淺談機械的自動化技術

國內外的工業發展史告訴我們，實現機械自動化是一個由低級到高級、由簡單到復雜、由不完善到完善的發展過程。當機器的操作采用自動控制器后，生產方式才從機械化逐步過渡到機械控制（傳統）自動化、數字控制自動化、計算機控制自動化。只有建立了自動化工廠后，生產過程才能全盤自動化，才能使生產率全面提高，達到自動化的高級理想階段。

機械自動化，主要指在機械制造業中應用自動化技術，實現加工對象的連續自動生產，實現優化有效的自動生產過程，加快生產投入物的加工變換和流動速度。機械自動化技術的應用與發展，是機械制造業技術改造、技術進步的主要手段和技術發展的主要方向。機械自動化的技術水準，不僅影響整個機械制造業的發展，而且對國民經濟各部門的技術進步有很大的直接影響。

機械自動化的產生

機械自動化技術從上個世紀20年代首先在機械制造冷加工大批量生產過程中開始發展應用，上世紀60年代后為適應市場的需求和變化，為增強機械制造業對市場靈活快速反應的能力，開始建立可變性自動化生產系統，即圍繞計算機技術的柔性自動化。它是在制造系統不變或變化較小的情況下，機器設備或生產管理過程通過自動檢測、信息處理、分析判斷自動地實現預期的操作或某種過程，并能夠自動地從制造一種零件轉換到制造另一種不同的零件。社會實踐證明，這種定義下的制造系統自動化與當代大多數企業的實際不相容。目前，世界各國的機械自動化水準除少數工業發達國家的某些生產部門外，大多數還處于操作階段的自動化。我國也不例外，需要循序漸進，不斷努力，創造條件，向自動化的高級理想階段邁進。

機械自動化的現狀

機械自動化技術從上個世紀20年代開始發展應用以來，已經得到了迅速的發展，特別是近年來計算機的高度集成化，開始采用了計算機集成制造系統，大大加快了機械自動化的發展，但我國仍處于初級操作階段的自動化。目前，世界各國的機械自動化水準除少數工業發達國家的某些生產部門外，大多數還處于操作階段的自動化。

我國也不例外，我國的產業結構層次低。我國機械制造業目前有11.4萬個企業，發展很不平衡，有大量落后于現代水準的產業，大部分企業還比較落后，手工勞動占有相當的比重，我國能獨立開發現代機械自動化技術的企業可以說沒有；我國機械制造業企業中自動化裝備少、水準低，不僅在數量上同世界先進國家有較大差距，而且在品種上、質量上、使用上，同世界先進水準也存在階段性差距。實現我國機械自動化技術是一個長期的過程，不可能一蹴而就。需要循序漸進，不斷努力，創造條件，向自動化的高級理想階段邁進。當前，我國還處在社會主義初級階段，經濟、財力、生產力水準、國民素質等，與世界主要國家的差距是很大的；我國有豐富的勞動力資源，每年城鎮新增就業人口達兩千多萬，且今后每年的就業人數還會增加。機械自動化最大限度地提高勞動生產率，勞動力的過剩和分工的轉移就是一個現實問題。 

機械自動化的發展歷程

機械自動化技術從本世紀２０年代首先在機械制造冷加工大批量生產過程中開始發展應用，６０年代后為適應市場的需求和變化，為增強機械制造業對市場靈活快速反應的能力，開始建立可變性自動化生產系統，即圍繞計算機技術的柔性自動化。它是在制造系統不變或變化較小的情況下，機器設備或生產管理過程通過自動檢測、信息處理、分析判斷自動地實現預期的操作或某種過程，并能夠自動地從制造一種零件轉換到制造另一種不同的零件。

紡織機械自動化

紡織行業是典型的物理加工生產工藝，整個生產過程就是纖維之間結構的整理和再組織的過程。盡管紡織行業是典型的FA，但是目前在紡織設備上幾乎使用到所有種類的自動化產品，主要包括控制系統，傳動控制，運動控制，人機界面和傳感器。未來幾年，紡織機械行業自動化技術發展的主要趨勢包括專用控制器運用將增加；多傳動的運用更加普遍以及現場總線運用增加這三個方面。

