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

林 斌

（浙江躍嶺股份有限公司，浙江溫嶺 317500）

自動(dòng)化技術(shù)緊密聯(lián)系著控制論、信息論、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，目前在工業(yè)生產(chǎn)中得到十分廣泛的應(yīng)用?；谧詣?dòng)化技術(shù)的支持，高危險(xiǎn)、高頻率的人力行為可以被自動(dòng)設(shè)備所取代，在提升生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，保證生產(chǎn)安全。隨著自動(dòng)化技術(shù)的日益成熟，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。通過在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中引入信息化技術(shù)，可顯著降低機(jī)械設(shè)計(jì)制造成本，提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造效率，進(jìn)而推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的整體發(fā)展。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

1.1 機(jī)械自動(dòng)化概述

機(jī)械自動(dòng)化指的是提前設(shè)置相應(yīng)的程序或指令，讓機(jī)械依據(jù)程序、指令等自動(dòng)作業(yè)。通過應(yīng)用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，企業(yè)的人工生產(chǎn)成本得到縮減，生產(chǎn)效率與操作精密度得到提升。西方發(fā)達(dá)國家在機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展方面起步較早，具有相對(duì)較高的自動(dòng)化技術(shù)水平。我國雖然研發(fā)時(shí)間較晚，但目前已經(jīng)取得十分顯著的成果，與國外發(fā)達(dá)國家之間的差距不斷縮短。機(jī)械自動(dòng)化將諸多學(xué)科與技術(shù)融合起來，具有綜合性、系統(tǒng)性特點(diǎn)。通常情況下，可從這些方面劃分機(jī)械自動(dòng)化的組成：

（1）傳感系統(tǒng)。此部分的主要功能是接收信號(hào)，屬于基礎(chǔ)系統(tǒng)。

（2）操作系統(tǒng)。此部分是對(duì)傳感系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，設(shè)定相應(yīng)的操作程序。

（3）處理系統(tǒng)。此部分是對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，向下一個(gè)系統(tǒng)發(fā)布指令程序。

（4）傳輸系統(tǒng)。此部分負(fù)責(zé)二次傳輸信息，保證能夠?qū)⒖煽康男畔鬟f給下一系統(tǒng)。

（5）指令系統(tǒng)。此部分負(fù)責(zé)發(fā)布指令，為系統(tǒng)操作活動(dòng)的實(shí)施提供依據(jù)[1]。

1.2 應(yīng)用價(jià)值

自動(dòng)化技術(shù)在很大程度上推動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的發(fā)展，通常情況下，可從這些方面分析自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

（1）機(jī)械設(shè)計(jì)水平提高。過去主要依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙開展機(jī)械制造活動(dòng)，繪圖師負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)機(jī)械圖紙。由于缺乏相應(yīng)的技術(shù)支持，難免會(huì)出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤等問題，嚴(yán)重影響到機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量。而通過在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，可利用現(xiàn)代智能系統(tǒng)驗(yàn)證相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與方案，且依托軟件系統(tǒng)高精度地控制機(jī)械，促使設(shè)計(jì)水平、生產(chǎn)效率等得到提高。

（2）機(jī)械設(shè)計(jì)制造成本降低?，F(xiàn)階段，大部分機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)已經(jīng)將全自動(dòng)生產(chǎn)線建設(shè)起來，傳統(tǒng)人工生產(chǎn)被自動(dòng)化流水線所代替，這樣可以縮減車間生產(chǎn)崗位數(shù)量，大幅降低企業(yè)人力資源方面的支出。同時(shí)，利用自動(dòng)化生產(chǎn)線開展制造活動(dòng)，可對(duì)復(fù)雜的生產(chǎn)過程進(jìn)行簡化處理，再借助于大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)高效、精確地計(jì)算機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)所需要的原材料，可更加合理地調(diào)配使用原材料，減少原材料浪費(fèi)問題，促使機(jī)械生產(chǎn)成本減低[2]。

