“中國智造”時代來臨對機(jī)械設(shè)計及其自動化技術(shù)的影響淺析

袁偉

摘要：我國作為全球制造業(yè)大國，制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著舉足輕重的地位，而機(jī)械設(shè)計的智能化則是其中的重中之重，本文著重對“中國智造”背景下機(jī)械設(shè)計及其自動化在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢和不足，以及未來的技術(shù)開發(fā)要點(diǎn)和發(fā)展方向進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：中國智造;機(jī)械設(shè)計及其自動化;創(chuàng)新

0 ?引言

在互聯(lián)網(wǎng)+和智能制造大發(fā)展的背景下，我們已經(jīng)逐漸進(jìn)入了工業(yè)生產(chǎn)的第四個重要階段，即智能制造時代。在智能化、信息化的發(fā)展趨勢下，機(jī)械設(shè)計制造這個重要行業(yè)也發(fā)生了翻天覆地的變化，只有不斷地將人工智能、5G信息通信、云計算等最新的技術(shù)融入到機(jī)械自動化設(shè)計中，才能不斷地提高機(jī)械制造業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展，提升產(chǎn)業(yè)競爭力。

1 ?機(jī)械設(shè)計及自動化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

當(dāng)今時代國際競爭日趨激烈，而經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也越來越依賴于科技的進(jìn)步，因此，不論對于機(jī)械工業(yè)行業(yè)整體，還是全國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展來說，機(jī)械科技的進(jìn)步都有著舉足輕重的重大意義。

從數(shù)據(jù)上來講，過去的2019年我國的機(jī)械工業(yè)增加值為5.1%，低于2018年的6.3%，全行業(yè)營收僅增加了2.5%，利潤下降了4.5%。行業(yè)分化明顯，出口貿(mào)易中競爭壓力較大，這就對整個行業(yè)的技術(shù)提升提出了更高的要求。

機(jī)械設(shè)計及其自動化技術(shù)不僅要滿足基本的制造需求，還要有信息和能量轉(zhuǎn)換的功能，從最初的設(shè)計階段到制造過程中，都要促使設(shè)備與技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的融合，從而實(shí)現(xiàn)完善的自動化系統(tǒng)。目前市場上的機(jī)械設(shè)備都有不同的優(yōu)勢，但在當(dāng)前越來越激烈的市場競爭環(huán)境中，我國對自主研發(fā)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的的技術(shù)設(shè)備投入持續(xù)增加，機(jī)械設(shè)備的功能也逐漸豐富。

人工智能是近些年來的行業(yè)提升熱點(diǎn)，而自動化技術(shù)就是人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造中的具體應(yīng)用。為了不斷地提高機(jī)械設(shè)計和制造生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，在機(jī)械行業(yè)的設(shè)計、制造過程中不斷融入和改進(jìn)自動化技術(shù)，以便推動整個行業(yè)的智能化和自動化水平。只要通過不斷地創(chuàng)新與融合，才能在發(fā)展中發(fā)現(xiàn)問題，從而改進(jìn)和提高，以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，提高產(chǎn)品的核心競爭力。在過去的發(fā)展中，自動化的技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于機(jī)械工程的各個領(lǐng)域，而在未來的發(fā)展中，我們要不斷地提高自動化水平，這樣做不但能提高機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，還能節(jié)約成本，提高產(chǎn)業(yè)競爭力，滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對機(jī)械設(shè)計行業(yè)的發(fā)展要求。

2 ?行業(yè)發(fā)展中的一些問題

雖然近年來我國的機(jī)械工業(yè)水平飛速發(fā)展，已經(jīng)成為了全球的制造業(yè)大國，但是由于工業(yè)發(fā)展起步較晚，在技術(shù)的積累方面還相對薄弱，在新技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)相對于國外發(fā)達(dá)國家仍然有著較大的差距，仍存在著大而不強(qiáng)的行業(yè)現(xiàn)狀，部分零部件和設(shè)備對國外依賴程度較大，對經(jīng)濟(jì)安全造成一定威脅。以芯片制造為例，在2018年我國的芯片進(jìn)口額已經(jīng)超過了3000億美元，對外依存較大，并且在不斷加劇的貿(mào)易摩擦中對經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重威脅。在設(shè)計軟件方面的發(fā)展水平也較低，行業(yè)發(fā)展中存在著重硬件輕軟件的現(xiàn)象，導(dǎo)致軟件上對外依存度較大，制約著行業(yè)的技術(shù)發(fā)展。

3 ?“中國智造”背景下機(jī)械設(shè)計中自動化行業(yè)的發(fā)展要素

要想解決行業(yè)發(fā)展中面臨的問題，我們在今后的發(fā)展中要著重于以下幾個方面：

3.1 融入創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維是機(jī)械行業(yè)發(fā)展進(jìn)步的前提和基礎(chǔ)，中國智造的實(shí)現(xiàn)也離不開創(chuàng)新思維，在行業(yè)的發(fā)展中，創(chuàng)新思維更加被從業(yè)人員所重視，與此同時，產(chǎn)業(yè)的提升、產(chǎn)品的改良也要求整個行業(yè)要不斷地創(chuàng)新才能緊緊跟上發(fā)展的腳步，但是創(chuàng)新也并不是一定要把所有的設(shè)計推倒重來，而是在成熟的設(shè)計中進(jìn)行取舍，并加入新的技術(shù)融合，或者是利用新的技術(shù)來不斷完善之前設(shè)計中存在的缺點(diǎn)和不足之處。這樣才符合技術(shù)的發(fā)展腳步，從而能夠達(dá)到事半功倍的效果。

