探析機電產(chǎn)品計算機輔助一體化設(shè)計技術(shù)

楊 宏

（武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北·武漢 430205）

0 引言

在當(dāng)前工廠制造設(shè)備與工程建設(shè)機械的設(shè)計領(lǐng)域，機電一體化設(shè)計為設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路，將機械工程和電子工程的理論結(jié)合起來，實現(xiàn)設(shè)備自動化運行的設(shè)計理念。隨著機電一體化技術(shù)的不斷改革與發(fā)展，為我國各項生產(chǎn)、建設(shè)技術(shù)的提高提供了良好的技術(shù)支撐。在這項技術(shù)的發(fā)展過程中，計算機輔助技術(shù)的應(yīng)用更是將一體化設(shè)計所帶來的價值抬上提到了新的高度。因此，今后的產(chǎn)業(yè)研究中，對一體化技術(shù)中的計算機輔助技術(shù)開展研究，具有非常大的實踐意義。

1 機電產(chǎn)品計算機輔助一體化設(shè)計技術(shù)綜述

1.1 機電一體化技術(shù)發(fā)展概況

機械電子產(chǎn)品是現(xiàn)代化機械工程和信息工程飛速發(fā)展的產(chǎn)物，是滿足人們生產(chǎn)、生活需要的高端科技產(chǎn)品。機電一體化設(shè)計是當(dāng)今科技領(lǐng)域的開拓性課題，也是世界各國積極研究的高端科學(xué)領(lǐng)域。伴隨著電子工程技術(shù)的更新迭代，傳統(tǒng)的機械設(shè)計理念和方法已經(jīng)難以滿足人們的需求，使得機電產(chǎn)品的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了一個瓶頸階段。而計算機輔助技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展為機電產(chǎn)品設(shè)計開拓了新的方向，使得機電一體化設(shè)計成為可能，也為機電一體化提供了廣闊的發(fā)展空間。

1.2 機電一體化的實質(zhì)和特點

機電設(shè)備運行時，其本質(zhì)主要是通過計算機來實現(xiàn)對各種機械零部件的控制，從而實現(xiàn)對設(shè)備的全面控制。從另一個角度來看，計算機輔助技術(shù)、機電一體化的融合實際上就是將各種形式的信息進(jìn)行融合、交流的過程。這種信息融合主要是對信息執(zhí)行特定的操作，發(fā)揮其各種功能。在執(zhí)行操作時，要對信息數(shù)據(jù)的來源以及傳輸通道上進(jìn)行匹配，這就需要建立信息傳輸系統(tǒng)。信息傳輸系統(tǒng)依賴于傳感器、接口以及驅(qū)動程序，傳輸系統(tǒng)將收集到的各種信息轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過其他系統(tǒng)進(jìn)行儲存或者運算，并經(jīng)由傳輸系統(tǒng)將電信號輸出至制定的機電設(shè)備端，由其執(zhí)行相應(yīng)的機械操作。隨著IT的發(fā)展，計算機輔助技術(shù)被越來越多的應(yīng)用于機電設(shè)備。目前，計算機輔助技術(shù)在機電一體化中的發(fā)展已較為綜合、全面，在生產(chǎn)過程中主要作為機電設(shè)備運行的控制技術(shù)而存在。

