机械制造过程中自动化与智能化应用研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 15 日 作者简介：高亮（1986），男，汉族，辽宁阜新人。-51-机械制造过程中自动化与智能化应用研究 高 亮 沈阳万益安全科技有限公司，辽宁 沈阳 110015 摘要：摘要：在当今社会，提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量以及减少人工劳动强度是制造业追求的目标。自动化与智能化技术的应用可以有效解决这些问题，为机械制造业的发展提供强大的技术支持。因此，对机械制造过程中自动化与智能化应用进行深入研究具有重要的理论意义和实际价值。本文旨在分析自动化与智能化技术在机械制造过程中的应用现状，探讨其优势与不足，并展望未来的发展趋势。关键词：关键词：机械制造；自动化；智能化；应用研究 中图分类号：中图分类号：TH16 1 机械制造自动化与智能化概述 1.1 机械制造自动化与智能化的定义及发展 机械制造自动化与智能化是利用自动化技术与信息技术相结合，实现机械制造过程的智能化与自动化。其发展经历了从机械化、自动化到数字化、智能化的过程。在机械制造领域，自动化与智能化技术的应用可以提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量以及减少人工劳动强度。随着制造业市场竞争的加剧，对机械制造过程的自动化与智能化要求越来越高。1.2 机械制造自动化与智能化的主要技术 机械制造的自动化与智能化技术，其主要有：传感器技术、自动控制技术、计算机辅助设计与制造技术、机器人技术、网络通信技术、大数据与云计算技术等等。这些技术在机械制造的步骤中，举足轻重，为自动化与智能化的实现打下技术基础。1.3 机械制造自动化与智能化的应用领域 诸如自动汽车制造、飞机制造、船舶制造、机床制造以及家用电器制造等领域，广泛发挥了这些技术的应用。这些领域对产品的质量和生产的效率，有着极高的要求，因此，自动化与智能化技术的应用，显得极其重要。2 机械制造自动化 2.1 机械制造自动化的原理 机械制造的自动化，是自动化技术运用在机械制造过程中的一种方式，其核心的理念就是用各种传感器、执行器、控制器以及其他的自动化设备，按照既定的程序和指令，对机械制造的过程进行自动控制和操作。因此，机械制造自动化的原理主要包括以下三个方面：(1)感知机理：传感器是一种把力，位移，速度，温度等物理量转化为电信号的器件。在加工自动化生产中，利用传感器对加工生产中的各个参数进行实时监控与检测，为生产自动化的实现奠定了基础。(2)数据处理技术：数据处理技术是对由各传感器数据进行处理、分析、运算的设备。在加工自动化生产中，通过对各传感器数据的分析，按照预先设定的工艺规程和指示，对加工工艺进行自动控制。（3）执行原理：执行器是将电信号转换为机械运动的装置。在机械制造自动化过程中，执行器根据信息处理系统发出的指令，对机械制造过程进行自动操作。2.2 机械制造自动化的优势 2.2.1 提高生产效率 机械制造自动化的核心优势在于能够提高生产效率。自动化设备可以实现连续生产，减少生产过程中的停顿时间。同时，自动化设备具有较高的重复精度和稳定性，可以降低生产过程中的人力和物力消耗，从而提高生产效率。2.2.2 降低成本 机械制造领域的自动化应用，我们可以看到生产成本减低的可能性。原因便是自动设备在消减人力与物力的使用，而同时，原始材料与能源也因此得以节省，没有浪费。更重要的是，自动设备提升了生产过程的稳定性，事故与损失大幅减少，成本效益自然得中国科技期刊数据库 工业 A-52-以提高。2.2.3 提高质量方面 机械制造自动化的好处不只在于降低成本这一面。产品的质量也因此得到明显提升。自动化设备凭借高精度、高重复性的操作，极大降低了人为因素对质量的影响。并且，自动化设备能实时追踪生产过程中的各类指标，实行对产品质量的动态控制，这便大大提高了产品的合格率。2.2.4 减轻劳动强度 机械制造自动化能够缓解人的劳动力。借助自动化设备，那些重度的、重复的、危险的任务可以代替人工完成。这无疑降低了工人的劳动强度，是他们在生产中的环境和生活质量得以提升。2.2.5 促进产业升级 机械制造自动化是实现制造业转型升级的重要手段。随着自动化技术的不断发展，企业可以实现生产过程的数字化、网络化和智能化，推动制造业向高附加值、高技术含量、高环保性能的方向发展。2.3 自动化在机械制造中的局限性 虽然在加工工艺中，自动化有着明显的优点，但是也有一些限制：(1)投入费用：采用自动控制的装备及工艺，其投入费用高。对中小企业来说，投资是一个很大的限制。(2)技术要求：对自动控制系统存在着一些技术上的要求，要求企业必须有足够的技术力量与人力资源。而那些技术力量薄弱的公司，要实现其自动化的难度就更大了。