3.2 云計算技術(shù)、5G信息通訊技術(shù)和人工智能技術(shù)是“中國智造”的強(qiáng)大推動力

人工智能技術(shù)是近年來工業(yè)行業(yè)的技術(shù)提升熱點(diǎn)，屬于計算機(jī)科學(xué)的新型重要技術(shù)分支，可以以人類的思維方式和意識形態(tài)來模擬和仿真制作而成的智能設(shè)備，它包括了仿真模擬技術(shù)、語音識別技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等多種研究方向，屬于多學(xué)科多行業(yè)交叉的綜合性的新型技術(shù)。在人工智能的初級階段時，已經(jīng)在部分領(lǐng)域有了一些應(yīng)用，但是還沒有實(shí)現(xiàn)普及，所發(fā)揮的作用也比較有限，而現(xiàn)在在“中國智造”的大背景下，電子信息工程技術(shù)已經(jīng)取得了飛速發(fā)展，人們已經(jīng)越來越重視人工智能在機(jī)械制造行業(yè)的重要作用。機(jī)械自動化的發(fā)展進(jìn)程中離不開人工智能技術(shù)的提高，如生產(chǎn)線上的機(jī)器人在人工智能技術(shù)的幫助下，能夠適應(yīng)多種多樣的生產(chǎn)需求，不斷地提高生產(chǎn)效率，降低成本，提升質(zhì)量。隨著機(jī)器人的智能化程度越來越高，對機(jī)器人與設(shè)計人員的自動控制要求也逐步提高，人工智能的發(fā)展和機(jī)械設(shè)備的自動化進(jìn)程密切相關(guān)，自動化在其幫助下可以適應(yīng)越來越復(fù)雜的工作場景。

在機(jī)械設(shè)計和自動化應(yīng)用過程中，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，可以使機(jī)械行業(yè)的工作方式得到升級和優(yōu)化，使得溝通和通信成本得以降低，提升工作效率，并使操作人員可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，這樣就可以在機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)過程得到精準(zhǔn)及時的控制和監(jiān)測，再通過信息化的傳輸系統(tǒng)可以保證設(shè)備的生產(chǎn)流程傳送到數(shù)據(jù)中心，操作人員可以對生產(chǎn)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，這樣就可以預(yù)判可能出現(xiàn)的問題，并提出解決方案，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的幫助下可以使機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)方式更加高效靈活。而5G通訊技術(shù)的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)的逐漸普及將極大地提高機(jī)器與人，甚至機(jī)器之間的溝通效率，并且，“互聯(lián)互通”還涵蓋了生產(chǎn)線、供應(yīng)商、產(chǎn)品和客戶等幾乎所有的環(huán)節(jié)，將智能控制、嵌入式終端和和多種設(shè)備進(jìn)行低延遲、無縫隙連接，組成一套完整的智能化網(wǎng)絡(luò)化自動控制體系，真正實(shí)現(xiàn)“中國智造”，從而使多種自動化控制和生產(chǎn)方式得以取得顛覆性的創(chuàng)新成果。不僅如此，在云計算技術(shù)的幫助下，生產(chǎn)線上的機(jī)器人可以在更短的時間內(nèi)及時分析和處理海量的信息和數(shù)據(jù)，從而能夠精準(zhǔn)的預(yù)判在生產(chǎn)制造中所面臨的多種復(fù)雜場景，并及時的進(jìn)行干預(yù)和處理。

3.3 “中國智造”時代的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化之路

“中國智造”未來發(fā)展的關(guān)鍵之一就是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的制定與推廣。標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施，就是通過對工業(yè)企業(yè)進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化推廣活動，從而極大地提高工業(yè)企業(yè)在設(shè)計、生產(chǎn)、制造過程中的工作效率，促進(jìn)科技進(jìn)步，提高企業(yè)管理水平。

標(biāo)準(zhǔn)化的對象既可以是產(chǎn)品、設(shè)備和材料等實(shí)物的標(biāo)準(zhǔn)化，也可以是技術(shù)、通訊模塊、工作流程的標(biāo)準(zhǔn)化。整個行業(yè)都執(zhí)行一套成體系的標(biāo)準(zhǔn)，既要做到“車同軌，書同文”，又要鼓勵“百家爭鳴，百花齊放”，兩者看似矛盾，實(shí)則相輔相成，只要做到標(biāo)準(zhǔn)化，就能夠極大地促進(jìn)整個行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

