機械設(shè)計制造及其自動化的特點與優(yōu)勢

宋沛宇，胡志斌

[摘? ? 要]隨著科學技術(shù)和國家經(jīng)濟的飛速發(fā)展，很多傳統(tǒng)行業(yè)與時俱進，逐步向新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展過渡。在此背景下，機械設(shè)計制造行業(yè)拔地而起，發(fā)展迅猛。機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展水平是每個國家工業(yè)生產(chǎn)力水平的重要體現(xiàn)。當下，傳統(tǒng)機械設(shè)計及其制造行業(yè)存在較大弊端，以計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)為核心的機械自動化在各個領(lǐng)域被廣泛應用，普遍提升了用戶使用體驗，順應了當下的發(fā)展潮流。本文將重點分析機械設(shè)計制造及其自動化的特點與優(yōu)勢，并對該技術(shù)未來的發(fā)展趨勢進行分析。

[關(guān)鍵詞]機械設(shè)計制造;自動化;特點;優(yōu)勢

[中圖分類號]TH122 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）12–00–02

Characteristics and Advantages of Mechanical Design， Manufacturing and Automation

Song Pei-yu，Hu Zhi-bin

[Abstract]With the rapid development of science and technology and national economy， many traditional industries keep pace with the times and gradually transition to the field of emerging industries. In this context， the mechanical design and manufacturing industry has sprung up and developed rapidly. The development level of mechanical design， manufacturing and automation is an important embodiment of the level of industrial productivity in each country. At present， there are great disadvantages in the traditional mechanical design and manufacturing industry. Mechanical automation with computer technology， network technology and artificial intelligence technology as the core is widely used in various fields， which generally improves the user experience and conforms to the current development trend. This paper will focus on the characteristics and advantages of mechanical design and manufacturing and its automation， and analyze the future development trend of this technology.

[Keywords]mechanical design and manufacturing; automation; characteristic; advantage

隨著經(jīng)濟全球化和世界經(jīng)濟一體化趨勢的不斷加強，各國經(jīng)濟總體上呈現(xiàn)全面快速發(fā)展的盛況。全球合作的同時也伴隨激烈的全球競爭，這就對科學技術(shù)的發(fā)展速度與先進性做出要求。機械制造產(chǎn)業(yè)在提升生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量方面起到了不可忽視的作用，另外它作為我國國民經(jīng)濟發(fā)展過程中的支柱性產(chǎn)業(yè)直接影響著我國的核心競爭力。機械設(shè)計制造過程中融入自動化對整個機械行業(yè)有著跨時代的意義，通過實踐諸多新型技術(shù)設(shè)備在近幾年研發(fā)成功并投入使用，如3D打印技術(shù)、無人機技術(shù)、掃地機器人等，用前瞻性思維和發(fā)展性眼光來分析看待，自動化是機械設(shè)計制造未來發(fā)展的主要方向，需要從多角度多層次分析來對未來機械設(shè)計制造及其自動化發(fā)展進行預判前瞻，這對機械設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)有著積極的影響。推動機械設(shè)計制造行業(yè)朝著自動化方向進軍是全體中國人民的美好愿望。目前我國十分重視機械設(shè)計制造及其自動化的研發(fā)進度，在此領(lǐng)域投入很大成本和資源，不斷加強相關(guān)技術(shù)人員的自主創(chuàng)新工作能力，提倡科研學者在此領(lǐng)域深耕，為我國在該領(lǐng)域的國際地位打下了良好的人員基礎(chǔ)。

1 機械設(shè)計制造及其自動化的特點分析

與傳統(tǒng)機械設(shè)計制造相比，現(xiàn)代機械設(shè)計制造具備完善的體系，降低了對專業(yè)人員的需求量和依賴度，一改傳統(tǒng)制造模式，最大限度地節(jié)省了時間和人員成本。用一系列自動化設(shè)備批量替代傳統(tǒng)的大量工人和手工勞動，大大提高了生產(chǎn)效率和工作過程中的安全系數(shù)，降低了因人為因素出現(xiàn)殘次品的概率。機械設(shè)計制造及其自動化涉及多個學科領(lǐng)域的技術(shù)知識，當然這并不是簡單的技術(shù)累加，而是對跨學科知識的有效結(jié)合以及對多項技術(shù)的綜合應用。正是由于這種高端性，機械設(shè)計制造及其自動化被廣泛應用于生產(chǎn)生活中的各個領(lǐng)域，極大地提升了人們的幸福指數(shù)。其中，體積小、能源消耗少等微型特點在其應用性方面做出了巨大的貢獻。

