提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化的有效路徑分析

羅澄清

(太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 山西太原 030027)

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化技術(shù)概述

1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化的特點(diǎn)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化的特點(diǎn)主要包括節(jié)能性、安全性及適用性這3點(diǎn)。

1.1.1 節(jié)能性角度

機(jī)械的研發(fā)與使用是為了幫助生產(chǎn)制造企業(yè)降低生產(chǎn)成本、完善生產(chǎn)流水線，而這就要求機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過程中，必須實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備節(jié)能性的特點(diǎn)。機(jī)械設(shè)備的節(jié)能性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是節(jié)約人力資源；二是節(jié)約生產(chǎn)資源。自動化的機(jī)械設(shè)備僅需利用人機(jī)交互界面來完成對設(shè)備的控制即可，通常情況下，設(shè)備是根據(jù)在系統(tǒng)中提前輸入好的運(yùn)行指令來執(zhí)行工作，這能夠幫助企業(yè)節(jié)省大量的人力資源。生產(chǎn)資源主要包括兩個(gè)方面，分別為原材料和生產(chǎn)過程中運(yùn)用到的能源，通常情況下，運(yùn)用到的能源多為電力能源。自動化的機(jī)械設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)控制生產(chǎn)線，減少人工操作帶來的誤差及材料損耗，同時(shí)，通過合理調(diào)控機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行功率能夠降低電力能源的損耗[1]。

1.1.2 安全性角度

安全是生產(chǎn)與發(fā)展的第一要素，對于生產(chǎn)制造企業(yè)來說，傳統(tǒng)的生產(chǎn)車間很容易出現(xiàn)一些人為失誤，導(dǎo)致車間存在較大的安全隱患，同時(shí)，人工操作無法實(shí)現(xiàn)對相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀況的良好監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)無法準(zhǔn)確判斷，易引發(fā)更為嚴(yán)重的安全事故。而自動化的機(jī)械設(shè)備能夠?qū)收蠁栴}進(jìn)行分析并診斷，當(dāng)發(fā)生一些小型故障時(shí)，系統(tǒng)可自動采取針對性的解決措施進(jìn)行處理，而當(dāng)發(fā)生一些較為嚴(yán)重的故障時(shí)，系統(tǒng)能夠緊急停止設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)散使得設(shè)備受到進(jìn)一步的損壞，同時(shí)也能夠有效避免安全事故的發(fā)生概率。

1.1.3 適用性角度

機(jī)械設(shè)計(jì)制造的初衷是為了以機(jī)械代替人力進(jìn)行勞動，由于以往我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平不高，僅能夠生產(chǎn)出一些輔助型設(shè)備，僅適用于工業(yè)、建筑業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中。隨著我國社會科技的發(fā)展，自動化技術(shù)、傳感技術(shù)的應(yīng)用水平迅速提升，自動化的機(jī)械設(shè)備被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域、化工領(lǐng)域等諸多領(lǐng)域當(dāng)中，其適用范圍更廣，實(shí)現(xiàn)了自動化機(jī)械設(shè)備的普及化發(fā)展。

1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化的運(yùn)用原則

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化的運(yùn)用原則體現(xiàn)在科學(xué)性、智能化和前沿性這3個(gè)方面。

（1）科學(xué)性是指在機(jī)械設(shè)備制造的過程中需要利用一些科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的自動化設(shè)計(jì)與制造，如計(jì)算機(jī)技術(shù)、PCL技術(shù)、傳感技術(shù)、DCS系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)械設(shè)備功能性、使用效果與使用效率，并對機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)制造工藝進(jìn)行創(chuàng)新性的優(yōu)化，促使機(jī)械設(shè)計(jì)制造能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械的自動化運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）智能化是機(jī)械設(shè)備的必然發(fā)展趨勢，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造時(shí)，必須考慮機(jī)械設(shè)備的智能化，智能主要指的是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和拓展人類智能的理論、方法及技術(shù)，智能化的設(shè)計(jì)理念是實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化機(jī)械設(shè)備自動化運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素之一。（3）前沿性是指在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造時(shí)，需要充分考慮機(jī)械設(shè)備未來的發(fā)展趨勢，考慮機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用效果及其能為企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合目前國內(nèi)外機(jī)械設(shè)備發(fā)展的狀況，采用最先進(jìn)的技術(shù)，促使機(jī)械設(shè)備能夠滿足時(shí)代發(fā)展的要求，避免機(jī)械設(shè)備過早地被淘汰[2]。

