智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)與制造創(chuàng)新探析

張 勇 ， 王曉萍

（西安思源學(xué)院，陜西 西安 710038）

在《中國(guó)制造2025》國(guó)家戰(zhàn)略的推動(dòng)下，我國(guó)的智能機(jī)械設(shè)備得到空前發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，智能機(jī)械設(shè)備在研發(fā)設(shè)計(jì)和制造過程中需要不斷實(shí)現(xiàn)突破，重視創(chuàng)新發(fā)展路徑，促進(jìn)我國(guó)智能機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

1 智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)創(chuàng)新

1.1 積極引入創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的綜合應(yīng)用

在大力倡導(dǎo)創(chuàng)新發(fā)展理念的背景下，智能機(jī)械設(shè)備制造應(yīng)當(dāng)大力引入創(chuàng)新思維，將理論和實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)制造方法的不斷創(chuàng)新、優(yōu)化和完善，提出具有前瞻性的設(shè)計(jì)理念，逐步引領(lǐng)智能機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域的健康發(fā)展[1]。為此，研發(fā)設(shè)計(jì)人員要綜合利用智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)和制造的相關(guān)技術(shù)和設(shè)備，充分掌控好相關(guān)技術(shù)的全局性應(yīng)用。此外，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念，研發(fā)設(shè)計(jì)人員一定要學(xué)會(huì)應(yīng)用研發(fā)設(shè)計(jì)和制造的相關(guān)智能技術(shù)。毋庸置疑，智能系統(tǒng)依靠預(yù)先設(shè)置的運(yùn)行參數(shù)及設(shè)定操作流程進(jìn)行運(yùn)作，從而能夠全面分析應(yīng)用性能，保證設(shè)計(jì)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

1.2 實(shí)現(xiàn)環(huán)保理念與節(jié)能設(shè)計(jì)

近年來，我國(guó)樹立了綠色生態(tài)環(huán)保的發(fā)展理念，并且制定各種法律政策和措施來促進(jìn)綠色生態(tài)環(huán)保發(fā)展理念的實(shí)現(xiàn)，社會(huì)大眾迫切地渴望節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)生活方式。為此，研發(fā)設(shè)計(jì)人員應(yīng)從以下兩方面實(shí)現(xiàn)環(huán)保理念和節(jié)能設(shè)計(jì)：1）要選擇使用性能和環(huán)保性能最優(yōu)的零部件和原材料，并重視可重復(fù)持續(xù)利用及環(huán)保的材料研發(fā)和升級(jí)換代；2）要考慮智能機(jī)械設(shè)備在達(dá)到使用壽命后，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞和對(duì)人身財(cái)產(chǎn)造成損害的可能性以及破壞程度和損害程度的大小[2]。

1.3 完善智能機(jī)械設(shè)備構(gòu)造細(xì)節(jié)

智能機(jī)械設(shè)備通過改變普通機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)及材質(zhì)，在普通機(jī)械設(shè)備上加裝各種智能部件和系統(tǒng)，諸如處理芯片、自動(dòng)控制系統(tǒng)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)等來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的有機(jī)融合[3]。計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力是智能機(jī)械設(shè)備的核心，是實(shí)現(xiàn)智能處理的關(guān)鍵。處理芯片、自動(dòng)控制與傳感檢測(cè)是完成機(jī)械智能運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件和技術(shù)。自動(dòng)控制技術(shù)能夠保證智能機(jī)械設(shè)備在原有控制基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)仿真化設(shè)計(jì)，從而確保系統(tǒng)完成自動(dòng)定位、自動(dòng)控制與自動(dòng)校正功能。傳感技術(shù)是通過在機(jī)械設(shè)備對(duì)應(yīng)部件上安裝傳感器而實(shí)現(xiàn)的，智能機(jī)械設(shè)備借助于傳感器反饋傳感信息，從而得出設(shè)備運(yùn)作條件和環(huán)境信息進(jìn)而提高其智能水平。

