信息技術(shù)背景下機械設(shè)計制造及其自動化研究

朱生輝

摘要：在互聯(lián)網(wǎng)時代，信息技術(shù)已經(jīng)滲透到社會發(fā)展的各行各業(yè)中。在機械設(shè)計制造領(lǐng)域，信息技術(shù)為其自動化發(fā)展提供了支撐。本文將從機械設(shè)計制造及其自動化的概念及優(yōu)勢入手，基于現(xiàn)階段我國機械設(shè)計制造及其自動化發(fā)展存在的具體問題分析，探討其未來發(fā)展的主要方向，希望可以促進現(xiàn)代化信息技術(shù)和機械設(shè)計制造的融合。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù);機械設(shè)計制造;自動化;趨勢

0? 引言

進入二十一世紀以來，我國社會經(jīng)濟發(fā)展進入關(guān)鍵的轉(zhuǎn)型時期，在工業(yè)領(lǐng)域，開始由粗放型轉(zhuǎn)向集約型，相較過去更加注重生產(chǎn)的生態(tài)性、創(chuàng)新性以及高效性，在這樣的情況下，傳統(tǒng)機械設(shè)計制造已經(jīng)無法滿足新時期工業(yè)生產(chǎn)的要求。基于此，應(yīng)將信息技術(shù)引入機械設(shè)計制造領(lǐng)域，推動其自動化水平的提高。

1? 機械設(shè)計制造及其自動化的概念及特點

1.1 機械設(shè)計制造及其自動化的基本概念

機械設(shè)計制造及其自動化是一種集合多元理論的先進應(yīng)用技術(shù)體系，是研究各種工業(yè)機械裝備及機電產(chǎn)品從設(shè)計、制造、運行控制到生產(chǎn)過程的企業(yè)管理的綜合技術(shù)學科。與傳統(tǒng)的機械生產(chǎn)方式相比，機械設(shè)計制造及其自動化具有高效、安全且便捷的優(yōu)勢，更加符合新的時代發(fā)展特點。如今機械設(shè)計制造及其自動化在我國社會主義工業(yè)事業(yè)發(fā)展中占據(jù)著十分重要的地位。

1.2 機械設(shè)計制造及其自動化的優(yōu)勢分析

首先，機械設(shè)計制造及其自動化可以提高機械設(shè)計制造的效率和質(zhì)量。為了適應(yīng)社會的發(fā)展需求，現(xiàn)階段我國機械設(shè)計制造領(lǐng)域已經(jīng)開始積極引入現(xiàn)代化先進技術(shù)，自動化信息技術(shù)的應(yīng)用將使得機械設(shè)計制造的效率和質(zhì)量獲得明顯的提高，加強機械制造相關(guān)產(chǎn)品商品的精確水平。不僅如此，還可以促進生產(chǎn)規(guī)模和范圍的擴大，并縮減生產(chǎn)成本，實現(xiàn)企業(yè)綜合效益的增加。機械設(shè)計制造及其自動化可以達到傳統(tǒng)機械加工生產(chǎn)工藝無法企及的技術(shù)水平，通過開展設(shè)備儀器試驗工作的方式可以最大程度的排除機械加工生產(chǎn)中存在的人為因素干擾，提高機械設(shè)計制造的準確度，更好的滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。此外，在現(xiàn)代化信息技術(shù)的支撐下，機械設(shè)計制造企業(yè)可以開展更深層次的功能開發(fā)和優(yōu)化，推動產(chǎn)品的創(chuàng)新發(fā)展，豐富我國機械產(chǎn)品市場。

其次，機械設(shè)計制造及其自動化的安全性更高。自動化信息技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的應(yīng)用可以有助于安全隱患的消除，提高生產(chǎn)工作的安全性。在自動化設(shè)計制造模式下，人工操作的內(nèi)容將大幅度削減，生產(chǎn)人員只需通過計算機就可以實現(xiàn)對生產(chǎn)作業(yè)的有效操控，和機械加工現(xiàn)場保持安全距離，如此安全事故發(fā)生的幾率將控制在極低的范圍內(nèi)。另一方面，信息化技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域中的應(yīng)用還可以消除一些不穩(wěn)定因素帶來的影響，如針對電子因素引發(fā)的故障，可以借助信息管理平臺的自我診斷功能，及時發(fā)出警報，并采取隔斷性措施，這樣可以為故障排除爭取足夠的時間和空間。

