智能自動化技術(shù)在機械設(shè)計的應(yīng)用范文

本站小編為你精心準備了智能自動化技術(shù)在機械設(shè)計的應(yīng)用參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：隨著世界的進步與發(fā)展，科技水平也在不斷地提高。幾十年前，機械自動化的出現(xiàn)大大提高了生產(chǎn)效率，也改變了依靠人力的生產(chǎn)模式，給機械生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)帶來了翻天覆地的變化。如今智能化技術(shù)在機械工程中得到越來越多的應(yīng)用，使得機械生產(chǎn)越來越向高效、高產(chǎn)、高質(zhì)量、低成本的方向靠近，給機械生產(chǎn)帶來了新的生命力——例如并聯(lián)機器人AdeptQuattro的應(yīng)用。本文以并聯(lián)機器人AdeptQuattro為例，淺析智能化技術(shù)在機械生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，及其帶來的改變及影響。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)機器人；自動化技術(shù)；智能化；機械設(shè)計

1并聯(lián)機器人簡述

并聯(lián)機構(gòu)是指通過兩個以上的獨立運動鏈將動平臺與定平臺相連接，機構(gòu)的自由度大于等于2，用并聯(lián)方式驅(qū)動的一種閉環(huán)結(jié)構(gòu)。其最早出現(xiàn)于20世紀30年代左右，當(dāng)時其是一種基于球面的并聯(lián)機構(gòu)娛樂裝置，隨著發(fā)展逐漸被應(yīng)用于飛行模擬器、汽車噴涂等。一個固定基座、兩條以上能獨立動作的運動鏈和具有n自由度（n=2、3、4、5、6）的末端執(zhí)行器組成了并聯(lián)機構(gòu)。與串聯(lián)機構(gòu)相比，并聯(lián)機構(gòu)剛度更大，結(jié)構(gòu)也比較穩(wěn)定，承載能力大而又運動負荷小，但因其工作空間較小，負載能力有限，機構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致其應(yīng)用受限，但應(yīng)用仍舊十分廣泛，例如Stewart、Delta等。1978年，澳大利亞著名機構(gòu)學(xué)教授提出將并聯(lián)機構(gòu)用于機器人手臂。并聯(lián)機器人AdeptQuattro被稱為是世界上運行速度最快的機器人，運用高級算法進行控制，擁有靈活的機械臂，其所占空間極小，可以在大的工作范圍內(nèi)（工作半徑可達650mm和800mm）進行工作，能夠在高速工作下保持平穩(wěn)的工作狀態(tài)。因此，AdeptQuattro機器人在裝配、加工、包裝和其他制造中的應(yīng)用非常廣泛。這種機器人不僅提高了空間利用率，其高速的運行方式也減少了周期時間，能夠以180個/分鐘的速度從運送的傳送帶上夾取零部件，性能高達普通機器人的兩倍。第一代機器人delta——被譽為“最成功的并聯(lián)機器人”，在1990年就在世界各國申請專利并被廣泛應(yīng)用在裝配、自動化和醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域中。隨著人類對機器人不斷的深入研究，并聯(lián)機器人越來越多地被應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力較強、精度較高且無累計誤差，又不需占用很大的工作空間，由于運動的部分重量很輕，只要固定在平臺或接臺的位置，運行起來就可以達到很高的速度。如被用于飛行模擬器的運動模擬器，是目前各類飛行員必備的訓(xùn)練工具，及在工業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛的工業(yè)機器人、醫(yī)療中的醫(yī)療機器人等等。并聯(lián)機器人AdeptQuattro只是智能自動化技術(shù)應(yīng)用在機械行業(yè)領(lǐng)域的冰山一角，正是因為這些智能自動化技術(shù)越來越成熟也越來越多的被應(yīng)用，使得機械生產(chǎn)越來越高效。

2機械自動化的發(fā)展

機械自動化是指以機械方式實現(xiàn)機器或裝置在無人為干預(yù)的情況下，可以按照預(yù)先設(shè)定的程序或指令運行或操作的過程，而且是最早出現(xiàn)的自動化控制系統(tǒng)。