2 提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化水平的有效策略

2.1 提升機(jī)械制造技術(shù)的生態(tài)效益

當(dāng)前我國社會的環(huán)境保護(hù)意識不斷增強(qiáng)，致力于發(fā)展經(jīng)濟(jì)友好型、環(huán)境友好型社會，在此時(shí)代背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化也要朝著生態(tài)環(huán)境保護(hù)的方向發(fā)展。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過程中，不僅需要提升機(jī)械設(shè)備的自動化水平，同時(shí)也需要提升其生態(tài)效益。因此，在設(shè)計(jì)和制造的過程中，設(shè)計(jì)人員必須秉承“節(jié)能環(huán)保”的設(shè)計(jì)理念。一方面，在機(jī)械設(shè)備能源消耗方面，需要降低其能源消耗量，改變以煤炭、石油為主要動力的傳統(tǒng)方式，加強(qiáng)太陽能、風(fēng)能等可再生能源的研發(fā)與應(yīng)用，避免設(shè)備運(yùn)行時(shí)給生態(tài)環(huán)境帶來壓力，促使機(jī)械設(shè)備滿足社會時(shí)代及企業(yè)發(fā)展的要求。另一方面，需要加強(qiáng)對其能源消耗的控制，通過對輸出功率的改進(jìn)降低電力能源的消耗，加強(qiáng)對新型機(jī)械材料的研發(fā)與應(yīng)用，充分發(fā)揮新型材料的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的綠色化生產(chǎn)。

始終堅(jiān)持綠色可持續(xù)發(fā)展的理念，是機(jī)械設(shè)計(jì)制造以及自動化模式更進(jìn)一步發(fā)展的主要策略?，F(xiàn)代化的機(jī)械制造行業(yè)如果想要在激烈的市場競爭當(dāng)中，占據(jù)一個(gè)相對有利的位置，就必須要緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐。也就是說，積極地將綠色環(huán)保的發(fā)展理念貫穿到機(jī)械化制造的過程中，讓機(jī)械能夠在自動化設(shè)計(jì)生產(chǎn)制作的過程中，發(fā)揮出自身最大的環(huán)保價(jià)值。不斷地減少對環(huán)境污染的程度，積極地節(jié)省對自然資源的使用，嚴(yán)格地把控資源浪費(fèi)現(xiàn)象出現(xiàn)，從根本上提升機(jī)械制造行業(yè)的工作效率。與此同時(shí)，為能夠更進(jìn)一步保證機(jī)械制造的質(zhì)量，相關(guān)的施工技術(shù)人員在進(jìn)行原材料的使用過程中，應(yīng)該最大限度地避免出現(xiàn)質(zhì)量問題，不要為眼前的經(jīng)濟(jì)利益而忽視了企業(yè)自身長遠(yuǎn)的發(fā)展。

機(jī)械制造行業(yè)在發(fā)展的過程中，最容易出現(xiàn)的就是廢水、廢料問題。企業(yè)應(yīng)該根據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)的要求，科學(xué)有效地處理好這些問題，更進(jìn)一步提高員工的環(huán)保意識。

2.2 應(yīng)用配套發(fā)展模式

配套發(fā)展是指推動機(jī)械設(shè)計(jì)制造相關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展，是站在調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的角度上提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化水平的重要手段。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造發(fā)展的過程中，需要立足全局，綜合考慮企業(yè)內(nèi)部環(huán)境與外部市場環(huán)境。一方面，對于企業(yè)內(nèi)部環(huán)境而言，企業(yè)需要調(diào)整各部門之間的工作狀態(tài)，加強(qiáng)各部門之間的聯(lián)系，例如：零件檢測部門與計(jì)算機(jī)技術(shù)部門之間要加強(qiáng)信息的溝通與交流，實(shí)現(xiàn)信息資源的實(shí)時(shí)共享，從而提升生產(chǎn)效率。另一方面，對于企業(yè)的外部市場環(huán)境而言，企業(yè)需要聯(lián)合上下游企業(yè)，共同推進(jìn)機(jī)械生產(chǎn)質(zhì)量，例如：零件生產(chǎn)企業(yè)，需要及時(shí)為其提供機(jī)械設(shè)計(jì)圖紙與要求，保證零部件的尺寸及規(guī)格能夠滿足機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行要求。