3.4 節(jié)能與環(huán)保是機(jī)械行業(yè)的發(fā)展趨勢

隨著近些年我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷提升和工業(yè)化水平的逐漸加深，使得對生態(tài)環(huán)境的影響越來越大，并且因?yàn)槲覈圃鞓I(yè)水平的提高，對資源的消耗也逐漸增大，有些稀有的非可再生資源甚至面臨著耗盡的巨大風(fēng)險。近年來，我們越來越重視經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，而我們在進(jìn)行機(jī)械自動化設(shè)計的時候，也要越來越多的考慮到節(jié)能環(huán)保的設(shè)計方案。而機(jī)械設(shè)計制造的智能化也可以減少生產(chǎn)材料和能源的投入，從而使得產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)成本得以降低，并且，在應(yīng)用了仿真技術(shù)、3D打印等智能化技術(shù)手段后，還可以提升設(shè)備的生茶精度，減少材料的使用，避免能源浪費(fèi)現(xiàn)場。同時，要想能夠滿足節(jié)能環(huán)保的要求還需要從幾方面下手：

首先，要增強(qiáng)對環(huán)保節(jié)能的新材料、新工藝的研發(fā)力度，材料上選擇污染輕，耗能少的制作材料和耗材，按照可持續(xù)發(fā)展的原則選擇材料，精簡工藝，減少耗材的浪費(fèi)，盡可能使用可再生資源;其次，在機(jī)械自動化的研發(fā)過程中，需要對產(chǎn)品的可回收性進(jìn)行開發(fā)，并提高重復(fù)利用率，盡量減少無法重復(fù)利用的零部件數(shù)量，并且把設(shè)備對環(huán)境的影響進(jìn)行評估，減少污染;最后，積極開發(fā)具備多種功能延展性和適用性的新型機(jī)械設(shè)備，改善機(jī)械性能，豐富使用功能，同時延長設(shè)備的使用壽命，提高耐用度。

近年來，隨著人工智能和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們可以依據(jù)所設(shè)計的數(shù)據(jù)對整個機(jī)械設(shè)計生產(chǎn)的流程進(jìn)行模擬演算，從而可以構(gòu)建一個機(jī)械設(shè)計制造的數(shù)據(jù)共享中心。智能化機(jī)械設(shè)計制造中，在選擇材料時，可以重點(diǎn)結(jié)合材料的使用特點(diǎn)，以當(dāng)前的使用環(huán)境為基礎(chǔ)，對機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)周期和所需材料進(jìn)行預(yù)測，從而能夠更加精確的選擇出清潔，節(jié)約的材料，使得資源的利用率更加高效合理。

3.5 學(xué)習(xí)引進(jìn)先進(jìn)自動化技術(shù)

機(jī)械自動化設(shè)計中，我們要主動學(xué)習(xí)并引進(jìn)先進(jìn)的智能自動化技術(shù)。機(jī)械自動化設(shè)計的開始階段，設(shè)計人員要分析整個生產(chǎn)線的流程，并將技術(shù)領(lǐng)先的自動化設(shè)計理念融入到整個生產(chǎn)線中，比如在設(shè)計自動化系統(tǒng)的過程中，要充分引入生產(chǎn)企業(yè)對整個生產(chǎn)線進(jìn)行整體分析，推演生產(chǎn)流程，全面檢測機(jī)械設(shè)備，精確分析機(jī)械設(shè)備的功能，并對照每項(xiàng)功能逐項(xiàng)分析引入新技術(shù)可能帶來的改進(jìn)，是否可以滿足生產(chǎn)要求甚至超出預(yù)期。

4 ?結(jié)語

通過以上的表述得出，在“中國智造”的大背景下，國內(nèi)科學(xué)技術(shù)和思想理念的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，機(jī)械設(shè)計制造及自動化這個專業(yè)已經(jīng)成為了我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中的重要動力引擎之一。機(jī)械設(shè)計制造及自動化行業(yè)的發(fā)展不僅體現(xiàn)在內(nèi)部的提升，更加影響到經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個方面，為其它行業(yè)的提升和發(fā)展建立了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所以，我們在設(shè)計過程中，要不斷融入創(chuàng)新思維，重視引入先進(jìn)技術(shù)，并將云計算技術(shù)、5G信息通訊技術(shù)和人工智能技術(shù)等融入到傳統(tǒng)的機(jī)械自動化設(shè)計中，同時不斷地提高行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，提升標(biāo)準(zhǔn)化水平。在選擇材料和生產(chǎn)流程中，重視對環(huán)保節(jié)能材料的使用，盡量減少對環(huán)境的不良影響。在我們的不斷努力下，使機(jī)械設(shè)計及自動化技術(shù)在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高人民生活質(zhì)量的過程中發(fā)揮出越來越大的積極作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂洋.淺析基于智能制造技術(shù)的智能機(jī)械制造工藝[J].軟件（教育現(xiàn)代化）（電子版），2016（2）：349.

[2]顏睿.“中國制造2025”對機(jī)械設(shè)計制造及其自動化行業(yè)影響探討[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（19）：119.

[3]李龍.機(jī)械制造智能化發(fā)展趨勢探析[J].建材與裝飾，2018（23）：204.