自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用研究

劉林 陳俊

【摘 要】科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及現(xiàn)代科技在各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的不斷滲透，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)生產(chǎn)力的快速提高，帶動(dòng)了全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本文以自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用為研究內(nèi)容，通過闡述機(jī)械自動(dòng)化的同時(shí)，對(duì)其意義加以分析，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用案例，加深人們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì)制造;應(yīng)用;電子信息技術(shù)

中圖分類號(hào)： TH16;TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）12-0151-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.072

【Abstract】Science and technology are the primary productive forces. With the continuous progress of science and technology and the continuous penetration of modern science and technology in various industrial fields， the rapid improvement of social productive forces has been realized and the global economic development has been promoted. In this paper， the application of automation technology in mechanical design and manufacturing is the research content. By elaborating on mechanical automation， its significance is analyzed. Combined with the specific application cases of automation technology in mechanical design and manufacturing， people can deepen their understanding of mechanical design and manufacturing automation.

【Key words】Automation technology;Mechanical design and manufacturing;Application;Electronic information technology

0 引言

基于電子信息技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的模式，促進(jìn)了以機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化為代表的產(chǎn)業(yè)革命。自20世紀(jì)60年代起，我國開始嘗試引進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)，但是，由于多方面因素的制約，導(dǎo)致我國在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，與歐美發(fā)達(dá)國家間的差距逐漸增加。改革開放以來，通過引進(jìn)、仿制和自主研發(fā)的方式，我國在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域取得了重大突破，機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)有著明顯提高，推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化概述

所謂機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化，并不是完全意義上的“自動(dòng)化”，其中在設(shè)計(jì)階段需要人的介入，加工過程則是依據(jù)前期編制的程序依次執(zhí)行。由此可以看出，機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)降低了企業(yè)的人力成本支出，提高了生產(chǎn)效率，使企業(yè)的競爭力得到加強(qiáng)。

當(dāng)前，我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平，盡管與德國、美國、日本等國家存在些許差距，但是，這一差距卻在隨著時(shí)間的推移而不斷減小。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的意義及組成

在過去較長的一段時(shí)間里，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)為社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，然而，隨著社會(huì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)的生產(chǎn)力已經(jīng)無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，供需矛盾日益嚴(yán)峻。在此情況下，通過將自動(dòng)化技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造的融合，將自動(dòng)化技術(shù)大量應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)制造的整個(gè)過程及各個(gè)環(huán)節(jié)中，則完成了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工業(yè)的革命性改變。自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的有效融合，能對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的整個(gè)過程進(jìn)行全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將有效生產(chǎn)信息進(jìn)行收集和數(shù)據(jù)處理，確保機(jī)械設(shè)備始終處于正常的運(yùn)轉(zhuǎn)程序，自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的有效運(yùn)用，能在設(shè)備出現(xiàn)故障或問題的第一時(shí)間及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行糾正。不僅會(huì)大大提高精細(xì)程度和設(shè)計(jì)制造的水準(zhǔn)，對(duì)設(shè)計(jì)制造的不足之處進(jìn)行智能化的改進(jìn)和提升，彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造效率較低的缺陷。而且還能打破機(jī)械設(shè)計(jì)制造的勞動(dòng)密集型特點(diǎn)，摒棄高耗資高成本額度粗放型模式，為機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)節(jié)約了成本。也改善了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的產(chǎn)品質(zhì)量與效益，為機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)指明了新的發(fā)展方向。此外，還能提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)的綜合實(shí)力和核心的競爭力。

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度來看，機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，其涉及專業(yè)技術(shù)理論知識(shí)較為復(fù)雜，在系統(tǒng)組成方面主要包括四個(gè)部分：傳感器單元、控制單元、程序單元、動(dòng)作單元。其中，傳感器單元是用來感知外部參數(shù)信息變化，并將相關(guān)參數(shù)變化量傳輸至控制單元中，進(jìn)而由程序單元確認(rèn)下一步動(dòng)作，經(jīng)控制單元將指令傳送至動(dòng)作單元，完成整個(gè)機(jī)械加工過程。

3 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用舉例

在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用較為普遍，除常見的集成化技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)綜合制造系統(tǒng)、柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)以外，還包括在特殊機(jī)械加工制造領(lǐng)域的自動(dòng)檢測補(bǔ)償加工技術(shù)。

3.1 計(jì)算機(jī)綜合制造系統(tǒng)

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造與計(jì)算機(jī)技術(shù)融合的早期，受信息系統(tǒng)集成技術(shù)的影響，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用也僅限于單元化模塊方面，而無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化的應(yīng)用，機(jī)械設(shè)計(jì)制造效率依然偏低。隨著研究人員對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)在輔助設(shè)計(jì)、控制領(lǐng)域應(yīng)用的深入研究，相對(duì)獨(dú)立的機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程進(jìn)行了多次整合，最終形成了可以進(jìn)行信息共享和指令傳輸?shù)挠?jì)算機(jī)綜合制造系統(tǒng)。

以加工中心為例，作為數(shù)控加工平臺(tái)的高端設(shè)備，它實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化技術(shù)的集成應(yīng)用，在輸入程序之后，該加工中心能夠根據(jù)程序中的設(shè)置，調(diào)動(dòng)其中的各個(gè)單元，以較高的效率和質(zhì)量完成整個(gè)生產(chǎn)過程，最大程度地保障產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.2 柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，由于加工產(chǎn)品的不同，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)相關(guān)程序進(jìn)行調(diào)整，這不僅增加了人力成本投入，同時(shí)也降低了生產(chǎn)效率，對(duì)此，英國首次提出了柔性自動(dòng)化技術(shù)，并將其應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域。