最后，減少人力資源的需求。機械設(shè)計制造及其自動化主要是借助計算機和控制程序?qū)C械設(shè)備的運行進行控制，機械加工生產(chǎn)的整個過程都是依照控制設(shè)備傳輸?shù)闹噶?。因此在自動化技術(shù)的支撐下，機械設(shè)計制造需要的是了解計算機信息技術(shù)并具備機械設(shè)計制造專業(yè)知識技能的綜合型人才，對工藝性人工的需求將大幅度降低，過去機械設(shè)計制造中的許多人工操作環(huán)節(jié)也將被機器所取代。

2? 信息技術(shù)背景下機械設(shè)計制造及其自動化的現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向分析

2.1 機械設(shè)計制造及其自動化的現(xiàn)狀

進入新世紀以來，互聯(lián)網(wǎng)的普及以及大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代化信息技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，許多行業(yè)的發(fā)展模式都出現(xiàn)了巨大的變化，同時改變的還有人們的生活和工作方式。在這樣的背景下，德國率先提出了“工業(yè)4.0”的概念，即基于信息技術(shù)和工業(yè)技術(shù)相互融合的大趨勢，積極推動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、軟件與自動化技術(shù)的綜合應(yīng)用，形成全新的智能化、個性化虛擬網(wǎng)絡(luò)。在此之后，美日韓等發(fā)達國家也相繼推出了類似計劃。順應(yīng)這一趨勢，我國提出了“中國制造2025”戰(zhàn)略。而相較于其他發(fā)達國家，由于我國尚處于工業(yè)進程中，因此機械設(shè)計制造及其自動化行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)更加艱巨。就目前來看，我國機械設(shè)計制造及其自動化行業(yè)中表現(xiàn)出的問題主要有以下幾個方面：

其一，自主創(chuàng)新能力弱，缺乏核心競爭力。從2010年開始，我國國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)的發(fā)明專利數(shù)量連續(xù)流年居于世界首位。以2016年為例，在所有授權(quán)的40.4萬件發(fā)明專利中，超過四分之三是國內(nèi)發(fā)明專利，同比增長率為14.5%，成績顯著。但從另一方面看，核心技術(shù)方面取得的突破十分有限，仍舊無法擺脫對發(fā)達國家的技術(shù)以來，尤其是一些關(guān)鍵的零部件、系統(tǒng)軟件以及高端裝備需要大量的進口。總體上看，我國機械設(shè)計制造及其自動化行業(yè)的自主創(chuàng)新能力相對不足，以至于產(chǎn)品在國際市場上缺乏競爭力。導致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是基礎(chǔ)研究投入不足，缺乏技術(shù)創(chuàng)新的條件和動力。根據(jù)我國工信部統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，我國在基礎(chǔ)研究方面的投入僅為發(fā)達國家的四分之一。

除此之外，我國機械設(shè)計制造行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)標準也存在落后現(xiàn)象，難以形成出口優(yōu)勢，同時也導致“中國制造”在部分國家和地區(qū)成為低劣產(chǎn)品的代名詞。

其二，環(huán)境污染問題嚴重、資源利用率低。長期以來，由于我國采取的是一切以經(jīng)濟發(fā)展建設(shè)為中心的戰(zhàn)略模式，我國工業(yè)結(jié)構(gòu)是以重化工業(yè)為主，工業(yè)生產(chǎn)則是以獲取經(jīng)濟效益、實現(xiàn)高增速為目標，這帶來了嚴重的環(huán)境污染問題，同時工業(yè)生產(chǎn)中的資源利用率也處于較低的層次。除了國家戰(zhàn)略重心的影響外，造成如今這種局面的另一個原因就是我國環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法不力。根據(jù)最近幾年我國環(huán)境狀況公報的內(nèi)容可知，在全國地級及以上城市中，控制質(zhì)量超標的比例在75%以上。而當前，我國開始從發(fā)展高速經(jīng)濟轉(zhuǎn)為發(fā)展高質(zhì)量經(jīng)濟，工業(yè)轉(zhuǎn)型勢在必行，這必然會對機械設(shè)計制造及其自動化行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生影響。筆者認為，我國下一步將推動制造業(yè)的綠色改造升級，打造高效、清潔、低碳、循環(huán)的綠色制造體系。

其三，信息化水平依舊較低。以目前我國工業(yè)化和信息化的融合程度，在機械設(shè)計制造及其自動化領(lǐng)域，信息化水平依舊無法滿足“智造”的要求。在工業(yè)國際化競爭的背景下，推動信息技術(shù)滲透是未來我國工業(yè)發(fā)展的主要內(nèi)容，但是據(jù)我國工信部的統(tǒng)計，我國在基礎(chǔ)信息設(shè)施建設(shè)和應(yīng)用方面和發(fā)達國家仍舊存在一定的距離，除了多方面因素的影響，機械設(shè)計制造企業(yè)對傳統(tǒng)生產(chǎn)方式和工藝流程改造過程中利用信息技術(shù)升級的意愿偏低，研發(fā)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等環(huán)節(jié)的智能化水平也相對較低。