1.4 設(shè)備故障診斷智能化設(shè)計(jì)

智能機(jī)械設(shè)備壽命受限于機(jī)械零部件和智能系統(tǒng)的老化、設(shè)備結(jié)構(gòu)和原材料限制等，設(shè)備檢修人員通常很難以人工方式有效處理智能機(jī)械設(shè)備的故障。為了解決這一難題，可在智能機(jī)械設(shè)備上安裝故障檢修軟硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的智能化預(yù)警和處理，能夠精準(zhǔn)找出智能機(jī)械設(shè)備的故障點(diǎn)和問題，迅速完成智能機(jī)械設(shè)備檢修，從而保障智能機(jī)械設(shè)備的使用安全和壽命。

1.5 構(gòu)建研發(fā)設(shè)計(jì)框架和領(lǐng)域本體模型

構(gòu)建智能機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)研發(fā)框架，使信息交流與共享在不同區(qū)域、不同環(huán)節(jié)、不同應(yīng)用之間得以充分實(shí)現(xiàn)，使智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)和概念進(jìn)行針對(duì)性自動(dòng)化探究，增加研發(fā)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新創(chuàng)意。用戶需求是智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，研發(fā)設(shè)計(jì)人員通過智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)框架，調(diào)動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域人員進(jìn)行探究商討，從而設(shè)計(jì)出滿足用戶需求的方案和圖紙。生產(chǎn)人員通過智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)框架可從其資源庫(kù)中選取具有相應(yīng)功能的組建零部件，可以節(jié)約時(shí)間和提高資源利用率。對(duì)智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)框架實(shí)行分層管理，首先根據(jù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)據(jù)分層管理，再依據(jù)功能、結(jié)構(gòu)劃分零部件，建立不同結(jié)構(gòu)模塊，對(duì)研發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃管理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和實(shí)行創(chuàng)新管理，提高智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)水平。另外，構(gòu)建領(lǐng)域本體設(shè)計(jì)模型是智能機(jī)械設(shè)備制造創(chuàng)新的核心，通過提取智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)資料并與虛擬技術(shù)結(jié)合對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模擬[4]。在充分考慮產(chǎn)品功能、市場(chǎng)需求的基礎(chǔ)上，將資料庫(kù)中定義的概念、關(guān)系、實(shí)例等與外部信息數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，并利用現(xiàn)代數(shù)字化的虛擬技術(shù)充分對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行還原，再結(jié)合數(shù)字計(jì)算和資料數(shù)據(jù)配備出最滿足需求的模型，然后投人生產(chǎn)。

2 智能機(jī)械設(shè)備制造創(chuàng)新

2.1 各環(huán)節(jié)人員協(xié)同合作確保設(shè)備制造的準(zhǔn)確性和科學(xué)性

智能機(jī)械設(shè)備制造加工通常需要多個(gè)部門進(jìn)行協(xié)同合作。1）制造加工人員在制造加工智能機(jī)械設(shè)備時(shí)，既要聽取專業(yè)意見，還要和智能機(jī)械設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行深入探討和溝通，了解設(shè)計(jì)方案的局部細(xì)節(jié)以及各部分的設(shè)計(jì)意圖，確保制造加工方案能夠滿足設(shè)計(jì)要求[5]。2）在研發(fā)設(shè)計(jì)、制造加工、檢測(cè)檢驗(yàn)等不同部門工作人員的充分交流與協(xié)作下，智能機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、加工與檢查等工作得以迅速完成，并保證智能機(jī)械設(shè)備的正常使用壽命。3）制造加工人員在加工制造智能機(jī)械設(shè)備過程中應(yīng)樹立質(zhì)量意識(shí)，確保智能機(jī)械設(shè)備零部件和設(shè)備整體質(zhì)量能夠符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和要求。

2.2 嚴(yán)格控制智能機(jī)械設(shè)備的制造、交付和調(diào)試環(huán)節(jié)

