机械自动化技术发展趋势的分析1

1、摘 要计算机技术的发展，给现代制造技术带来了质的飞跃，当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制系统结构的、智能化新一代PCNC数控系统已成为可能。智能化新一代PCNC数控系统将计算机智能技术，网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。随着社会的不断发展,制造技术是发展制造业的关键技术,是创造财富和为科学技术发展提供现金手段的基础。本文结合我国机械的现状，提出了我国机械行业目前所面临的主要问题，并分别从机械产品自身发展及行业出发，指出了未来工程机械行业的发展趋势，并根据我国行业自身发展特点，提出了

2、相应的发展和改进措施，为机械自动化行业发展提供了一定的理论看法同时对机械自动化的产生及在我国的现状做了概述，在此基础上探索了我国机械自动化的发展之路。关键词机械制造自动化智能化技术 发展趋势目录机械自动化技术发展趋势的分析2一、引言2二、机械制造自动化的内涵3三、机械自动化在我国的特点及作用4四、现代机械制造技术51自动化技术发展趋势52性能发展方向52.1高速高精度高效化。52.1.2柔性化52.1.3工艺复合性和多轴化。52.1.4实时智能化。52.2功能发展方向62.2.1用户界面图形化。62.2.2科学计算可视化。62.2.4插补和补偿方式多样化。62.2.5内装高性能PLC。62.2

3、.6多媒体技术应用。72.3体系结构的发展72.3.1集成化。72.3.2模块化72.3.3网络化72.4.1环保方向的发展73我国机械自动化发展之路探索83.1结合生产实际发展机械自动化技术83.2发展投资少、见效快的低成本自动化技术83.3注重配套发展机械自动化技术8五、结论10机械自动化技术发展趋势的分析一、引言机械自动化主要指在机械制造业中应用自动化技术,实现加工对象的连续自动生产，实现优化有效的自动生产过程,加快生产投入物的加工变换和流动速度。机械自动化是当代先进机械制造业技术的重要组成部分，它是当前机械制造领域中涉及面比较广、研究比较活跃的技术，已经成为机械自造行业获取优势市场竞争

4、力的重要手段之一。近些年来，我国非常重视机械制造业自动化技术的研究，并加大力度在实践中推广和使用科学界新时期机械制造自动化的内涵，并在此基础上提出我国机械自造自动化的发展趋势无疑会对机械制造自动化的未来发展具有一定的指导意义。机械自动化技术的应用与发展,是机械制造业技术改造、技术进步的主要手段和技术发展的主要方向。机械自动化的技术水准，不仅影响整个机械制造业的发展，而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响。如何发展我国的机械自动化技术，应实事求是，一切从我国的具体国情出发，做好各项基础工作,走中国的机械自动化技术发展之路。二、机械制造自动化的内涵目前，我们所谈的“自动化”一词已经从自动控

5、制、自动调节、自动补偿、自动识别等发展到自我学习、自我组织、自我维护和自我修复等更高程度的自动化。自动化技术在机械制造业领域中的应用，使得机械制造自动化的内涵又有了新的发展，主要体现在以下几个方面：第一、从形式方面来讲，机械制造自动化主要表现在代替人的体力劳动，繁重的体力劳动不再有人去付出，二是通过自动化的机械去完成；采用智能技术实行自动化处理，可以根据指令或者模拟人工智能等来完成简单的自行操作和处理，工作人员、机械以及自动化仪器之间成为一个系统，这个系统能够实现协调的运作和控制，并不断地得以优化。第二、从涉及面来讲，机械制造自动化技术不但涉及到具体加工制造过程，还涉及到产品的整个生命周期。机

6、械制造自动化技术贯穿于整个机械制造过程的始终，能够最大限度地降低人力、物力和财力的消耗，并能最大限度地提高生产效率，能够为企业创造更高的经济效益。第三、从功能方面讲，机械制造自动化不仅仅表现在代替人的体力劳动和脑力劳动，此外，机械制造自动化技术还表现出诸多的优点：第一，机械制造自动化技术能够极大地提高生产效率，缩短产品生产周期，为产品抢占市场提供了时间保证；第二，机械制造自动化技术能够确保产品质量达标和规格统一，符合现代社会标准化生产模式，具有良好的发展前景；第三，机械制造自动化技术能够提高生产效率，减少劳动力的消耗和使用，从而帮助企业降低生产成本，提高企业的经济效益；第四，机械制造自动化技术

7、采用的是标准化生产，能够减少和降低生产过程中由于人的不确定性因数所导致的原料消耗，减少废弃物的产生，有利于国家倡导节能减排目标的实现。三、机械自动化在我国的特点及作用机械自动化的特点很多：第一机械自动化是面向21世纪的技术,是具有明确的范畴的新的技术领域；第二机械自动化技术是面向工业应用的技术，可以提高制造业的综合经济效益和社会效益；第三机械自动化技术是面向全球竞争的技术，同时是驾驭生产过程的系统工程,是市场竞争核心时间、质量和成本三要素的统一。在工业生产中，机械自动化的作用很大：第一机械自动化的应用，可以提高生产过程的安全性；第二机械自动化可以提高生产效率；第三机械自动化可以提高产品的质量；

8、第四机械自动化可以减少生产过程的原材料和能源损耗。很多方面机械自动化的特点与作用相辅相成，在工业中起到很大的作用,并且我国处于机械自动化的初期，需要循序渐进，不断努力，创造条件，向自动化的高级理想阶段迈进。四、现代机械制造技术1自动化技术发展趋势在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。当前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智

9、能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CADCAM与数控系统集成为一体。机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。2性能发展方向2.1高速高精度高效化。速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。2.1.2柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设