機電一體化技術(shù)的推廣與應(yīng)用，主要得益于其在企業(yè)發(fā)展過程中的應(yīng)用特點與優(yōu)勢。所以，在研究機電一體化技術(shù)時，可以從如下特點來入手：（1）機電一體化技術(shù)能提供很高的安全性。相對于其它落后技術(shù)，機電一體化技術(shù)在故障監(jiān)測和診斷方面更具有優(yōu)勢。當(dāng)設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)斷電或其它錯誤時，可以實現(xiàn)自動斷電，對機電設(shè)備進(jìn)行較好的保護(hù)，避免設(shè)備安全故障所引發(fā)的人身財產(chǎn)安全問題。（2）在操作模式上，如今，機電設(shè)備變得更易掌控，所需要的專業(yè)化程度較低，更顯人性化。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，人們只需較少的步驟就可以實現(xiàn)掌握大型機電設(shè)備，操作簡潔，也使得對相關(guān)操作人員的培訓(xùn)更簡單、快捷。（3）機電一體化技術(shù)的生產(chǎn)效率很高，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，因現(xiàn)在所用的設(shè)備和技術(shù)非常先進(jìn)，其性能遙遙領(lǐng)先于其它傳統(tǒng)設(shè)備。并且，機電一體化系統(tǒng)能夠以自動化程序來確保實際的生產(chǎn)過程符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，這就保證了在高工作效率的情況下，工作質(zhì)量也有更進(jìn)一步的提升。

2 計算機輔助技術(shù)在機電一體化設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 輔助設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用

計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)的開發(fā)是機電一體化設(shè)計中不可缺少的技術(shù)支撐內(nèi)容。即在工程和產(chǎn)品的設(shè)計階段，設(shè)計人員利用計算機進(jìn)行計算、比較與分析，繪圖、模型制作，信息管理與儲存等工作。在實踐研究中，它包括狹義和廣義兩個層面的含義。在狹義層面，CAD主要側(cè)重于在圖形和模型設(shè)計軟件的應(yīng)用，包括軟件開發(fā)、服裝設(shè)計、建筑設(shè)計等獨立的設(shè)計過程。在廣義層面上的CAD除了平面、模型的設(shè)計之外，還包括設(shè)計過程中的輔助功能；例如設(shè)計資料、圖紙的制作、檢索、計算與分析、修改等管理性工作，一體化設(shè)計方案的規(guī)劃，建筑工程過程的管理等。

2.2 輔助制造技術(shù)的應(yīng)用

輔助制造技術(shù)（CAM）指在制造業(yè)中，利用計算機通過各種信息、數(shù)值來控制生產(chǎn)、加工機床和設(shè)備，實現(xiàn)全自動的制造過程。作為CAD的制造技術(shù)支撐的CAM，能夠保證在機電一體化的設(shè)計與制造過程中的自動化和信息化水平。比如，在機電設(shè)備生產(chǎn)中，技術(shù)人員將計算機智能系統(tǒng)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計與制造，使一體化設(shè)備在制造過程中實現(xiàn)生產(chǎn)、安裝和測試等過程的自動控制。實際的研究表明，在機電一體化設(shè)計中采用這種輔助制造技術(shù)，可以顯著提升企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量，提升生產(chǎn)效率，降低管理成本。

2.3 輔助工藝設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用

計算機輔助工藝設(shè)計（CAPP）是設(shè)計環(huán)節(jié)的重要組成部分。在設(shè)計過程中，工藝設(shè)計主要是關(guān)于制造過程的工藝、技術(shù)等進(jìn)行管理、優(yōu)化以及合理配置。CAPP就是完成產(chǎn)品設(shè)計信息向制造信息傳遞的過程，通過計算機系統(tǒng)對生產(chǎn)規(guī)劃以及實際的生產(chǎn)情況進(jìn)行工藝分析，合理地配置原材料、生產(chǎn)設(shè)備、工藝順序等生產(chǎn)工藝方面的因素，在達(dá)到技術(shù)指標(biāo)的前提下，實現(xiàn)工藝效益的最大化。在實際生產(chǎn)過程中，CAPP的應(yīng)用對于提高機電一體化設(shè)備的生產(chǎn)效率和質(zhì)量具有非常重要的意義。

3 一體化設(shè)計集成系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 計算機集成制造系統(tǒng)

在一體化機電設(shè)備設(shè)計中，計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）也是計算機輔助技術(shù)的主要應(yīng)用。CIMS即綜合利用三種輔助技術(shù)的優(yōu)勢，將輔助設(shè)計、輔助制造以及輔助工藝設(shè)計技術(shù)有機地結(jié)合起來，形成適用于多品種、大規(guī)?；蛐∨慨a(chǎn)品生產(chǎn)的智能化制造系統(tǒng)，保證了一體化設(shè)計的技術(shù)含量。

