机械制造分析1

自动化技术就是自动地去完成特定的工作，在提前预设好的程序中自主进行工作，无需人为进行操作。进入21世纪，计算机技术的快速发展为农业机械设计制造中应用自动化技术提供了良好的技术条件。

1农业机械设计制造中应用自动化技术的重要性

传统的农业机械设计制造工作对原材料、人力等资源的利用率不高，无论是设计环节还是生产制造环节，很多原材料、人力被浪费，原材料、人力的使用得不到科学管控，导致生产成本比较高，企业生产效率难以全面提升，市场竞争力不高。相比于传统的农业机械设计制造工作，在农业机械设计制造中应用自动化技术，结合计算机建模、工程绘图等信息化技术手段，将自动化技术与农业机械设计制造结合，可以提高农业机械的自动化水平，改善整个过程，减少农机对人力的消耗；设计与生产管理人员可随时发现设计与制造过程存在的资源浪费、能源过度损耗等问题，可优化、改进农机设计制造过程，消除传统设计制造的缺陷，进一步利用生产加工中的废料，最大限度地降低生产成本，使资源利用率大大提高；生产过程的管理更为精细，提升农业机械设计制造质量，极大地提高生产质量和生产效率，这不仅可减少资源浪费，也可以保证生产环节的安全稳定性，提高生产制造企业的经济效益和核心竞争力。同时，合理地运用自动化技术，可以弥补传统技术的不足和缺陷，改进和优化农业机械设计制造，大大地提高产品的质量，实现农业机械生产制造企业的多向发展。

2农业机械设计制造中应用自动化技术面临的不利因素

2.1技术水平相对落后

随着我国经济的快速发展，自动化技术在我国得到了稳步应用和发展。但是，由于我国在农业生产技术方面的投入相对其他行业少，创新基础相对薄弱，过度模仿国外农业机械生产流程，无法提高农业机械发展的实际需要；加上国外设备和零部件购买成本较高，使得我国农业机械整体开发和生产成本增加，无法形成完整的行业体系，影响了自动化技术的应用，导致现阶段我国农业机械制造设计领域应用自动化技术水平仍然较低，普遍落后于发达国家。很多农业机械设备的设计结构十分复杂，导致生产成本居高不下，这不仅严重影响企业对自动化技术的应用，也让生产效益得不到提升。

2.2研发创新能力比较差

在计算机信息技术支持下，农业机械设计制造工作应将技术创新与整体改造放在首位。但是，当前我国农业机械设计制造中应用自动化技术存在创新能力不足的问题，原创性自动化设计技术运用较少，无法做到自主研发、自主创造，缺乏创新能力，导致农业机械设计制造中应用自动化技术的水平较低，严重影响农业机械市场的国际竞争力。

2.3缺少精准化思维

现阶段，我国许多农业机械设计制造中应用自动化技术处于探索阶段，农业机械整体水平有待提升，与国际先进农业自动化机械存在很大的差距。很多农业机械生产制造企业缺少创新思想，对农业机械设备设计制造缺少技术改进思维，生产只单纯看重眼前利益，未能将自动化技术应用作为未来发展的根本，自动化技术应用存在诸多难点，最终导致农业机械自动化精准度很差。

3农业机械设计制造应用自动化技术的策略

3.1提高农业机械研究人员的专业水平各级政府及有关部门应提高对农业机械设计制造应用自动化技术重要性的认识，重视农业机械研究人员的培养工作。要对农业机械研究人员进行自动化技术教育和培训，使他们能够有效掌握农业机械自动化理论知识，掌握先进的农业机械自动化技术，提高其应用农业机械自动化技术水平。

3.2应用各种自动化技术

3.2.1柔性自动化技术

面对农业机械设计制造行业存在的业务应变能力差，无法应对行业发展形势的问题，应借助柔性自动化技术，有效结合自动化技术、智能技术、人工，加强机械设计制造全过程的关联性。目前，可应用柔性制造单元、柔性制造系统、计算机辅助设计等技术。3.2.2集成系统要想进一步提升自动化技术在农业机械设计制造的应用效果，就应将自动化技术集成在一起。在集成自动化技术前，必须协调自动化生产过程，并优化自动化技术应用方式。同时，将实践与理论结合起来，以信息技术为支撑，真正实现自动化技术的集成。运用集成化的自动化技术更能提高机械设计制造的效率，保证机械设计制造的质量，尤其是能有效提升机械设计制造企业的核心竞争力。3.2.3计算机综合农业机械制造技术系统计算机集成的农业机械制造技术系统在机械设计中具有重要的应用。目前，由传统机械设计所造成的局限性被计算机集成的农业机械制造技术系统的出现和应用打破了，应用程序级别的有机集成和协调，有效提高了农业机械设计的效率和产品质量。

3.2.4自动检测技术

自动检测技术是一项重要的自动化技术，其主要原理是将传感器同现有设备进行结合。在农业机械设计中，应用自动检测技术能够将自动检测系统应用于农业机械设备，检测效率、检测准确性都大大高于有局限性的人工检测。

