機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展方向探究

伍迪

摘 要：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是研究各種工業(yè)機(jī)械裝備及機(jī)電產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行控制到生產(chǎn)過程的企業(yè)管理的綜合技術(shù)學(xué)科。隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，我國機(jī)械行業(yè)存在的問題已經(jīng)阻礙了制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。在未來，材料、能源領(lǐng)域的突破性進(jìn)展和工廠生產(chǎn)能力的商品化出售，將會引起工業(yè)領(lǐng)域的一場創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)浪潮。該研究主要分析了目前我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化存在的問題及未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造 自動(dòng)化技術(shù) 發(fā)展

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（c）-0054-02

機(jī)械制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，而機(jī)械工業(yè)發(fā)展的動(dòng)力源于機(jī)械制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新。幾十年來，我國的機(jī)械制造業(yè)已具備了一定的規(guī)模和技術(shù)基礎(chǔ)，但與發(fā)達(dá)國家相比，仍然存在諸多問題。在全球產(chǎn)業(yè)競爭格局急劇變化的今天，我國制造業(yè)面臨發(fā)達(dá)國家和其他發(fā)展中國家“雙向擠壓”的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，對此，政府實(shí)施“中國制造2025”戰(zhàn)略，化挑戰(zhàn)為機(jī)遇，推動(dòng)我國由“制造大國”走向“制造強(qiáng)國”。

1 目前我國機(jī)械行業(yè)存在的問題

1.1 標(biāo)準(zhǔn)低，缺乏國際標(biāo)準(zhǔn)化意識

對制造業(yè)而言，機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定具有先進(jìn)技術(shù)適應(yīng)性和導(dǎo)向作用，在一定程度上引導(dǎo)了制造業(yè)的資金流動(dòng)方向，在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的國際化是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢，推進(jìn)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)國際化的效益不是短期的，是持久性的。

西方發(fā)達(dá)國家首先經(jīng)歷了以蒸汽機(jī)為標(biāo)志的第一次工業(yè)革命，使得工業(yè)的前身手工業(yè)從農(nóng)業(yè)里分離出來，得到人們的重視，而科學(xué)技術(shù)的突破性進(jìn)展也推動(dòng)了隨之而來的第二次工業(yè)革命即電力的廣泛應(yīng)用，從此工業(yè)零部件和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)流水線式和大規(guī)模生產(chǎn)?？茖W(xué)技術(shù)開始同工業(yè)生產(chǎn)緊密結(jié)合，向著滿足生產(chǎn)需求，推動(dòng)生產(chǎn)力發(fā)展方面發(fā)展，機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也在這一時(shí)期得到制定和確立。由于我國沒有這方面的歷史積淀和技術(shù)積累，工業(yè)制造初期底子薄弱，我國的機(jī)械國家標(biāo)準(zhǔn)依靠翻譯西方標(biāo)準(zhǔn)，大部分跟西方標(biāo)準(zhǔn)一樣，只是在一些細(xì)微尺寸方面做了修改，這樣一來導(dǎo)致標(biāo)注時(shí)不能注明等同對象，或者不能等同代用，國內(nèi)的機(jī)械工程師不僅要了解公制，還有英制，美制，帶來很多不必要的額外工作。理論上講，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)的最低門坎，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)比國家標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格。但是目前很多企業(yè)只追求滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)僅僅是為了能用，缺少對性能指標(biāo)、技術(shù)要求和試驗(yàn)方法等方面的研究，不僅造成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷，而且缺乏市場競爭力。以我國食品和包裝機(jī)械的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為例，大約只能覆蓋產(chǎn)品的20%，而80%的產(chǎn)品為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)和安全標(biāo)準(zhǔn)等，嚴(yán)重制約了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的適用性[1]?，F(xiàn)在我國已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)闹圃旖?jīng)驗(yàn)，硬件設(shè)備也有了很大提升，具備了提升質(zhì)量等級的條件，如果還是沿襲過去的草創(chuàng)標(biāo)準(zhǔn)，那未免有點(diǎn)不作為，不進(jìn)取?？偠灾?，國際標(biāo)準(zhǔn)是國際貿(mào)易規(guī)則的重要組成部分，要想獲得巨大的市場份額和經(jīng)濟(jì)利益，就必須樹立國際標(biāo)準(zhǔn)化意識，占據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)權(quán)。