(3)适应性：不是每一种机器加工工艺都可以采用自动控制的方法。在一些特定品种、规范要求下，或在制造工艺中必须进行人为介入时，采用自动控制是很困难的。(4)存在着潜在的风险：在运行中，由于自动化设备的运行，存在着设备失效和失控等问题，因此对其进行了研究。所以，企业在应用自动控制的过程中，应将其作为一个重要的方面来加以重视，以提高其安全性。3 机械制造智能化 3.1 机械制造智能化的原理 机械制造智能化是在自动化基础上，通过引入人工智能技术，实现对机械制造过程的智能化管理和优化。其核心原理主要包括以下几个方面：（1）数据的收集与处理：这就倚赖诸多的传感器及监测设备，以时刻准确收集处于制造的动态的机械数据。而后，对收集来的数据进行筛选、解析、存储，以备后续的探究与分析。（2）信息的通信：此环节，我们运用网络通信的技术，形成设备与设备、设备与计算机系统之间，无阻的信息传输与通信，使得生产过程中形成飞速互通。（3）人工智能算法的应用：以机器学习、深度学习等智能算法，深度剖析、智能化解析在生产过程中收集得的数据，以求生产过程的优化，提高工艺效益。（4）控制系统的运用：根据前述人工智能算法所得的分析结果，我们再进行设备参数和控制策略的调整，使其自动化，从而落实生产过程的智能化管理。3.2 机械制造智能化的优势 3.2.1 机械制造中的柔性制造 机械制造智能化可以实现柔性制造，提高生产过程的灵活性和适应性。通过人工智能技术对生产过程进行优化调度和控制，使得生产过程能够快速适应市场需求和生产任务的变化，提高生产效率和产品质量。3.2.2 机械制造中的复杂问题 机器加工的智能是一种能够较好地处理机器加工中出现的各种难题的方法。利用人工智能的方法，对海量的数据进行分析与处理，能够挖掘出制造工艺中存在的问题与规律，从而达到对制造工艺进行预报与优化的目的。同时，它也为工程人员提供了一种新的解决方案，并对其进行了改进，从而改善了产品的性能与品质。3.3 智能化在机械制造中的未来发展方向 3.3.1 深度学习与机器视觉 未来智能化机械制造将更加依赖深度学习和机器视觉技术。这些技术可以对生产过程中的大量数据进行分析和处理，实现对产品质量和生产效率的实时监控与优化。此外，深度学习技术还可以辅助工程师进行产品设计和工艺优化，提高产品的性能和质量。3.3.2 自主决策与智能控制 在人工智能的推动下，智能化机器加工将逐步向自动化、智能化方向发展。在此基础上，本项目提出一种基于人工智能的加工工艺设计方法，以提高加工效率。中国科技期刊数据库 工业 A-53-3.3.3 网络协同制造 在今后的智能机器生产中，将越来越多地关注网络化协作。将生产设备与计算机系统、管理系统有机地结合起来，达到对生产各环节的协调与优化。这对于提高企业的生产效率和成本具有重要意义。3.3.4 人机协同与安全可靠 智能化机械制造的未来，将更加专注在人机协作和安全性的保障上。其核心理念，在于将人工智能的技术，与人类的操作紧密结合，开创一种全新的生产作业模式，这种模式能够有效提升生产效率并保证生产质量。同时，在自动化与智能化融合的过程中，还需要充分考虑设备安全、数据安全和系统稳定等问题，确保生产过程的安全可靠。3.3.5 定制化与个性化生产 随着市场需求的多样化和消费者个性化需求的日益凸显，未来智能化机械制造将更加注重定制化与个性化生产。通过利用人工智能技术进行生产过程的智能调度和优化，实现对产品研发、生产、销售等环节的快速响应，满足市场多样化需求，提高产品附加值。4 自动化与智能化的融合 4.1 自动化和智能化在机械制造中的关系和互补性 在机械制造过程中，自动化和智能化具有密切的关系和互补性。自动化的进步，正体现在它能够借助各种设备和系统，对生产过程进行控制和操作，实现从效率和质量两方面对生产过程的改进。与此同时，智能化的出现，其本质在于在自动化的基础上增加人工智能的技术，使得生产过程得到智能化的管理和优化。无论是自动化还是智能化，都在机械制造过程中发挥了各自的关键作用，并且还存在一定的互补性。这种互补性主要在以下几方面进行体现：（1）自动化是智能化的基础。这是因为智能化需要有大量的数据采集和处理，而这恰恰是自动化设备天然的优势，它可以实现生产过程的数据实时采集和传输，这为它向着智能化的进化，提供了必需的数据支持。（2）智能化是自动化的升级：智能化通过人工智能算法对生产过程进行优化调度和控制，使得生产过程能够快速适应市场需求和生产任务的变化，提高生产效率和产品质量。（3）自动化和智能化相互促进：自动化和智能化的融合可以实现设备、生产和管理等多层次的优化，进一步提高生产效率和质量。4.2 自动化与智能化融合的难点和解决方案 目前，在机器生产中，实现自动化和智能化的有机结合，存在着一些困难：(1)数据采集和处理：数据采集、处理和传输是实现工业生产自动化和智能化的重要环节。在此基础上，提出了一种新的方法来提高系统的性能。