3.2.5应用数控技术

在传统的农业机械设计制造中，通常采用手动控制生产的方法，效率较低，已不适应现代社会的发展。如今，将数控技术应用于企业农业机械设计制造过程中，可以大大地提升农业机械设备的设计制造效率。现代的信息技术是数控技术的核心，是自动控制技术与计算机技术的融合。借助数控技术，操作员可以实现机械设计和制造的自动操作。

3.3发展农产品检测、包装自动化农业机械

在农业生产中，自动化农业机械需要应用到种植到加工的全过程。而农产品自动化检测和包装机械是我国农业领域新型的自动化农业机械，应用这些农业机械能够使农产品生产流程实现标准化，并可以有效保证农产品质量，提高农产品市场竞争力。为此，要大力推广应用农产品检测和包装自动化技术，发展农产品检测和包装自动化农业机械。

作者:魏艳琴 单位:忻州市农业机械发展中心

机械制造分析2

海洋作为国际上贸易的重要通路，伴随现代航海技术发展，国际之间的交流与合作更为密切，我国在改革开放后，大力与周边国家合作，伴随合作开展到欧美等国家，海洋运输的功能不断增强。随着国家贸易规模拓展，世界范围内的各个国家均开始关注海洋运输[1]。新时期，航海技术发展到全新阶段，发展前景更为广阔，高新技术在航海过程中不断应用，各类技术应用的目的是提升船舶动力，保证船舶运行安全，降低危险事件发生率。比如：在船舶上使用自动避碰技术，有利于提升船舶运行安全性。其中融合电子海图及AIS技术、报警技术等，实现船舶自动化避碰的整体目标，为我国海洋贸易的开展奠定坚实的基础。

1现代航海技术发展情况

自世界历史角度上看，航海技术历经丰富且漫长的发展阶段。我国具有丰富的海洋资源及漫长的海岸线，造船技术处于世界领先水平。早明朝初期，我国已经制造出巨型海洋邮轮，船队最远达到非洲地区。在欧洲工业革命后，航海技术及造船技术进入全新发展阶段，奠定现代航海技术的雏形[2]。进入21世纪后，第三次工业革命开始，其成果在航海领域应用，航海技术发展水平进一步提升。现代化航海技术朝自动化及智能化方向发展。1.1造船技术发展造船技术作为航海的基础，我国的造船技术已经呈现出多样化的发展趋势，在不同船舶制造领域应用。海洋货运船舶建造作为重点，在高新技术的导向下，船舶船体及内在均已发生改变，比如：为保障海洋运输的总体效益，需不断提升船舶的容量，在扩大船身尺寸的同时，也要对船体进行处理，提升船体的空间可利用性。信息技术在船舶制造领域应用，保障船舶定位的准确性，可避免外界环境产生的干扰，并保证船舶运行航线正常。船舶中有较多的垃圾、污染物，在排放过程中需要对垃圾进行过滤，以免对海洋环境产生巨大的污染。在全球环境问题爆发的同时，海洋资源保护成为重要的课题，在未来的船舶建造技术发展中也要引起足够的重视。

1.2自动化航行技术发展

该技术是人工智能发展下的产物，指的是通信系统及操作系统、定位系统的自动化技术，航行自动化程度高，航海则更为顺利。航行自动化包括两种，分别为航行计划系统、显示信息系统。其中，航行计划系统是人们根据经验制定航海线图的方式，并将制作的线路发送到自动化系统中，便于自动化系统识别[3]。在遇到突发情况时，航行计划系统要评估制定航线形式，若制定的航线风险性大，则适当更改航行线路。现代化的计划系统，通过气象导航系统可编制相关的航行计划，并根据天气情况设计航线，船长针对实际情况，选择是否更换航线，尽可能规避危险气象对航行安全的影响。信息显示系统是船舶航行中显示周围情况的系统，包括周围海域及海岸等，船舶一旦遇到故障，智能监控系统可配置相关的应急方案，操作人员根据数据对船舶航行状态进行分析，及时应对突发性问题。

1.3AIS技术发展

现阶段，AIS技术已经在航行中应用，通过传感器及定位仪等技术，立体化传播航行信息。通信机在条件允许的范围内，与其他船只进行应答交流，以此完成信息共享；也能模拟信号传输，搭建交管体系[4]。船舶在航行过程中，可能受到外界环境因素影响，尤其是在海洋运输途径中，遇到突发风险，发起救援比较缓慢。为保证船舶的航行速度，避免危险进一步扩大，需指定自主报告系统，并划分船舶航行的警戒区及环形道，将此作为主要参考依据，以此制定最佳的航行线路。AIS作为航海技术中的重点技术，与其他技术相互交融，有利于促进航海技术发展。