2.3 自動化與智能化相結(jié)合

近年來，數(shù)控技術(shù)雖然得到了快速的發(fā)展，但其智能化、自動化程度較低，這就導(dǎo)致在機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)流程方面還存在一些問題。因此，我國的機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)需要充分挖掘自動化技術(shù)、智能化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，合理運(yùn)用PLC 技術(shù)、傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對數(shù)控技術(shù)的創(chuàng)新與優(yōu)化，對機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)及制造實(shí)時(shí)全流程的監(jiān)控。

自動化的生產(chǎn)技術(shù)一直以來都是我國現(xiàn)代化技術(shù)手段中比較重要的存在，對于我國總體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有著非常重要的促進(jìn)作用。目前，我國機(jī)械設(shè)計(jì)以及自動化模式中的生產(chǎn)技術(shù)手段相對比較落后，尤其是一些經(jīng)濟(jì)水平相對落后的地區(qū)，在機(jī)械自動化層面上還存在很多的問題。為能夠更進(jìn)一步地推動機(jī)械設(shè)計(jì)自動化、智能化相結(jié)合，改善現(xiàn)如今機(jī)械制造行業(yè)在發(fā)展過程中出現(xiàn)不均衡的現(xiàn)狀，相關(guān)從業(yè)者應(yīng)該積極地提高機(jī)械產(chǎn)品的整體性能，以及加工制造的工作效率，從根本上提升機(jī)械制造和設(shè)計(jì)過程中的自動化模式。

2.4 滿足對機(jī)械的功能需求

機(jī)械設(shè)備自動化的目的是優(yōu)化機(jī)械設(shè)備的功能，提高設(shè)備的使用效率，而機(jī)械設(shè)備是針對某一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)而研發(fā)使用的設(shè)備，所以機(jī)械設(shè)備自動化也需要滿足機(jī)械的功能需求。值得注意的是，機(jī)器的性能取決于機(jī)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此要注重生產(chǎn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以滿足不斷增長的社會需求[3]。要更進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的自動化，就需要相關(guān)工作者不斷參與到機(jī)械化設(shè)備制造當(dāng)中，讓每一種設(shè)備都能夠發(fā)揮出自身最大的價(jià)值，全面地提高機(jī)械化設(shè)備的整體工作效率，為我國機(jī)械化制造水平的提升創(chuàng)造良好的環(huán)境。

2.5 加強(qiáng)數(shù)字媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用

數(shù)字媒體技術(shù)是通過改變信息載體的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的信息傳遞，將信息載體轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制的數(shù)字化處理技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是數(shù)字化時(shí)代的產(chǎn)物，其能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬場景與現(xiàn)實(shí)物品的良好對接，主要是利用三維圖形實(shí)時(shí)生成技術(shù)建立立體的虛擬場景，在該虛擬場景中，用戶能夠?qū)μ摂M物體進(jìn)行控制。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用方法是讓用戶佩戴AR眼鏡，促使用戶在視覺上與目標(biāo)物近距離接觸，并能夠良好地帶動用戶的視覺感官，實(shí)現(xiàn)360°的全方位視覺體驗(yàn)[4]。

機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造往往需要涉及很多單位，生產(chǎn)流程較為復(fù)雜，而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與數(shù)字媒體技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對工廠的合理規(guī)劃，包括每個(gè)部件的運(yùn)行軌跡、維護(hù)及存儲，從而規(guī)劃整個(gè)生產(chǎn)流程體系，從而保證了汽車生產(chǎn)流程的順利完成。在工廠規(guī)劃的過程中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)與其他機(jī)場客戶模擬可能的平面圖和生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)作安裝一個(gè)新的制造單元，從而提升了汽車的生產(chǎn)效率。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過程中，加強(qiáng)數(shù)字媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及自動化技術(shù)的整合，將設(shè)計(jì)好的機(jī)械設(shè)備利用數(shù)字化技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建出機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行虛擬場景，在該場景中能夠模擬機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況，以便相關(guān)工作人員發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)中存在的問題[5]。