智能機(jī)械設(shè)備制造加工過程中，1）制造加工人員必須重視對(duì)加工工藝的應(yīng)用，嚴(yán)格按照技術(shù)工藝人員編制的設(shè)備加工工藝流程進(jìn)行制造加工，確保智能機(jī)械設(shè)備制造加工順利保質(zhì)進(jìn)行；2）要充分理解設(shè)備設(shè)計(jì)圖紙，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙制造加工，如有設(shè)計(jì)、制造加工等問題及時(shí)與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通，堅(jiān)決杜絕盲目進(jìn)行，同時(shí)設(shè)計(jì)部門和單位也要主動(dòng)與智能機(jī)械設(shè)備制造加工單位進(jìn)行聯(lián)系和溝通，給予技術(shù)支持，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和妥善解決遇到的各種技術(shù)問題，確保設(shè)備的制造加工質(zhì)量。3）要加強(qiáng)設(shè)備制造監(jiān)督，使得智能機(jī)械設(shè)備的加工技術(shù)和加工性能不斷優(yōu)化升級(jí)和完善。

產(chǎn)品交付初期，設(shè)計(jì)人員和制造加工技術(shù)人員進(jìn)駐智能機(jī)械設(shè)備使用單位進(jìn)行技術(shù)支持和維護(hù)，以解決應(yīng)急和突發(fā)故障。智能機(jī)械設(shè)備運(yùn)抵使用單位現(xiàn)場(chǎng)并交付后，研發(fā)設(shè)計(jì)人員和制造加工人員親臨現(xiàn)場(chǎng)并對(duì)產(chǎn)品外觀進(jìn)行全面檢查，同時(shí)配合設(shè)備使用單位進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，密切關(guān)注實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，及時(shí)與設(shè)計(jì)參數(shù)相比對(duì)，通過不斷的調(diào)試和修正，使設(shè)備逐步達(dá)到設(shè)計(jì)目的和要求，對(duì)設(shè)備維護(hù)人員按照技術(shù)文件以及臨場(chǎng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行培訓(xùn)并解答各種問題[6]。

3 智能機(jī)械設(shè)備研制一體化創(chuàng)新

3.1 利用機(jī)械設(shè)備智能設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)

智能機(jī)械設(shè)備通過使用機(jī)械設(shè)備智能設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)研制一體化。為了減輕機(jī)械工程師的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)計(jì)研發(fā)效率，機(jī)械設(shè)備智能設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)是通過相互映射、歸納、總結(jié)、使用和管理機(jī)械設(shè)計(jì)與制造及自動(dòng)化領(lǐng)域的專業(yè)能力和知識(shí)，模擬機(jī)械工程師進(jìn)行用戶功能需求分析，功能方案設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)與優(yōu)化等機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)制造過程[7]；既能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、工藝設(shè)計(jì)方案和數(shù)控程序編制的智能化，也能實(shí)現(xiàn)方案結(jié)果分析與評(píng)價(jià)的智能化。

3.2 智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)與制造的虛擬化

虛擬技術(shù)是在信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種三維仿真技術(shù)，能夠?yàn)槿藗儙碜钪庇^的視覺和觸感體驗(yàn)。通過采用虛擬技術(shù)，在整個(gè)智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)和制造加工過程中，相關(guān)技術(shù)研發(fā)人員、工藝技術(shù)人員和制造加工人員通過建立虛擬的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品模型，并準(zhǔn)確掌握機(jī)械設(shè)備構(gòu)件和相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)的實(shí)際運(yùn)行情況，通過對(duì)智能機(jī)械設(shè)備的虛擬環(huán)境仿真相關(guān)實(shí)驗(yàn)，極大地節(jié)省了對(duì)資源的消耗。

4 結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行智能機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)和制造創(chuàng)新的探究過程中，本文分別從智能機(jī)械設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)、制造加工以及研制一體化等角度有針對(duì)性提出創(chuàng)新的建議和對(duì)策，希望能有助于提升我國(guó)智能機(jī)械設(shè)備的研制水平和能力。