2.1機械自動化的發(fā)展歷程

據(jù)《墨子》記載，春秋戰(zhàn)國時期魯班制造出的木鳥，能通過風(fēng)力飛上天空且三天不降落，這便是我國最早出現(xiàn)的自動化裝置。在近代西方工業(yè)革命時期，瓦特在蒸汽機中使用的離心式調(diào)速器，運用了多個機械自動控制系統(tǒng)，從此機械自動化進入了一個新的階段。1870年美國發(fā)明的自動螺絲生產(chǎn)機器，采用純機械控制是典型的單機自動化系統(tǒng)，隨著流水作業(yè)的自動加工線和汽車發(fā)動機氣缸自動線的產(chǎn)生，自動化技術(shù)開始由單機向更高級別的自動化系統(tǒng)轉(zhuǎn)變；直至1965年，計算機數(shù)控機床的出現(xiàn)，為制造自動化系統(tǒng)奠定了新的基礎(chǔ)，一直到現(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)幾乎是經(jīng)濟型實現(xiàn)小批量生產(chǎn)的唯一技術(shù)。縱觀機械自動化的歷史進程，計算機集成制造系統(tǒng)是21世紀的制造業(yè)新模式的主要發(fā)展目標(biāo)。

2.2機械自動化的現(xiàn)狀

“自動化”是工業(yè)領(lǐng)域企業(yè)中常提到的一個詞，企業(yè)都希望通過自動化來提高生產(chǎn)率，減少成本，使各種資源得到最大化利用，從而提升企業(yè)的競爭力。從上世紀90年代至今，我國許多企業(yè)都采用了自動化技術(shù)。但與國外相比，仍然存在差距。（1）生產(chǎn)水平方面。21世紀以來，我國制造業(yè)無論是在數(shù)量上還是質(zhì)量上都取得了很大進步，但由于我國核心技術(shù)缺乏，自主產(chǎn)品較少，很多關(guān)鍵零件或機器都來自國外自動化水平比較高的國家，如美國、德國，因此我國在技術(shù)上還有很大的提升空間。（2）制造方面。我國制造業(yè)晚了發(fā)達國家約幾年的時間，至上世紀70年代左右，我國制造業(yè)才開始慢慢向機械自動化轉(zhuǎn)型。由于技術(shù)水平的限制，當(dāng)時并沒有使工作效率有很大提高。而現(xiàn)在盡管自動化已經(jīng)在我國很普及，但在一個工業(yè)的生產(chǎn)流程中，依靠更多的還是人力。（3）管理方面。工業(yè)發(fā)達國家重視管理體制，多采用計算機進行管理。我國不少企業(yè)采用計算機輔助管理，但仍有企業(yè)通過“經(jīng)驗?zāi)Ｊ健边M行管理，并且缺乏創(chuàng)新型人才，導(dǎo)致核心技術(shù)的研發(fā)更多依靠的是國外技術(shù)。

2.3機械自動化帶來的影響

機械自動化的發(fā)展帶來了很大的便利及改變。（1）生產(chǎn)條件的改善。機械自動化技術(shù)的應(yīng)用，是通過機械代替部分人力工作，大大減輕了工人的工作量和勞動強度，從而在很大程度上提高了工作效率。而機械自動化的應(yīng)用使得工業(yè)操作更為安全，一些高危的操作以前需要通過人力來完成，現(xiàn)在可以通過操作機器或設(shè)備達到目的。例如在煤礦生產(chǎn)方面，對煤礦的開采、挖掘、運輸?shù)龋绻麅H僅依靠人力開采、運輸，這不僅需要花費大量的人力物力，而且由于煤礦中的一些不安全因素，經(jīng)常會導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。現(xiàn)在，通過機械自動化設(shè)備事先設(shè)定好程序，電牽引采煤機就能自動進行采煤作業(yè)。（2）控制成本，達到高效率，高質(zhì)量。機械自動化設(shè)備一般耗能較低，能源利用率卻很高，與傳統(tǒng)的手工作業(yè)相比，節(jié)約了資源的同時就能使成本相對的減少。另一方面其生產(chǎn)效率高，可以批量生產(chǎn)，使原料、成本得到最大利用。（3）設(shè)備的調(diào)整、維修更加方便。在不同的生產(chǎn)類型中，機械自動化設(shè)備可以根據(jù)實際情況和需要進行安裝調(diào)試，只需設(shè)備匹配，而不需要改變硬件的條件下就可以安裝使用。在安全性上，機械自動化設(shè)備可以在工作過程中對故障進行自我監(jiān)控及檢查，進而使工作人員能及時發(fā)現(xiàn)故障及時解決。

3智能自動化技術(shù)在機械中的應(yīng)用

機械自動化的出現(xiàn)大大提高了生產(chǎn)水平。近年來，智能自動化技術(shù)逐漸在機械領(lǐng)域被應(yīng)用，智能化的機械相比于機械自動化，具有更高的生產(chǎn)效率，達到高質(zhì)高量的效果，使其在機械領(lǐng)域逐漸成為一種趨勢。

