機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用研究

王穎嫻

（西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安，710032）

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的內(nèi)涵

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是一門涵蓋面比較廣泛的學(xué)科，包括工業(yè)機(jī)械、機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)、制造，同時(shí)也包含了機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行與管理等。該學(xué)科主要以機(jī)械制造為基礎(chǔ)，全面融合計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)等。有效的解決機(jī)械制造行業(yè)中面臨的難題，推進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的自動(dòng)化與智能化發(fā)展，目前，已經(jīng)越來越多的智能化設(shè)備被運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中。近幾年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)體制的調(diào)整，第三產(chǎn)業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中所占比例較大，雖然不能占領(lǐng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的地位，但是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的行業(yè)改革是不可避免的，在改革過程中信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用極為關(guān)鍵。

2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀

近幾年來，我國的科學(xué)技術(shù)水平得到不斷提高，對(duì)科學(xué)技術(shù)的改革與創(chuàng)新給予高度重視，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域中，我國與發(fā)達(dá)國家還尋在一定的差距，通過對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的引進(jìn)進(jìn)一步促進(jìn)了我國社會(huì)向互聯(lián)網(wǎng)信息時(shí)代的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用能夠縮短我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化與發(fā)達(dá)國家之間的距離。在我國機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化領(lǐng)域已經(jīng)獲得大量的成果，但是高薪科技方面還存在一定的劣勢(shì)，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)逐漸將數(shù)控技術(shù)、納米技術(shù)等與機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域相結(jié)合，而我國確起步較晚，在研究深度上還有所欠缺，相關(guān)的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用不夠明顯。在教育方面，我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造專業(yè)還停留在自動(dòng)化與機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，還未囊括計(jì)算機(jī)技術(shù)，使得懂得計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)的人才在機(jī)械設(shè)計(jì)方面存在弱勢(shì)，正是由于缺乏綜合型人才的支撐，我國的機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)技術(shù)一直以來沒有實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新與改革，智能跟隨發(fā)達(dá)國家的步伐，缺乏主動(dòng)性。

3 計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化中的應(yīng)用

3.1 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展過程是非常復(fù)雜的，計(jì)算機(jī)技術(shù)自身所具備的優(yōu)勢(shì)決定了在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中的重要地位，計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造之間的融合是自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的必然結(jié)果。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)功能在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)中的應(yīng)用與作用是不可小覷的，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域中會(huì)涉及到一些比較復(fù)雜的機(jī)械圖繪制，通過CAD、CAM等計(jì)算機(jī)繪圖軟件會(huì)有效的降低人工繪圖的復(fù)雜性，進(jìn)一步提高繪圖效率，另外，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)能夠?qū)C(jī)械的結(jié)構(gòu)、尺寸、形狀以及工作原理等進(jìn)行詳細(xì)制定與描述，幫助設(shè)計(jì)者更加容易找到設(shè)計(jì)中所存在的問題，最后，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)能夠?qū)D紙進(jìn)行修改、再次編輯等操作，忽略手工操作的一些不必要環(huán)節(jié)，有效提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率。而且通過計(jì)算機(jī)相應(yīng)軟件的支持下，能夠?qū)C(jī)械產(chǎn)品零部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)工作性能、受力情況等進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)問題，便于及時(shí)修改，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加完美。

3.2 三維建模技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造建模中的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，工程師要對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行建模處理，這一環(huán)節(jié)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵工作，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品制造的質(zhì)量與性能起到?jīng)Q定性作用，目前，三維建模技術(shù)已經(jīng)普遍運(yùn)用在表面模型、實(shí)體模型、線型模型中，通過計(jì)算機(jī)三維建模來構(gòu)建球體、圓柱體、立方體等，另外可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)需求對(duì)建模體系進(jìn)行分解或組裝，使得所生產(chǎn)的產(chǎn)品更加精確。

3.3 計(jì)算機(jī)可視技術(shù)的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)可視技術(shù)占據(jù)重要技術(shù)。計(jì)算機(jī)可視技術(shù)主要是通過技術(shù)手段將抽象的機(jī)械信息轉(zhuǎn)換為更加直觀的數(shù)據(jù)信息，便于設(shè)計(jì)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與分析，進(jìn)而掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的具體性能，對(duì)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握，及時(shí)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化與改造，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)控制?？梢暭夹g(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：首先，通過計(jì)算機(jī)可是技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造的完美融合，能夠進(jìn)一步起到輔助設(shè)計(jì)的作用，避免人工設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的誤差，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的精確性與可靠性進(jìn)行保障。其次，計(jì)算機(jī)可視技術(shù)在設(shè)計(jì)以及制造過程中速度非?？捎^，高于人力設(shè)計(jì)及制造，所以在一定程度上提高了工作效率，解決產(chǎn)品制造時(shí)間，加速了自動(dòng)化進(jìn)程。

