信息時代機(jī)械設(shè)計制造及自動化分析

韓昌重，楊巖虎

（青海鹽湖元通鉀肥有限公司，青海格爾木 816000）

1 機(jī)械制造與自動化相結(jié)合的要點

在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式中，機(jī)械制造本身并不含有自動化的因素，但是對其主要特點進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，機(jī)械設(shè)備的制造其實是由非常多的零件組成的。這些零件往往都需要經(jīng)過大規(guī)模的生產(chǎn)，再分類進(jìn)行組裝，最后形成一個機(jī)械設(shè)備整體，而每個相同零件的生產(chǎn)方式都是一致的。在機(jī)械制造的各環(huán)節(jié)之中還會涉及到很多難度并不高但是重復(fù)性很強(qiáng)的工作，這些工作對員工的素質(zhì)水平要求也并不高。因此在這些環(huán)節(jié)中，如果能夠利用自動化的生產(chǎn)模式，將這些重復(fù)性很高的工作交給機(jī)器，不僅生產(chǎn)效率能夠提升，同時也減少了大量的人工成本。

機(jī)械制造和自動化相結(jié)合最基本的要點就是：應(yīng)當(dāng)使用自動化的方式來對那些本身難度不高、重復(fù)性強(qiáng)的工作進(jìn)行替代，在這一過程中實現(xiàn)成本的下降和生產(chǎn)效率的提升。另外，順應(yīng)信息時代和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在自動化的應(yīng)用上也應(yīng)當(dāng)更加智能，相關(guān)的工廠和企業(yè)應(yīng)當(dāng)在流水線上進(jìn)行智能化的改造，使得現(xiàn)有的設(shè)備能夠使用新的環(huán)節(jié)、設(shè)置等方式，來對生產(chǎn)效率進(jìn)行進(jìn)一步的提升。在自動化的過程中加入更多的智能化因素，推動我國的自動化技術(shù)與人工智能結(jié)合，對于整個生產(chǎn)領(lǐng)域的生產(chǎn)模式都作出進(jìn)一步的革新，實現(xiàn)中國的智能化生產(chǎn)和工業(yè)化生產(chǎn)目標(biāo)。這也是當(dāng)前中國機(jī)械制造與自動化相結(jié)合的最主要的發(fā)展目的。

2 信息技術(shù)在機(jī)械制造以及自動化之中的優(yōu)勢

2.1 提高生產(chǎn)效率

在當(dāng)前的機(jī)械制造過程之中其實有很大的優(yōu)化空間。在傳統(tǒng)模式中，機(jī)械制造實際上并沒有具備很好的系統(tǒng)性特征，各個部門之間的聯(lián)系以及不同工序之間的操縱只能通過人為手段進(jìn)行，然而在加入了信息技術(shù)之后，就能夠達(dá)到一個遠(yuǎn)程的控制效果，能夠加強(qiáng)整體工程和各個生產(chǎn)部門之間的聯(lián)系。

運(yùn)用信息技術(shù)時，可以參考當(dāng)前比較前沿的工藝，可通過計算機(jī)和機(jī)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行精確化，不僅能夠減少人工成本，同時也能夠從較為長遠(yuǎn)的角度簡化相關(guān)的生產(chǎn)流程，使生產(chǎn)內(nèi)容更加精確化和規(guī)范化，這也是信息技術(shù)運(yùn)用在機(jī)械制造之中的主要進(jìn)步意義。在自動化方面，信息技術(shù)實際上是自動化的基礎(chǔ)，只有用現(xiàn)代信息技術(shù)作為支撐，才能夠保證在整體的生產(chǎn)過程中能夠?qū)σ恍┯幸?guī)律可循的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行算法編寫，從而達(dá)到自動化的效果。在自動化領(lǐng)域中信息技術(shù)是必不可少的，這也是自動化技術(shù)能夠得以發(fā)展的重要原因之一。

自動化技術(shù)在機(jī)械生產(chǎn)之中的應(yīng)用其實也很好地提升了機(jī)械生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，能夠在更短的時間里完成更多的生產(chǎn)工作，并且很好地避免了人工操作可能會帶來的一系列誤差，把所有的無關(guān)影響都降到了最低。也能夠保證同一個生產(chǎn)部門生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量和規(guī)格大小都是相同的，從而確保了生產(chǎn)過程的規(guī)范性。能夠讓企業(yè)在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下開展更大規(guī)模的生產(chǎn)，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

