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

宋霄 山東中琦環(huán)保設(shè)備制造有限公司

一、機(jī)械自動(dòng)化概述

從實(shí)際情況出發(fā)，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的含義有四個(gè)方面。首先，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)本身的發(fā)展目標(biāo)是通過應(yīng)用合理的技術(shù)創(chuàng)造裝配線的機(jī)械制造局面，最終達(dá)到提高機(jī)械制造效率的目的。其次，機(jī)械化、自動(dòng)化和機(jī)械制造在本質(zhì)上高度依賴技術(shù)和設(shè)備。向自動(dòng)化發(fā)展顯然是一種必然趨勢(shì)。最后，機(jī)械自動(dòng)化本身對(duì)人力資源的需求不高。如果合理使用，可以有效控制生產(chǎn)成本，對(duì)幫助機(jī)械制造業(yè)企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。此外，機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展可以展示中國(guó)更先進(jìn)的生產(chǎn)理念，隨著機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，最終的行業(yè)發(fā)展將呈現(xiàn)出更加激烈的趨勢(shì)?？傊瑱C(jī)械自動(dòng)化必將成為各行業(yè)企業(yè)提高綜合實(shí)力的主要方向。加快自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，使機(jī)械制造企業(yè)抓住時(shí)代發(fā)展的機(jī)遇，最終達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的。

二、自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用

（一）提升生產(chǎn)效率

現(xiàn)代自動(dòng)化制造技術(shù)充分利用現(xiàn)代自動(dòng)化過程控制系統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，將傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為機(jī)械生產(chǎn)，將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為制造，顯著優(yōu)化和改進(jìn)了我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)，提高了機(jī)械生產(chǎn)的工作效率，科學(xué)整合了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造過程中的技術(shù)信息，減少了經(jīng)濟(jì)損失，保證了機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，充分利用機(jī)械生產(chǎn)資源，實(shí)現(xiàn)機(jī)械生產(chǎn)的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。

（二）節(jié)約生產(chǎn)成本

在傳統(tǒng)工程機(jī)械設(shè)計(jì)和設(shè)備制造企業(yè)的技術(shù)條件下，生產(chǎn)管理模式在高產(chǎn)能源和優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)管理方面效率極低，生產(chǎn)資料回收利用的合理性較低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，失誤頻發(fā)，企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失高，無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)。隨著工業(yè)自動(dòng)化制造技術(shù)的進(jìn)一步廣泛深入應(yīng)用及其在各類工業(yè)機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造設(shè)備生產(chǎn)制造自動(dòng)化工業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，及時(shí)有效地綜合利用各企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備和材料，顯著降低生產(chǎn)成本，更有效地節(jié)約勞動(dòng)力成本，這將極大地優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)環(huán)境，解放剩余勞動(dòng)力的生產(chǎn)力。自動(dòng)化工程機(jī)械的設(shè)計(jì)、研發(fā)和制造也極大地促進(jìn)了專業(yè)人才培養(yǎng)水平的不斷提高，科技人才越來(lái)越受到國(guó)家的重視。