2.6 在先進(jìn)的技術(shù)水平下進(jìn)行不斷的創(chuàng)新

每一種機(jī)械化產(chǎn)品都有其獨(dú)特的展現(xiàn)形式，在實(shí)際的使用過程中也有著而自身的優(yōu)勢。為了能夠更加全面地了解現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備，應(yīng)該在現(xiàn)代化技術(shù)的幫助下，積極地創(chuàng)新傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)，并更進(jìn)一步地對不同品種機(jī)械設(shè)備進(jìn)行分類。機(jī)械設(shè)備在使用的過程中發(fā)揮能量轉(zhuǎn)入的作用時(shí)，對于輸出和進(jìn)入的能量有著而不同的展現(xiàn)形式，當(dāng)自動化機(jī)械設(shè)備的功能得到有效的發(fā)揮以后，就能夠在設(shè)計(jì)師理念的引導(dǎo)下，更進(jìn)一步創(chuàng)新出全新的工作能力，這就為我國現(xiàn)代化機(jī)械制造業(yè)的下一階段發(fā)展奠定了良好的前提條件。

2.7 管理設(shè)計(jì)模塊化

現(xiàn)如今，我國在機(jī)械制造設(shè)備行業(yè)的發(fā)展中逐漸取得了優(yōu)勢，其中最有價(jià)值的是電子設(shè)備運(yùn)行過程中彰顯出來的模塊化、系統(tǒng)化特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前時(shí)代最有價(jià)值的技術(shù)之一，也是未來經(jīng)濟(jì)社會綜合實(shí)力發(fā)展的重要依靠。在機(jī)械化設(shè)備的制造過程中，應(yīng)當(dāng)采取相對應(yīng)的模塊化設(shè)計(jì)理念。首先，減少在機(jī)械化自動生產(chǎn)過程中對各種資源的浪費(fèi)，最大限度地發(fā)揮出資源的有效價(jià)值，并根據(jù)機(jī)械設(shè)備自身工作的特點(diǎn)，有針對性地進(jìn)行工作，為機(jī)械制造行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展帶來更大的價(jià)值，在一個(gè)完善的工作體系中提升企業(yè)自身的綜合實(shí)力，是實(shí)現(xiàn)管理設(shè)計(jì)模塊化的一種方式。其次，每一個(gè)機(jī)械制造的公司都有著自身獨(dú)特的發(fā)展形式，對于每一種機(jī)械設(shè)備使用都有著不同的需求，這是因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備內(nèi)的結(jié)構(gòu)存在一定的差異。在現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備自動化模式引導(dǎo)下，模塊化的設(shè)計(jì)能更加有效地減少設(shè)備運(yùn)行中存在的問題，有效地改善傳統(tǒng)設(shè)備當(dāng)中存在的不利因素，進(jìn)而全面提升機(jī)械設(shè)計(jì)與制造行業(yè)中總體的生產(chǎn)效率[6]。

3 結(jié)語

綜上所述，機(jī)械設(shè)備是我國社會與企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中必不可少的生產(chǎn)工具，其能夠幫助企業(yè)減輕人力勞動成本、提升生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)質(zhì)量。為了順應(yīng)社會時(shí)代發(fā)展的需求，機(jī)械設(shè)計(jì)制造必須面向智能化、自動化的方向發(fā)展。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過程中，需要注重機(jī)械設(shè)備的生態(tài)效益，并應(yīng)用配套發(fā)展模式，將自動化、智能化完美融合，并保證機(jī)械設(shè)備的使用性能及功能能夠滿足企業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展的要求，同時(shí)需要合理地運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，提升設(shè)計(jì)及制造質(zhì)量，進(jìn)而保障機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化水平得到進(jìn)一步提升。