1.2 高端制造業(yè)不強(qiáng)

高端制造業(yè)具有技術(shù)含量高、附加值高、信息密集度高，產(chǎn)業(yè)控制力高、帶動(dòng)力較強(qiáng)的特點(diǎn)。其高附加值體現(xiàn)在研發(fā)成果、先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備、品牌價(jià)值等多方面。雖然經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國已形成相當(dāng)完備的機(jī)械制造體系，制造業(yè)規(guī)模位居全球第一，占據(jù)全球20%的市場份額，但是當(dāng)前的機(jī)械制造技術(shù)正在沿著高度自動(dòng)化和精密工程技術(shù)的方向發(fā)展，而我國的制造業(yè)依然飽受大而不強(qiáng)的詬病。我國的機(jī)械工業(yè)企業(yè)不僅在規(guī)模上落后國際同行不少，其技術(shù)水平和創(chuàng)新能力也有著很大的差距，特別是在工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療器械、大型數(shù)控機(jī)床，海洋工程裝備等高端制造業(yè)幾乎沒有核心競爭力。以航天發(fā)動(dòng)機(jī)為例，在軍事工業(yè)領(lǐng)域，雖然我國擅長逆向仿制，也曾經(jīng)取得過很多成就，填補(bǔ)了一些空白，但對于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)而言，沒有足夠的理論知識和經(jīng)驗(yàn)，將發(fā)動(dòng)機(jī)正確拆開都困難，更談不上仿制了。在西方發(fā)達(dá)國家對我國進(jìn)行嚴(yán)密技術(shù)封鎖的情況下，仿制他國的新型發(fā)動(dòng)機(jī)，所要花費(fèi)的人力物力財(cái)力可能比自主研發(fā)還要多，而且也不一定能成功。還有我國某先進(jìn)艦艇的傳動(dòng)系統(tǒng)零部件，是用一臺昭和16年（1941）的立車，2臺1956年日本援助中國的12 m臥車加工的。為了獲得高附加值，高端制造企業(yè)必須集聚大批科研人員，支付高額研發(fā)費(fèi)用，購買昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器?？墒窃谖覈源笃髽I(yè)為代表的行業(yè)自主創(chuàng)新能力嚴(yán)重不足，缺少世界級品牌，對行業(yè)發(fā)展至關(guān)重要的核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件依然依靠國外進(jìn)口。相比工業(yè)強(qiáng)國，我國的制造業(yè)工藝粗糙，現(xiàn)代化水平較低，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)和無紙化設(shè)計(jì)普及率低，尖端技術(shù)如精密加工、納米技術(shù)、激光加工等新型技術(shù)手段尚在開發(fā)、掌握之中。在加上整個(gè)高端制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和國家扶持政策的不完善，都成為制約我國高端制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化未來發(fā)展趨勢

2.1 自動(dòng)化和智能化

自動(dòng)化包括設(shè)計(jì)的自動(dòng)化和制造的自動(dòng)化，機(jī)械產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)不僅可以降低人工失誤率，而且提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)械設(shè)計(jì)的自動(dòng)化以客戶的要求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，通過CAD以及CIMS等計(jì)算機(jī)技術(shù)完成復(fù)雜的建模和運(yùn)算，以及加工過程的仿真處理和模擬實(shí)驗(yàn)，避免了時(shí)間和材料的浪費(fèi)。早期的自動(dòng)化系統(tǒng)通常只能在設(shè)計(jì)好的情況實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品部分工序的自動(dòng)化，絕大多數(shù)復(fù)雜工序依然要靠人去操作。而智能化指的是在控制理論的前提下，綜合機(jī)器學(xué)習(xí)、心理學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、人工智能等的新方法對人類的智能進(jìn)行模擬，讓計(jì)算機(jī)來模擬人類的思想行為得出最優(yōu)命令，然后由機(jī)械手臂或機(jī)器人去執(zhí)行。隨著機(jī)床硬件的不斷改進(jìn)，以及工藝多元化和復(fù)合化加工方法的采用，自動(dòng)化和智能化系統(tǒng)已經(jīng)可以相互結(jié)合，正朝著更復(fù)雜、更精確的方向發(fā)展[2]。