3.1智能自動化的特點

智能自動化技術(shù)源于機械自動化，是由傳統(tǒng)的機械自動化技術(shù)與智能化技術(shù)相融合而成。機械自動化盡管已經(jīng)高度自動化，但其操作仍然離不開人力，消耗量較大。例如設(shè)備需要人為控制，而智能化技術(shù)出現(xiàn)后，使得機械生產(chǎn)過程中更多的是依靠器械來完成。在智能自動化機械工程的生產(chǎn)中，其生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品品質(zhì)高，交互性也比較明顯。智能化的機械生產(chǎn)，例如并聯(lián)機器人AdeptQuattro的應(yīng)用，在生產(chǎn)過程中不需要人力太多干預(yù)，通過特定的系統(tǒng)，就可以對整個操作過程的數(shù)據(jù)進行收集、并整合歸納，最后進行分析、處理，這樣大大減少了對人力的需求。在醫(yī)藥企業(yè)的生產(chǎn)線上對輸液袋進行裝箱，生產(chǎn)線一般速度較快，而輸液袋又是軟的，導(dǎo)致非常不利于機器人抓取。但現(xiàn)在一臺并聯(lián)機器人可以代替一個班次，一分鐘裝箱可達180袋。綜上來看，智能化自動化技術(shù)逐漸取代機械自動化技術(shù)是不可避免的趨勢。

3.2智能化技術(shù)在機械自動化的應(yīng)用

（1）機械生產(chǎn)設(shè)備逐漸智能化。在機械生產(chǎn)中，自動化所占的比重越來越重。而自動化生產(chǎn)的主要模式就是流水線操作，這樣相比于人工操作，機械操作降低了人力成本，也減少了人為不穩(wěn)定因素帶來的影響。另外，機械操作不僅速度比較穩(wěn)定，同時產(chǎn)品質(zhì)量也相對較高，更是在一定程度上降低了次品率。例如在醫(yī)療、電子產(chǎn)品、食品等的生產(chǎn)流水線上，因并聯(lián)機器人抓取精準、轉(zhuǎn)動靈活、反應(yīng)迅速，被廣泛應(yīng)用在最后的整理裝箱環(huán)節(jié)，甚至可以將巧克力拼成花的形狀裝進盒子。（2）機械生產(chǎn)的管理智能化。機械生產(chǎn)的過程中，采用智能化的管理系統(tǒng)，可以邊生產(chǎn)的同時邊采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)進而分析。如果生產(chǎn)過程中產(chǎn)生偏差，可以及時進行調(diào)整，在提高容錯率的同時提升了生產(chǎn)線的效率。應(yīng)用智能化的生產(chǎn)管理，進行智能化關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，能及時將生產(chǎn)、銷售及反饋的數(shù)據(jù)整合，起到網(wǎng)絡(luò)共享的作用。各項信息其及時性、準確性的保證，可以避免很多問題。以往的管理模式，更多的是依靠人力，而調(diào)研、設(shè)計、生產(chǎn)這些環(huán)節(jié)中如果有一個消息滯后，都可能為企業(yè)帶來無法預(yù)料的后果。（3）機械產(chǎn)品智能化。隨著智能化技術(shù)在機械工程中的應(yīng)用，使得機械產(chǎn)品智能化也成為現(xiàn)實。并聯(lián)機器人AdeptQuattro在工作過程中，不需要人為去指示下一步該做什么，它自己可以快速而準確的完成它的本職工作；特斯拉跑車的生產(chǎn)工廠中運用的幾乎是全自動設(shè)備，一臺設(shè)備可以完成幾種動作而不沖突，有序進行；現(xiàn)在的智能汽車，已經(jīng)可以在完全無駕駛員的情況下啟動、停車。一系列的智能化技術(shù)在工業(yè)、生活中的應(yīng)用，使機械產(chǎn)品更加人性化、個性化，同時也為生活帶來更多的便利。

4結(jié)語

智能化的機械工程提高了工作效率，降低了人工成本，為生活及生產(chǎn)都帶來很大便利。而智能化與自動化技術(shù)的結(jié)合，相輔相成，為人類帶來更多的效益。

參考文獻：

[1]王平.機械自動化在機械制造中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013.

[2]任紅.機械自動化在機械制造中的應(yīng)用[J].科技傳播，2012.

[3]隋小棠.關(guān)于加工智能化發(fā)展趨勢的探討[J].黑龍江科技，2014.

[4]朱劍英.機械工程智能化的發(fā)展趨勢研究[J].航空制造技術(shù)，2014.

作者：林卓成 單位：廣東省佛山市南海區(qū)南海中學(xué)