3.2 柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)是當(dāng)前一體化設(shè)計集成系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的一大趨勢。這一計算機輔助技術(shù)的應(yīng)用對促進(jìn)集成制造系統(tǒng)的靈活性和智能化程度的提升起著重要作用。其主要原因在于柔性制造系統(tǒng)就是利用信息化分析處理技術(shù)，來處理各種設(shè)備生產(chǎn)過程中的實際信息與數(shù)據(jù)，掌握生產(chǎn)過程中的各項柔性因素，提升柔性系數(shù)，實現(xiàn)初步的智能化生產(chǎn)。在生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)更細(xì)迭代較快的高新制造業(yè)，如電子產(chǎn)品等，通過采用柔性制造系統(tǒng)，可使生產(chǎn)線能盡快完成工業(yè)革新與技術(shù)轉(zhuǎn)換等工作，提高生產(chǎn)的效率。

3.3 柔性集成制造系統(tǒng)

在一體化設(shè)計領(lǐng)域，技術(shù)人員常常將集成系統(tǒng)與柔性制造系統(tǒng)相結(jié)合來發(fā)展自動化生產(chǎn)設(shè)備的控制技術(shù)，完成計算機輔助一體化生產(chǎn)系統(tǒng)的開發(fā)、研究與應(yīng)用，實現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計、制造到成型全過程的信息化，充分發(fā)揮計算機輔助技術(shù)的優(yōu)勢。

4 機電產(chǎn)品計算機輔助一體化技術(shù)設(shè)計的發(fā)展趨勢

4.1 高度集成化、智能化

隨著科技的發(fā)展，機電一體化的集成程度將會不斷提升。實際上，集成化本是指計算機輔助技術(shù)、機械工程、電子工程、電氣設(shè)備管理等領(lǐng)域相互融合、統(tǒng)一，充分利用各領(lǐng)域的優(yōu)勢，實現(xiàn)管理生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)、加工、裝配、包裝、檢驗等環(huán)節(jié)的集成化與標(biāo)準(zhǔn)化，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在計算機信息技術(shù)越來越發(fā)達(dá)的今天，5G、超大規(guī)模集成電路等技術(shù)均已用在機電一體化領(lǐng)域，實現(xiàn)更全面、更精細(xì)、更高效的生產(chǎn)過程管理。

4.2 智能化

智能化是計算機輔助一體化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。通過開發(fā)人工智能（AI）技術(shù)，AI技術(shù)與機電控制系統(tǒng)相結(jié)合，賦予機電設(shè)備類人腦的能力，使其具有人類思維，能夠通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，進(jìn)行獨立判斷和自主選擇。隨著AI軟件系統(tǒng)和智能機器人等AI技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化生產(chǎn)將會全面取代傳統(tǒng)人工操作的生產(chǎn)模式，全面解放生產(chǎn)力。

4.3 人性化

來的機電一體化設(shè)計能夠充分發(fā)揮“以人為本”的思想，依托大數(shù)據(jù)技術(shù)，從各方面滿足人們的需求。以人們的實際需求來調(diào)整產(chǎn)品設(shè)計、制造以及生產(chǎn)工藝等，既能引起人們的心理共鳴，又能幫助人們將日常生活變得更好。

5 結(jié)束語

各種技術(shù)的進(jìn)步為機電一體化設(shè)計提供了軟、硬件的支持，但總的來說，人們的需求才是機電產(chǎn)品的最終目的。機電產(chǎn)品的出現(xiàn)是為了滿足人們的需要，改善人們的生活質(zhì)量。在機電一體化設(shè)計過程中，既要不斷突出創(chuàng)新精神，又要腳踏實地，為人們的生產(chǎn)、生活帶來更大的便利。