1.3.1AIS与雷达技术

船舶在航行过程中，若想了解其他船舶的运行信息，需要使用雷达进行监测，驾驶员接收其他船舶的数据后，分析自身所在航线与其他船舶是否发生冲突，发生冲撞的可能性是多少，经过分析后，重新规划线路。但单一雷达技术监测数据及反馈信息速度慢，还需了解对方船舶的其他信息，包括船舶运行速度、时间及船名等。设备数据传输速度慢，容易导致船舶航行面对安全隐患，对航行人员及船舶均会产生巨大影响。AIS技术在应用后，数据传输速度不断提升，且传递的信息更为全面。比如：AIS技术下，船舶信息系统船舶的内容包括船舶的名字及通信业务码，为弥补雷达缺陷，将AIS与雷达联合使用，技术融合后，数据传输更为适用、精准。在大雾及降雨天气下，AIS技术对船舶的影响较大，可监测船舶运行情况，确保船舶航行的安全性。但AIS技术设备在使用中，需要相互通信的船舶均安装对应的设备，才能彼此间识别及共享信息。目前，AIS技术在船舶技术领域普遍应用，彼此通信识别得以保障，但海上船舶数量众多，将AIS与雷达技术联合使用，有利于提升信息传导速度，为航行安全奠定基础。

1.3.2AIS与信息系统

信息系统及电子海图称之为ECDIS，指的是满足标准的电子海图，其中的核心是计算机，通过计算机连接、定位、探测，显示船舶航行信息。电子海图显示系统进一步更新，该技术在船舶上的数量随之增多。过往的船舶在航行过程中，信息系统与GPS联合应用获得信息，但无法快速获得周围船舶信息，对此，信息系统的功能未能充分发挥。AIS系统在应用后，联合电子海图系统，有利于对周围进行探查，以数字的方式呈现电子海图。这种信息系统可获得数据信息，并计算DCPA及TCPA等数据，保证船舶驾驶人员判断与周围船舶的安全距离。相比LDC系统，信息系统的数据更为精准及形象，描绘的内容更为全面。对此，将信息系统与AIS系统应用在船舶上，为船舶运行安全提供保障。

1.3.3AIS与卫星技术

卫星定位技术功能在于导航、定位、授时等，在飞机行驶及车辆行驶应用广泛，具有全天候、高精度及易操作的特点，AIS系统作为该系统的关键，工作基础时间是世界标准时间，也称之为UTC，该系统的关键技术是SOTDMA技术，该技术将信息通道时间分为单独的间隙，AIS系统与时间间隙同步运行，有利于标准系统运行的稳定性[5]。对此，通过卫星定位技术可提供准确的UTC，满足AIS系统与时间间隙同步运行的目的。

2现代航海技术的应用

2.1自动驾驶技术应用

在航海过程中，需要制订严密的航行计划，尤其是关注天气变化，针对天气因素合理编制航海计划，选择适合的航海路线，有利于提升航海安全性。基于操作理论及气象预报、导航设备可完成线路规划。操作过程中需要基于航线计划及操作系统进行综合设计，关注航线转向点及曲率半径处理，使雷达海图及航行计划在控制系统中传输。针对航行轨迹控制系统也要合理使用，该系统的目的是按照船舶既定计划航行，对航行计划提前设定，达到自动化控制的目的[6]。通过该系统，也能在ARPA上收集船舶信息，通过高分辨率的光栅对雷达进行扫描，合理使用航行轨迹系统，有利于避免船舶在运行过程中发生碰撞。也要加强气象海图的应用，该系统是APPA雷达及电子海图系统的叠加，是自动驾驶时的重要设备，船舶在运行过程中，需要正确使用气象海图系统，从而保证自动驾驶过程中的安全性。

2.2避碰自动化技术应用

对过往的船舶安装情况进行分析，多数船舶发生事故的原因与人为因素相关，船长长期在水上生活，条件比较艰苦，航行过程中发生碰撞的概率高，船员流动性大，部分船员的航行经验不足，专业能力不强，在一定程度上对航行安全性产生影响。为避免发生重大的安全事故，需普及船员安全方面的知识，提升船员的安全意识[7]，进而提升船员在航海过程中的责任感及综合素质。船舶维修人员应当定期对船舶进行维护，观察自动化系统的运行情况，保证系统运行的稳定性。与新航海技术融合，可提升船舶自动化水平，一旦发生碰撞可激发防御功能，最大程度地降低人为因素导致的安全事故，避免船舶上的人员受到伤害。在船舶自动避碰系统中有很多的结构，包括航行方向控制及整体控制、自动化控制等。避碰控制作为自动化控制的重要内容，一旦发生碰撞风险可及时调转方向，使船舶的位置偏离，避免发生碰撞。船舶在运行过程中，通过各类技术可获得行驶信息，根据碰撞后的风险程度，制订科学的应急处理方案。航行控制根据航行环境制定，为船舶制定一条高质量的路线，对原本的航线进行优化，确保航行过程中的安全性。在航行过程中，自动控制系统对航行速度及航向方向、船舶位置综合分析，保证船舶处于稳定的航行状态，根据计划路线顺利行驶。结合安全管理规定，自动控制系统适当调整方案，避开危险目标，并保证运行期间的稳定性，而并非突然转向。在自动避碰系统中，通过局域网采集信号，管理计算机一般是先进的工业计算机，界面接受信息及处理信息的能力强、反应速度快，接收到传播碰撞信息后可快速做出反应，尽可能降低碰撞事故的发生率。在参数显示界面上，每个测量值及测量名称出现在大屏幕上，一旦超出界限会发出警报，红灯自然闪烁，大屏幕也会出现新的数值[8]。大屏幕传感器发生问题时，需要及时检测传感器故障，相关技术人员及时整改。开启监控系统后，船舶监控界面均在屏幕上呈现。对巡回参数关键点进行观察，打开测量参数要点画面，在标题上输入功能按键，会弹出相关的对话框。一旦测量值超出范畴，会开启声光报警。按下静音按钮才能回到正常界面，解除声光报警。在数据上，需要定期记录船舶与障碍物的距离，并储存到数据系统，便于在航行后调取与分析。

