化方向發展。PLC（可編程邏輯控制器）機電一體化技術應用數控機床，利用數字設備的輸入輸出就可以控制生產過程，很大程度提升了數控機床的智能化水平。PLC機電一體化技術是對機械技術的一種智能化延伸，在機械設計技術中，PLC機電一體化技術主要應用在防護裝置、自動排屑裝置、轉動裝置、吸塵裝置、勵磁裝置、溫控裝置等方面；在自動控制技術中，PLC機電一體化技術主要應用在單片機系統、通信系統、輸入輸出系統、執行構建系統、反饋系統，并對電動機、柴油機控制進行優化等方面；在執行和驅動系統中，應用PLC機電一體化技術其作用和原理與控制環節是相同的，保障了對指令的及時響應。應用PLC機電一體化使整個過程簡潔化，且提高了工程機械精度和生產安全性。自動化技術是機械制造業發展的指向標，而智能化是機械自動化自身發展的延伸，通過模擬人類智能，提高了機器行為的推理判斷能力和自主決策能力，從而充分實現控制目標。3.2向提高環保裝備業方向發展。為防止環境污染、改善生態環境、推動資源永續利用，機械制造自動化技術必須不斷提高環保裝備制造。環保設備既要重視產品本身符合環保，也應重視使用過程中是否環保，產品不能對操作工人和周圍環境造成污染及傷害，使環保機械從生產過程、使用過程、回收利用等方面真正達到環保。機械生產過程中要融入自動化技術，運用生產過程控制和檢測等自動化反饋技術，處理環保問題。生產過程中要科學使用動態控制技術、遙感傳感技術，光電、熱敏、聲控等自動化開關等。3.3優化商業模式向名品牌發展。代工生產（OEM）能生產出發達國家的優質產品，我國的代工生產廠商在機械制造自動化技術方面已能滿足國際大品牌生產。然而這些廠商本身并沒有銷售渠道，這就面臨商業模式問題和知識產權問題。人們都愿買優質產品，但很少知道啥是優質產品，只能用品牌來衡量和判斷。一些商家有了自己的自主品牌，就直接讓代工廠生產了。這可以有效的解決信息不對稱下的資源錯配。其實，一些發達國家的工廠相比中國工廠都沒有什么優勢，只要堅持同樣的品控標準，產品都是一致的，通過仿品制造，擁有自己特色的高品品牌，改變商業模式，實現自己的制造價值。對機械制造業一定要改變：先生產再消費的經營模式，回歸到先消費再生產的按需模式。根據消費者的意念，設計產品，制造產品，不斷創造新的品牌，以品牌求發展。例如，我國每年秋季有大量的柿子，人們一直都渴望有一種自動化機械：自動削柿子的外皮、自動化去澀、自動化烘干，高效快捷的生產柿餅，這不僅會提高果農的收入，也會改變人們的生活方式。3.4向對機械功能按需要求發展。明白機器功能的需求，首先對設計提出的機器功能中必須達到的要求、最低要求及希望達到的要求進行綜合分析；這些功能能否實現，多項功能間有無矛盾，相互間能否替代；最后確定出功能參數，作為進一步設計依據，要恰當處理需要與可能、理想與現實、發展目標與當前目標之間可能產生的矛盾問題。所有產品都是為了不斷滿足人們的某種需要而研發的，機械自動化系統具備的主要功能有對輸入的物質、能量、信息進行的集成處理，進一步輸出所需的物質、能量、信息的某種方式處理。也就是把工業三大要素物質、能量、信息通過系統主功能變換、傳遞、存儲，再經過智能控制或人工控制達到所需特性的物質、能量、信息。機械設備自動化功能要求日趨細化，而且售后對產品功能更新改造及配套產品功能同步改造已不是“將來時”。目前，客戶一是關注設備的特殊功能，二是要求設備的自動化程度，自動化程度高的機械設備越來越受歡迎。目前機械企業已從橫向發展轉為縱向發展：越做越精，挖掘度越來越深。機械企業要不斷滿足消費者的愿望和需求，定制性的對企業要求特別高：1）是否具備定制化的科技能力和生產水平。2）對接消費者的信息能力和網絡通信能力，做到及時掌控生產情況。3）產品更新能力及配套產品的同步更新能力。中國機械制造自動化動力先后是“權力驅動”—“市場驅動”—“需求驅動”，今后一切生產都是以消費者的需求為出發點，以創造價值為目標。3.5向降低自動化技術成本發展。多媒體技術的運用和網絡的各種遠程控制和監測技術的發展，把計算機、聲像、微光、通信技術等有機結合起來，在機械數控領域應用多媒體技術可以高效的對信息進行綜合處理，并通過通信設備實時監測生產現場的設備運行參數和故障。自動化使用成本很高，很多中小企業無力承受。機械制造自動化發展既要考慮怎樣降低生產成本，又要考慮自動化設備本身成本，盡可能向投資少見效快的微型化自動化技術發展。3.6利用虛擬化向以人為本發展。機械制造自動化技術愈來愈呈現向虛擬化發展趨勢。在自動化系統的支持下，機械制造業的生產與發展，實現了人與機械的合作，自動化的投入，也減少了人員投入，只需要極少數人進行企業的全自動化生產與管理。在虛擬化技術的指導下，不斷地提高環境保護、資源開發與合理應用、加強了節能減排、優化產業結構、確保了安全生產，從而提高了生產效益、生產質量和效率。3.7利用大數據推動智能化發展。大數據推動智能化發展主要分三步：1）把問題變成數據，利用數據對問題的產生和解決進行建模，把經驗變成可持續的價值，可以極大地提升設計精度。2）把數據變成知識，從“可見解決問題”延伸到“不可見問題”，不僅要明白“怎么樣”，還要去理解“為什么”，這在制造系統中的數據預測性分析，包括虛擬量測、健康管理、衰退預測等方面有極其重要的技術作用，核心是通過先進的分析算法對數據中的隱性知識進行挖掘和建模，并在制造過程中預測和避免問題。3）把知識再變成數據，這里的數據指的是生產中的指令、工藝參數和可執行的決策，從根本上去解決和避免問題，這主要應用是反向工程，即從問題的結果出發，利用知識反向推出問題發生的原因和過程；從產品的結果出發，反向推出產品的設計和制造過程，以及這樣去設計和制造的原因，這不僅需要知識，還需要了解知識之間的相關性和邏輯關系。

4結束語

機械制造業在運用機械自動化的過程中，要嚴格規范運用機械自動化技術，尊重機械自動化技術的運用原理和要求，依據工藝成熟程度及生產所需情況，研判運用機械自動化技術的合理性、價值性、可操作性。智能化技術設備成本，關鍵在搞好機械自動化的技術匹配及相關功能的配套，避免盲目使用機械制造技術。在運用集成自動化技術對信息技術改造時，要運用計算技術和網絡信息技術采集相關數據和反饋信息，并對數據信息加工集成，然后根據數據信息對智能自動化技術分析、整合，以便用智能化技術提升生產效率。要根據工藝成熟及實際機械生產的需求，采用虛擬化進行機械生產模擬，高效使用集成自動化技術和智能化技術確保生產穩定運行，提高生產效率。

參考文獻：

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作者:蘇穎迪 單位:西安科技大學機械學院