2.2 提升機(jī)械制造安全性

在機(jī)械生產(chǎn)過程中，會使用到很多的切割工藝和焊接工藝，而這些環(huán)節(jié)本身就具有一定的危險性，所以在機(jī)械生產(chǎn)的過程中也應(yīng)更加注重安全問題。由于員工的技術(shù)水平參差不齊，在對員工的培訓(xùn)上也不可能做到面面俱到，因此實際操作過程中不同人員對于相同機(jī)械生產(chǎn)內(nèi)容的完成程度也不盡相同，在一些機(jī)械生產(chǎn)環(huán)節(jié)之中出現(xiàn)安全風(fēng)險的概率也會不同。

在機(jī)械制造過程中加入信息技術(shù)，提升自動化的程度，能夠從數(shù)據(jù)的角度來幫助生產(chǎn)部門更加精準(zhǔn)地完成相關(guān)的生產(chǎn)要求，機(jī)器的操作比普通勞動者要更加精確，因此在實際的生產(chǎn)中也能夠降低相關(guān)的風(fēng)險。對于一些危險系數(shù)本身就比較高的生產(chǎn)內(nèi)容，例如切割和焊接等，通過機(jī)器的方式來實現(xiàn)也能夠很好地保護(hù)工作人員的人身安全。

2.3 實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控

在傳統(tǒng)的制造模式之下，生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要有人員實時進(jìn)行監(jiān)管。但是通過現(xiàn)場監(jiān)管的方式，效率其實非常低下，也很難照顧到生產(chǎn)過程中的各個方面，這種情況就會導(dǎo)致人員的浪費，人員的技術(shù)水平也并沒有很好地發(fā)揮出來。

利用信息技術(shù)的發(fā)展可以使得生產(chǎn)過程和互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，能夠?qū)崟r地將生產(chǎn)的狀況反饋給監(jiān)管人員，監(jiān)管人員不需要到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行巡視，就能夠全面地監(jiān)控生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)，在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常的時候能夠第一時間采取相關(guān)措施。這實際上也能夠讓問題的解決變得更加的簡單、清晰，使得員工的行動力能夠更好地發(fā)揮出來，也加強(qiáng)了整體生產(chǎn)監(jiān)管過程的規(guī)范性和全面性。

3 信息技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造及自動化技術(shù)中的應(yīng)用

信息技術(shù)在當(dāng)前的機(jī)械設(shè)計制造環(huán)節(jié)及自動化技術(shù)之中的運(yùn)用程度其實很高，也對當(dāng)前的生產(chǎn)效率產(chǎn)生了很大的推動作用。下面以機(jī)械設(shè)計制造機(jī)械手的改良為例，分析信息技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造及自動化技術(shù)中的應(yīng)用。

3.1 設(shè)計目的

機(jī)械手是一種爪型設(shè)備，體型有大有小，在生產(chǎn)過程中主要是完成原料和部件抓取的過程，通過上下抓取的方式來進(jìn)行取料、送貨等功能。在生產(chǎn)過程之中使用機(jī)械手能夠提升生產(chǎn)過程中的安全性，防止工人在傳送帶或其他設(shè)備之中進(jìn)行操作時不慎發(fā)生肢體損傷。

3.2 機(jī)械手的需求

機(jī)械手不僅要滿足生產(chǎn)的需要，在生產(chǎn)過程中也應(yīng)當(dāng)考慮到機(jī)械手本身會不會對機(jī)床等基礎(chǔ)設(shè)備造成損壞，因此在上下運(yùn)動距離，抓取力度上也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行合理的設(shè)計，防止在抓取的過程中由于上下位置估計錯誤而對機(jī)床產(chǎn)生過高壓力，或是機(jī)械爪的抓取力度過強(qiáng)，或?qū)ぷ魅藛T造成誤傷等情況的出現(xiàn)。