專用控制器運用將增加。基于嵌入式產品的專用控制器相對于PLC具有計算能力強、通訊方便的特點，大批量運用還具有成本較低的優點。目前織機、針織和部分染整設備都在使用專用控制器。多傳動的運用更加普遍。由于多傳動能有效的降低設備的復雜程度，提高驅動效率，方便工藝調節，降低維護量和縮短新設備的設計開發周期。目前粗紗機、細紗機、絡筒機合各種化纖機械都已經使用了多傳動技術，現場總線技術和共直流母線技術使多傳動更加具有優越性。現場總線運用增加。一些紡織機械由多個關聯緊密的工序組成，使用現場總線來協調各道工序能有效地提高生產效率。目前短纖、染整生產線和一些大型機臺都在開始使用現場總線。 

印刷機械自動化

當前，代表國際先進技術的印刷機械品牌主要集中在德國和日本，因此，德國的海德堡、羅蘭、高寶和日本的小申、三菱、秋山共同組成國際六大印機品牌。中國印刷機械行業的技術水平目前已經發展到國際上20世紀90年代的水平。中國印刷機械進步的顯著標志就是印刷機械的控制部分及自動化水平明顯提高。盡管如此，由于國內低水平重復性建設的中小型印刷廠大量存在，除廣東省外，其他城市大型、高精印刷企業還不多，因此，隨著人們對高檔印刷品需求的增加，將刺激印刷行業向高端領域發展。隨著大型印刷廠的出現，中國印機企業將會進一步分化，行業格局也將會隨之發生改變。

目前，國際印刷機械的技術水平從速度上看已經走到盡頭。下一步的發展趨勢：一是將朝著增加印機的功能方向發展。如在膠印機后面再串連上凹印機、網印機或者是其他機械設備。二是在節省輔助時間，提高自動化程度上下功夫。三是加強網絡化管理。而國內印刷機械的發展趨勢是：首先提高國產機的穩定性、可靠性，然后再朝著多色、高效方向發展。張致遠分析認為，如果過分地追求印刷速度，穩定性和可靠性較差，同樣也會影響印刷速度。

包裝機械自動化

國內包裝機械自動化市場發展的特點是：在低端市場有大量的廠商，競爭十分激烈，并呈現出部分廠商以低價格來獲取市場份額的競爭局面，這種方式從長遠看會對包裝機械自動化的產業發展起到一定的束縛作用；而在高端市場，則因為用戶對機械設備功能的需求更高更多樣化，所以市場的主要力量依然是跨國公司。 

包裝機械自動化的發展是走向必然的網絡化，這一點市場趨勢已經顯現。單機自動化產品已經不能滿足用戶的需求。用戶需要多臺包裝機械之間具備聯網功能，以便更好地滿足連接ERP和MES等現代化要求，繼而達到機械設備的高產量和高使用率要求。對于從事包裝機械制造的企業來說，應該將更多的注意力放在如何優化設備上，如果注意力主要放在價格上，則發展會受到很大的限制。在包裝機械領域，工控產品會朝著無風扇、無硬盤的形式發展，同時根據工業現場對空間的使用要求，工控機還會朝著輕薄短小的方向繼續改進。

工程機械自動化

由于工程機械作業環境的特殊性，大部分工程機械都在野外作業，對自動化產品的環境要求非常高，因此，專用控制器在工程機械行業發展的前景比PLC將會更好。隨著工程機械行業的發展，工程機械自動化水平也在逐步提升。但是與國外工程機械行業相比，還有一定的差距。目前，國內大型的工程機械生產廠家已經開始自主研發工程機械控制技術，自動化水平也在日漸提高。