10、计，功能覆盖面大。可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群拉系统的柔性。同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。2.1.3工艺复合性和多轴化。以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。2.1.4实时智能化。早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统

11、和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展。由此产生了实时智能控制这一新的领域。2.1.5 未来的机械自动化更加注重产品与人的关系，机械自动化的人格化有两层含义。一层是机械自动化产品的最终使用对象是人，如何赋予机械自动化的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化，另一层是模仿生物机理、研制各种机械自动化产品，事实上，许多机械自动化产品都是受动物的启发研制出来的。2.2功能发展方向2.2.1用户界面图形化。用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发

12、用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前htcrnct、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术，也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用。人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。2.2.2科学计算可视化。科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，对机械制造企业来说，包括图形、数据、知识和技能等各种信息都是以数字的形式通过网络技术在企业内部实现快速传递，并在虚拟传递、数据库，多媒体以

13、及还原程序等数字化技术的支持下，对产品信息、工艺流程和资源信息进行科学的分析、综合与处理，实现对产品设计工作，产品功能、生产活动以及销售活动等进行仿真，为机械制造企业提供全面的、快速的信息支持，便于机械制造企业根据市场的变化以及自身所遇到的各种问题作出及时的调整。2.2.4插补和补偿方式多样化。多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计

14、算的刀具半径补偿等。 2.2.5内装高性能PLC。数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形圈或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能，编程工具中包含用于车床、铣床的标准PLC用户程序实测，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。2.2.6多媒体技术应用。多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域。应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。 2.3体系结构的发展 2.3.1集成化。采用高度集成化

15、CPU，RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度，应用LED平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点。可实现超大尺寸显示。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，掘高系统的可靠性。2.3.2模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化，根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服，PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通

16、过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。2.3.3网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作，通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行。不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。2.4.1环保方向的发展自从第二次工业革命以来，人类社会经济发展步入了快速发展时期。特别是从20世纪60年代以来，世界上大多数国家都实现了经济的快速增长。但是，人类在享受经济增长所带来的优越生活条件的同时，也面临着资源消耗和环境污染等重大社会问题。人类社会已经意识到不可再生性资源的宝贵性和环境对人类的巨大影响，“废水、废气、废渣”等“三废”已经给环境带来了巨大的污染

17、，表现在全球气候变暖、水资源污染、各种自然灾害频发等现象。机械制造自动化水平的提高能够减少资源的消耗、降低“三废”的排放，从而实现“节能减排的目标”。因此说，机械制造自动化朝着环保方向发展是必然的趋势。3我国机械自动化发展之路探索3.1结合生产实际发展机械自动化技术先进制造技术的全部真谛在于应用。发展机械自动化技术，应以企业的生产和技术发展的实际需要及具体条件为导向。只有对合适的产品采用与之相适应的自动化方式进行生产，才能收到良好的技术经济效益和社会经济效益。我国发展机械自动化技术，应结合实际，注重实用，即对国民经济产生实际效益。那种盲目搞自动化、搞自动线的做法，全年生产任务只需12个月就完成

18、的低负荷率生产也要搞的倾向应当纠正，对国民经济不产生显著促进、效率低下的要缓搞。我们要的是效益，而不单纯是速度。国产造型生产线因产品质量差、可靠性低、实用性差，开工率一般仅在5060。而能在生产中长期服役的主力生产线很少，像第一汽车制造厂的01线、第二汽车制造厂的BMD线等具有全年开工业绩的线更是凤毛麟角。这种现象不属偶然或局部，而是带有普遍性。据调查，我国引进的弧焊机器人，完全正常运转、充分发挥效益的只占1/3；另外1/3处于负荷不满或不能完全正常运转状态；还有1/3不能正常使用，直接影响了用户使用更多机器人的信心。3.2发展投资少、见效快的低成本自动化技术 发展低成本自动化技术，潜力大，前

19、景广，投资省，见效快，提高自动化程度，可以收到事半功倍的经济效果，适合我国现阶段的发展需要和国情。美国麻省理工学院提出的精节生产LP模式，就是以最小的投入，取得最大的产出的具体表现。日本丰田公司采用适时生产JIT、全面质量管理TQC和成组技术GT、弹性作业人数和尊重人性为支柱的精节生产方式，使自动化程度不高的工厂取得了良好的效益。芬兰NOKOA Data机工厂的组装车间内拥有一条能制造286、386和486微机的灵活生产线，它并不完全由自动化设备组成，中间穿插着借助计算机指导的人工参与，将高新技术与原有工艺基础巧妙灵活地结合在一起，从而使这种生产线的造价较低，同时却具有柔性制造系统的性能。实际

20、上精节生产本身就意味着从国情和企业实际情况出发，借鉴国外发展机械制造业低成本自动化技术的经验是有益的。我国机械制造业各企业有大量的通用设备，在发展现代机械自动化技术时，若以原有的设备为主，合理调整机床布局，添加少量的数控设备，引入CADCAM技术，就能充分发挥计算机自动化管理的优势和人的创造性，共同构成一个以人为中心、以信息自动化为先导、树立自主的单元化生产系统，为我国机械制造业自动化技术发展应用提供了一条投资少、见效快、效益高、符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。 3.3注重配套发展机械自动化技术 现代自动化技术在机械制造中的应用就是在控制理论的指导下，对生产的物流和人的作用进行综合的研究，涉及到机械技术、微电子技术、自动控制理论和计算机技术等。发展机械自动化技术，必须主要地关注电子学、电子计算机技术、零件检测和机床装料自动化，广泛采用程序数控机床，以及研制高效的和可靠的自动化生产线、计算机应用于生产的信息系统和自动化控制系统等。发展应用机械自动化技术，要扎扎实实地抓好自动化技术应用项目的基础工作和从实际出发的推广应用工作，既要发展主机，也要配套发