（3）機(jī)械生產(chǎn)事故隱患得到規(guī)避。機(jī)械制造過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)較多，如人員不規(guī)范操作、設(shè)備運(yùn)行故障等。而通過應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，可全面動(dòng)態(tài)監(jiān)管機(jī)械制造過程，可視化管理得到實(shí)現(xiàn)。如果有設(shè)備故障、人員操作不規(guī)范等情況出現(xiàn)，能夠自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信息，有效降低安全事故的發(fā)生概率。同時(shí)，部分生產(chǎn)崗位的安全風(fēng)險(xiǎn)較大，可依托自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用內(nèi)容

2.1 集成化應(yīng)用

集成化是自動(dòng)化技術(shù)的重要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其能夠?qū)⒔y(tǒng)一的技術(shù)指導(dǎo)提供出來，在設(shè)計(jì)制造、經(jīng)營管理等活動(dòng)中全面貫徹以人為本的原則，通過簡化機(jī)械設(shè)計(jì)制造的流程與機(jī)構(gòu)，促使企業(yè)生產(chǎn)及經(jīng)營效率得到大幅提升。通常情況下，可從這些方面進(jìn)行分析：①利用自動(dòng)化技術(shù)建設(shè)信息系統(tǒng)，能夠動(dòng)態(tài)控制機(jī)械設(shè)計(jì)制造全過程，促使各部門、各工序之間的信息交互得到順利實(shí)現(xiàn)。信息系統(tǒng)能夠?qū)Ω鞑块T、各環(huán)節(jié)需求的信息數(shù)據(jù)等進(jìn)行集成，如設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)等。依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求和系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，高效調(diào)配技術(shù)人員、生產(chǎn)人員等，切實(shí)提升設(shè)計(jì)制造效率[3]。例如，依托集成信息系統(tǒng)，研發(fā)人員和設(shè)計(jì)人員能夠?qū)Ξa(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化等方面的問題進(jìn)行在線高效處理，有助于提升工作效率。②通過應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，全過程的自動(dòng)化管理調(diào)度可以得到實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械生產(chǎn)制造領(lǐng)域的應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)為計(jì)劃設(shè)計(jì)、調(diào)控與優(yōu)化，需依托信息系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)管理及其他相關(guān)工作進(jìn)行合理調(diào)度，通過優(yōu)化與調(diào)整全過程調(diào)度計(jì)劃，向生產(chǎn)方案中嵌入自動(dòng)化技術(shù)，促使機(jī)械生產(chǎn)管理水平得到提升。

2.2 數(shù)字化應(yīng)用

數(shù)字化應(yīng)用指的是依托自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程的機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備控制數(shù)字化，以及操作程序設(shè)定數(shù)字化，完全脫離傳統(tǒng)人工操作，促使機(jī)械加工制造的生產(chǎn)誤差得到最大限度地減少，改善機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)操作控制機(jī)械制造，依據(jù)生產(chǎn)狀態(tài)與環(huán)境條件將相關(guān)程序指令及時(shí)發(fā)送給前端設(shè)備，可避免機(jī)械生產(chǎn)效率受到不良因素的影響。一般來講，可從這些方面分析數(shù)字化機(jī)械加工的操作要點(diǎn)。

（1）全面分析機(jī)械生產(chǎn)指導(dǎo)流程，依據(jù)各環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)需求制定相應(yīng)的控制指令，以便精準(zhǔn)、高效地生產(chǎn)復(fù)雜機(jī)械零部件，促使機(jī)械生產(chǎn)制造控制效率得到提升。

（2）當(dāng)一個(gè)周期的生產(chǎn)制造任務(wù)完成后，數(shù)控程序會(huì)重新回到周期原點(diǎn)，這樣下一周期的生產(chǎn)工作能夠自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行，避免產(chǎn)生額外的工作量。

（3）基于自動(dòng)化技術(shù)的支持，機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備能夠依據(jù)前期設(shè)計(jì)模型自動(dòng)生產(chǎn)相關(guān)的元件部件，不但工作效率得到提升，作業(yè)人員的勞動(dòng)壓力也顯著減輕[4]。