2.2 信息化和網(wǎng)絡(luò)化

隨著從用戶到產(chǎn)品的互聯(lián)溝通和快速、精準(zhǔn)以及安全的通訊協(xié)議的建立，機(jī)械制造及其自動(dòng)化將向著網(wǎng)絡(luò)化和信息化的方向發(fā)展。一個(gè)傳統(tǒng)制造企業(yè)按功能可大致分為生產(chǎn)部門和業(yè)務(wù)部門，生產(chǎn)部門依靠制造執(zhí)行系統(tǒng)管理，業(yè)務(wù)部門依靠信息系統(tǒng)管理。現(xiàn)在很多企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備和控制器的相互連通，也就是說制造執(zhí)行管理系統(tǒng)相對完善。也有一些企業(yè)建立了相對比較全面的信息管理系統(tǒng)，對供求關(guān)系和產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過程有一個(gè)基本的把握。問題是很多企業(yè)這兩個(gè)系統(tǒng)之間沒有有效連通，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的偏差由于信息不通或傳遞不夠及時(shí)，不能得到有效解決，導(dǎo)致生產(chǎn)指令和實(shí)際生產(chǎn)情況之間的矛盾。這在產(chǎn)能過剩和用戶體驗(yàn)至上的今天是不可想象的，全球性的產(chǎn)能過剩在加劇競爭的同時(shí)也縮短了產(chǎn)品的生命周期，互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用使得越來越多用戶的個(gè)性化需求得到放大，這就要求企業(yè)快速地生產(chǎn)出小批量和定制化的產(chǎn)品。當(dāng)下，“私人訂制”十分火熱，這就暗示著機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化要向著智能生產(chǎn)方向發(fā)展，當(dāng)用戶下單的那一刻起，從原材料到工藝要求都是完全按照用戶的要求進(jìn)行。機(jī)械產(chǎn)品特別是高精尖機(jī)械零部件，一旦售出，并不意味著整個(gè)生產(chǎn)任務(wù)的結(jié)束，智能化的產(chǎn)品會不斷地采集設(shè)備的數(shù)據(jù)和狀態(tài)并將其發(fā)回工廠，這些數(shù)據(jù)不僅有利于企業(yè)對產(chǎn)品的使用情況進(jìn)行分析以及售后維修保養(yǎng)，更重要的是，這些數(shù)據(jù)關(guān)系到整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況，使得企業(yè)可以利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)模式的進(jìn)化和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，使得企業(yè)從物料選擇、零件制造、到市場開拓與產(chǎn)品銷售等一系列生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)都可以異地或跨越國界進(jìn)行。不僅增進(jìn)了技術(shù)交流和經(jīng)營管理理念的學(xué)習(xí)，也推動(dòng)了企業(yè)向著既競爭又合作的方向發(fā)展。在不久的將來，自動(dòng)化和人工智能將會代替人類的大部分體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)化和信息化將為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化注入新的活力。

3 結(jié)語

現(xiàn)代化的機(jī)械制造及其自動(dòng)化是一種面向21世紀(jì)的技術(shù)，與高新技術(shù)的結(jié)合是其不斷發(fā)展更新的動(dòng)力，在不久的將來，3D打印等新興技術(shù)將會極大地引起制造方式的變革和機(jī)械制造領(lǐng)域的拓展，與此同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)精準(zhǔn)供應(yīng)鏈管理也勢必會重塑整個(gè)產(chǎn)業(yè)的價(jià)值鏈體系。

參考文獻(xiàn)

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[2] 范榮鑫，左繼成.先進(jìn)機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011（4）：10-12.