2.3AIS系统与其他系统的联合应用

2.3.1AIS与GMDSS技术组合应用

GMDSS系统作为海上信息系统，在应用过程中，系统运行期间直接连接地面信号，数据短时间传递给驾驶者，其中包括天气信息及其他船舶的运行信息。在航行期间发生紧急事故，也可GMDSS系统提示。通过该系统，也能使驾驶员掌握数据差值，船舶发生危险进行搜救过程中，也要使用AIS系统提供辅助[9]。在应用AIS系统中对遇难船舶信息进行传递，及时查询失踪人员情况。通过高新技术搜救的成功率更高，若船舶没有AIS技术，搜救人员则携带电子海图中的AIS应答器，进入现场模拟搜救，提升搜救成功率，并将信息传递给附近船舶，完成多船搜救，进一步提升搜救率。
2.3.2AIS与ARPA技术组合应用

ARPA系统受到天气及地理环境影响，往往无法辨识船只。显示器可能出现假回波的情况，一旦工作人员观察中无法对波形进行辨识，容易导致船舶发生风险。若物标反射无线电波的功能不强，ARPA在运行过程中发生漏电的概率高，在天黑后或者雾气较大的情况下，难以避免船舶之间发生碰撞，发生安全隐患的概率高。在回波较大的情况下，系统稳定性受到影响，无法及时完成定位，容易发生追踪失败。船舶进入复杂海域后，跟踪船舶目标可能发生偏离，船舶的信号获取及各类数据的信息技术存在缺陷，无法及时将具体信息反馈给观测员。该问题无法解决，会导致监控的信息准确率不足，技术缺陷导致电波在传输时遇到障碍物，无法及时绕过，最大作用距离缩短[10]。对此，船舶上单一应用APRA技术存在缺陷，发生碰撞风险的概率高。ARPA技术与AIS技术融合，可及时将APRA的缺陷弥补，在实际应用中，AIS技术可自动识别船舶同口岸的通信信息，有效解决船舶碰撞的相关问题，自动获得海上船舶信息。AIS技术对外界具有较强的抵抗功能，不会产生复杂的波形，可提升ARPA的辨识功能，对船舶监控能力提升有一定帮助，两种技术融合应用可降低船舶的运行风险。AIS技术电磁波绕射能力优势大。从数据上看，可监测远距离位置，且不会受到障碍物遮挡印象，处理监测盲点，从而弥补ARPA数据不全的问题。两种技术在同一船舶上应用，降低船舶碰撞风险，也能避免追踪过程中船舶目标发生偏离。

2.3.3AIS与ARPA、ECDIS组合应用

这3种技术组合的目的是搭建导航系统。船舶在建设的过程中，AIS技术可将信号发送给ECDIS以及ARPA，技术功能发挥到最大，接口电路连接网络后，系统功能随之提升。比如：在目标叠加过程中，ARPA通过数据连接口获得信息，数据进入ECDIS中，对船舶信息进行追踪，保证船舶运行稳定及安全性。在图像叠加上ARPA连接数据线路后，将信息传递给ECDIS系统，完成精准定位。ECDIS系统通过附加设备可快速获得船只行驶速度及方位，并进行过滤处理，显示海图上的船舶位置及周围船舶情况。通过该ECDIS系统获得数据更为精准，掌握海上领域的实际情况，实时监控船舶运行信息。如果监控过程中发生特殊问题，与计划航行路线相比，可避免航行偏离轨道，ECDIS系统可安装报警设备，根据相关规定接收到GPS信号，保持系统的稳定运行状态。在船舶运行中使用AIS技术，可观察其他船舶的具体信息，包括船舶的位置及规格、名称、航线等。

