信息技術(shù)背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化研究

張 軍

（山東綠葉制藥有限公司，山東 煙臺 264003）

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中，存在著很多的問題與不足，比如：效率低、成本高、精度差等，這些都是由于人們的思想觀念落后造成的；同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用，許多新的概念被提出，這也是導(dǎo)致我國機(jī)械制造業(yè)出現(xiàn)一系列的瓶頸現(xiàn)象的原因之一。因此要想實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的有效控制，就需要對其進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)而促進(jìn)其自動化的進(jìn)程以及生產(chǎn)力的進(jìn)一步增長。

1 研究綜述

1.1 研究背景

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備在人們的生產(chǎn)生活中的地位越來越重要，而在實(shí)際的工作中，機(jī)械設(shè)計(jì)制造的水平也成了衡量一個(gè)國家制造業(yè)的綜合實(shí)力的標(biāo)準(zhǔn)之一，因此，對機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動化進(jìn)行研究具有非常重大的意義和作用。我國的機(jī)械行業(yè)起步較晚，但是經(jīng)過改革開放的洗禮和技術(shù)的進(jìn)步，以及市場的需求等方面的因素影響下，已經(jīng)有了很大的提高和改善，并且伴著科學(xué)技術(shù)的飛速提升，使得機(jī)械的自動化程度有了顯著的增長趨勢，這主要體現(xiàn)在自動化的控制能力、智能化的操作、高精度的分析檢測等多個(gè)方向。在過去的一段時(shí)間里，由于工業(yè)的快速成長，很多企業(yè)的產(chǎn)品都需要大量的人力物力，這就導(dǎo)致許多的人工勞動力過剩，而且效率低下，嚴(yán)重制約著企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

1.2 課題的提出及目的

在當(dāng)今的時(shí)代中，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對于機(jī)械設(shè)計(jì)制造的要求也越來越高，傳統(tǒng)制造業(yè)已經(jīng)不能滿足社會的需求了，所以需要對機(jī)械設(shè)計(jì)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高生產(chǎn)效率。但是，由于我國的機(jī)械行業(yè)起步較晚，在技術(shù)上還存在很多的不足之處，因此導(dǎo)致了國內(nèi)的許多企業(yè)都無法達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)和效果，這就使得大部分的機(jī)械設(shè)備都處于閑置的狀態(tài)甚至是完全癱瘓的情況下。而在這種狀況下，自動化水平的高低就決定著一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，而自動化的程度又關(guān)系到整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文的目的就是通過對計(jì)算機(jī)的相關(guān)知識的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，分析出影響機(jī)械自動化的因素，以及如何更好地控制這些問題，并且提出建議，希望能夠?yàn)橐院蟮墓ぷ魈峁椭?，同時(shí)也為其他的科研人員起到一定的參考作用。另外，也能給大家?guī)韱l(fā)，讓他們更容易地去了解到自身的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際的案例來研究出一套適合于本學(xué)科的理論體系。

1.3 研究內(nèi)容和文章思路

本文的研究主要是基于計(jì)算機(jī)輔助的機(jī)械設(shè)計(jì)制造的應(yīng)用技術(shù)，在傳統(tǒng)的制造業(yè)中，機(jī)械設(shè)計(jì)制造的工作量大、效率低，而且在生產(chǎn)過程中需要人為干預(yù)，存在一定的危險(xiǎn)性和風(fēng)險(xiǎn)性。而利用信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的自動化，則可以有效地避免人工操作帶來的危險(xiǎn)與危害，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，減少了資源的浪費(fèi)率。本課題的研究內(nèi)容是：（1）對當(dāng)前的社會發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，了解到目前我國的機(jī)械行業(yè)的整體水平還處于一個(gè)較低的狀態(tài)；（2）針對現(xiàn)有的機(jī)械制造的特點(diǎn)以及所面臨的問題提出相應(yīng)的解決方案；（3）對未來的信息化時(shí)代的工業(yè)自動化的發(fā)展方向做出展望。

