机械自动化在机械制造中的价值及应用

程 路

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300450)

机械制造业的发展促进了社会生产力水平的提升，为现代社会发展提供了内驱动力。机械制造业发展过程中，应积极引入先进的科学技术，灵活运用计算机技术、大数据技术与人工智能技术，以自动化发展为导向，积极探索机械制造生产中各个环节的自动化应用，提高产能，获取更精细、更高品质的产品，有效提升机械制造企业的综合发展实力[1]。

1 机械自动化的构成及其重要价值

1.1 机械自动化的结构构成

机械自动化是机械制造与自动化技术的有机融合，在无人值守的环境中自动运行生产设备，完成既定程序发出的控制指令，达成生产目标、自动控制目标、故障检测与管理目标。在机械制造中应用机械自动化技术，能够有效提高机械制造生产线的运行效率，增强产品品质，还可以在一定程度上压缩人工成本，提高利用率，进一步推动机械制造现代化的发展。机械自动化技术日益更新，为我国工业机械制造业的发展提供了强大的技术支持。

机械自动化结构构成主要有：程序单元。是机械自动化系统的核心结构，负责解决自动化系统运行过程中出现的问题，根据预先设定的运行指令、异常处理指令与故障处理方法进行自动化控制。作用单元。是自动化系统的前期单元，负责施加能量，确定作用目标的具体位置，发送定位信息。传感单元。是自动化系统的基础，负责实时监测系统运行状态，分析系统运行性能参数，将参数数据转化成信号发送出去。制定单元。它在自动化系统中发挥着至关重要的作用，是自动控制的基础，其能够对传感数据的单元进行收取、分析与对比，根据分析对比结果制定相应的动作信号。控制单元。它是制定单元的下一程序，负责接收制定单元传输的动作信号，根据信号指令对各个目标区域的动作发出控制指令，保障系统的安全、可靠与稳定运行[2]。

从机械自动化系统的结构构成可以看出，不同单元之间的协作为机械制造自动化控制提供了有力保障，其中，制定单元能够用定量的方法完成负载综合分析，传感单元可以根据系统运行情况展开全面检查，保证系统的稳定运行。作用单元与程序单元则能够处理系统运行中产生的相关信息，为控制任务的执行提供有力保障。各单元之间相互配合，各自执行任务，从而实现工业制造的自动化运行目标。

1.2 机械自动化的应用价值

机械自动化技术具有较强的集成性，包含了信息技术、自动化技术、计算机技术等。搭建系统时，要考虑多方面影响因素，根据综合情况设置自动诊断系统、自动预警与报警机制等。机械制造生产过程中，机械设备可能会出现运行故障，而自动化技术能够快速识别存在故障的设备位置，分析故障类型、程度、引起原因，甚至还能够对部分故障进行自动化检测，为工作人员提供检测报告，以保证生产活动的正常进行[3]。若生产过程中出现安全故障，自动化技术能够快速判断危险同时启动制动机制，紧急停止生产线各设备的作业，保证生产现场安全，避免造成安全事故。自动化技术的应用大大提高了机械制造生产的安全性，对于保障生产经济效益与社会效益而言具有重要价值。

机械自动化技术应用中，工作人员可以根据实际情况调整自动化控制程序参数与指令，实现生产线的自动化运行，减少了人工成本的投入，大大提升了工业机械制造业的现代化与机械化水平。大量的自动化操作能够减少人工操作带来的失误，提升各生产环节操作的精准度，保证产品质量。因此，机械自动化的应用在提升产品质量、节约人工成本、降低生产失误方面具有较强的实用价值。

2 机械自动化技术的特点

2.1 融合了多种技术

单一的技术是无法满足机械制造需求的，要构建一种由多种技术共同作用的自动化系统，包括智能技术、PLC技术、自适应技术与基础数据技术等。各项技术在自动化系统中的作用如下：机械制造生产线运行过程中，设备的运行强度、运转角度、运行状况等均需要通过传感设备来感知和传递信息，以实现契合实际情况的无人化指令控制，保证数据读取精确、可靠。CAN总线技术能够加强自动化系统的数据收集与整合能力，能够更高效、准确地整合不同类型的数据信息，避免出现大量信息互相干扰的问题，这一作用在大型生产线中表现得尤为明显[4]。PLC控制技术能够保证生产线中各设备环节的有序作业，保证自动化系统各单元的信号不会互相影响，进一步提升机械制造自动化控制的高效性。自适应技术能够增强机械制造自动化控制的核心功能，实际生产过程中，由于受到设备刚性、连续作业等多种因素的影响，即使数据参数不变，仍会出现一定概率的误差。借助自适应技术，根据机械制造生产产品类型，假定标准参数为X，控制X的波动始终在一定范围内，保证产品材料刚度、运行时间成正比，始终处于可允许的(X.n，Xn)区间范围内，从而实现对误差的控制，促使机械设备生产过程中能够根据区间范围进行自适应调节，保证产品精度与生产效率。

由多种技术组成的机械自动化系统能够在产品生产过程中保证设备作业效率，按照预先设定的程序控制生产线内的各个环节及机械设备。机械自动化制造流程如下：启动生产线，按照预先设定的程序作业；传感器采集各环节设备的运行信息，根据特定时间间隔将信息传输给中控计算机；计算机识别信息内容，借助传感器传输信息，对异常情况、故障信息进行判断，核准执行操作命令；若发现故障，则下达指令中断电源。

