机械自动化技术应用与发展前景探索

林莉莉 宫钦志

摘要：集成机械技术、自动化技术，是现今时代机动器件无人干预技术发展的必然选择，可以为机器组件工程高度文明化运转提供充足动力源。因此，文章围绕机械自动化的应用，阐述了機械自动化技术在现代社会各个行业领域的应用表现，并对后续机动器件自己主动操纵、运行过程中将会出现的景象进行了进一步探索，以期为机动器件自己主动操纵、运行新景象的构建提供良好借鉴。

关键词：机械自动化技术;汽车;农业

中图分类号：TH-39                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）02-0183-02

0  引言

机械自动化技术主要是借助现代化科技，驱动机械设备自动运行，但人仍然为设备操纵的主体，承担着对机械设备发布控制指令、指挥机械设备依据指令内容运作的责任。由于我国工程机械自动化技术发展时期较晚，整体水平仍然落后于发达国家，具体表现为自动化程度较低，仅实现了刚性自动化，集成化、柔性化、智能化运行范围较为狭窄。基于此，对机械自动化技术的深度应用进行进一步探索非常必要。

1  机械自动化技术的概念、组成

1.1 概念

自动化又可称之为Automation，主要指在没有智能主体干预的情况下，机动器件或装配件依据预先设定的程序、指挥命令，自行调控、操纵的过程。而机械自动化（Mechanical Automation）是机动器件自己运动研究体系的一个分支，出现时间较早，最早可追溯至鲁班制作飞鸟，主要指机动器件、装配安置件利用机械方式达到自发操控目的的一个过程。

1.2 组成

从机械自动化系统的可控功能效用入手，机械自动化系统包括程序件、作用件、制定件、控制件、传感件几个部分[1]。其中程序件主要承担机械系统工作内容决策者以及生产率提升渠道拓展者;作用件主要是面向具体工作领域，为运动力量提供支持，可以为机械系统自发完成预先设定功能效用提供驱动，并实现其他能量向机械能的转换。一般在机动器件自己主动操纵、运行系统中仅需一作用件，而复杂度处于较高水平的机动器件自己主动操纵、运行系统则需多个作用件;制定件主要是通过与传感件联系，对其所感应收集信号进行进一步处理，并根据相关结果给出可传输至作用件的反馈指示命令符;控制件主要是针对作用件运行需求，进行调节单元的实时选择;传感件主要是依托传感器，对机械自动化系统内每一个负责作业执行的元件状态进行监测及数据记录。

2  机械自动化技术的应用领域

2.1 汽车机械设备制造自动化

汽车机械设备制造自动化集中展现为作业内容多样化、装配配合柔性化、位置关系不确定的特点。其中作业内容多样化主要指汽车机械设备冲压多为板材冲压成型，焊装多为白车身焊接，涂装多为白车身喷涂。整体内容集中度较高，各个工位、各个工序之间的作业内容具有一致性。利用机械自动化技术，可以在整个车间展开全工序，涉及了螺栓拧紧、装饰件胶条安装、密封塞安装、插头连接等内容。即便为同样的内容，因其安装位置、安装用零件差异，安装内容也具有较大差异;装配配合柔性化主要是由于汽车总装车间主要内容为白车身之外的零件装配，所涉及的液体管路、胶钉、线束、饰件均为柔性部件，与车身间配合也经常呈现出过盈配合特征;位置关系不确定主要是由于焊装车间自动化工位所采用的为静止-移动间歇式搬运流动方式，自动化装配也大多是在车体静止状态下开展。此时，由于其他全部总装车间均采用各工位连续关联的流水线输送模式，若想实现自动化装配，就需要控制设备、车体间处于绝对的相对静止状态。以广汽本田总装车间为例，该车间依据自动化设备最小化占用车位标准，采取视觉引导+机械自动化技术，可以吸取不同载具、车体的重复定位误差，达到部分零部件装配的自动化。特别是在设备布置方面，可以通过摄像头摄取图像寻找特征点后再次进行核算（对比实际图像与基本图像间位置关系）。获得三维移动量后，将结果数据传输至机械自动化终端，为位置调整提供基本思路。整个过程赋予了机械自动化终端“眼睛”，保证汽车机械设备生产稳定适应柔性化零件。如为实现汽车车门防水胶自动涂布，可利用视觉引导技术，以双目视觉配合线激光+三维线激光进行精准定位，引导机器人对车门进行涂胶，从根本上解决以往车门载具无法精确定位而导致的不同载具、不同车门间自由度偏差大的问题。