2 信息技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造概述

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為機(jī)械設(shè)計(jì)制造的現(xiàn)代化提供了重要的理論基礎(chǔ)，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過程中，利用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)手段，可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，降低了企業(yè)的成本投入，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的快速增長。在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造的工作中，由于缺乏對機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理分析，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的性能較差，影響到后期的裝配和維修，嚴(yán)重制約著制造業(yè)的進(jìn)一步推廣?；谏鲜銮闆r，本文提出一種新的思路：將先進(jìn)的信息技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)相結(jié)合，通過對現(xiàn)有的信息資源進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械的自動化控制，并結(jié)合相關(guān)的知識來解決實(shí)際的問題。這樣不僅能夠有效地提升我國的工業(yè)水平，而且還能推動國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展；同時(shí)，這種新的思維方式也能給我們的科學(xué)研究帶來很大的幫助；另外，這也是本課題的創(chuàng)新點(diǎn)。目前，國內(nèi)外對于這一領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得很多的成果，并且有一定的研究成果可供參考，但是這些研究大多數(shù)都是針對某一個(gè)行業(yè)，而不是從整體的角度來開展的研究活動。

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，并且隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動化水平也在不斷地提高與完善。機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動化主要是指利用計(jì)算機(jī)的智能化，使整個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動化，從而達(dá)到降低人力勞動力的目的；還有就是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢來進(jìn)行信息的收集、處理以及傳輸，這樣就可以大大地減少人工成本，同時(shí)還能夠提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造的效率；最后還能通過對機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來完成產(chǎn)品質(zhì)量上乘。目前，我國大部分企業(yè)都使用了計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，但是這些系統(tǒng)都存在著一定的局限性，比如說，如果需要對其進(jìn)行改造，就必須要重新安裝或者更換，這不僅增加了工作量，而且還會影響到后期運(yùn)行維護(hù)[1]。另外一個(gè)問題是，由于很多軟件都是基于傳統(tǒng)制造業(yè)而開發(fā)出來的，沒有考慮到市場需求，所以導(dǎo)致許多功能不能完全發(fā)揮，最終造成資源浪費(fèi)。

3 信息技術(shù)背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化應(yīng)用路徑分析

3.1 信息技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造的組織機(jī)構(gòu)

從機(jī)械設(shè)計(jì)制造的組織結(jié)構(gòu)上來看，傳統(tǒng)意義上的設(shè)計(jì)制造主要是由技術(shù)人員進(jìn)行的手工操作，在這種情況下，效率非常低下，并且容易出現(xiàn)失誤，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，必須要采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，這樣才能夠保證機(jī)械設(shè)計(jì)制造的質(zhì)量以及產(chǎn)量。但是隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，通過計(jì)算機(jī)的輔助作用，機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的人員可以更加輕松地進(jìn)行自動化控制管理，從而提高了機(jī)械產(chǎn)品的加工速度，降低了企業(yè)的人工成本，同時(shí)也提升了工作的安全性與可靠性。從當(dāng)前的角度分析，為了實(shí)現(xiàn)對機(jī)械的智能化、信息化，就需要引入新的科技手段，這也是一種趨勢。利用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)來完成對自動化的改造和創(chuàng)新，不僅能有效地節(jié)約人力，還能減少資源的浪費(fèi)；另外，還能促進(jìn)我國的工業(yè)發(fā)展，使其朝著現(xiàn)代化的方向前進(jìn)。

3.2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝

對于機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中的工藝流程，主要是指機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及機(jī)械的材料選擇。在進(jìn)行機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮不同的影響因素，比如說在進(jìn)行零件的加工時(shí)，要保證其具有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還要確保其有一定的硬度和耐磨性。除此之外，還需注意到，在對機(jī)械的零部件進(jìn)行組裝的時(shí)候，要對其表面的粗糙度有一個(gè)合理的控制要求，這樣才能夠使整個(gè)的操作更加的安全、穩(wěn)定，并且還能提高產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)效率[2]。另外，在對機(jī)械設(shè)備的整體參數(shù)的確定上，也應(yīng)該充分地結(jié)合實(shí)際的情況，例如，如果是比較復(fù)雜的工作環(huán)境，那么就可以采用模塊化的方法來實(shí)現(xiàn)，而不是將所有的部件都集中在一起，從而達(dá)到簡化的目的；而當(dāng)面對較為繁瑣的任務(wù)時(shí)，則可采取簡單的方式將那些不重要的部分去掉，然后再通過重新組合的形式來完成。