另外在設(shè)計目的上也應(yīng)當(dāng)充分考慮企業(yè)的需求，如果本身是為了分揀而設(shè)計的機(jī)械手，就應(yīng)當(dāng)更加注重改善分辨訂單和自動分類的內(nèi)容。對于企業(yè)的需求進(jìn)行分析，再進(jìn)行改善方向的研究，能夠更好地提升機(jī)械手的性能。由于機(jī)械手的工作形式是通過檢測，判斷物品所在位置，是否已經(jīng)正確抓取，是否下放到準(zhǔn)確位置，再進(jìn)行新一輪的循環(huán)，因此在這幾個工作環(huán)節(jié)上應(yīng)當(dāng)保證機(jī)械手能夠及時地對抓取情況進(jìn)行監(jiān)測，提升其準(zhǔn)確性。

3.3 如何實現(xiàn)設(shè)計需求

3.3.1 借助計算機(jī)技術(shù)

在實際的設(shè)計過程中，信息技術(shù)的參與程度可以從計算機(jī)的技術(shù)提升上來實現(xiàn)，通過計算機(jī)對整體的運(yùn)行路徑進(jìn)行模擬，根據(jù)物品最初的位置到生產(chǎn)的目標(biāo)位置進(jìn)行路線的制定，并通過計算機(jī)算法來使得機(jī)械手能夠完成這一路徑的轉(zhuǎn)變，能夠在抓取到物品之后正確地將物品移動到事先預(yù)定好的區(qū)域內(nèi)部。

在這一過程之中引入完整且精確的計算機(jī)集成系統(tǒng)，采用計算機(jī)輔助技術(shù)，保證在立體環(huán)境之下的算法編寫能夠盡可能的嚴(yán)謹(jǐn)，保證機(jī)械手的正常運(yùn)行。并且在這一過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)模型的演練，通過多次演練的方式來檢驗猜想和假設(shè)的可能性，探究設(shè)計路徑是否能夠真正運(yùn)用到實際當(dāng)中。并且對于生產(chǎn)過程中的環(huán)境因素也通過信息的方式來賦值到整個系統(tǒng)當(dāng)中去，保證機(jī)械手在實際工作的過程中能夠盡可能地排除其他的環(huán)境干擾項，正確地完成工作內(nèi)容。

3.3.2 借助紅外技術(shù)和重力感應(yīng)技術(shù)

在機(jī)械手進(jìn)行物品抓取的過程中，需要對是否進(jìn)行正確的抓取做出正確的判斷。這一判斷可以通過相關(guān)的技術(shù)實現(xiàn)，例如在機(jī)械手中加入紅外線探測儀，在每一次抓取之后都發(fā)出紅外線，判斷在爪內(nèi)是否發(fā)生遮擋來推斷出抓取動作是否已經(jīng)完成。通過這樣的技術(shù)就能夠保證機(jī)械手在對物品的抓取項目上能夠做到萬無一失，不會出現(xiàn)空爪的情況，能夠保證物品的運(yùn)輸結(jié)果。

如果想要實現(xiàn)定量的抓取，可以使用重力感應(yīng)技術(shù)，對于抓取的內(nèi)容進(jìn)行預(yù)先設(shè)定。例如在判斷對零部件的抓取應(yīng)當(dāng)滿足幾件的時候，通過對重量進(jìn)行設(shè)定，加入重力感應(yīng)系統(tǒng)，就能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手抓取相關(guān)質(zhì)量的零部件或物體，能夠精準(zhǔn)地實現(xiàn)自動化的數(shù)量控制，在脫離人工的情況下完成定量的運(yùn)輸工作，實現(xiàn)了自動化。

3.3.3 計算機(jī)虛擬技術(shù)

在對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行設(shè)計的時候，必須要有精密的圖紙作為支撐，但是繪圖過程十分復(fù)雜，設(shè)計師如果僅僅依靠傳統(tǒng)的繪圖技術(shù)，需要對零部件的不同位置進(jìn)行全方位的繪制，并且提供多方面的角度。這種方式不僅耗費大量的精力，在展現(xiàn)模式上也并不直觀，只能從不同的平面圖或者固定視角的立體圖上進(jìn)行分析與展示。但是通過計算機(jī)虛擬技術(shù)，就能夠使用較小的內(nèi)存，用軟件運(yùn)行的形式提供非常高的數(shù)據(jù)量和運(yùn)行空間，讓設(shè)計師能夠在計算機(jī)終端上就實現(xiàn)大型的建模內(nèi)容，通過現(xiàn)有的設(shè)備將設(shè)計方案轉(zhuǎn)化成精密的數(shù)據(jù)，也能夠讓設(shè)計師對原有的設(shè)備性能和模式進(jìn)行精準(zhǔn)的分析，從而思考修改和提升的方案。

