機械自動化在機械制造中的應(yīng)用研究

劉鵬 李雙成

摘要：機械自動化，就是指在機械制造業(yè)中運用現(xiàn)代自動化技術(shù)。隨著經(jīng)濟的大力發(fā)展和社會進程的加快，自動化技術(shù)也有了新的發(fā)展趨勢，在機械設(shè)計中發(fā)揮了巨大的作用。自動化技術(shù)在機械設(shè)計中的廣泛應(yīng)用可以說是科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的必然趨勢。機械自動化技術(shù)的普遍應(yīng)用以及大力發(fā)展，是改造機械制造業(yè)的主要手段，也是技術(shù)發(fā)展的方向。本文在此背景下對自動化技術(shù)與機械設(shè)計的有效結(jié)合進行了研究，對自動化技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用進行了詳細地探討。

關(guān)鍵詞：自動化技術(shù);機械設(shè)計;應(yīng)用;三維平臺;復(fù)雜機械系統(tǒng)

引言：機械自動化技術(shù)在機械制造業(yè)快速發(fā)展的今天也有了長足的發(fā)展。機械自動化主要指的就是在機械的設(shè)計、制造中使用自動化技術(shù)，實現(xiàn)機械生產(chǎn)、加工的全自動化，加快加工形成速度和生產(chǎn)材料的流動速度，使得生產(chǎn)過程實現(xiàn)全自動化。機械制造水平的高低，不僅關(guān)系到機械制造業(yè)自身的發(fā)展，同時還對我國的國民經(jīng)濟有著相當(dāng)重要的影響。作為機械制造重中之重的機械設(shè)計就更加重要了。

一、 從創(chuàng)新角度研究自動化技術(shù)與機械設(shè)計

創(chuàng)新是當(dāng)今時代的主流，不斷提高產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計能力，不僅關(guān)系到企業(yè)在經(jīng)濟競爭大環(huán)境下的生存發(fā)展，還關(guān)系到國家的生存與發(fā)展。美國工程設(shè)計委員會就將創(chuàng)新設(shè)計作為優(yōu)先資助領(lǐng)域，認(rèn)為創(chuàng)新是企業(yè)乃至國家發(fā)展進步的關(guān)鍵因素。創(chuàng)新設(shè)計是增加就業(yè)機會、關(guān)系到我國未來企業(yè)發(fā)展的核心競爭力?？焖俣嘧兊慕?jīng)濟競爭市場和個性化發(fā)展趨勢也對當(dāng)今企業(yè)的發(fā)展提出了挑戰(zhàn)。企業(yè)必須在經(jīng)濟市場激烈競爭中準(zhǔn)確掌握市場動態(tài)，具備良好的市場嗅覺能力，以市場需求為導(dǎo)向，能夠在第一時間開發(fā)出滿足市場需求的產(chǎn)品，贏得市場的青睞，進而獲得豐厚的利潤回報。而在產(chǎn)品開發(fā)的過程中，快速創(chuàng)新能力則非常重要，是決定企業(yè)生存發(fā)展的關(guān)鍵因素，同時快速性和創(chuàng)新性也是二十一世紀(jì)工程設(shè)計學(xué)科的主要發(fā)展方向。將創(chuàng)新理念引入機械產(chǎn)品的設(shè)計階段，首先從產(chǎn)品的概念設(shè)計階段著手。產(chǎn)品的概念設(shè)計階段，也被叫做產(chǎn)品的原理方案設(shè)計階段，是運用創(chuàng)新手段的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。從不同的思維角度看待同一問題，得到針對同一問題的不同解，并組成解空間，然后經(jīng)過比較分析后，選擇解空間中那些相對具有創(chuàng)新性和新穎力的產(chǎn)品設(shè)計方案，這就是一個較為完整的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程。也只有這樣的設(shè)計，才是特定生產(chǎn)條件和特定市場需求環(huán)境下的最具有創(chuàng)新性和設(shè)計感的可行性產(chǎn)品設(shè)計方案，才更加適應(yīng)市場的需求，在經(jīng)濟市場中更加具有競爭價值。因此，機械產(chǎn)品的設(shè)計不是僅僅局限于追尋問題的一個最佳解，而在于在特有的物質(zhì)條件下獲得最具有競爭力、創(chuàng)新價值的產(chǎn)品。

機械產(chǎn)品的概念設(shè)計是人腦抽象思維和形象思維的綜合結(jié)果，與人腦的思維能力有關(guān)。由于人的創(chuàng)新思維和知識有一定的局限性，創(chuàng)新也不是隨時隨地都會有的，具有一定的隨機性，不能做出非?？隙ǖ谋ＷC，在任何給定的時間和給定的條件下都能創(chuàng)造出具有創(chuàng)新性的機械產(chǎn)品設(shè)計方案。這就與快速發(fā)展的經(jīng)濟市場相脫軌，使得機械產(chǎn)品往往跟不上市場發(fā)展、進步的節(jié)奏，容易引發(fā)企業(yè)危機。這使得如何快速地拿出滿足市場需求的產(chǎn)品設(shè)計成為了現(xiàn)實性的問題，在研究解決這個問題的基礎(chǔ)上，人們開始將目光集中于計算機信息技術(shù)，經(jīng)過不斷實踐后發(fā)現(xiàn)，將計算機信息技術(shù)引入到機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的快速創(chuàng)新設(shè)計，是唯一可行的一種方法。