三、自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

（一）智能化技術(shù)的應(yīng)用

在世界上新興的智能機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)中，智能機(jī)械技術(shù)系統(tǒng)是最成熟、最可靠的現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)手段之一。就具體應(yīng)用而言，其具體應(yīng)用主要包括以下三個(gè)應(yīng)用方面：1.在工業(yè)生產(chǎn)的管理和制造環(huán)節(jié)領(lǐng)域的應(yīng)用往往以現(xiàn)代智能機(jī)械管理和軟件技術(shù)應(yīng)用為特點(diǎn)。應(yīng)用多種智能制造管理分析軟件，實(shí)時(shí)控制機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量管理和工廠生產(chǎn)設(shè)備質(zhì)量的整體控制，全面、快速地反映當(dāng)前機(jī)械質(zhì)量制造管理和生產(chǎn)中存在的問題，并利用相應(yīng)的智能報(bào)表系統(tǒng)，及時(shí)、快速地給出改進(jìn)管理的技術(shù)方案，有效提高整個(gè)企業(yè)的整體生產(chǎn)設(shè)備管理技術(shù)水平。2.智能生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備及其應(yīng)用，主要內(nèi)容以智能生產(chǎn)控制系統(tǒng)設(shè)備及其應(yīng)用的形式表達(dá)。智能設(shè)備控制系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)的智能硬件系統(tǒng)可以全面分析控制產(chǎn)品的所有重要生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)環(huán)節(jié)，分析企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)所需的設(shè)備人力物力。在控制設(shè)備的運(yùn)行和使用過程中，通過產(chǎn)品本身的智能檢測(cè)功能，可以發(fā)現(xiàn)各種設(shè)備問題信號(hào)，及時(shí)做出有效的預(yù)警決策和事故處理，實(shí)現(xiàn)全生產(chǎn)線零人參與，有效提高整個(gè)企業(yè)產(chǎn)品的整體生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效率。例如，在智能機(jī)械的生產(chǎn)設(shè)計(jì)或制造中，我們可以使用工業(yè)傳感器、數(shù)控機(jī)床、AGV等大型智能自動(dòng)化物流設(shè)備系統(tǒng)，以及智能工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線等新型智能機(jī)械化生產(chǎn)線設(shè)備，即，用戶可以在生產(chǎn)線設(shè)備控制系統(tǒng)本身和可編程機(jī)械控制器的幫助下，隨時(shí)完成自動(dòng)化廠區(qū)智能設(shè)備在線生產(chǎn)或制造在線控制系統(tǒng)和智能物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)工作功能，從而實(shí)現(xiàn)智能機(jī)械設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備制造全過程的實(shí)時(shí)自動(dòng)過程控制和監(jiān)控。3.生產(chǎn)產(chǎn)品和應(yīng)用。智能生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)品的快速、持續(xù)發(fā)展，直接提升了現(xiàn)代大眾社會(huì)對(duì)現(xiàn)代智能生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備系統(tǒng)的整體應(yīng)用水平要求。在應(yīng)對(duì)大局的背景下，企業(yè)通過創(chuàng)新將先進(jìn)的智能技術(shù)和設(shè)備系統(tǒng)直接應(yīng)用到產(chǎn)品中，以充分滿足實(shí)際用戶的實(shí)際需求，有效促進(jìn)我國(guó)相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，智能手機(jī)系統(tǒng)和智能家居設(shè)備的廣泛應(yīng)用發(fā)展和迅速普及就是一個(gè)例子。

（二）模塊化技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)備通常是多功能的集合體。傳統(tǒng)大型小型機(jī)械的設(shè)計(jì)或制造設(shè)計(jì)容易受到現(xiàn)有技術(shù)的限制，因此往往需要結(jié)合設(shè)備的原有功能和多種附加功能進(jìn)行產(chǎn)品集成設(shè)計(jì)和定制，這必然導(dǎo)致設(shè)計(jì)品種單一，對(duì)生產(chǎn)制造規(guī)范要求低，產(chǎn)品設(shè)計(jì)后期存在開發(fā)難度大、維護(hù)保障不足等問題。隨著機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用技術(shù)研究在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，模塊化機(jī)械生產(chǎn)模式應(yīng)運(yùn)而生。在模塊化制造生產(chǎn)的應(yīng)用中，CPU芯片模塊與可編程模塊PLC系統(tǒng)單元之間的模塊標(biāo)準(zhǔn)化不僅可以通過模塊切割、增加或減少組件數(shù)量等靈活方式靈活進(jìn)行，同時(shí)也有效改善了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件重復(fù)開發(fā)生產(chǎn)的問題，降低了制造企業(yè)的資金成本壓力；此外，還可以根據(jù)工廠具體設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模要求進(jìn)行單元模塊的組合，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的生產(chǎn)重點(diǎn)和分區(qū)、全區(qū)的一體化生產(chǎn)，從而大大提高設(shè)計(jì)的整體效率，生產(chǎn)制造機(jī)械零部件，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。此外，利用模塊化技術(shù)的概念來(lái)設(shè)計(jì)和制造工業(yè)機(jī)械自動(dòng)化也意味著它可以充分賦予所有工業(yè)設(shè)備的性能，以滿足具有更強(qiáng)適應(yīng)性的設(shè)備的總體設(shè)計(jì)性能。通過進(jìn)一步擴(kuò)大和完善工業(yè)裝備的功能，不斷擴(kuò)大新產(chǎn)品的規(guī)模和范圍，幫助制造企業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)全面可持續(xù)發(fā)展。

