試論機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

金曉飛 李偉鵬

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，近年來(lái)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展迅速，相關(guān)研究及實(shí)踐的大量涌現(xiàn)也能夠證明這一認(rèn)知，基于此，本文簡(jiǎn)單分析了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合實(shí)例就新時(shí)期的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化應(yīng)用開(kāi)展了更為深入的探討，希望由此能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來(lái)一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)制造;自動(dòng)化;發(fā)展趨勢(shì);機(jī)械手

前言：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化在我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、虛擬領(lǐng)域均有著較為廣泛應(yīng)用，其在大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)、“互聯(lián)網(wǎng)+”領(lǐng)域的應(yīng)用也開(kāi)始逐漸引起各界重視，而為了更好推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展，正是本文圍繞該課題開(kāi)展具體研究的原因所在。

1.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

1.1應(yīng)用現(xiàn)狀

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化在我國(guó)各領(lǐng)域均有著較為廣泛應(yīng)用，以農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、虛擬領(lǐng)域?yàn)槔?，其?yīng)用現(xiàn)狀如下：（1）農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化應(yīng)用為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了有力支持，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械精度、自動(dòng)化程度也因此大幅提升。但相較于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展較晚，相關(guān)技術(shù)也存在一定差距，但近年來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械在節(jié)水、節(jié)肥領(lǐng)域取得的不俗成果也不應(yīng)被忽視。為推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化發(fā)展，相關(guān)政策支持、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、農(nóng)業(yè)機(jī)器人研發(fā)均需要得到重視。（2）工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的應(yīng)用極為廣泛，Pro/E數(shù)控加工便屬于其中典型。Pro/E數(shù)控加工屬于操作員、機(jī)器和圖形互相融合的方式，該方式能夠較好服務(wù)于數(shù)控程序的形成，如器件加工軌跡、幾何圖形數(shù)字化?；赑ro/E的數(shù)控加工實(shí)現(xiàn)需首先設(shè)計(jì)加工軌跡，設(shè)計(jì)過(guò)程需結(jié)合加工工藝步驟，Pro/E數(shù)據(jù)庫(kù)中的幾何圖形、零件技術(shù)要求、工藝要求等內(nèi)容也需要得到充分應(yīng)用，由此即可大幅提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造效率，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的應(yīng)用價(jià)值也能夠得到直觀證明。（3）虛擬領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化近年來(lái)在我國(guó)虛擬領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)展，如結(jié)合CAD與CAPP實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)繪圖、智能修改，這就使得機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化應(yīng)用能夠有效提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短生產(chǎn)工期[1]。

1.2發(fā)展趨勢(shì)

結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究與實(shí)踐，本文認(rèn)為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化主要存在三方面發(fā)展趨勢(shì)，分別為與大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)結(jié)合、融入“互聯(lián)網(wǎng)+”理念、模塊化發(fā)展，具體發(fā)展趨勢(shì)如下：（1）與大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)結(jié)合。隨著我國(guó)正式進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化與大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的趨勢(shì)日漸明顯，通過(guò)彼此的結(jié)合，大數(shù)據(jù)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)將為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展提供全面的數(shù)據(jù)支持。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、智能傳感器、智能儀表屬于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化常用的技術(shù)形式，這類技術(shù)形式的應(yīng)用便離不開(kāi)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)支持，而隨著大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的引入，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)l(fā)生翻天覆地式的變化，其綜合效率將進(jìn)一步提升。（2）融入“互聯(lián)網(wǎng)+”理念。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”影響力的不斷提升，其對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的影響也日漸顯著化，通過(guò)實(shí)現(xiàn)二者的融合，即可獲得新的自動(dòng)化發(fā)展方向。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化在數(shù)據(jù)信息保護(hù)等領(lǐng)域存在一定不足，但“互聯(lián)網(wǎng)+”理念的融入能夠有效彌補(bǔ)這種不足，信息安全帶來(lái)的威脅可由此較好消除，應(yīng)急處理方案的自動(dòng)制定、自動(dòng)防護(hù)也能夠由此實(shí)現(xiàn)，這些都能夠保證機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化的安全性與穩(wěn)定性不斷提升。（3）模塊化設(shè)計(jì)。除與大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)結(jié)合、融入“互聯(lián)網(wǎng)+”理念外，模塊化設(shè)計(jì)同樣屬于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的重要發(fā)展方向，這一發(fā)展將逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)備接口、電源接口、伺服電機(jī)接口的統(tǒng)一，行業(yè)間的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定、標(biāo)準(zhǔn)的模塊化產(chǎn)品規(guī)格明確也將由此實(shí)現(xiàn)，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的障礙可由此進(jìn)一步掃清，生產(chǎn)效率、質(zhì)量的提升也能夠獲得有力支持。