二、自動化技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用

從機構(gòu)學(xué)的廣義角度來說，任何包含控制、機、電等的機電一體化系統(tǒng)都可以看成由控制、機、電組成的廣義傳動結(jié)構(gòu)和廣義傳動結(jié)構(gòu)載體。機電一體化系統(tǒng)的創(chuàng)新實質(zhì)上指的是廣義機構(gòu)的創(chuàng)新。本文在此基礎(chǔ)上提出了一種基于三維平臺的較為復(fù)雜的機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計和自動化設(shè)計方法。主要圍繞機械概念設(shè)計方案以及機械概念設(shè)計方案的虛擬樣機自動表達進行了詳細地論述。

復(fù)雜機械系統(tǒng)的創(chuàng)新性設(shè)計和機械的相對應(yīng)的自動化系統(tǒng)主要包括能夠在產(chǎn)品設(shè)計方案中的三維虛擬樣機的裝配和仿真的自動化建模中加以直接支持，能對形成的較為復(fù)雜的機械系統(tǒng)符號進行自動化仿真、裝配以及建模。并能夠提供2種計算機化方法，且確保這2種計算機化方法能夠適應(yīng)復(fù)雜機械創(chuàng)新設(shè)計且具有較強的創(chuàng)新設(shè)計能力。在此設(shè)計中，創(chuàng)新和快速是最關(guān)鍵的因素。

在機械產(chǎn)品概念設(shè)計階段，此基于三維平臺的系統(tǒng)提供了2種由計算機進行輔助的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法，第一種就是在設(shè)計規(guī)則之下的機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計;第二種就是在改良機械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上的功能重組與分解的機械創(chuàng)新設(shè)計方法。不管是在設(shè)計規(guī)則之下的機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，還是在設(shè)計規(guī)則之下的機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，最終都會采取符號方案的方式加以表示。針對機械產(chǎn)品設(shè)計概念階段的這種采用符號進行表達的產(chǎn)品設(shè)計方案，最后都會被自動分解為基本機構(gòu)以及與其連接關(guān)系。針對其中的已經(jīng)被識別出來的基本機構(gòu)，采取基本機構(gòu)運動分析方法對基本機構(gòu)的內(nèi)部各個構(gòu)件加以分析，最終得出基本機構(gòu)各構(gòu)件的平面運動數(shù)據(jù)的相關(guān)分析。在這個過程中，為了加快機械產(chǎn)品的研發(fā)速度，可以采取面向?qū)ο蠹夹g(shù)設(shè)計基本機構(gòu)的機構(gòu)設(shè)計?；緳C構(gòu)的快速虛擬的建模問題的解決可以通過對三維平臺采取數(shù)據(jù)庫驅(qū)動、特征控制參數(shù)等措施進行2次開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)選用少量特征來進行控制參數(shù)驅(qū)動整個基本機構(gòu)的三維造型設(shè)計過程。

按照基本機構(gòu)之間的相互連接關(guān)系以及基本機構(gòu)的空間占據(jù)大小，采取最優(yōu)布局算法，對每一個基本機構(gòu)在空間的具體位置加以確定，盡量使得復(fù)雜機械系統(tǒng)實現(xiàn)占據(jù)空間位置最小，這不僅是工藝美學(xué)設(shè)計的要求，同時也提高了機械產(chǎn)品的運動剛度，可謂一舉兩得。運用“后臺預(yù)置”的裝配方式，按照基本機構(gòu)的運動分析數(shù)據(jù)以及最終布局結(jié)果，在特定的布局空間放置基本機構(gòu)的三維虛擬模型。與機械概念設(shè)計符號方案相對應(yīng)的復(fù)雜機械系統(tǒng)的虛擬樣機可以通過驅(qū)動構(gòu)件位置的連續(xù)變換來獲得。

在機械概念設(shè)計階段獲得的符號設(shè)計方案能夠在一定條件下自動轉(zhuǎn)化為和其相對應(yīng)的二維虛擬樣機，然后再接著進行虛擬仿真。這一過程的設(shè)計，就可以實現(xiàn)由機械產(chǎn)品的概念設(shè)計階段的評價直接轉(zhuǎn)化為對虛擬樣機階段的定量的行為評價，進而綜合評價機械產(chǎn)品的設(shè)計方案，能夠在三維虛擬樣機的層面上，實現(xiàn)從眾多機械產(chǎn)品設(shè)計方案中快速選出最具有創(chuàng)新性的性能優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計方案。從以上論述中我們可以看到，自動化技術(shù)在復(fù)雜機械系統(tǒng)設(shè)計中的運用，不僅有利于機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計，同時還有效提高了機械產(chǎn)品的研發(fā)速度。

結(jié)語：

我國機械制造業(yè)的發(fā)展進程隨著經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也得到了相應(yīng)程度的發(fā)展，尤其是自動化技術(shù)在機械設(shè)計中的運用，以國際先進水平為基準(zhǔn)，起點較高，包括了各種見效快、較為靈活且成本相對較低的自動化技術(shù)。本文從創(chuàng)新角度研究了自動化技術(shù)與機械設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上對基于三維平臺的較為復(fù)雜的機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計以及自動化方法進行了詳細地論述，希望能給予相關(guān)人士一些建設(shè)性的意見以及建議。

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