2.2 具有自我诊断功能

各类设备在长时间运行中容易出现故障问题，为了降低设备故障造成的负面影响，需要利用机械自动化技术对机械制造生产线进行设置，令其具备自我诊断功能，具体实现过程如下：一是预警与故障报警。机械制造生产线的设备较为复杂，若出现单个设备故障问题，很容易影响现场其他设备，造成一连串的设备故障，甚至会引发生产安全事故。因此，应结合机械制造生产特征与实际情况，利用机械自动化系统中的传感单元、作用单元、制定单元与控制单元的功能，设计控制程序为“采集信息——传感器传输——分析信息内规律，发现异常——传回信息——制定启动紧急程序，同时发出报警信号”，将其运用于系统软件操作与程序指令问题报警中，或用于生产线现场设备故障报警中，为现场设备处理与故障检修提供便利。二是故障诊断。针对较为复杂的故障情况，仅仅依靠现场技术人员无法快速、准确地进行判断。利用机械自动化系统中的“专家库系统”、“智能分析模块”，能够快速准确地确定故障类型、故障发展过程及发展程度，结合经验生成故障处理建议方案。这一功能的底层逻辑是人工智能技术与模糊理论，采用模糊逻辑系统与故障特征进行对比分析，从而准确做出判断，排除故障点。若技术人员难以直接确定故障点，可采用模糊系统编辑故障修复程序，明确故障结构特征，对现场综合情况进行分析，掌握故障成因、设备受损情况，采取有效的修复方案。

2.3 通过3D智能实现机械自动设计

3D技术在自动化系统中不仅能够全方位展示生产线的运行过程，深入剖析并可视化呈现各个环节设备的运行状态，还能够将产品生产进度与自身状态以可视化的形式呈现出来；可以利用三维展示能力，辅助设计人员完成产品设计。运用3D技术手段可以提升产品设计美观度，通过3D模拟设计及时发现产品生产制造过程中可能存在的问题，全面排查产品生产流程，不断提升产品品质。3D技术可以根据需求调节产品颜色与荷载能力，分析不同机械产品的性能需求，进一步提升产品实用性。

3 机械自动化在机械制造中的应用

3.1 基于机械自动化的综合生产模式

在机械制造中应用机械自动化技术，应充分发挥其多种功能，灵活利用各类先进技术，构建具有综合控制能力的生产模式，进一步发挥其在机械生产制造中的实际价值。机械自动化系统是多种技术融合的集成系统，数据建模能够协调各种技术，将不同的生产环节联系起来，通过交换各环节信息，保证各环节之间相对独立的运行，如果某环节发生故障，其他环节能够启动应急机制，单独运行或紧急制停，避免故障扩大。机械制造过程中，应根据企业产品生产需求或制作生产线特征，优化设计，根据实际生产进度要求设定系统中的单位运行周期与运行阶段时间节点。可利用机械自动化综合生产模式，对生产过程中需要的数据进行重点细化，对产品进行二次开发，促使自动化系统各操作环节与实际生产制造环节一一对应，保证机械制造产品质量[5]。

3.2 基于机械自动化的生产智能系统

应重视机械自动化中的智能系统，利用自动化技术完成机械生产制造。智能系统可以满足生产制造各个环节的作业需求，灵活控制每道生产工序，保证各工序的生产范围与材料相匹配；智能系统能够对生产设备运行中产生的数据信息进行分析，发现机械制造生产中的潜在故障隐患，提出解决措施。通过调整各环节设备的运行参数，适当改变生产状态，从而解决潜在隐患，保证机械制造的生产安全与可靠。

3.3 基于机械自动化的数控机制

数控机制是基于数字控制技术的机械自动化系统功能，在机械制造、产品生产中起到了重要作用。数控机制包括数控中心、计算机设备、生产加工技术等，能够实现产品的机械化、自动化生产，提高机械制造生产效率。数控机制运行过程中，若发现生产线某环节存在严重的故障问题，可根据发出的指令启动急停控制，既能够令生产设备停止运转，也能够对机器进行控制，在最大程度上保证生产设备的安全，降低设备紧急制停中的损坏率。安全防护门是数控机制的重要组成，在紧急制停启动之后会关闭车间防护门，直到急停装置完全启动且将生产设备停下来之后，才会重新开启安全防护门，让工作人员进入车间检查故障设备。

机械自动化系统应用中，信息技术与数据技术能够对数据进行分析、管理与审核，根据数据动态变化分析设备运行规律，及时判断设备运行状态，在设定范围之内调整参数，发出状态调整指令，实现动态控制。这种柔性控制机制能够大大提升机械制造生产线的灵活性，提升机械制造生产水平。

4 结语

以自动化技术为基础，设计了综合生产模式与智能化系统，实现了机械制造发展的智能化。应用机械自动化技术是进一步促进机械制造业发展的有力手段。机械制造生产过程较为复杂，涉及较多的生产设备，运用自动化技术能够进一步实现机械制造设备的数控运行，使其具备自我诊断功能，及时发现生产线运行异常问题，加强故障预防与处理。