(2)系统整合：由于设备、软件、网络等不同层面的设备与系统的融合，使得各环节的协调运行成为可能。(3)安全性和稳定性：在实现自动和智能相结合的同时，要对设备的安全性、数据的安全性以及稳定性进行全面的考虑，保证整个流程的安全性和可靠性。为克服上述困难，可以采用下列方法：(1)利用规范的数据界面及规范的通讯方式，使多个终端可以进行信息交互。(2)通过模块化、层次化的结构，使整个制造工艺与工艺的一体化与协调。(3)制定完备的安保制度，保证产品的质量。4.3 自动化与智能化融合在提高机械制造效率和质量方面的潜力 自动化与智能化融合在提高机械制造效率和质量方面具有巨大的潜力。通过实现生产过程的数据驱动和智能优化，可以有效提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量和竞争力。具体表现在以下几个方面：第一，生产环节的优化：融入自动化与智能化的力量，进行生产过程的即时监察和灵智调度，精心整理生产挂图与资源利用，提升工作门路。第二，质量审管与预测：通过大数据的细读与分类，勾勒出生产过程隐藏于深访处的疑难与规律，从而达到在生产过程中的预见性与优化，以此提高货品的质量。第三，故障诊疗与保养：将自动化与智能化的双剑合璧，建立设备的即时检查与故障解析，能在最短的时间内发现设备功能的紊乱并实行保养措施，从而降低设备故障的可能与维护开支。（4）产品创新与定制：通过自动化与智能化的融合，可以实现产品的快速研发和定制生产，满足市场中国科技期刊数据库 工业 A-54-多样化需求，提高产品附加值。5 应用案例研究 案例一：徐州重型机械有限公司（简称徐工重型）。徐工重型是国内领先的工程机械制造商，其在自动化和智能化方面有着广泛的应用。例如，在生产线上，徐工重型采用了智能化的装配系统，通过机器人的自动化装配，大大提高了生产效率。同时，徐工重型还采用了数字化的研发平台，通过计算机辅助设计（CAD）和有限元分析（FEA）等工具，提高了产品的设计和分析能力。在产品智能化方面，徐工重型通过嵌入式的智能化系统，实现了对设备的远程监控和维护，提高了设备的可靠性和安全性。存在的问题：在自动化和智能化方面，与国际领先的企业相比，徐工重型还存在一定的差距。同时，由于技术更新迅速，如何保持技术的领先地位也是一大挑战。改进建议：加大研发投入，提升自主创新能力；引进国际先进技术，实现技术更新换代；培养专业人才，提升企业的技术实力。案例二：潍柴动力股份有限公司（简称潍柴）。潍柴是一家致力于发动机生产的机械制造企业。潍柴，智能化为其生成一条生产线，借助机器人的自动化生产，让人工干预大大减少，从而提升了生产的高效性。还不止于此，潍柴以数字化的研发平台为依托，运用如计算机辅助设计（CAD）以及有限元分析（FEA）等科技手段，推动产品研发的进程加速。至于产品的智能化，潍柴植入了一个富有智能的系统，允许为设备进行远程的监控、维修，使设备的可靠度与安全性提升。面临的问题：潍柴与徐工重型遇到的问题一样，在这个自动化与智能化的大势之下，比起全球领先的企业仍存在明显的差距。而且，发动机生产的技术复杂度如此之高，那么要如何进一步提升产品的质量和稳定性，也成为一大难题挡在前面。改善措施：振兴研发投入，提升科研层次；主动接纳洋为中用之法，更新技艺步伐；加强科学技术的育人之路；优化质量控制，提升产品质量稳宕。总体而言，以上几家公司在实现自动化、智能化过程中均有成功的实例，同时也面临着许多问题与挑战。通过加大研发投入，提高自主创新能力，引进国际先进技术，培养专业人才，强化质量管理，提高企业的竞争力。在此基础上，要加强与供应商和顾客等利益相关者的协作，才能促进我国机械制造业的发展。6 结语 总之，在机器生产流程中，自动化和智能化有着紧密的联系和互补作用，二者的结合能够实现设备、生产和管理的多个层面的最优，从而使生产的效率和品质得到更大的提升。其次，通过对生产流程进行数据驱动与智能优化，对提升生产效率、降低成本、提升产品品质与市场竞争能力，具有重要意义。本项目以智能制造为背景，以智能制造技术、智能决策与控制、网络化协同制造、人机协作与安全可靠为核心，以满足客户需求为导向，为我国机械制造产业的发展提供了新的契机与挑战。参考文献 1王晓楠.机械制造过程中自动化与智能化应用研究J.科技与企业,2016(10):230-231.2李明.机械制造过程中自动化与智能化应用研究J.科技资讯,2018,16(3):96-97.3张伟.机械制造过程中自动化与智能化应用研究J.科技视界,2017(11):145-146.4王丹.基于机械制造过程中的自动化与智能化应用研究J.科技与企业,2017(6):249-250.5刘海霞.机械制造过程中自动化与智能化应用研究J.黑龙江科技信息,2017(8):38-39.6高山.机械制造过程中自动化与智能化应用研究J.中国高新技术企业,2016(3):70-71.