淺析機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合各種現(xiàn)代信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)內(nèi)，其在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的作用尤為突出。作為國民經(jīng)濟(jì)的重要組成，機(jī)械行業(yè)與自動(dòng)化行業(yè)在發(fā)展過程中離不開現(xiàn)代技術(shù)的支持，尤其是在我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的關(guān)鍵時(shí)期。鑒于此，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用淺析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)制造；自動(dòng)化控制；計(jì)算機(jī)技術(shù)；現(xiàn)代信息技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.119

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化本身就是我國經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，同時(shí)，它也以學(xué)科和專業(yè)的形式被廣泛設(shè)立于我國高校中，為培養(yǎng)適應(yīng)性人才提供了重要的渠道。計(jì)算機(jī)技術(shù)是一項(xiàng)功能性技術(shù)，在學(xué)科建設(shè)過程中，它主要以工具的形式作用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)習(xí)中。在實(shí)踐過程中，其被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)和自動(dòng)化系統(tǒng)的研究中。因此，本文主要介紹機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化內(nèi)涵，分析計(jì)算機(jī)技術(shù)在其中的應(yīng)用情況。

1 內(nèi)涵分析

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是一門綜合性的學(xué)科，它包括工業(yè)機(jī)械和設(shè)備等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造，還包括對(duì)設(shè)備運(yùn)行和控制等問題的研究。在學(xué)習(xí)的過程中，需要將計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)深度融合在一起，從而為解決行業(yè)技術(shù)問題提供基礎(chǔ)。在信息時(shí)代快速發(fā)展的過程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)的密切配合使得現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)向智能化的發(fā)展方向邁進(jìn)成為可能，而各種智能化的機(jī)械設(shè)備也不斷涌入市場。由此可見，計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中是非常重要的。

近幾年，隨著我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)受到了一定的影響，但是，仍然不可動(dòng)搖其在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的基礎(chǔ)作用。為了增強(qiáng)行業(yè)的競爭力，結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展是十分必要的。

2 計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)技術(shù)包括計(jì)算機(jī)可視技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真技術(shù)等。這些技術(shù)從不同的環(huán)節(jié)和角度作用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化系統(tǒng)研究中，不僅滿足了行業(yè)發(fā)展的需求，也帶動(dòng)了國民經(jīng)濟(jì)的科技化發(fā)展。大部分機(jī)械制造設(shè)備的組裝結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其在設(shè)計(jì)過程中具有難度大、零部件多等特點(diǎn)。采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)、研發(fā)，還可以指導(dǎo)其在實(shí)踐中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的全方位控制和管理。

計(jì)算機(jī)可視技術(shù)是應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的重點(diǎn)技術(shù)，其主要價(jià)值表現(xiàn)在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和控制環(huán)節(jié)，即在相關(guān)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)，可以將機(jī)械信息和相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為便于設(shè)計(jì)者接受和理解的數(shù)據(jù)信息。在設(shè)計(jì)過程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)管理，當(dāng)性能要求不匹配時(shí)，可以及時(shí)做出調(diào)整和優(yōu)化。由此可見，計(jì)算機(jī)可視技術(shù)不僅保證了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低設(shè)計(jì)誤差出現(xiàn)的概率，同時(shí)，還能保證產(chǎn)品的功能性和實(shí)用性。

此外，將計(jì)算機(jī)可視技術(shù)作用于機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，可以節(jié)省工作時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率，這對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)而言是至關(guān)重要的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)可視技術(shù)的功能性會(huì)逐漸完善，其在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的應(yīng)用價(jià)值也會(huì)得到進(jìn)一步的提升。例如，通過讀取實(shí)際零部件結(jié)構(gòu)獲取與產(chǎn)品相關(guān)的設(shè)計(jì)信息和性能分析等。

計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)是一種對(duì)實(shí)際情景的模擬體驗(yàn)技術(shù)，即建立與真實(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)境高度匹配的虛擬環(huán)境，由設(shè)計(jì)者輸入相關(guān)的設(shè)計(jì)理念，例如一些既定的設(shè)計(jì)參數(shù)等，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。這是一種跨越產(chǎn)品的，人與機(jī)械設(shè)計(jì)之間的交流，不僅可以提高時(shí)間的利用率，還可以保證設(shè)計(jì)的有效性。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)主要是模擬和優(yōu)化產(chǎn)品的功能性和實(shí)用性，選擇一定的參數(shù)范圍模擬特定參數(shù)狀態(tài)下的產(chǎn)品模型，通過對(duì)相關(guān)指標(biāo)結(jié)果的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品性能的全面優(yōu)化。此外，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)還被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化系統(tǒng)研究中，為機(jī)械產(chǎn)品的科學(xué)運(yùn)行和控制提供技術(shù)支持。