3结语

现代航海技术处于高速发展阶段，各种高新技术层出不穷，为航海技术发展提供新的动力。信息化技术与现代管理技术融合，有利于提升航海水平，使航海活动得以健康发展。我国的航海技术已经处于世界先进水平，除海洋运输外，在海洋探测及海洋钻井方面取得不错的成果。未来的航海技术中，各个国家关注贸易运输及航行安全，保证安全的情况下顺利完成各项贸易。AIS系统作为新兴船舶导航系统，该技术在船舶应用上，融合通信及信息处理等多项技术，为船舶运行提供准确的信息，从而将船舶运行的安全性最大程度提升。

作者:邝建华 单位:中国人民武装警察部队海警总队海南支队

机械制造分析3

机械制造产业是我国的支柱产业之一，近年来，随着我国综合国力的不断上升，工程机械化水平逐渐提高。传统的械设计制造中存在技术过时、性能落后等问题，不仅影响了机械设计制造的质量与效率，还存在着较大的安全隐患，对我国机械制造行业的发展也极为不利。在机械的设计制造过程中要充分利用高科技集成化技术的优势，根据企业的实际发展需求和多样化的应用场景，提升机械设备的自动化和智能化水平，提高设备的工作效率、安全性、稳定性。

1机械设计制造中的自动化技术类型

1.1自动检测技术

自动检测技术是机械设计制造自动化技术中较为重要的一项技术，在机械设计过程中发挥着极其重要的作用。自动检测技术集成度较高，能赋予机械设备较强的传感灵敏度，进一步提升设备的使用价值。在机械设备中应用自动检测技术，可提升设备的性能，使设备能根据具体的工况，及时进行信号调节，保证各项参数能够符合作业要求，让设备始终够处于良好的运行状态。除此以外，通过结合传感技术，机械设备可以统一扫描并存储生产零部件的关键参数，对作业数据进行科学合理地分析和处理，从而保证作业的准确性和有效性，提高机械生产整体效率。当所有工序完成以后还可自动生成备份，工作人员通过查看备份，便可以轻松了解机械设备的整体运行状态，准确把控机械设备的生产质量和作业效率。

1.2综合自动化技术

综合自动化技术是充分利用计算机设计系统、计算机辅助制造系统、生产管理系统、中央生产数据库等信息化技术在数据处理方面的高效能、智能化优势，构建一套符合特定工况下的机械设计制造系统，可大幅度提升机械设备生产的时效性和工作效率，消除作业中存在的安全隐患和降低机械设备的故障率。在我国科学技术快速发展的背景下，机械设计制造行业的发展离不开信息技术的应用，越来越多的生产企业在机械设计制造过程中开始应用计算机辅助设计系统、技术算计辅助制造系统，以构建设计、试验、改进、制造、装配、检验、包装一体化的综合自动化制造系统。目前，综合自动化技术一般包含加工单元、管理单元、检测单元三个主要部分，各个部分分散式运行，由中央处理器统一管理，采取分散化运作，集中化管理的原则，实现信息的快速、高效处理，提高整机械设计制造的灵活性。

1.3柔性生产自动化技术

柔性生产自动化技术以工艺的设计为前提，以数控技术为核心，可实现企业生产全过程的自动化，相比传统机械制造方法，有着加工精度高、加工质量稳定、可加工复杂曲面的工件、有利于智能化生产管理、可减少劳务成本等优势。柔性生产自动化技术结合了信息技术的优势，以数字化加工为基础可充分收集产品的生产信息，根据生产企业实际的生产设备类型，按照相应生产目标来进行自动化生产。管理人员通过信息技术能够对各项生产工序进行动态化监控，全方位收集产品生产数据，并且还能根据各项数据之间的差异进行自动化对比，在生产过程中对设备参数及时进行调节，从而保证产品生产的规范性和科学性。2多元化分析视角下机械设计制造及自动化应用

2.1多元化应用的趋势

从宏观上而言，自动化技术的多元化应用是机械设计制造行业未来发展的必然趋势，也是完善机械设计制造加工体系的主要途径之一。未来，机械设备制造企业自动化技术的应用将朝着多元化方向发展，大规模应用自动化技术与智能化技术是提高我国机械制造企业国际竞争力的决定性因素。可编程控制器、智能工业机器人等先进设备是自动化技术多元化应用的成果，其所包含了信息技术、传感技术、计算机技术等多项先进技术，通过融合各项自动化技术的优势，从整体上提高机械设计制造的水平，推动机械设计制造行业向自动化、智能化转型，为我国制造行业提升综合实力奠定技术基础。从微观上而言，机械制造企业想要增强企业竞争力，提升产品生产质量与效率，多元化应用自动化技术将是大势所趋。利用自动检测技术、综合自动化技术、柔性生产自动化技术的优势对企业的生产和管理系统进行合理优化和升级，可让企业在激烈的市场竞争中占据一席之地，实现成本的有效控制，减少资金的投入，及时根据市场需求对产品结构和质量完成升级，避免出现资源的浪费情况，提升管理水平，促进企业稳定发展。