（三）虛擬化技術(shù)的應(yīng)用

虛擬化技術(shù)的應(yīng)用可以說(shuō)是當(dāng)今高科技領(lǐng)域典型技術(shù)應(yīng)用的代表。其工作內(nèi)容可以說(shuō)得到了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的應(yīng)用和國(guó)際新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的支持。綜合考慮與應(yīng)用涉及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人類行為的基本研究方法、虛擬多媒體人機(jī)界面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、技術(shù)體系的開發(fā)與研究等科技創(chuàng)新應(yīng)用手段，并希望通過使用各種現(xiàn)代信息傳感科技設(shè)備，為廣大終端用戶提供真實(shí)的三維場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)逼真的人機(jī)交互虛擬人機(jī)交互環(huán)境，同時(shí)，通過虛擬人機(jī)實(shí)時(shí)交互技術(shù)，用戶將能夠更容易地獲得更真實(shí)的使用體驗(yàn)和虛擬產(chǎn)品的使用體驗(yàn)，并在虛擬環(huán)境和使用模式下進(jìn)行這種機(jī)器交互。一般來(lái)說(shuō)，虛擬人機(jī)交互技術(shù)至少應(yīng)具備以下四個(gè)特征：交互性、感知性、想象力、沉浸體驗(yàn)等；因?yàn)檎麄€(gè)應(yīng)用系統(tǒng)將包括上述五個(gè)技術(shù)要素：人、虛擬交互環(huán)境、虛擬環(huán)境生成器、感知功能設(shè)備和動(dòng)作設(shè)備，將上述五大科技要素結(jié)合起來(lái)形成的虛擬交互環(huán)境和應(yīng)用技術(shù)方案，能夠真正實(shí)現(xiàn)非常有效的應(yīng)用，從而真正提高用戶在實(shí)踐中的交互使用感受。它廣泛應(yīng)用于整個(gè)工程機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析和工藝制造。引入先進(jìn)的虛擬仿真人機(jī)技術(shù)，可以快速、直接、有效地提高解決整個(gè)工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)產(chǎn)生的困難和復(fù)雜工藝問題的實(shí)踐能力。例如，當(dāng)生產(chǎn)車間的各種合格機(jī)械零件或生產(chǎn)活動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)，技術(shù)人員可以立即或通過及時(shí)應(yīng)用虛擬故障分析技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)問題進(jìn)行全面的故障分析和排除，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行深入的故障分析，及時(shí)有效地找出或了解各種產(chǎn)品問題的根本原因，并最終采取相應(yīng)有效的對(duì)策和措施，有效杜絕機(jī)械產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)不合格缺陷的重復(fù)發(fā)生和大量生產(chǎn)勞動(dòng)力資源的浪費(fèi)。然而，目前我國(guó)對(duì)該系統(tǒng)新技術(shù)的開發(fā)仍處于理論和研究的開發(fā)、探索階段，該系統(tǒng)的廣泛研發(fā)和實(shí)際應(yīng)用尚未正式啟動(dòng)，有關(guān)研究人員和技術(shù)人員還必須更加重視如何更好地、有效地將系統(tǒng)理論研究成果與相關(guān)現(xiàn)代裝備其他產(chǎn)品新技術(shù)體系應(yīng)用成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化和整合，以實(shí)現(xiàn)成果應(yīng)用的交流、整合和補(bǔ)充，為了更好地實(shí)現(xiàn)和進(jìn)一步提高我國(guó)機(jī)械裝備行業(yè)生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的自動(dòng)匹配和優(yōu)化的綜合能力，提高精益自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備和自檢控制系統(tǒng)的技術(shù)水平和智能化水平。