3.3 信息技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量保證

目前，我國在機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動化方面的技術(shù)還比較落后，很多企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量都不能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)要求，因此，需要引進(jìn)國外的先進(jìn)設(shè)備，來進(jìn)行自主研發(fā)，從而提高機(jī)械的自動化程度，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械的自動化控制。（1）在機(jī)械的設(shè)計(jì)制造過程中，要不斷地完善和改進(jìn)現(xiàn)有的工藝流程，使其能夠滿足現(xiàn)代社會的需求；（2）要加強(qiáng)對計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與推廣，利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢來促進(jìn)信息的傳輸與共享，使整個(gè)行業(yè)的信息化水平得到有效的提升；（3）要充分地發(fā)揮出計(jì)算機(jī)的作用以及特點(diǎn)，通過軟件的開發(fā)來完成對數(shù)據(jù)的處理工作，并將其應(yīng)用于實(shí)際的操作當(dāng)中，這樣可以大大地縮短工作人員對于故障診斷、維修等步驟，降低了錯誤率，也減少了不必要的浪費(fèi)時(shí)間，同時(shí)也會增加人們對于機(jī)械使用的安全性及穩(wěn)定性?？傊挥邪研畔⒓夹g(shù)融入機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，才能真正意義上解決傳統(tǒng)工業(yè)所帶來的問題并取得更好的發(fā)展效果。

4 信息技術(shù)背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化應(yīng)用策略

4.1 信息技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造的基本要求

在計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助下，通過對現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行改造，使其更加智能化，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對不同的零部件之間的信息交流，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的工作質(zhì)量，降低了生產(chǎn)的成本以及勞動強(qiáng)度，同時(shí)也大大地縮短了產(chǎn)品從研發(fā)到批量的生產(chǎn)時(shí)間。

4.1.1 科學(xué)性

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造的時(shí)候，需要根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，來對其各個(gè)部分的工作原理和技術(shù)參數(shù)做出合理的選擇和優(yōu)化，并且還要對機(jī)械的整體結(jié)構(gòu)，以及零部件的具體性能作出分析，這樣才能使整個(gè)機(jī)械的質(zhì)量得到保障。

4.1.2 系統(tǒng)性

在對計(jì)算機(jī)的應(yīng)用上，要能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的共享性，而且還能保證機(jī)器的運(yùn)行效率，同時(shí)也能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。所以，對于一個(gè)企業(yè)來說，必須要有一套完整的信息管理系統(tǒng)，只有這樣才可以確保產(chǎn)品的正常生產(chǎn)，從而促進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。

4.1.3 先進(jìn)性、實(shí)用性

隨著時(shí)代的不斷前進(jìn)，社會科技的飛速成長，人們已經(jīng)逐漸步入了信息化的階段，而我們的國家也越來越多地使用智能化的設(shè)備來輔助人類的生活與學(xué)習(xí)，因此這就要求設(shè)計(jì)者們的思想更加的前衛(wèi)、創(chuàng)新，并充分地利用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)來幫助他們完成任務(wù)。

4.2 信息技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動化方案

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中，需要人工進(jìn)行操作，這樣不僅浪費(fèi)人力，而且效率低下，不利于生產(chǎn)的發(fā)展和進(jìn)步。在這種情況下，為了提高機(jī)械設(shè)計(jì)的自動化程度，就必須要對機(jī)械設(shè)備的自動化水平不斷地提升和完善，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以有效地解決這一問題。

在實(shí)際的工作中，利用先進(jìn)的傳感器、微電子等相關(guān)的科學(xué)技術(shù)來對機(jī)械的結(jié)構(gòu)、尺寸等信息實(shí)現(xiàn)智能化的控制和管理，從而達(dá)到降低成本的目的；還能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上，使整個(gè)系統(tǒng)更加的穩(wěn)定安全，并且還能保證機(jī)器的正常運(yùn)行。目前，我國大部分的企業(yè)都已經(jīng)使用了基于傳感網(wǎng)絡(luò)的虛擬化控制系統(tǒng)，但是這些方法都存在一定的弊端，主要是由于傳感網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性能，使得其的可靠性較差，所以導(dǎo)致了其的推廣度較低。而隨著現(xiàn)代的科技以及互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，這也為工業(yè)自動化帶來了巨大的改變與突破，同時(shí)也為機(jī)械的自動化提供了一個(gè)良好的平臺環(huán)境。