2.2 汽车机械设备控制自动化

在现代汽车技术体系中，机动器件自己主动操纵、运行是发展主旨[2]。在以汽油作为动力源的车辆安全管控、以汽油作为动力源的车辆发动机与底盘管控、以汽油作为动力源的车辆污染防控、以汽油作为动力源的车辆能源管控、以汽油作为动力源的车辆工况信息与道路信息、以汽油作为动力源的车辆乘坐舒适性管理、以汽油作为动力源的车辆再循环技术、运营信息技术等[3]。比如，以汽油作为动力源的车辆发动机控制技术，自己主动操纵的范围就覆盖了燃油喷射装置、怠速、空燃比、排气再循环、点火器等汽车发动机模块以及速度变化器、轮驱动、牵引、车速等汽车变速器模块;而底盘自己主动操纵技术又可称之为汽车底盘无人干预运行，涉及了转向（制动防抱死、驱动防滑）、制动（动力转向、四轮转向）、悬架控制（悬架、悬挂系统自动控制）、巡航控制（在路况变化情况下车速始终保持稳定，且无需驾驶者手动控制油门）。

在机械自动化技术支撑下，汽车上各个机械元件、控制环节存在相互关联的特性，首层为人-车-环境控制系统，次层为车辆综合约束管制系统，次末层为制动约束管制系统、动力传动装置系统、转向约束管制系统、悬架约束管制系统，末层为汽车前悬架装置、后悬架装置、左悬架装置、右悬架装置以及前制动装置、后制动装置、左制动装置、右制动装置控制系统。整个过程主要利用汽车自动控制元件ECU（带单片机的嵌入式系统）的作用，统筹协调各子系统稳步运转。由于ECU具有独立的处理器、存储器、I/O设备，可以独立自动控制汽车的某一系统，比如发动机管理系统ABS、EMS等，避免主动悬架减弱车辆侧倾时四轮转向系统横摆响应减弱问题出现。对于中档轿车而言，其内部具有十几个汽车自动控制单元;而高档轿车则具有几十个甚至上百个自动控制单元。上述自动控制单元可以经数字总线结构连接，构成复杂度较高的机械控制局域网络。在这一机械控制局域网络中，通过输入发动机等部件性能参数，可以实现指定要求的行驶循环。

2.3 农业机械设备控制自动化

在科技先行的背景下，以机动器件自己主动操纵、运行为支撑的农业形式逐渐形成雏形。现应用于嘉定新城（马陆镇）春季农业生产中的上海司南卫星导航技术股份有限公司研发生产的农机自动驾驶系统仅需手指一点，农业机械就可以自己主动驾驶，实施翻整土地、旋转耕耘、耙平细土、田垄平直、药剂喷施、种子下播、作物收获等作业，农户还可在互联网线上观看作业过程，根据对实时进度的了解，调整作业方案。该农业机械自动化系统主要是在北斗卫星系统支持下，为农机在农田中作业提供精度较高的确定位置信息，指导农机依据预先设定的路线平稳、快速地进行自动行进、上线、校正。农户也可以结合垄精度，进行程序的预先设计，促使农业机械可以依据预先设定的垄线进行自动化驾驶（农机手无序全过程掌控方向盘仅需在转弯时调整作业方向），后者通过用户界面操作工作流程，排查障碍物，保证作业过程顺利进行。而技术人员可利用直播、微信群组、QQ群组等新型媒体手段，在云端指导，为农机手及农户提供全天候农耕作业数据实时上传、下载及远程协助、故障排查、人员管理、进度调整等服务。