2.2多元化应用研究的方向

相较于其他工业强国，我国工业起步较晚，基础薄弱，技术相对落后。在当前全球经济快速发展的背景下，部分国家通过设置技术壁垒等手段限制我国机械制造行业的发展。自动化技术的多元化应用成为了我国机械设计制造业突破当前发展困境的必然选择，科研人员除了要关注自动检测技术、综合自动化技术、柔性生产自动化技术的应用，还要与时俱进，合理利用各类新科技的研究成果，充分发挥其技术优势，结合信息化技术，根据新型技术的特点和行业的发展趋势将其应用到生产环节中。近年来，纳米技术和精密加工技术日益成熟，应用范围愈发广泛，已成为国外制造业强国未来研究自动化技术多元化应用的新方向。纳米技术有着很强的综合学科交叉性，在材料工业和机械制造业上的应用，可从分子的角度提升产品的精密度和稳定性，结合电子束光刻技术，甚至可实现对单个分子的重组，在机械设计制造领域的有着广阔的应用空间。精密加工技术已成为衡量一个国家制造水平的重要指标，我国对于精密加工技术的研究起步于20世纪80年代，但其应用仅限于军工、航空等特殊领域。近年来，随着精密加工设备和工艺的发展，其应用范围已进入民用领域，可通过分子动力学模仿技术研究纳米级别的机械设计加工过程，使材料的物理和化学性能得以优化，进一步提升产品的稳定性、耐用性、精确度。精密加工技术在发展的初期仅限于提升零部件的加工精度和表面强度，随着产品要求的提高，其应用已渗透入机械设计制造的整个生产过程。

3结语

自动化技术的多元化应用是我国机械制造行业未来发展的必然选择，它不但能够有效解决传统机械制造过程中存在的各项问题，还能简化机械制造的生产流程，使生产管理能够更加科学化、合理化，帮助企业控制生产成本，提高整体效益，打造企业核心竞争力。科研人员要充分发挥自动检测技术、综合自动化技术、柔性生产自动化技术的优势，进一步提升其在机械设计制造行业中的应用水平，攻克纳米技术和精密加工技术的技术难关，提高我国机械设计制造业的整体自动化水平，推动我国机械制造行业持续稳定发展。

作者:张兵 单位:赣西科技职业学院

机械制造分析4

拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度测试、金相检验等是热轧板材出厂交付前的必要检测项目，是评价热轧板材质量的重要依据。传统试样的加工工艺采取的是人工核对样板、编写样号、剪切和铣削等加工方式，这种方式不仅效率低而且存在试样编号、方向、尺寸等易出错的问题［１－２］。笔者通过对检验项目进行分解，制定了相对应的试样标示、项目类型、尺寸及位置代码规则定义，结合自动化技术，实现了对板材试样的自动加工、自动试验，提高了试样加工和检测的效率及精度，避免了人为错误，满足了试样检验的准确性、及时性及溯源性要求。热轧板材全自动智能检测线的主要设备包括激光切割机、多功能加工中心、全自动拉伸试验机、关节机器人等，配套了先进的视觉识别、定位码放、智能料仓、尺寸测量等装置，并与产销一体化、ＬＩＭＳ（实验室数据管理专用系统）无缝衔接。特有的集成管控系统可实现试样分拣、激光切割、精加工以及拉伸检测全流程自动化，提升热轧板卷的试样加工能力、检测效率和质量管控水平。全自动加工检测流程图如图１所示。

１　自动化技术在热轧成品检验中应用的必要性

１．１　提高试样制备的安全可控程度

热轧成品的力学性能检测试样制备需要机械加工设备，然而机械加工设备经常发生安全事故。这些事故发生的原因是多方面的，如：操作人员的安全意识薄弱、设备不安全、管理不到位和环境的影响等。自动生产线配套的防护围栏及安全门、安全光栅，控制自动生产线内各设备的运动等可以降低事故发生的概率［３－４］。

１．２　提高试样的加工和检测效率

拉伸试样的加工与检测需要经过以下４个步骤：①使用剪板机（厚度小于１０ｍｍ的材料）或锯床（厚度不小于１０ｍｍ的材料）分切出毛坯样；②使用立式铣床加工两个侧面；③双开肩加工平行长度部分；④使用自动拉伸试验机和手动拉伸试验机进行拉伸试验。弯曲试样的加工与检测需要经过以下３个步骤：①使用剪板机（厚度小于１０ｍｍ材料）或锯床（厚度不小于１０ｍｍ材料）分切出毛坯样；②使用立式铣床加工两个侧面；③使用手动弯曲试验机进行弯曲试验。