工程機械行業近幾年發展迅速，從2006年到2008年該行業銷售收入增長速度都在30%以上，主要是由于內需和出口雙引擎推動的效果。2008年工程機械行業自動化產品的應用規模為1.48億元，同比增長34%。其中，混凝土機械、鋼筋預應力機械和挖掘機械是自動化水平較高的三類工程機械，它們用到的自動化產品占整個行業自動化產品應用總規模的84%。預計2009年自動化產品應用總規模為1.67個億，增長幅度為13%，未來幾年工程機械行業將繼續保持這種增長趨勢。

中國特色的機械自動化道路

研究生產大量性能優良、自動化水平高的機電產品是發展應用機械自動化技術的關鍵。自動化生產時機械技術不再是單一的完成系統之間的連接，在系統的結構、質量(重量)、體積、鋼性和耐用性等方面對現代機械自動化技術有著重要的影響。機械技術應利用其它高新技術來更新，實現與適應現代機械自動化技術的發展；自動化生產時，機械制造系統的自動控制、自動檢測伺服系統的操作等都少不了要應用微電子技術和自動控制理論；自動化生產時信息的交換與處理、存取、運算、判斷和決策等都少不了要應用計算機與信息處理技術。

鑒于我國國情，當前要組織好機械自動化技術的引進、消化、吸收和開發工作，加強機械自動化中具有共性的基礎技術研究、開發的基礎建設，以及機械制造業的生產工藝現代化、生產過程的基本工序自動化、輔助工序自動化等的研究。只有對企業各部門的工作進行有效的協調，方方面面配套發展，發展應用自動化技術才有市場，現代自動化技術優越性才能充分體現出來。

７０～８０年代國際上出現了開始采用計算機集成制造系統CIMS(Computer Integrated Manufacturing），柔性自動化生產模式也有這種情況。初期犆犐犕犛以信息集成為重點，以較高的自動化程度為特征，但在實現過程中遇到了困難。鑒于實現計算機集成制造系統的全盤自動化所需的巨額投入（一個全盤自動化工廠耗資數百億美元，柔性制造系統一般價格為６００～２５００萬美元），所承擔的巨大風險，加之技術上的難度與可靠性等問題，世界工業發達國家已開始“碰壁轉產”，轉而注重信息集成的效果，追求低成本自動化LCA(Low Cost Automation）的企業組織結構和運行方式。

目前，世界各國的機械自動化水準除少數工業發達國家的某些生產部門外，大多數還處于操作階段的自動化。我國也不例外，需要循序漸進，不斷努力，創造條件，向自動化的高級理想階段邁進。 實現我國機械自動化技術是一個長期的過程，不可能一蹴而就。我國機械制造業目前有１１.４萬個企業，發展很不平衡，有大量落后于現代水準的產業，大部分企業還比較落后，手工勞動占有相當的比重，我國能獨立開發現代機械自動化技術的企業可以說沒有；我國機械制造業企業中自動化裝備少、水準低，不僅在數量上同世界先進國家有較大差距，而且在品種上、質量上、使用上，同世界先進水準也存在階段性差距。

機械自動化的發展趨勢

農業機械自動化

近些年來, 國外農業自動化飛速發展, 農業機械設計向高速、寬幅、大功率、舒適的方向發展。自動化控制技術在農業機械上的應用已相當普及, 一些著名廠商把自動控制、信息處理、全球定位系統和激光、遙感等現代尖端技術、裝備應用于農業機械上。由于歷史、觀念和技術等方面的原因, 我國傳統農業機械與發達國家相比有很大差距, 已遠遠不能適應農業的科技進步。近些年來, 自動化的研究逐漸被人們所認識, 自動控制在農業上的應用越來越受到重視。

我國農業自動化已在設施農業中的溫室自動化控制、排灌機械自動化、部分農業機械裝置自動化等方面得到一定的發展, 尤其精準農業的發展越來越得到重視。電子技術和計算機技術的迅速發展推動了農業機器向自動化方向發展。隨著智能化技術的發展, 人工智能將是世紀農業工程發展的重點。各種農業機器人或智能化系統將在農業自動化控制中不斷涌現, 繼續推動和實現農業自動化是農業機械化工程技術工作者所面臨的長遠課題和挑戰, 并進一步促進農業自動化控制技術向智能化技術發展。