2.3 虛擬化應(yīng)用

虛擬化應(yīng)用指的是依托自動(dòng)化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等將前期設(shè)計(jì)、中期制造、后期檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)的虛擬數(shù)據(jù)模型建立起來，虛擬化管理機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程。虛擬化應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，能夠打破現(xiàn)實(shí)不良條件的制約，有助于提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造管理水平。在具體實(shí)踐中，可利用大數(shù)據(jù)信息模型對(duì)機(jī)械小零件、小部件等進(jìn)行模擬，且于虛擬化條件下全面評(píng)估局部機(jī)械設(shè)計(jì)制造狀況，促使自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用效果得到保證。同時(shí)，將自動(dòng)化技術(shù)深入應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)、制造以及操作等各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與評(píng)估，集成管理相關(guān)的信息數(shù)據(jù)。最后模擬分析經(jīng)過改造與調(diào)整的機(jī)械制造結(jié)構(gòu)，促使機(jī)械零部件設(shè)計(jì)制造的直觀性得到提升[5]。近年來，隨著自動(dòng)化等先進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展，操作人員與虛擬環(huán)境之間的實(shí)時(shí)交互已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，基于傳感器的支持，能夠?qū)⑷抡娴纳a(chǎn)環(huán)境創(chuàng)造出來，有助于控制企業(yè)機(jī)械生產(chǎn)成本，提升企業(yè)生產(chǎn)制造效率。

2.4 智能化應(yīng)用

近年來，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域開始融合應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)與人工智能等先進(jìn)技術(shù)，大幅提升了機(jī)械設(shè)計(jì)制造效率和質(zhì)量。智能機(jī)械制造目前已成為研究和發(fā)展的重點(diǎn)，通過交叉應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、人工智能等一系列先進(jìn)技術(shù)，可持續(xù)優(yōu)化智能化機(jī)械加工制造系統(tǒng)，將控制對(duì)象不必要的程序去除掉，避免機(jī)械加工制造受到意外因素的不利影響，促使提質(zhì)增效的目標(biāo)得到順利實(shí)現(xiàn)。以汽車生產(chǎn)為例，企業(yè)可依托人工智能技術(shù)將專家思維錄入到機(jī)械生產(chǎn)過程中，借助于智能芯片系統(tǒng)對(duì)機(jī)械制造過程進(jìn)行控制，促使制造質(zhì)量得到保證。同時(shí)，基于自動(dòng)化智能化技術(shù)的支持，智能感應(yīng)、智能分析也可順利實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而高效、全面地監(jiān)測(cè)機(jī)械制造過程，依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境條件對(duì)生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整[6]。

2.5 柔性化應(yīng)用

柔性化應(yīng)用指的是依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)方案、生產(chǎn)技術(shù)等統(tǒng)籌管理機(jī)械生產(chǎn)制造的原材料儲(chǔ)存運(yùn)輸系統(tǒng)、各類設(shè)備等，以便促使不同生產(chǎn)方案的實(shí)際需求得到滿足。柔性化自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)是成組技術(shù)，其可結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求分組處理加工對(duì)象?；诔山M技術(shù)的支持，柔性化系統(tǒng)能夠高效調(diào)用各類加工材料，排列運(yùn)輸盒。通常情況，柔性信息系統(tǒng)具有倒三角形的信息控制結(jié)構(gòu)，依托計(jì)算機(jī)設(shè)備高效處理、調(diào)用相關(guān)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)械制造過程，且依據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息對(duì)后續(xù)的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。此外，柔性自動(dòng)化存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠拓展安置與運(yùn)輸粗加工零部件、生產(chǎn)制造設(shè)備、生產(chǎn)線廢料等，利用工業(yè)機(jī)器人快速搬運(yùn)上述材料，促使材料運(yùn)輸調(diào)配的自動(dòng)化得到實(shí)現(xiàn)。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的發(fā)展建議