2.實(shí)例分析

2.1問(wèn)題分析

為了提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本文選擇了某機(jī)械制造企業(yè)作為研究對(duì)象，該企業(yè)存在生產(chǎn)線不良、車間布局“人-機(jī)-環(huán)境”約束等問(wèn)題，并面臨著適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的技改挑戰(zhàn)，因此該企業(yè)結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)開(kāi)展了一系列創(chuàng)新探索，包括伸縮機(jī)械手設(shè)計(jì)、基于產(chǎn)品質(zhì)量考慮的板料分離方法應(yīng)用、“積木式”組合設(shè)備的應(yīng)用。

2.2創(chuàng)新路徑

企業(yè)的具體創(chuàng)新實(shí)踐如下：（1）伸縮機(jī)械手設(shè)計(jì)。結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)，企業(yè)設(shè)計(jì)了一種氣動(dòng)式折疊伸縮臂，這一設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手與折疊伸縮技術(shù)的結(jié)合，由此實(shí)現(xiàn)了最大程度的空間節(jié)省，壓力機(jī)等設(shè)備進(jìn)出所需空間實(shí)現(xiàn)了成倍式縮小，而由于整體滑移時(shí)處于縮緊狀態(tài)，機(jī)械手的穩(wěn)定性也大大增加，這些都為企業(yè)生產(chǎn)提供了有力支持。為滿足生產(chǎn)需要，企業(yè)共設(shè)計(jì)有擺動(dòng)自由度伸縮機(jī)械手、四自由度機(jī)械手、無(wú)擺動(dòng)自由度伸縮機(jī)械手三種伸縮機(jī)械手，圖1為有擺動(dòng)自由度伸縮機(jī)械手示意圖。（2）基于產(chǎn)品質(zhì)量考慮的板料分離方法應(yīng)用。受板材表面油膜影響，企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)板材粘在一起的情況，設(shè)備、模具往往因此受到損傷，而在充分考慮吹氣分離法、微變形分離法、承重分離法、磁性分離法、機(jī)械分離法等拆分方法后，企業(yè)選擇了高壓吹氣法與微變形分離法相結(jié)合的板料分離方法，這就使得產(chǎn)品制造的質(zhì)量保障提供了更有力支持，基于該方法的處理流程可概括為：“料垛吹氣處理→微變形端拾器抓取料板→厚度傳感器檢測(cè)厚度→是否單張→否→甩料→重復(fù)檢測(cè)→單張→送料”，圖2為企業(yè)采用的雙料檢測(cè)端拾器。（3）應(yīng)用“積木式”組合設(shè)備。由于近年來(lái)企業(yè)訂單存在顯著的中小批量、品種多特點(diǎn)，因此企業(yè)在柔性生產(chǎn)線建立層面投入了大量精力，并通過(guò)不斷探索形成了代表性較高的“積木式”組合設(shè)備。所謂“積木式”組合設(shè)備，指的是根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀將若干數(shù)量的獨(dú)立設(shè)備安裝在溜板機(jī)構(gòu)上形成的設(shè)備，這種設(shè)備在一定程度上屬于模塊化思想的典型應(yīng)用。企業(yè)采用的“積木式”組合設(shè)備由兩款機(jī)械手設(shè)備組合形成，在生產(chǎn)過(guò)程中需要翻轉(zhuǎn)板材時(shí)，該組合設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)板材的180°翻轉(zhuǎn)，通過(guò)對(duì)準(zhǔn)伸縮機(jī)械手手掌并發(fā)出后續(xù)指令，即可大幅提高生產(chǎn)效率，機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中的突發(fā)事件應(yīng)對(duì)能力也由此大幅提升[2]。

結(jié)論：綜上所述，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化存在廣闊的發(fā)展前景，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的與大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)結(jié)合、融入“互聯(lián)網(wǎng)+”理念、模塊化發(fā)展、伸縮機(jī)械手設(shè)計(jì)、基于產(chǎn)品質(zhì)量考慮的板料分離方法應(yīng)用、應(yīng)用“積木式”組合設(shè)備等內(nèi)容，則較為直觀展示了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的發(fā)展路徑，而為了進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、綠色化的發(fā)展方向同樣需要得到重視。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭淑紅.試論機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（05）：52.

[2]李嫚.信息技術(shù)背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2018（12）：69+71.

作者簡(jiǎn)介：

金曉飛， 男-出生年（1990），（江蘇省蘇州市張家港市），民族（漢）職稱（助理工程師），學(xué)歷（本科），單位名稱（張家港中集圣達(dá)因低溫裝備有限公司），單位所在省市（江蘇省蘇州市張家港），單位郵編（215600）

李偉鵬，單位（張家港中集圣達(dá)因低溫裝備有限公司）