论我国工业自动化发展三大阶段分析

摘要：工业自动化在工业领域发挥举足轻重的作用，进过几十年的发展工业自动化已经进入日渐完善的阶段，回望几十年的发展历程，笔者将其归纳为三个阶段，本文简要论述工业自动化的三个发展阶段，分析工业自动化三个阶段各自的主要特点以及典型成果。

关键词：工业自动化；单机自动化；生产自动线；柔性制造系统

工业自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下,按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。自动化技术就是探索和研究实现自动化过程的方法和技术。它是涉及机械、微电子、计算机等技术领域的一门综合性技术。工业革命是自动化技术的助产士。正是由于工业革命的需要，自动化技术才冲破了卵壳，得到了蓬勃发展。同时自动化技术也促进了工业的进步，如今自动化技术已经被广泛的应用于机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，成为提高劳动生产率的主要手段。

一、发展初期，以单机自动化加工设备出现为标志

40年代―60年代初是工业自动化发展的初期，这一阶段主要是单机自动化加工设备出现。各种单机自动化加工设备出现，并不断扩大应用。随着工业革命不断深入，市场竞争日益激烈，人工生产已经无法适应时代的要求，此时，工业自动化应运而生。工业自动化的出现充分利用了市场资源，减轻了工人的劳动强度，提高了产品的质量，更为重要的是适应了批量化的生产需要。这一时期的典型成果和产品即硬件数控系统的数控机床。世界上第一台数控机床是美国麻省理工学院研制出，数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用。

数控机床即数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。数控机床主要有五个部分组成: 第一，主机，是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件，用于完成各种切削加工的机械部件。 第二，数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 第三，驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。它在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。第四，辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 第五，编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。数控机床的操作和监控全部在数控单元中完成，数控单元是数控机床的大脑，对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。

二、发展中期，以流水线工业化发展为标志

60年代中―70年代初期是工业自动化发展的中期，随着市场竞争的加剧,要求产品更新快，产品质量高，并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度，单机自动化已经适应不了时展的新要求，此时各种组合机床、组合生产线出现，同时软件数控系统出现并用于机床，CAD、CAM等软件开始用于实际工程的设计和制造中，此阶段硬件加工设备适合于大中批量的生产和加工。自动生产线为标志是工业自动化发展到第二个阶段的主要标志，典型成果和产品：用于钻、镗、铣等加工的自动生产线。

自动生产线是由工件传送系统和控制系统，将一组自动机床和辅助设备按照工艺顺序联结起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统，简称自动线。采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。自动线的控制系统主要用于保证线内的机床、工件传送系统，以及辅助设备按照规定的工作循环和联锁要求正常工作，并设有故障寻检装置和信号装置。为适应自动线的调试和正常运行的要求，控制系统有三种工作状态：调整、半自动和自动。在调整状态时可手动操作和调整，实现单台设备的各个动作；在半自动状态时可实现单台设备的单循环工作；在自动状态时自动线能连续工作。机械制造业中有铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切削加工和机械装配等自动线，也有包括不同性质的工序，如毛坯制造、加工、装配、检验和包装等的综合自动线。

三、发展完善期，高科技技术的融合与提升

70年代中期以后是工业自动化发展的完善时期，随着市场环境的变革，使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重，要求自动化技术向其广度和深度发展，使其各相关技术高度综合，发挥整体最佳效能。这一阶段是一种实现集成的相应技术，把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。同时，并行工程作为一种经营哲理和工作模式自80年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域，并将进一步促进单元自动化技术的集成。典型成果和产品：柔性制造系统(FMS)。

柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible Manufacturing System)。柔性制造系统主要由三部分组成：第一，加工设备。主要采用加工中心和数控车床，前者用于加工箱体类和板类零件，后者则用于加工轴类和盘类零件。中、大批量少品种生产中所用的FMS，常采用可更换主轴箱的加工中心，以获得更高的生产效率。第二，储存和搬运系统。搬运的的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、检具和切屑等；储存物料的方法有平面布置的托盘库，也有储存量较大的桁道式立体仓库。毛坯一般先由工人装入托盘上的夹具中，并储存在自动仓库中的特定区域内，然后由自动搬运系统根据物料管理计算机的指令送到指定的工位。固定轨道式台车和传送滚道适用于按工艺顺序排列设备的FMS，自动引导台车搬送物料的顺序则与设备排列位置无关，具有较大灵活性。第三，信息控。FMS信息控制系统的结构组成形式很多，但一般多采用群控方式的递阶系统。第一级为各个工艺设备的计算机数控装置(CNC)，实现各的口工过程的控制；第二级为群控计算机，负责把来自第三级计算机的生产计划和数控指令等信息，分配给第一级中有关设备的数控装置，同时把它们的运转状况信息上报给上级计算机；第三级是FMS的主计算机，其功能是制订生产作业计划，实施FMS运行状态的管理，及各种数据的管理；第四级是全厂的管理计算机。性能完善的软件是实现FMS功能的基础，除支持计算机工作的系统软件外，数量更多的是根据使用要求和用户经验所发展的专门应用软件，大体上包括控制软件、计划管理软件和数据管理软件等。为保证FMS的连续自动运转，须对刀具和切削过程进行监视，还可利用接触测头来测量机床热变形和工件安装误差，并据此对其进行补偿。

参考文献：

【1】周晓红著：《数控机床操作与维护技术》，人民有句出版社2010年版.

【2】阎坤编：《自动化设备及生产线调试与维护》，高等教育出版社2006年版.

【3】龚光荣著：《柔性制造系统物料运储技术》，兵器工业出版社2000年版.

【4】（美）诺布尔 著 李风华 译：《生产力：工业自动化的社会史》中国人民大学出版社2007年版.

【5】张根宝著： 《工业自动化仪表与过程控制书籍》，西北工业大学出版社2008年版.

【6】梁燕飞著：《自动机械与自动生产线》，高等教育出版社2011年版.