1.1 與機械生產(chǎn)保持協(xié)調(diào)保證功能性和適配性

隨著時代的發(fā)展科技的進步，傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造逐漸乏力無法滿足社會的要求和市場的需求，而機械設(shè)計制造及其自動化是以傳統(tǒng)機械設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ)，結(jié)合多種現(xiàn)代化新型技術(shù)賦予機械設(shè)計制造自動化和智慧化，進而提升生產(chǎn)效率提升可操作性和可控制性，從多層次多維度分析機器所需的功能進而結(jié)合多種技術(shù)來滿足功能需求，在機械設(shè)計制造及其自動化設(shè)計過程中需要滿足整體性和獨立性，保證機械的整體性，而針對機械生產(chǎn)作業(yè)需求保證功能的獨立性。例如，在農(nóng)業(yè)無人機結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要保證飛行器、地面遙控系統(tǒng)、噴灑結(jié)構(gòu)有機結(jié)合互相協(xié)調(diào)同時要保證滿足各自的功能性，進而實現(xiàn)功能需求協(xié)調(diào)整體設(shè)計適配。

1.2 機械設(shè)計制造及其自動化涉及的技術(shù)領(lǐng)域廣泛

機械設(shè)計制造及其自動化的技術(shù)要求較高且設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域較為廣泛，需要多種設(shè)備技術(shù)綜合才能實現(xiàn)自動化。機械設(shè)計制造及其自動化需要一定的能量來維持運行，所以要電動機或者內(nèi)燃機來將其他能量轉(zhuǎn)換為機械能，如農(nóng)業(yè)無人機需要電動機和螺旋槳來將電能轉(zhuǎn)換為機械能進而產(chǎn)生升力或者推進力實現(xiàn)機械運行。最后，機械設(shè)計制造及其自動化需要信息傳輸存儲來實現(xiàn)自動化，將數(shù)據(jù)參數(shù)導入，隨后機械按照設(shè)計的程序或者輸入的參數(shù)進行作業(yè)。

2 機械設(shè)計制造及其自動化優(yōu)勢分析

2.1 有利于提升機械的作業(yè)效率

機械設(shè)計制造及其自動化在作業(yè)過程中可以避免很多外界因素的干擾，保證外部環(huán)境基本維持在理想狀態(tài)進而可以大幅度提升作業(yè)的效率，例如農(nóng)業(yè)無人機借助自動化來對周圍環(huán)境進行分析并通過傳感系統(tǒng)分析周圍可能造成作業(yè)影響的因素并及時做出反饋進而保證作業(yè)過程中的安全性，相比于傳統(tǒng)的作業(yè)方式效率表現(xiàn)更為優(yōu)質(zhì)，且可以通過程序設(shè)定針對不同作業(yè)要求進行不同狀態(tài)切換，大大減少了各種資源的投入。

2.2 可以保證機械始終處于最科學的負荷狀態(tài)

傳統(tǒng)的機械對自身荷載和負荷的調(diào)整基本上全部依靠人工，但是很多時候負荷過大導致工作效率下降且對機械自身有一定的損害，很容易造成機械故障，負荷過小則造成能源浪費，而機械設(shè)計制造及其自動化可以在設(shè)計過程中結(jié)合生產(chǎn)實際需求，針對性進行設(shè)計以滿足各種生產(chǎn)作業(yè)的需求，通過計算機程序分析不同作業(yè)類型的不同生產(chǎn)方向，進而針對性地進行程序?qū)?，而自動化技術(shù)可以賦予機械設(shè)備仿生功能和數(shù)據(jù)存儲功能。因此，機械在自動化加持下有一定的記憶性且更為智能，通過傳感器或者數(shù)據(jù)分析多種方式來對自身進行調(diào)整，保證機器始終處于最佳負荷狀態(tài)進而保障能源利用率和生產(chǎn)效率的同時避免過載超負荷造成的機械故障。

2.3 可控性可操作性強

機械設(shè)計制造及其自動化借助網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)來進行操作控制，相比于傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造，現(xiàn)階段通過網(wǎng)絡(luò)計算機龐大的數(shù)據(jù)分析能力和計算能力可以保證對機械進行實時狀態(tài)監(jiān)管分析，并制定科學可行的操作反饋，在整體操作控制表現(xiàn)上完全不是傳統(tǒng)機械可比的。

2.4 可以有效降低作業(yè)過程中存在的安全風險

機械設(shè)備在運行過程中普遍存在一定的風險，風險主要來源于機械自身和人為因素環(huán)境因素等外界因素，但是機械自動化設(shè)備可以有效降低運行過程中存在的風險，避免很多人為操作造成的安全隱患且對外部各種因素的影響進行精準分析，進而提升機械自動化設(shè)備運行過程中的安全系數(shù)。

2.5 機械故障的預防和處理

在機械生產(chǎn)作業(yè)過程中難免會有故障發(fā)生，這些故障普遍會對生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生一定的影響，傳統(tǒng)機械故障是最讓人頭痛的問題，但是機械自動化設(shè)備可以最大限度地避免故障問題發(fā)生，在機械運行過程中由計算機對機械運行參數(shù)和運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測分析，一旦數(shù)據(jù)參數(shù)發(fā)生波動或者異常機器就會及時進行分析反饋并發(fā)出警報，并對數(shù)據(jù)信息做出分析給出相對科學的故障分析來協(xié)助工作人員進行故障維修，結(jié)合實際情況制定維修養(yǎng)護方案，進而大幅度延長機械的使用壽命。