冲击试样加工与检测需要经过以下９个步骤：①使用剪板机（厚度小于１０ｍｍ材料）或锯床（厚度不小于１０ｍｍ材料）分切出毛坯样；②使用立式铣床加工两个侧面；③转移样号，样号字头朝向轧制面（关系到开槽，开Ｖ型槽要沿厚度方向），使用立式铣床去除厚度；④使用锯床分切出３个小样；⑤使用立式铣床加工每个小样的两个侧面；⑥使用平面磨床磨四面，保证表面粗糙度小于５μｍ；⑦使用拉床加工Ｖ型槽；⑧抽查Ｖ型槽的深度及角度；⑨使用自动冲击试验机或手动冲击试验机进行冲击试验。硬度试样加工和检测需要经过以下４个步骤：①使用剪板机（厚度小于１０ｍｍ材料）或锯床（厚度不小于１０ｍｍ材料）分切出毛坯样；②使用立式铣床加工两个侧面；③在金相制样室进行磨抛；④使用手动布氏硬度计、手动洛氏硬度计、手动维氏硬度计或自动维氏硬度计进行硬度测试。这些工艺存在的问题主要表现在：①所有试样均为人工加工，工作时间长，劳动效率低；②加工流程复杂，核对试样、剪切、锯切、铣、开口等各环节对样号的控制困难，需多次核对试样，不便于试样的过程质量控制；③由于均为人工加工，且加工设备比较陈旧，因此存在试样的加工精度偏差和波动大的问题，影响检测精度；④对于高强钢，如锯片钢，因其合金含量较高，且硬度大，现在的加工设备存在能力不足的问题；⑤试样标记全部为手动打号。

自动生产线的优点在于：①可以满足热轧板卷的加工和检测需求，单批试样检测周期实现了从小时级到分钟级的跨越，平均检测时间缩短近４０％，为加快库存周转提供了有力的支撑；②自动化系统集样料的识别、分拣、切割、加工、检测等环节于一体，全流程“一键式”操作，控制闭环、无人干预，且试样加工精度由±０．１ｍｍ提高到±０．０２ｍｍ，更好地满足了高端客户对质量的要求；③现场安全生产条件及作业环境得到改善，全流程设备设施均配套安全连锁防护装置，有效提升了安全管理水平；④形成了一批可示范、可复制、可推广的热轧板卷试样的加工、检测等先进制造技术，成为自动化、信息化、智能化技术集成应用的行业示范项目。

２　自动化技术在热轧成品检验中的应用方向

提高热轧成品物理性能检验机械设备的工作效率，实现机械与电气自动化的结合是当前理化检验行业内的共识。自动化技术就相当于理化检验行业的一场机械改革，只有牢牢抓住这个改革机遇，企业才能有更好的发展、更光明的未来［５－６］。在面对一场改革时，企业一般犹豫不决，但是未来理化检验行业的发展方向就是建设一套完整的自动化机械设备，实现加工、检测一体化，将精密的电子信息控制技术应用在理化检验行业中，切实提高企业的工作效率和安全控制［７－８］。接下来具体分析自动化技术在钢铁企业物理性能检验实验室中的应用实例。

２．１　集中管控系统技术

管控系统与自动分拣上料单元、激光切割下料单元、复合精加工单元、全自动拉伸试验单元进行信息交互、指令收发，实现试料、坯料及试样的检验任务分配及全流程状态跟踪。管控系统具有质量检验相关规则的维护、匹配功能；具有设备状态监控、数据存储和分析，以及安全、可靠的连锁控制功能。集中管控系统包括：任务分配跟踪系统、工艺规则配置系统、一级ＰＬＣ（可编程逻辑控制器）控制系统、设备管控系统、数据处理系统、视频监控系统、环境监控系统、安全防护系统等。根据ＬＩＭＳ委托和来样信息，集中管控系统按照预设规则自动编排加工、检测工艺流程，进行动态模拟、直观显示；集中管控系统具有人工干预、调整功能，支持人工新增加急、科研等任务，支持对所有待执行任务进行查询、调整、删除操作，可以实现任务明细定制化流程，对系统自动生成或人工创建的加工、检测任务统一进行管理，并实现单条任务执行的全流程跟踪，实时显示任务明细和待处理状态。实现对关键装备工作状态及试样传递位置的动态跟踪，下发上料、下料、码放、收集等指令，实现试样（含废料、残样）的全流程跟踪、管理，确保加工、检测全流程信息的可追溯性。系统设有报警机制，执行任务时间超过限定时长或某个环节无法正常按照计划要求工作时，执行报警工作，人工确认后可以切换工作模式，调整工艺路线。集中管控系统可对任务执行进行统计和分析，不断优化工艺模型，确保生产效率的最大化；其可对激光切割机、精加工中心、拉伸试验机、自动分拣上料机器人、激光切割下料机器人、精加工上下料机器人、拉伸试验上料机器人以及相应的视觉识别、等待位、转出位、废料输出装置等设备设施的工艺逻辑、控制规则进行配置和调整。系统可显示各个设备设施状态（包含工作状态和非工作状态），结合实际加工和检测信息，对设备运行效率进行量化统计、分析。对各个单元和设备设施的电气、润滑、液压等运行状态进行监控，部分设备出现故障后可实现自检功能、故障报警、故障类型和故障点信息提示，便于故障点的查找和维修。出现设备故障时，系统自动将故障设备停运；如果下道工序设备出现故障，上道工序设备正常运行，则试样从人工位输出并有相应提示，任何单体设备故障不得影响其他子系统的正常运行。所有设备设施具有单体控制、调试功能，方便日常维修以及校准、检定。数据处理系统具有安全、可靠的大数据存储、统计、分析功能，可对试样分析数据进行分析、梳理、归档存储，便于试样制样溯源。数据处理系统还可优化检测结果报出流程，根据预设规则进行数值比对、报警，自动审核、上传。