3.1 重視機(jī)械設(shè)備的引進(jìn)和管理

為將自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值充分體現(xiàn)出來，需結(jié)合機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造需求，積極引進(jìn)相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，做好機(jī)械設(shè)備的管理工作，為機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的順利推進(jìn)提供支持。其中，資金是順利引進(jìn)機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)要充分認(rèn)識(shí)到自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，結(jié)合自身實(shí)際生產(chǎn)情況和發(fā)展需求，加大資金投入力度，對(duì)機(jī)械設(shè)備采購計(jì)劃科學(xué)制定，以便有序、完善地配置相關(guān)設(shè)備。當(dāng)完成機(jī)械設(shè)備采購活動(dòng)后，企業(yè)要規(guī)范安裝相應(yīng)機(jī)械設(shè)備，對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行配套設(shè)施進(jìn)行完善，以便順利實(shí)施機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造工作。

3.2 加強(qiáng)專業(yè)人才的培養(yǎng)

現(xiàn)階段，專業(yè)人才短缺是制約機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化發(fā)展的重要因素。因此，為推動(dòng)我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的整體發(fā)展，拓展自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的應(yīng)用深度與廣度，需切實(shí)加強(qiáng)專業(yè)人才培養(yǎng)工作，從人才角度促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。在具體實(shí)踐中，可從這些方面著手。

（1）積極聯(lián)合地方高校，依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化發(fā)展對(duì)專業(yè)人才的需求，聯(lián)合制定人才培養(yǎng)方案，將高校的師資資源、教學(xué)資源等充分利用起來，培養(yǎng)出符合機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化發(fā)展需求的高素質(zhì)、高技能人才。

（2）積極聯(lián)合科研機(jī)構(gòu)，對(duì)科研結(jié)構(gòu)的人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行學(xué)習(xí)和借鑒，及時(shí)更新和調(diào)整人才培養(yǎng)計(jì)劃。在專業(yè)人才培養(yǎng)過程中，可將科研機(jī)構(gòu)優(yōu)秀研發(fā)人員邀請(qǐng)過來，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的應(yīng)用要點(diǎn)、發(fā)展方向等進(jìn)行詳細(xì)講解，逐步提升人員的能力水平。此外，要進(jìn)一步健全獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，引導(dǎo)其他社會(huì)企業(yè)等相關(guān)主體共同參與到人才培養(yǎng)中，促使機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造的研發(fā)、操作隊(duì)伍不斷壯大。

3.3 堅(jiān)持綠色發(fā)展理念

機(jī)械產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，雖然帶動(dòng)了國民經(jīng)濟(jì)的整體進(jìn)步，但也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染與能源消耗問題。近年來，國家高度重視生態(tài)文明建設(shè)工作，深入落實(shí)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)方案，要求進(jìn)一步降低機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程的環(huán)境污染與能源消耗。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化發(fā)展過程中，要深入貫徹綠色發(fā)展理念，不斷提升節(jié)能環(huán)保水平。在自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展過程中，需著重研究如何減少材料消耗、控制生產(chǎn)污染等。通過融合自動(dòng)化技術(shù)與環(huán)保理念，促使機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展得到實(shí)現(xiàn)。

3.4 深入研發(fā)核心技術(shù)

與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國在機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化方面還面臨著核心技術(shù)支撐不足等問題，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展造成了不利影響。面對(duì)這種情況，要進(jìn)一步加大核心技術(shù)研發(fā)力度，提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。在具體實(shí)踐中，要完善資源保障機(jī)制，投入充足的人力、財(cái)力以及物力等資源，為核心技術(shù)的研發(fā)提供支持，還要專門設(shè)立激勵(lì)引導(dǎo)政策，鼓勵(lì)相關(guān)企業(yè)、人員等深入?yún)⑴c進(jìn)來。

4 結(jié)語

自動(dòng)化技術(shù)在提升生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，可顯著推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)階段，自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域已得到深度應(yīng)用，但在發(fā)展過程中也出現(xiàn)了諸多的問題。因此，要進(jìn)一步深化對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的研究，不斷拓展自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用廣度，促使我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力得到提升。