2.6 提高生產(chǎn)效率

現(xiàn)代機械設(shè)計制造已實現(xiàn)了工藝流程的自動化、一體化。統(tǒng)一、規(guī)范、流程化的工作流程大大提高了生產(chǎn)效率，同時降低了人為因素造成的操作失誤，對產(chǎn)品質(zhì)量有了更高的保證。一方面，程序化生產(chǎn)節(jié)省了人工更換不同生產(chǎn)工藝流程上機器零件的時間，只需要更改電腦程序，自動化機器設(shè)備就能完成不同生產(chǎn)線上的操作，大量節(jié)約了時間成本。另一方面，去除人工更換零部件的步驟還減少了機械磨損，有利于延長機器的使用壽命。機械生產(chǎn)自動化使一線工人從復雜繁瑣的手工勞動中解脫出來，用其代替人工，用更少的時間就可以完成產(chǎn)品的批量制入研究。

2.7 減少資源浪費

常規(guī)機械設(shè)備體積大，不易存放和移動，最重要的是能耗高。但是，現(xiàn)代自動化機器的設(shè)計和制造所使用的機械設(shè)備相對較小，占用空間小，可以節(jié)省一些空間資源。機器自動化便捷并簡化了生產(chǎn)流程?，F(xiàn)代化的工廠生產(chǎn)車間不再需要許多一線生產(chǎn)工人，這就減少了人力資源的浪費。此外，由于能耗較低，具有節(jié)能環(huán)保運行的優(yōu)點，機械設(shè)計制造和自動化產(chǎn)生的污染物被釋放到我們賴以生存的大片區(qū)域空氣、海洋和土壤中，對生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重破壞。將機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)同步到生成制作環(huán)節(jié)中可以有效減輕污染物排放量過大的情況，促使有毒物質(zhì)程度性降解，保護生產(chǎn)環(huán)境，達到我國現(xiàn)階段的排污和生產(chǎn)節(jié)能標準。

2.8 相比于傳統(tǒng)機械更智能化自動化

智能化是現(xiàn)階段科學技術(shù)的最前沿，用前瞻性的眼光和前瞻性的思維分析和展望未來的發(fā)展趨勢，智能化和自動化是未來發(fā)展的必然趨勢和主要發(fā)展方向，在進行機械設(shè)計制造過程中將智能化自動化有機結(jié)合可從多方面多層次提升機械自動化設(shè)備的功能，大大降低了人力資源的投入并在一定程度上實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

3 機械設(shè)計制造及其自動化未來的發(fā)展方向分析

機械設(shè)計制造及其自動化的未來發(fā)展方向主要是從4個方面著手：智能化的開發(fā)、數(shù)字化技術(shù)的利用、產(chǎn)品設(shè)計過程的開發(fā)、綠色環(huán)保方向的研究。智能化現(xiàn)階段在機械設(shè)計制造方面的融入程度不高，還需要不斷挖掘智能化的社會價值和經(jīng)濟價值提升融合程度，逐漸賦予機械固定的意識形態(tài)并形成下意識反饋。

在數(shù)字化方面可以從大數(shù)據(jù)和云計算方面著手進行融合，進而對機械整個設(shè)計運行過程進行分析。例如，在農(nóng)業(yè)無人機投入使用后可以通過網(wǎng)絡(luò)移動端口借助大數(shù)據(jù)和云計算對周圍環(huán)境氣候水文和干濕度進行分析，并對多種目標進行跟蹤定位進而提升機械的功能。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中可以借助BIM技術(shù)對各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行捕捉梳理整合分類，并根據(jù)數(shù)據(jù)反饋進行建模，通過模擬實驗來分析產(chǎn)品的性能和缺陷，進而提出建設(shè)性的優(yōu)化建議，對產(chǎn)品創(chuàng)新和優(yōu)化都有著積極的作用。在綠色環(huán)保方面需要積極利用可再生清潔能源實現(xiàn)充能和產(chǎn)品續(xù)航能力，如農(nóng)業(yè)無人機可以通過光感系統(tǒng)分析光照狀態(tài)進行能源切換，利用太陽能電磁板進行充能和續(xù)航進而實現(xiàn)能源節(jié)約，通過對清潔可再生能源的利用來保證綠色環(huán)保，進而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段，相比于傳統(tǒng)機械設(shè)計制造，機械自動化設(shè)備在運行效率、安全性、可控性、可操作性以及故障預警處理方面都有著明顯的優(yōu)勢，需要不斷拓展機械自動化智能化利用空間，深度發(fā)掘自動化智能化的社會價值和經(jīng)濟價值，并用發(fā)展性眼觀來對機械設(shè)計制造未來發(fā)展方向進行預測，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了資源成本并提升了安全性能。未來將朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、虛擬化、數(shù)字化、微型化等更先進的方向推進，具有廣闊的消費市場和發(fā)展前景。進而從多方向多渠道來對機械設(shè)計制造行業(yè)進行改革創(chuàng)新以促進機械行業(yè)穩(wěn)定健康的發(fā)展。

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