所謂柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)，是指基于產(chǎn)品生產(chǎn)信息的數(shù)字化設(shè)計(jì)加工，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同產(chǎn)品生產(chǎn)要素的適應(yīng)性調(diào)整，在產(chǎn)品加工制造過程中，能夠根據(jù)加工產(chǎn)品的特征的變化進(jìn)行排序，減少非必要的程序與生產(chǎn)要素更改，并且，針對(duì)其中出現(xiàn)的問題，也可以選擇最佳的解決方案，通過計(jì)算機(jī)控制單元的各項(xiàng)指令，完成整個(gè)生產(chǎn)過程的重新組織。

在柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)中，計(jì)算機(jī)控制單元起著大腦的作用，遵照金字塔控制模型的設(shè)計(jì)，中央計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)底層各單元收集到的信息進(jìn)行整理、分析，并對(duì)各單元接口信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以此作為中央計(jì)算機(jī)信息決策的依據(jù)。例如，在加工同一外觀的不同材質(zhì)產(chǎn)品時(shí)，設(shè)計(jì)人員僅需要更改原材料材質(zhì)信息，其余相關(guān)內(nèi)容的調(diào)整，則由中央計(jì)算機(jī)完成。

不僅如此，柔性自動(dòng)化技術(shù)能夠針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中的毛坯工件、加工工具等進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)與存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造流程的全部自動(dòng)化，大大提高了機(jī)械設(shè)計(jì)制造效率。

3.3 自動(dòng)檢測補(bǔ)償加工技術(shù)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)中的傳感器單元保證了加工的精度，它類似于人的眼睛，能夠?qū)⒓庸?duì)象參數(shù)的變化及時(shí)反饋至中央計(jì)算機(jī)，由中央計(jì)算機(jī)確認(rèn)加工過程是否完成，產(chǎn)品質(zhì)量是否滿足要求，而這一切，都需要用到以傳感器為核心的自動(dòng)檢測補(bǔ)償技術(shù)。

自動(dòng)檢測補(bǔ)償加工技術(shù)解決了傳統(tǒng)機(jī)械加工過程中人為誤差對(duì)加工精度造成的影響，通過安裝在各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上的傳感器反饋來的信息，中央計(jì)算機(jī)能夠準(zhǔn)確判定產(chǎn)品質(zhì)量是否合格，并且，針對(duì)不合格的產(chǎn)品，則由中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序編輯，滿足要求的次品可以進(jìn)行二次補(bǔ)償加工，使其質(zhì)量達(dá)到要求。然而，對(duì)于無法進(jìn)行二次補(bǔ)償加工的次品，中央計(jì)算機(jī)則會(huì)根據(jù)加工過程中的數(shù)據(jù)記錄情況，查明導(dǎo)致次品的原因，并在程序中對(duì)設(shè)計(jì)人員加以提示，由此使精準(zhǔn)度得到保證。

4 自動(dòng)化技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造融合的發(fā)展方向

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，推動(dòng)著機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)的不斷創(chuàng)新，自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的融合程度也在隨之加深，從當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用來看，其未來將朝著智能化與網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

4.1 智能化的機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)

所謂智能化，僅僅是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中的程序編輯步驟進(jìn)行了簡化，利用三維建模的方式，結(jié)合用戶提出的具體要求，由中央計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成加工程序，并進(jìn)行在線仿真，確認(rèn)程序的正確性。

然而，智能化的機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)需要依托建模設(shè)計(jì)手段，并需要較為完善的機(jī)械設(shè)計(jì)加工數(shù)據(jù)庫提供必要的數(shù)據(jù)支撐，否則，機(jī)械設(shè)計(jì)加工自動(dòng)化技術(shù)的智能化將無從談起。

4.2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化

這里所提到的網(wǎng)絡(luò)化，是建立在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上形成的遠(yuǎn)程無人機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)，設(shè)計(jì)人員通過在線編程技術(shù)，根據(jù)客戶的需求，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)將程序傳輸至機(jī)械設(shè)計(jì)加工設(shè)備的中央計(jì)算機(jī)中，通過在線監(jiān)視軟件，實(shí)時(shí)了解機(jī)械設(shè)計(jì)加工的全過程，同事能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程人工干預(yù)。

目前，受互聯(lián)網(wǎng)安全因素的影響，機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化僅停留在局域網(wǎng)的層面，在相對(duì)開放的互聯(lián)網(wǎng)上依然無法實(shí)現(xiàn)。隨著網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)的發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化將最終成為現(xiàn)實(shí)。

5 總結(jié)

自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的應(yīng)用并不僅以上幾個(gè)方面，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，將逐漸擴(kuò)大兩者融合的范圍，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造效率與質(zhì)量的提高，實(shí)現(xiàn)相關(guān)企業(yè)效益的最大化。機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平是一個(gè)國家綜合國力的標(biāo)志，加快自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用普及，是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然要求，對(duì)新時(shí)期社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)有著極為重要的意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]董廣宇.芻議自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程.2015（17）.

[2]尹有華，荊華，蔡興轉(zhuǎn).淺談自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息.2015（17）.

[3]李昊.自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用研究[J].信息化建設(shè).2016（07）.

作者簡介：

劉林（1997.06.27—），男，苗族，貴州黃平人，六盤水師范學(xué)院，在校學(xué)生，機(jī)械電子工程。