4.3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造規(guī)劃

機(jī)械設(shè)計(jì)制造的規(guī)劃主要是對機(jī)械設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇，在整個(gè)的設(shè)計(jì)過程中，需要對機(jī)械的整體布局和生產(chǎn)工藝等方面的內(nèi)容有一定的了解并做出相應(yīng)的調(diào)整方案，這樣才可以保證機(jī)械的順利運(yùn)轉(zhuǎn)。

在實(shí)際的工作中，很多時(shí)候會出現(xiàn)一些問題，例如，會影響到產(chǎn)品的質(zhì)量以及產(chǎn)量，甚至還會導(dǎo)致報(bào)廢。所以，要想實(shí)現(xiàn)良好的發(fā)展，就必須要制定合理的計(jì)劃來提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。對于機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先就是要根據(jù)具體的情況來確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案；然后再通過不斷的分析和總結(jié)，找到最適合的一種方法，最后再將其運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中[3]。在這個(gè)過程中，應(yīng)該注意以下幾個(gè)原則：（1）科學(xué)性：即要求設(shè)計(jì)者能夠做到理論與技術(shù)的完美結(jié)合，并且還能正確地處理好各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)系；（2）系統(tǒng)性：也就是說，每一個(gè)步驟都有其相對應(yīng)的目的或者任務(wù)，只有將這些目標(biāo)逐個(gè)落實(shí)，才能有效地提升機(jī)械的效率。

4.4 機(jī)械CAD 程序

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是指利用現(xiàn)代的技術(shù)和工具，來進(jìn)行機(jī)械的設(shè)計(jì)制造工作，在整個(gè)的設(shè)計(jì)過程中，需要對機(jī)械的結(jié)構(gòu)、零件以及零部件的尺寸、形狀還有強(qiáng)度等方面的數(shù)據(jù)信息加以分析，并通過一定的處理方式，將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換成機(jī)器可以識別的模型，然后再將其轉(zhuǎn)化為可識別的語言文件。

在實(shí)際的生產(chǎn)中，經(jīng)常使用的方法有：（1）直接加工法。這種方法就是把機(jī)械設(shè)備的三維造型建立起來，再根據(jù)圖紙的要求對其進(jìn)行修改，這樣就能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造。（2）逆向開發(fā)法。這是一種比較先進(jìn)的軟件操作的方法，它是指用一些新的機(jī)械部件，比如：裝配圖，運(yùn)動原理的模擬仿真，從而得到理想的結(jié)果；也被稱為虛擬化的方法；也被叫做并行工程。（3）模塊化建模。這主要是因?yàn)镃AD的功能非常的強(qiáng)大，它能夠把復(fù)雜的問題分解，并且還能使不同的對象之間的關(guān)系變得清晰明了，而且還能提高效率。

4.5 機(jī)械設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)體系架構(gòu)

整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)體系架構(gòu)的構(gòu)建，主要是由以下幾個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)的：（1）機(jī)械設(shè)計(jì)制造的信息管理平臺。這個(gè)軟件的作用就是能夠?qū)C(jī)械設(shè)備的各個(gè)部分進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)化處理，并且通過對這些信息的分析和整合，可以為接下來的優(yōu)化工作提供有效的支持和參考。（2）自動化控制系統(tǒng)。在自動化控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合了計(jì)算機(jī)的智能化功能，利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢來完成對生產(chǎn)的監(jiān)控以及調(diào)整，從而達(dá)到提高效率的目的；同時(shí)還需要借助先進(jìn)的傳感器、微控制器等，使其在自動檢測的過程中，能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題并做出相應(yīng)的解決措施，保證產(chǎn)品質(zhì)量。（3）工業(yè)機(jī)器人。隨著社會的發(fā)展與進(jìn)步，人類開始逐漸地進(jìn)入了“人機(jī)交互”的時(shí)代當(dāng)中，這就促使著我們必須不斷地融入“人機(jī)協(xié)作”的行列之中，這樣才能更好地適應(yīng)現(xiàn)階段的科技潮流。

5 結(jié)語

本論文主要研究了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的信息化與自動化，通過對機(jī)械設(shè)計(jì)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，并結(jié)合當(dāng)前社會的發(fā)展趨勢，提出了具有針對性的解決方案和方法，從而提高我國的機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平，為促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展提供必要的幫助與支持。