浅议自动化生产线的发展

谭根风+++林铭钦

摘 要：文章介绍了自动化生產线的发展过程，自动化生产线的功能与作用，以及自动化生产线基本的六大功能模块说明。另外机械手不断投入使用，更加完善了自动化生产线。

关键词：自动化；自动化生产线；机械手

自中国解放以来，中国机械制造业随着全球科学技术的不断进步取得了举世瞩目的发展。特别是近半个世纪以来，经过微电子、传感器、自动控制等各种技术迅猛进步，再就是随着计算机应用领域地不断扩张，很多的先进的思想、先进的技术和先进的工艺逐渐进入中国机械制造业，使机械制造领域发生了质的飞跃，迈向一个新的台阶[1]。同时由于计算机技术的迅猛更新，也促进了机器人技术快速提高，大到航天应用，小到家庭用的扫地机械人或儿童玩具等，在全世界社会经济发展中的每个领域均能看机器人的广泛使用，俨然机器人已成为高科技中不可或缺的组成部分[2]。人类社会的进步以及科学技术的发展已和机器人的研究、开发、使用产生了十分紧密的作用。现代机械自动化生产技术制造出来的产品，不单单为人和手的肢体功能延伸，而且还可以是人类的感官与头脑的意识类的拓展。因此具备智能化的特点呈现是现代自动化生产线和传统的机械加工方式在功能上的实质差异。

至今时期，因为有着高速发展的科学技术为依托，机械制造业中的自动化生产技术也取得了更加广泛的运用，所据地位变得越来越重要。近年来各种各样的自动化生产线已经在汽车制造业、电子电气行业、食品行业、化工行业、冶金行业等领域已经被研究和制造出并投入使用。随着自动化生产线投入的使用，不仅提高了产品品质和生产效率、同时也在改善作业员工作环境、递减能源消耗、降低原料成本等方面均取得了显著的成效[3]。以传统生产流水线的为根基渐渐演变到今天的自动化生产线，是由工件搬运系统和控制系统，把一套自动化设备和关联辅助设备依加工流程联动起来，可以自动完成产品所有或部分生产过程的制造系统。它不但要求生产线上各种机械加工设备可以自动地按照设定的在每个工段及工艺流程，将产品加工成为良品，而且也可以让加工件在装载与卸运、指定位置的固定以及在工段间的移动、加工余料的清除、出货包装式样等细节需求都能够自动的实现。为了能实现这个要求，按设定的制造流程顺序设计者们把自动搬运线和其他部分辅助性装置将不同的机械加工设备安装于一体，并进行控制程序的设定，然后由各个控制系统的功能模块各负其责地发出指令，从而自动地运转，连续、稳定的生产出符合技术要求的产品。现大家把这类生产线统称为自动化生产线。

自动化生产线已成为当今机械制造的主力军，当今机械制造的不断进步也主要依赖于自动化生产线的领导和支柱作用，其对整个机械制造行业及其他各个领域也起到了不可替代的作用。

虽然说自动化系统自己本身不能够直接创造出利益，但不能否认它对公司的制造加工过程有着显著的助推作用，相关要点涉及如下说明：

（1）能提高产品质量，并能保持稳定。

（2）能提高生产效率。

（3）可提高生产安全性，降低工伤等伤害产生。

（4）能进行快速的换取模具，以减少生产准备时间。

（5）可实时监控制造过程，并可回放追溯。

（6）也可削减制造过程的原材料的浪费以及能源能耗的过度使用。

自动化工程师为了实现上记要点需求，于系统中追加了以下工作指令：

（1）采集和分析产品及设备数据信号。

该工作指令的追加不仅能够提升生产效率，而且还能够为设备的修理增加了便捷。

（2）将持续加工过程产生实验数据以及自动修正数据[4]，进行适时地更新和保存。

因为机器的开启及终止均为自动状态下来实现的，我们不仅需求能够得到最短地替换模具的时间，而且也想最大限度地让设备的停机时间是最短的，同时也还可以递减不良品的发生。再且因为计算机利用保存的最新最优的生产数据来引导生产，也即能够让设备载荷最佳化[5]。目前自动化生产线就是因为它基于计算机、传感器、机械、驱动等技术有序有律地融合使用而变成一项实用性非常强大的系统，有效运用这些控制技术，然后再安装加工的需求，从系统整体考虑，对它们进行有目的整合，以便达到整体设备的最佳化[6]。