（四）數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

通過預(yù)先使用數(shù)控計(jì)算機(jī)程序?qū)C(jī)床生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的各種其他技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)運(yùn)算和自動(dòng)控制的過程稱為計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控技術(shù)。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)預(yù)先自動(dòng)編寫應(yīng)用程序是代數(shù)控制技術(shù)編程的一個(gè)主要特點(diǎn)。采用現(xiàn)代信息處理和工作能力更強(qiáng)、運(yùn)行速度更快、速度更快的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用。該程序取代了傳統(tǒng)機(jī)械的硬件。新開發(fā)的數(shù)控軟件應(yīng)用程序大大提高了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備制造加工企業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)水平，同時(shí)，也是機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。此外，還可以對(duì)各種信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的操作，從而降低了以前手工操作的錯(cuò)誤概率，提高了機(jī)械制造的精度，使機(jī)械產(chǎn)品更精細(xì)且使用壽命更長(zhǎng)。

（五）柔性自動(dòng)化應(yīng)用

較強(qiáng)的適應(yīng)性對(duì)于一個(gè)企業(yè)以及當(dāng)前國(guó)內(nèi)機(jī)械制造業(yè)自身的安全生存環(huán)境和快速發(fā)展空間至關(guān)重要。這種社會(huì)生產(chǎn)的快速發(fā)展和變化，決定了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基本要求，對(duì)于基本的機(jī)械性能結(jié)構(gòu)和使用功能結(jié)構(gòu)也在不斷的變化。為了盡快了解這些變化，并及時(shí)根據(jù)市場(chǎng)情況的發(fā)展做出一些改造新技術(shù)方案，許多傳統(tǒng)機(jī)械制造加工企業(yè)必須積極引進(jìn)柔性化、自動(dòng)化的機(jī)械生產(chǎn)模式技術(shù)，以快速適應(yīng)這個(gè)行業(yè)市場(chǎng)的快速變化。柔性自動(dòng)化系統(tǒng)通過軟件系統(tǒng)深入跟蹤分析全球市場(chǎng)信息和中國(guó)企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)流程，進(jìn)行合理有序的業(yè)務(wù)流程優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)，這大大有助于提高和增強(qiáng)我國(guó)企業(yè)對(duì)惡劣外部環(huán)境信息的綜合適應(yīng)能力和分析能力，并根據(jù)目標(biāo)市場(chǎng)需求信息及時(shí)改進(jìn)新產(chǎn)品，大大提高我國(guó)企業(yè)未來(lái)的整體市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

（六）集成化的應(yīng)用

過去，在機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)管理中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成制造是最重要的生產(chǎn)和生活方式。在機(jī)械制造企業(yè)中，基于系統(tǒng)工程理論，采用自動(dòng)化制造流程進(jìn)行流程重組和結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，使企業(yè)的機(jī)械制造流程合理有序。從目前的情況來(lái)看，預(yù)計(jì)計(jì)算機(jī)集成制造將長(zhǎng)期保持重要地位，計(jì)算機(jī)集成制造與自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合將繼續(xù)帶來(lái)更好的效益。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的環(huán)境下，機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用水平得到了提高，對(duì)機(jī)械設(shè)備的依賴程度也有所增加。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了機(jī)械設(shè)計(jì)和制造水平，而且保證了生產(chǎn)質(zhì)量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。為了成功地將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，我們應(yīng)該加強(qiáng)專業(yè)學(xué)習(xí)，合理地將其應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，為我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出一定的貢獻(xiàn)。