自动化技术在机械制造中的柔性化应用

一、引言

在当今全球化的市场环境下，机械制造行业面临着日益激烈的竞争。消费者需求的多样化以及产品生命周期的缩短，要求机械制造企业能够快速响应市场变化，生产出个性化、高质量的产品。传统的刚性自动化生产方式已难以满足这些需求，柔性自动化技术应运而生。柔性自动化技术以数控技术为核心，融合了计算机技术、信息技术与生产技术，使机械制造系统具备了更高的灵活性和适应性，能够在同一生产线上快速切换生产不同类型和规格的产品，极大地提升了企业的市场竞争力。因此，深入研究自动化技术在机械制造中的柔性化应用具有重要的现实意义。

二、柔性自动化技术概述

20 世纪初兴起的刚性自动化技术，通过专用机床、传送带等实现部分或全部加工自动化，但因其工艺路径和加工尺寸固定，只能生产单一产品，难以满足市场多样化需求。随着计算机技术发展，以数控技术为核心，融合计算机、信息与生产技术的柔性自动化技术应运而生。该技术实现生产过程数字化控制与智能化管理，使制造系统可快速响应产品变化，主要体现在柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机辅助设计 /计算机辅助制造（CAD/CAM）、计算机辅助工艺设计（CAPP）、管理信息系统（MIS）等多个方面。通过这些技术协同，机械制造企业能优化生产流程，提高效率与质量，精准控制管理生产过程，成为机械制造业适应市场动态需求、加速产品更新的重要手段。

三、柔性自动化技术在机械制造中的应用意义

柔性自动化技术在机械制造中意义重大。其高效灵活、缩短投产准备时间的特性，为灵捷制造、精益生产等先进制造系统奠定基础，在汽车制造等大批量生产中，能实现个性化零件自动化加工，保障产品质量与生产效率。从企业层面看，它是适应市场需求、实现产品快速更新的关键，应用不同柔性自动化制造系统可大幅提升生产率、缩短试制周期、降低成本，增强企业对市场变化的应变能力，如电子企业借此快速推出新产品抢占市场。于国家而言，在国际竞争激烈的环境下，自行研制 FMC、FMS 等柔性自动化技术及装备，既能契合国情，又能节省外汇，我国在此领域已取得显著成果，推动机械制造业迈向国际化，对提升我国机械制造业国际竞争力意义深远。

四、柔性自动化技术在机械制造中的具体应用

4.1 产品设计：参数化驱动与全流程协同

在产品设计阶段，柔性自动化技术以 CAD 参数化设计为核心，通过构建三维参数化图形库，实现设计资源的高效复用。设计师只需调整模型库中的关键参数，如尺寸、结构、材料属性等，便可快速生成目标产品的二维工程图与三维模型，大幅缩短设计周期。同时，将 PLM 系统与三维 CAD 软件深度集成，形成从概念设计到产品交付的全生命周期管理体系。在此体系下，设计过程中的任何修改，只需在 CAD 软件中调整参数，PLM 系统便会自动更新相关数据，确保设计信息的一致性与准确性。

4.2 加工制造：设备互联与工艺拓展

在加工制造领域，柔性自动化技术实现了设备集群的智能化协同与制造工艺的多元化应用。一方面，数控机床、工业机器人、智能物流设备等通过工业网络互联，构成高效灵活的加工制造系统。以数控机床为例，其数字控制系统可精准控制刀具轨迹，配合自动换刀装置，能在一次装夹中完成多工序加工，大幅提高加工精度与效率。工业机器人则凭借高灵活性与精准控制能力，在搬运、焊接、装配等环节发挥重要作用，可快速适应不同产品的生产需求。另一方面，柔性自动化技术突破传统切削加工局限，广泛应用于电火花加工、激光加工、增材制造等特种工艺。在航空航天领域，利用激光加工技术可实现复杂零部件的高精度加工；在汽车制造中，焊接机器人通过编程快速切换焊接工艺，提升车身焊接质量与生产效率。

4.3 信息管理：系统集成与智能调控

在信息与管理系统中，柔性自动化技术通过集成多种自动化控制与管理技术，构建起覆盖生产全链条的智能管理体系。在底层控制层面，分布式数字控制技术实现多台数控机床的集中管理，实时采集设备运行数据并优化加工参数，提升设备利用率；质量统计与管理信息集成技术实时采集质量数据，及时发现并解决质量问题，保障产品质量稳定性。在管理决策层面，MES 与 ERP 系统无缝对接，形成“计划 - 执行 - 反馈”闭环。生产计划部门根据市场需求制定计划，通过生产调度模块合理分配任务；设备管理模块实时监控设备状态，保障设备正常运行；质量管理模块实现产

品质量的全程追溯与分析。

五、柔性自动化技术在机械制造中的应用趋势

5.1 FMC 成为发展热门

FMC（柔性制造单元）由于其投资相对 FMS（柔性制造系统）少得多，而经济效益却相接近，更适用于财力有限的中小型企业。目前，国外众多厂家已将 FMC 列为发展重点。在未来，FMC 将成为柔性自动化技术发展和应用的热门技术。它能够为中小型企业提供一种经济、高效的柔性生产解决方案，帮助企业提高生产效率，提升产品质量，增强市场竞争力。

5.2 FML 的发展方向

对于多品种大批量生产的企业，如汽车及拖拉机等工厂，FML（柔性制造生产线）的需求日益增长。为满足这一需求，FML 将朝着采用价格低廉的专用数控机床替代通用加工中心的方向发展。这样可以在保证生产线柔性的前提下，降低设备成本，提高生产效率。专用数控机床针对特定产品或工艺进行优化设计，能够更高效地完成加工任务，同时减少设备的闲置时间，提高设备利用率。

5.3 FMS 多功能拓展

传统的单纯加工型 FMS 将进一步向多功能方向发展，开发以焊接、装配、检验及钣材加工，乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能 FMS。这种多功能的 FMS 能够实现产品生产过程的全流程覆盖，减少产品在不同生产环节之间的转运和等待时间，提高生产效率和产品质量。同时，多功能 FMS 还能更好地适应市场对产品多样化的需求，企业可以在同一条生产线上完成从原材料到成品的全部生产过程，实现真正意义上的柔性生产。

六、结论

综上所述，柔性自动化技术在机械制造中具有至关重要的作用，其应用范围涵盖产品设计、加工制造以及信息与管理系统等多个方面。通过应用柔性自动化技术，机械制造企业能够提高生产效率、减轻劳动强度、提升产品质量、缩短制造周期和交货期、大幅度降低成本，从而增强市场竞争能力。随着科技的不断进步，柔性自动化技术将不断发展和完善，FMC、FML、FMS 等技术将朝着更加高效、智能、多功能的方向发展。我国机械制造企业应积极引入和应用柔性自动化技术，加强技术创新和研发投入，提升自身的核心竞争力，以适应市场的动态变化，推动我国机械制造业向更高水平迈进。

参考文献：

[1] 蔡辉 , 孙伟 , 庞子瑞 . 机械自动化技术在机械制造中的应用探讨 [J].冶金与材料 ,2024,44(02):88-90.

[2] 邓书富 . 自动化技术在机械设计制造中的应用分析 [J]. 冶金与材料 ,2023,43(06):73-75.

[3] 于 翔 . 自 动 化 技 术 在 机 械 制 造 中 的 应 用 [J]. 电 子 技术 ,2023,52(06):370-371.