在對新的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行設(shè)計時，設(shè)計師不僅能夠直接通過建模的形式來預(yù)先觀看實際效果，也能夠直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入轉(zhuǎn)化成相對應(yīng)的圖形，保證設(shè)計內(nèi)容的各個維度清晰可見，在實際投入生產(chǎn)時也不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)的偏差和模糊的情況，能夠使得設(shè)計師的靈感完整地呈現(xiàn)出來，減少了設(shè)計方案向現(xiàn)實轉(zhuǎn)化的技術(shù)壁壘。

另外，CAD 等繪圖軟件也降低了繪圖過程的復(fù)雜性，大大減少了設(shè)計師在設(shè)計過程中耗費的時間，能夠提升實際的工作效率。與此同時，在對設(shè)計出的新設(shè)備進(jìn)行性能測試的時候，也可以利用計算機(jī)虛擬技術(shù)來構(gòu)造出一個比較貼近現(xiàn)實的生產(chǎn)環(huán)境，建立模型來進(jìn)行生產(chǎn)流程上的測驗，大大縮減了實際測試過程中可能會耗費的成本和人力物力，企業(yè)對于設(shè)備改革的試錯程度降低。這實際上也能夠推動設(shè)備的更新?lián)Q代，設(shè)計師更愿意做出嘗試來進(jìn)行設(shè)備性能上的轉(zhuǎn)變，對于設(shè)備的革新和進(jìn)步有著積極的推動作用，也能夠在很大程度上推動生產(chǎn)效率的提升。

3.3.4 仿真技術(shù)的應(yīng)用

對于一些非常精密的機(jī)械設(shè)備，想要通過人工的方式對其進(jìn)行相關(guān)的分析和掌控其實是非常困難的，數(shù)據(jù)測量的內(nèi)容非常龐大，這也會給設(shè)計師的工作帶來很大的困難，例如如果不知道原先設(shè)備的設(shè)計圖紙，在后續(xù)的改進(jìn)上就會變得難以推進(jìn)。但是仿真技術(shù)的應(yīng)用很好地解決了這一問題，仿真技術(shù)能夠通過計算機(jī)掃描的方式來得出整體掃描物的多方面數(shù)據(jù)，能夠非常精準(zhǔn)地將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來，設(shè)計師也能夠更好地利用這些數(shù)據(jù)來進(jìn)行設(shè)備性能的判斷，從而在此基礎(chǔ)上加入企業(yè)的需求，進(jìn)行改善，這一技術(shù)的應(yīng)用也能夠降低在革新過程之中遇到的困難，大大提升設(shè)計效率。

4 機(jī)械設(shè)計制造及自動化技術(shù)的改善方向

機(jī)械設(shè)計制造及自動化技術(shù)并不只是涉及到一個技術(shù)領(lǐng)域的內(nèi)容，其中包含了信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、電子集成技術(shù)等多個方面，實際上是一門綜合性非常高的學(xué)科。因此在后續(xù)的發(fā)展之中也應(yīng)當(dāng)更加注重不同領(lǐng)域技術(shù)的集合和概括，提升數(shù)據(jù)運(yùn)算能力和建模能力，從技術(shù)水平和人力水平上共同出發(fā)，實現(xiàn)技術(shù)的突破，同時重視相關(guān)人才的綜合性培養(yǎng)，才能夠保證機(jī)械設(shè)計制造及自動化技術(shù)的不斷提升。

5 結(jié)語

隨著信息時代的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)計制造及自動化與信息技術(shù)的發(fā)展程度呈現(xiàn)了緊密的關(guān)系，信息技術(shù)的高效利用，實際上推動了機(jī)械設(shè)計制造的整體生產(chǎn)效率，并且推動了當(dāng)前生產(chǎn)過程之中的自動化程度，良好的信息技術(shù)能夠給生產(chǎn)過程提供良好的技術(shù)支撐。因此，有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)更加重視信息技術(shù)的應(yīng)用和相關(guān)人才的培養(yǎng)，推動機(jī)械制造行業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高。