２．２　自动激光切割技术

全自动激光切割系统配备功率为６　０００Ｗ的激光器，可伸缩式试样台，试样识别分拣、小样放置平台，设备除尘、水冷系统等。通过接收总控系统下达的切割指令和切割图形，该系统可完成试样形状、尺寸、位置等信息的匹配，快速完成不同试样的切割任务。视觉系统识别切割试样的位置，分拣机械手逐个抓取至指定位置。带可视系统的分拣机器人将拉伸和弯曲试样按种类分拣到加工中心区域的放样平台上，根据切割指令，自动将其他检验项目的试样分配到交替式料盒中，将试样按用途分类，人工取走试样进行下一步检验。整台设备满足ＧＢ／Ｔ　２９７５—２０１８《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》、ＧＢ／Ｔ２２８．１—２０１０《金属材料拉伸试验第１部分：室温试验方法》的相关要求。整个子系统按照标准ＧＢ／Ｔ７２４７．１４—２０１２《激光产品的安全第１４部分：用户指南》执行任务，防护等级按照４类激光防护；依靠可变化承托式夹具承托不同规格的样板，设备可根据来料信息厚度、切割信息等指令，适应毛坯试样的来料尺寸，以保证试样切割尺寸的准确度。高速响应的激光功率坡调可保证拐角及尖角的切割质量；插补补偿功能保证直线、圆弧插补和割缝补偿，保证切割工件的成品率；特有的数据库系统可按照管控系统指令切割的材料及其厚度，控制器自动从数据库中调出切割参数，提高了加工的灵活性；系统有具体的报警信息并附带故障处理方法。

２．３　复合精加工中心技术

全自动复合精加工中心是建设一条薄规格试样物理性能的全自动加工、检测系统。该子系统由一台全自动机床与机械手组成，通过单元自动化系统与总控自动化系统高度结合，实现了试样从下料到成品加工的全过程控制和加工。全自动拉伸试样加工系统集成了１台多功能板材试样加工中心、１台机械手、多个缓存平台与测量设备，可实现对拉伸试样、弯曲试样、金相试样、硬度试样的精加工及切边加工，消除热影响区。机械手将试样放入拉伸加工中心指定工位，自动夹持紧固，试样的加工信息通过上位控制系统传入拉伸加工中心，拉伸加工中心根据上位控制系统传入的指令和信息对材料进行确认，确认完成后，加工中心自动根据指令调用相关程序完成材料的加工，加工完成后，试样由机械手取样输送至下料中转托盘，准备进行试验。整套设备对试样加工均满足ＧＢ／Ｔ　２９７５—２０１８、ＧＢ／Ｔ２２８．１—２０１０、ＧＢ／Ｔ　２２９—２００７《金属材料夏比冲击试验方法》、ＧＢ／Ｔ　５３１３—２０１０《厚度方向性能钢板》、ＡＳＴＭ　Ａ３７０—２０１７《钢制品力学性能试验的标准试验方法和定义》、ＡＳＴＭ　Ｅ８—２０１６《金属材料拉伸试验方法》、ＡＳＴＭ　Ｅ２３—２０１８《金属材料缺口试样标准冲击试验方法》等的相关要求。

２．４　自动拉伸试验技术通过管控系统信息指令，全自动拉伸试验机系统将需要进行试验的数据发送至计算机，机器人把加工好的试样放置到拉伸试验机暂存台，自动拉伸试验系统对试样信息进行扫码复核，自动识别试样字串码，自动匹配检测管控系统中相对应的试样信息。自动抓取试样，并通过３点测量试样的截面尺寸，上样对中装置自动将试样送到拉伸试验机上，自动按设定程序进行拉伸试验，自动完成试验数据的分析，自动上传试验结果到管控系统，管控系统自动对比数据是否合格，将不合格的残样放置在不合格残样收集盒内，管控系统报警提示，人工处理。

３　热轧成品检验中自动化技术的发展前景自动化技术与热轧成品力学性能试样加工、检测设备的融合应用已经是大势所趋。在未来，智能自动化技术将会进一步融合到力学性能检验设备的生产研究中。随着人工的减少，钢铁企业需要探索设备维修和故障诊断，重视培养维修人员的专业技能，提高自动化机械设备的维护程度，因为损失一台自动化机械设备就会影响试样的检测进度和工作效率。同时，还应该加强对自动化传感器的研究，提高系统的监控能力［。

作者:杨志权 张广治 赵乃胜 雷娜 杨艳龙 单位:北京首钢股份有限公司