虽然说根源于传统的流水式生产布局的自动化生产线，在构成模式上与流水生产线有很多类似的地方，但其所起到的作用或机能是传统流水生产线根本无法比拟的，而且在各个方面表现出其优越性的特点。依照设定的控制程序或指令在没有外在干扰的状态中自动进行操作或控制的过程，可以达到我们需要的“稳、精、快”就是自动化生产线最大的特点。自动化生产线的使用可以使人从单一的高强度的体力作业、险恶的作业条件中得以解脱，同时还能做到延伸和完善人的身体器官功能，来提高工作生产效率，也增强人类改造世界的能力。

各个自动化生产线因生产的产品各异，也就使生产线在结构上、大小上及功能上或多或少存在一些差异或区别。但是无能哪种类型的自动化生产线从功能角度来讲，均具有六大基本功能，也就是传输、处理、控制、查检和驱动。在此，传送功能因属于各种运动和操作，则需由为自动化生产线提供能源能量的动力源来完成。处理功能就是在生产加工的过程中，可以能够把设置在各个区域的传感器的数据信号进行探测和采集。实施功能就是实现所需的指定动作，但其首先要做的工作就是对各种信号指令实施保存、传送、计算、分析、转换等之后，再利用关联的端口电路对执行装置给出指令。控制功能之所以能够在自动化生产线当中得到实现，主要依靠由可编程控制器、微机、单片机及其他部分电子控制机构来担当完成的；查验功能的实现则是由具有如角位移、位置、直线位移等各种功能的传感器来执行的。传感器的作用主要是采集生产线上的压力、位置、流量、温度等各种数据信息，并把这些数据信息传达给信息处理中心以便达成控制目的。驱动功能则是由电机驱动、气动驱动等装置来实现。

前述自动化生产线主要的特点中提到把人类从单一的高强度的体力作业、险恶的作业条件中得以解脱，同时还能做到延伸和完善人的身体器官功，来提高工作生产效率里所指其主要装置就是机械手或机器人。

在这里来谈谈机械手。在科技日新月益的推进更新下，机械人工作的灵活度与耐用度日益增强，这也是与人类的最大区别之一。也就是机械手可以惟妙惟肖地效仿人手和臂的部分行为功能，依设定程序进行拿取、搬送物品或操控工具的自动操作装置。此外它还能够替代人的沉重劳动来达到机械制造加工的自动化。只需我们利用编写程序来实现不同的预想动作，在结构和功能上就能同时拥有人和机械手种种的优点。常用的机械手一般由手部、活动机构两大部分组成。手部的首要任务就是实现工件的抓取，然后按照被抓取工件的材质、尺寸大小、形状、重量和动作需要设计成如托取型、吸贴型、夹持型等满足要求的各种结构类型。运动机构也就是让手部按照不同的角度不同运动轨迹进行翻转、转移或混合运动来满足产品的加工需要。运动机构的伸展与收缩、上升与下降、旋转等独自活动形式，被叫做机械手的自由度。要能够拿取任何地方或不同状态的工件，只要拥有6个或以上自由度的机械手就可以做到。因此机械手的自由度就最初设计时必须谨慎合理地考虑的重要参数。机械手的自由度越高，作业功能或者敏捷性就越大，实用范围就越广，当然对应的结构也就越复杂。普通专用机械手有2～3个自由度[7]。投入使用机械手，可以使生产线完全自动化，不仅能大幅削减人工，同时劳动强度也大大降低，而且系统稳定好、使用方便，同时还可以适时快速便捷地监控生产实际情况。当然对企业来讲最大的优势就是能够降低长期带来的人工成本，提高企业利润率。

目前我国国内公司内人工成本不断增加，逐渐成为公司的一大负担。对此机器人自动化生产线在加工制造业中的优点日趋鲜明，众多的生产厂家慢慢开始加大对机器人自动化生产线的投入。拥有众多优势的自动化生产线正在慢慢更替中国传统的制造业模式，开拓现代加工制造业的创新模式[8]。现自动化生产的思维已慢慢渗入人们的工作、生活，也讓人们的工作生活变得更为的便利快捷。

参考文献

[1]侯力，樊庆文，黄成祥，等.机电一体化系统设计[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]熊有伦.机器人学[M].武汉：机械工业出版社，1993.

[3]张永军.完整的全自动生产线[J].北京：机械工业出版社，1995.

[4]陈永方，陈明.浅谈自动化生产线的发展[J].广西轻工业，2011.

[5]何克忠，李伟.计算机控制系统[M].北京：清华大学出版社，1998.

[6]中英昌.自动生产线技术[M].上海：上海交通大学出版社，1992.

[7]谢亚青，储开芳.基于PLC的五个自由度气动搬运机械手研制[J].机械手的设计，2007（11）.

[8]朱金权.机器人自动生产线的工艺分析与总体设计[J].中国新技术新产品，2014.