3.4 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是可是技術(shù)與虛擬技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中也得到了廣泛應(yīng)用，例如，當(dāng)一個(gè)機(jī)械零件完成建模以后，需要對(duì)相澆筑系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等方面進(jìn)行和理性考慮，這是就會(huì)運(yùn)用到計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過仿真軟件進(jìn)行模擬，在模擬之前，需要對(duì)澆筑溫度以及界面的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，然后建立仿真模擬產(chǎn)品，通過缺陷指標(biāo)來對(duì)各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理性分析，通過對(duì)模擬面的觀察，來查找產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的問題。通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的運(yùn)用，可以使研究對(duì)象的多種數(shù)據(jù)進(jìn)行全面具體的呈現(xiàn)，確保研究對(duì)象性能的安全可靠性，同時(shí)也使改進(jìn)過程更加便捷，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量加以保障。

4 計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的實(shí)例分析

4.1 驢頭設(shè)計(jì)

對(duì)于薄壁焊接部件來講，如果運(yùn)用傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造方法，首先需要對(duì)板材進(jìn)行下料，然后進(jìn)行組對(duì)焊接，這種方法很容易變形而且會(huì)造成材料資源的浪費(fèi)。在驢頭圖樣的設(shè)計(jì)過程中，運(yùn)用計(jì)算機(jī)3D技術(shù)來對(duì)三維模型進(jìn)行構(gòu)建，優(yōu)化后的驢頭三維模型如圖1所示。

將驢頭模型導(dǎo)入到Solid Works中，通過3D打印模塊進(jìn)行設(shè)置，對(duì)模擬圖樣進(jìn)行打印，或者將文件保存為二進(jìn)制STL文件，轉(zhuǎn)到3D打印機(jī)，然后進(jìn)入打印程序。從實(shí)際的應(yīng)用效果來看，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠有效的避免焊接殘余應(yīng)力問題，減少焊接的作業(yè)量，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的設(shè)計(jì)與制造。

圖1 優(yōu)化后的驢頭三維模型

4.2 減速器部件設(shè)計(jì)

對(duì)于減速器的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)工藝首選需要開展鑄造作業(yè)，由于加工量較大并且供貨周期較長，所以需要花費(fèi)大量的人力物力。計(jì)算機(jī)3D打印技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)一步鑄造成型，省去機(jī)加工序與劃線工序，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的精準(zhǔn)度，生產(chǎn)出強(qiáng)度達(dá)標(biāo)的齒輪，有效提高產(chǎn)品成品率。

5 計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

5.1 經(jīng)濟(jì)化發(fā)展

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化設(shè)計(jì)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，不僅僅是為了提升機(jī)械制造的質(zhì)量與效率，更多的是為了節(jié)約設(shè)計(jì)與投產(chǎn)過程中的成本。在我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域中，生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量存在非常重要的意義，但是如果是建立在付出大量成本的基礎(chǔ)上，那么質(zhì)量與效率也就不顯得那么突出，所以，未來計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用一定會(huì)向經(jīng)濟(jì)化的方向發(fā)展，以降低設(shè)計(jì)成本與生產(chǎn)成本為主要趨勢(shì)，只有這樣，我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)才能實(shí)現(xiàn)長期可持續(xù)發(fā)展的藍(lán)圖。

5.2 智能化發(fā)展

隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，智能化理念已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)技術(shù)研究中比較熱門的話題，未來計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用，智能化也會(huì)成為主要發(fā)展方向，智能化的機(jī)械設(shè)計(jì)制造會(huì)使該領(lǐng)域提升一個(gè)層次，雖然當(dāng)前我國在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域還處于起步階段，但是隨著對(duì)自動(dòng)化技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的重視，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造教育中融入計(jì)算機(jī)學(xué)科、人工智能學(xué)科等，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的智能化發(fā)展會(huì)得到很大突破。

5.3 微型化發(fā)展

針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化發(fā)展的角度來講，將會(huì)不斷的向微型化的方向發(fā)展，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品要保證體積更小、能源消耗更低、運(yùn)動(dòng)更加靈活，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)來推動(dòng)該行業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用要做好高效、便捷的把控，為機(jī)械生產(chǎn)制造提供有效的技術(shù)支持。

6 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械制造行業(yè)的融合，能夠?qū)崿F(xiàn)加工項(xiàng)目的自動(dòng)化生產(chǎn)，使生產(chǎn)工藝變得更加精細(xì)，促使機(jī)械生產(chǎn)具有更高的安全性。另外，機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化生產(chǎn)能夠有效的節(jié)約人力物力，有效提升勞動(dòng)生產(chǎn)率，使企業(yè)獲得更多利潤。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域帶來更大的技術(shù)支持，在后續(xù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用中，需要不斷強(qiáng)化技術(shù)研究、完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與時(shí)俱進(jìn)，促進(jìn)我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域快速發(fā)展。