2.4 建筑机械设备控制自动化

以数控钢筋加工设备为例，自动化数控设备可以在满足建筑工程钢筋加工需要的同时，简化钢筋加工流程，提高钢筋加工效率，促使工程获得最佳性价比。在实际应用过程中，高强度钢筋棒材的下料设备可以根据需要将钢筋自动切割成标准长度，落实加工钢筋品尺寸精准、长度标准、效率高的原则，并在短时间内完成钢筋与相关设备的安装调试、稳定运行。同时过渡到无人化施工领域。比如，在福冈县深山大规模水坝施工时，技术管理者就可以在激光扫描仪、全球定位系统支持下，掌握位置、周边环境信息。随后通过在多功能便携终端上发布指令，推土机、振动压路机等机械就可根据前期嵌入的程序自动实施搬运混凝土、地面铺平、压实等自动化作业。由于现行机械自动化技术已经将熟练工操作重型机械作为数据积累嵌入到了算法内，实现了系统自动学习“工程技艺”，可以避免压路机压实某部分时已压实部分与未压实部分落差问题的出现。且可彻底改变劳动密集型产业体系，在某种程度上解决了技术人员、施工人员严重短缺现象。

3  机械自动化技术的发展前景

3.1 绿色化

绿色化是机动器件自己主动操纵、运行阶段优质竞争力获得并维持的基准。在开展机械自动化技术研制开发阶段，负责方应将绿色化及相关要素作为生产实践过程优化指标，借鉴其他国家或者地区绿色性能开发经验，将重点投入未来收益可持续提升上，保障机械自动化技术在促进国民经济发展方面优良效用的充分发挥[4]。

3.2 小体积

现今时代应用较为普遍的机械自动化技术支撑下的产品大体积特性较为突出，仅可满足建筑业、汽车业、农业等对产品体积要求不很严苛的领域，无法满足信息、军事、医学等领域要求。基于此，在未来机械自动化技术发展过程中，应逐步突破体积方面的瓶颈，以微型机械自动化的形式满足更多行业需求。

3.3 虚拟化

随着不同类型机械制作工艺与模型构建技术、仿真技术的深层次融合，功能更加完善的虚拟化机械自动设备将陆续出现。虚拟化机械自动设备可以集中汇总、处理不同类型生产阶段涉及信息，在机器学习的再学习机制支持下，可以解决机械自动化生产阶段存在的各种类型问题，最大限度满足实际生产需求。

3.4 实用性

在未来机动器件自己主动操纵、运行进程中，自始至终都需要以企业从事财富创作过程需求为导向，保证技术运转不偏轨，稳定的为社会创造经济层面或者环境层面的效益。即贯彻实用为准的原则，以企业从事财富创造过程具体条件为导向，研制、开发恰当的自动化技术并将其运用于现有机械设备。

4  总结

综上所述，对于我国机械自动化技术而言，可以在农业、汽车、建筑机械等多个领域发挥优良效用。特别是在工程中，利用机械自动化技术特有识读辨别系统，可以高度感知作业对象，识别石头、沙土等材料的特有性质，降低工程实施阶段不可控风险因子。基于此，在未來的机动器件自己主动操纵、运行进程中，相关作业者应进一步拓展应用领域，研制更小体积、更实用、更环保的产品，为我国工业科技攻关提供支撑。

参考文献：

[1]康殿胜，李昌宝，张睿.机械自动化技术及其在机械制造中的应用探讨[J].中国科技投资，2018（005）：273.

[2]张富宇.汽车生产自动化控制系统研究[J].山东工业技术，2018（03）：33.

[3]谢双文.机械自动化技术在汽车控制中的应用[J].科技经济导刊，2018（10）：44.

[4]李洋.浅谈建筑机械自动化技术的现状与发展[J].建材与装饰，2019（08）：202-203.