3 具體應(yīng)用分析

3.1 計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助功能

計(jì)算機(jī)技術(shù)涵蓋的范圍比較廣，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)習(xí)過程中，需要結(jié)合具體的計(jì)算機(jī)軟件同步學(xué)習(xí)，例如二維制圖軟件CAD和三維設(shè)計(jì)軟件UG等。這些繪圖軟件不管是在界面的設(shè)計(jì)上，還是功能的表達(dá)上，都為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了便利。使用這些軟件，不僅提高了制圖效率，還使得設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更加清晰，有利于相關(guān)設(shè)計(jì)人員的分析和優(yōu)化。

在計(jì)算機(jī)制圖的過程中，可以通過二維與三維之間的轉(zhuǎn)化提高設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品的整體把控，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖紙的實(shí)時(shí)修正。此外，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造而言，產(chǎn)品的尺寸和技術(shù)要求是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件可以快速地標(biāo)明產(chǎn)品尺寸，在部分?jǐn)?shù)據(jù)變動(dòng)的情況下不會(huì)影響到其他結(jié)構(gòu)的完整性。技術(shù)要求可以通過文字輸入的方式在頁面內(nèi)標(biāo)明，并通過系統(tǒng)內(nèi)部的標(biāo)題欄解釋說明不同部件和結(jié)構(gòu)的名稱，從而讓審圖者一目了然。

3.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的具體應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)本身是計(jì)算機(jī)可視技術(shù)和計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物，其被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中的模擬環(huán)節(jié)。舉一個(gè)最簡單的例子，當(dāng)一個(gè)零件通過三維繪圖軟件完成建模以后，需要考慮相澆筑系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性、可行性。這時(shí)，可以使用計(jì)算機(jī)仿真軟件，例如利用Molden Flow仿真軟件對(duì)其進(jìn)行模擬。在模擬之前，需要進(jìn)入到參數(shù)設(shè)計(jì)頁面，一一設(shè)置澆筑溫度、速度和界面參數(shù)等，然后進(jìn)入網(wǎng)格劃分頁面劃出與產(chǎn)品特征適應(yīng)性比較強(qiáng)的網(wǎng)格，然后建立仿真模擬產(chǎn)品，通過缺陷指標(biāo)值分析各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。通過觀察和分析模擬界面可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中存在的問題，以便相關(guān)人員及時(shí)解決，不斷完善結(jié)構(gòu)。此外，在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐的過程中，為了保證產(chǎn)品制造的準(zhǔn)確性和功能性，需要不斷調(diào)整和規(guī)范生產(chǎn)參數(shù)。這時(shí)，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以達(dá)到較好的效果。

運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的過程具有一定的針對(duì)性和規(guī)范性，即針對(duì)不同材質(zhì)的產(chǎn)品，需要選擇不同的模擬軟件，一般包括塑料件、鑄鐵件和鑄鋼件和特殊材質(zhì)件等。

4 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向

4.1 微型化發(fā)展

微型化是時(shí)代發(fā)展的一個(gè)規(guī)律化走向，不管是電腦還是手機(jī)，均是微型化發(fā)展的代表性產(chǎn)品。在計(jì)算機(jī)技術(shù)的引領(lǐng)下，相信機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域也會(huì)形成這樣的微型發(fā)展趨勢。將其落實(shí)在具體產(chǎn)品上，主要特征是產(chǎn)品設(shè)備體積小、功能全，綜合性能良好且方便維修。目前，這種發(fā)展趨勢已經(jīng)表現(xiàn)出了一定的傾向性，例如現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的功能更趨向于綜合化，設(shè)計(jì)時(shí)有更多的方案，裝配環(huán)境也更加靈活。

4.2 智能化發(fā)展

在智能化的發(fā)展趨勢下，計(jì)算機(jī)技術(shù)會(huì)帶領(lǐng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)向著智能化的方向邁進(jìn)。隨著時(shí)代的發(fā)展，各種智能裝備不斷涌入市場，機(jī)器人是典型的作品之一。這種運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)得到的智能化裝備對(duì)于世界而言已經(jīng)不再是奇跡，而是一種發(fā)展趨勢。信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合可以使機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域出現(xiàn)更多的可能性，例如對(duì)設(shè)計(jì)者思維的定向感知、語言識(shí)別設(shè)計(jì)和思維掃描等，未來均有可能實(shí)現(xiàn)。

4.3 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展針對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)而言更多地表現(xiàn)在對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的宣傳、推廣過程中，即在機(jī)械設(shè)備和產(chǎn)品產(chǎn)出以后通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)宣傳、推廣，或者是開啟網(wǎng)上訂購專欄。雖然與一般的商品相比，其在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的發(fā)展會(huì)受到一些因素的制約，但是，它仍然可以作為一種營銷和經(jīng)營手段，以便開拓更大的市場。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文簡要闡述了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的基本內(nèi)涵，分析了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用概況，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的具體應(yīng)用情況。最后，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的發(fā)展方向作出展望。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的強(qiáng)大，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化也會(huì)向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化和微型化的方向發(fā)展。

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作者簡介：丁帥（1982—），男，陜西府谷人，畢業(yè)于天津工業(yè)大學(xué)（碩士），主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)方面的工作。

〔編輯：白潔〕