第一节　机械制造自动化的基本概念

一、机械化与自动化

人在生产中的劳动，包括基本的体力劳动、辅助的体力劳动和脑力劳动三个部分。基本的体力劳动是指直接改变生产对象的形态、性能和位置等方面的体力劳动。辅助的体力劳动是指完成基本体力劳动所必须做的其他辅助性工作，如检验、装夹工件、操纵机器的手柄等体力劳动。脑力劳动是指决定加工方法、工作顺序、判断加工是否符合图纸技术要求、选择切削用量以及设计和技术管理工作等。

由机械及其驱动装置来完成人用双手和体力所担任的繁重的基本劳动的过程，称为机械化。例如：自动走刀代替手动走刀，称为走刀机械化；车子运输代替肩挑背扛，称为运输机械化。由人和机器构成的有机集合体就是一个机械化生产的人机系统。

人的基本劳动由机器代替的同时，人对机器的操纵、工件的装卸和检验等辅助劳动也被机器代替，并由自动控制系统或计算机代替人的部分脑力劳动的过程，称为自动化。人的基本劳动实现了机械化的同时，辅助劳动也实现了机械化，这些机械化设备再加上自动控制系统所构成的有机集合体，就是一个自动化生产系统。只有实现自动化，人才能够不受机器的束缚，而机器的生产速度和产品质量的提高也不受工人精力、体力的限制。因此，自动化生产是人类的理想方式，是生产率不断提高的有效途径。

如对于发动机箱体浇注时所采用的型芯，为了提高其表面的强度和耐高温，需要在型芯表面涂覆一层溶液，涂覆后的型芯如图1-1（a）所示。过去型芯表面溶液的涂覆是人工采用刷子刷涂的方式，不仅效率低，而且溶液散发的有毒气体还会对人体造成伤害。随着技术的发展，车间已普遍采用机械化的方式，如图1-1（b）所示。浸涂夹具上部通过钢丝绳连接于车间天车上，工人通过操纵天车将浸涂夹具移动到型芯上方后，夹持住型芯并通过天车将型芯移至浸涂箱上方进行溶液浸涂，浸涂完成后，夹具带动型芯旋转使溶液分布均匀，工人再操纵天车将型芯移放到指定位置。

图1-1　型芯表面涂覆机械化

目前，一些自动化程度较高的工厂已经采用自动搬运自动浸涂装置，如图1-2所示。自动制芯机将型芯制出后，搬运机械手将型芯夹持住并根据设定的运动轨迹将型芯搬运到指定位置进行组芯，组芯完成后由另一机械手搬运至浸涂机械手抓取工作台位置。浸涂机械手水平运动移动到型芯上料工位，夹取型芯后移动到浸涂箱上方，经过上下运动和旋转运动完成浸涂，浸涂完成后将型芯放入辊子输送系统，进入下道工序。

图1-2　型芯搬运与浸涂自动化

在一个工序中，如果所有的基本动作都机械化了，并且使若干个辅助动作也自动化起来，工人所要做的工作只是对这一工序做总的操纵与监督，就称为工序自动化。

一个工艺过程（如机械加工工艺过程）通常包括若干个工序，如果每一个工序实现了工序自动化，并且把若干个工序有机地联系起来，则整个工艺过程（包括加工、工序间的检测和输送）都自动进行，而操作者仅对这一整个工艺过程做总的操纵和监控，这样就形成了某一种加工工艺的自动生产线，这一过程通常称为工艺过程自动化。

一个零部件（或产品）的制造包括若干个工艺过程，如果每个工艺过程不仅都自动化了，而且它们之间是自动地、有机地联系在一起，也就是说从原材料到最终产品的全过程都不需要人工干预，这就形成了制造过程自动化。机械制造自动化的高级阶段就是自动化车间，甚至是自动化工厂。

二、制造与制造系统

制造是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。制造是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或利用客观物质工具，采用有效的工艺方法和必要的能源，将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。制造也可以理解为制造企业的生产活动，即制造也是一个输入输出系统，其输入是生产要素，输出是具有使用价值的产品。制造的概念有广义和狭义之分：狭义的制造是指生产车间与物流有关的加工和装配过程，相应的系统称为狭义制造系统；广义的制造则包括市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、生产过程管理、销售运输、售后服务直至产品报废处理等整个产品生命周期内一系列相关联的生产活动，相应的系统称为广义制造系统。在当今的信息时代，广义制造的概念已被越来越多的人接受。

国际生产工程学会1990年将制造定义为：制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动工作的总称。

制造系统（ManufacturingSystem）是为了达到预定的制造目的而构造的物理或组织系统。图1-3表示制造系统及其外部环境的关系。其中，信息、原材料、能量和资金作为系统的输入，成品作为系统的主动输出，废料以及其他排放物（包括对环境的污染）作为系统的被动输出。

图1-3　用黑箱方式表示制造系统

在研究制造系统时，除了要搞清楚系统与外部环境的关系外，还有它的内部组织和结构。在系统内部包括很多与制造活动有关的因素，如人员、设备、组织机构、管理方式、技术系统、资金等，简单地将这些因素相加，无法取得整体最优的效果，也不称其为系统。只有从系统的观点出发，运用系统工程的原理和技术去统筹规划各个要素，才能实现各要素之间的有机集成，使系统运行在最佳状态，以最经济有效的方式达到制造活动的目的。