2.2 信息背景下機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展方向

以目前我國機械設(shè)計制造及其自動化行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，在未來一段時期內(nèi)，信息技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用將變得更加廣泛深入。筆者通過分析之后認為，機電一體化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化將是機械設(shè)計制造的發(fā)展方向。

首先，機電一體化是機械設(shè)計制造及其自動化最主要的發(fā)展方向，在具體發(fā)展中需要融合信息技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感技術(shù)以及控制技術(shù)等多項先進技術(shù)門類，進一步減少人工在實際加工作業(yè)中的應(yīng)用，利用計算機仿真模擬對機械系統(tǒng)的組件進行模擬分析，如此就可以判斷其實際運行效果，或針對性的做出改進優(yōu)化，實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)效能的提升。

其次，機械設(shè)計制造及其自動化行業(yè)的智能化發(fā)展使得在實現(xiàn)自動控制的基礎(chǔ)上進一步對機械設(shè)計制造的智能水平進行強化，以模擬人工智能的方式提高機械自控技術(shù)水平，實現(xiàn)機械設(shè)計制造及其自動化性能綜合、全面的提高，滿足現(xiàn)代生產(chǎn)加工的高控制標準要求。因此，我國在未來應(yīng)積極推動高階智能技術(shù)在機械和設(shè)計誒制造領(lǐng)域的應(yīng)用，確保機械設(shè)備的的高效穩(wěn)定運行。

第三，機械設(shè)計制造及其自動化的模塊化發(fā)展主要是為了應(yīng)對現(xiàn)階段我國機械設(shè)計廠家繁多，銜接不當?shù)膯栴}。在機械設(shè)計中，設(shè)備機械接口、動力系統(tǒng)等是需要重點考慮的部分，而面對繁多的廠家，設(shè)計人員很難在短時間內(nèi)設(shè)計出滿足所有廠家需求的機械產(chǎn)品。對此最合理的解決路徑就是采用模塊化的設(shè)計方法，開發(fā)標準機械接口和動力接口，這樣可以同時滿足不同是的設(shè)計需求。

第四，機械設(shè)計制造及其自動化的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展是指借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開展機械產(chǎn)品的運營推廣工作。具體來講，是通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所擁有的信息傳輸功能對機械設(shè)計制造及其自動化予以完善，實現(xiàn)對機械的遠程監(jiān)控，提高機械運行效率，減少人力資源的投入，簡化人工操作環(huán)節(jié)，提高機械運行的穩(wěn)定性。

第五，機械設(shè)計制造及其自動化的微型化發(fā)展主要針對的是機械產(chǎn)品制造和運行成本過高的問題。現(xiàn)階段我國工業(yè)生產(chǎn)中采用的機械多為大型設(shè)備，運行中會消耗巨大的能量。推動機械設(shè)計制造的微型化發(fā)展是為了降低機械能耗，同時對產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)化改進也可以起到促進作用，整體上看又可以提高行業(yè)的經(jīng)濟效益。未來一段時間內(nèi)，機械設(shè)計制造微型化發(fā)展的重點是如何在確保機械設(shè)備功能的前提下對其體型進行壓縮。

最后，機械設(shè)計制造及其自動化的生態(tài)化發(fā)展是我國環(huán)境保護以及資源節(jié)約對產(chǎn)業(yè)提出的要求。根據(jù)我國相關(guān)生態(tài)化發(fā)展政策和要求，機械設(shè)計制造及其自動化應(yīng)該更多的關(guān)注資源材料高效利用的問題，基于先進信息化技術(shù)加強對機械加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)的污染控制，實現(xiàn)綠色生態(tài)化機械設(shè)計制造。

3? 結(jié)語

綜上所述，在信息技術(shù)快速創(chuàng)新發(fā)展的背景下，工業(yè)化和信息化的融合將是不可阻擋的趨勢。目前來講我國機械設(shè)計制造及其自動化領(lǐng)域仍舊存在一些問題，導致了我國機械產(chǎn)品在國際市場上的競爭力不強。對此，我國應(yīng)進一步推動信息技術(shù)的滲透和應(yīng)用，推動機械設(shè)計制造及其自動化行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、生態(tài)化發(fā)展，為工業(yè)改革奠定堅實的基礎(chǔ)。

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