智能機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動化特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢

宋躍茹，孫瑤龍，梁青良，張伯洪

（1.浙江萬豐奧威汽輪股份有限公司，浙江紹興 312500；2.新昌縣弘悅機(jī)械有限公司，浙江紹興 312500）

1 智能機(jī)械制造概述

相對傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造，智能機(jī)械設(shè)計(jì)制造的流程相對更有條理，不會因人為原因造成人工延誤，同時因傳統(tǒng)制造業(yè)對員工實(shí)操規(guī)范的培訓(xùn)與監(jiān)督導(dǎo)致人工成本增大，且工人從培訓(xùn)到上崗實(shí)操需要很長的時間，這也會影響生產(chǎn)效率，而自動化可以更高效、更快捷地完成相關(guān)生產(chǎn)任務(wù)，既能省時省力，又能規(guī)范操作，大幅提高了機(jī)械制造的效率。智能機(jī)械設(shè)計(jì)、制造和自動化的特點(diǎn)還包括安全方面，比較傳統(tǒng)的半自動化機(jī)器在工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，大多采用人工操作，最終成品的好壞與人工操作的水平息息相關(guān)，如果因?yàn)槿斯こ霈F(xiàn)錯誤，可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。機(jī)械制造的工作復(fù)雜，技術(shù)磨合生產(chǎn)周期都比較長，從機(jī)械設(shè)計(jì)到制造生產(chǎn)流程存在著很多的必須注意的細(xì)節(jié)問題，而這些問題很容易被人忽視，由此引發(fā)一系列問題，導(dǎo)致在機(jī)械制造的過程中出現(xiàn)一些事故，并因?yàn)檫@些事故嚴(yán)重威脅生產(chǎn)人員的人身安全，但是在智能機(jī)械時代的背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都依賴于智能機(jī)器和設(shè)備，可以通過監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制的協(xié)作，將設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與制造環(huán)節(jié)無縫連接，可以通過數(shù)據(jù)傳輸對生產(chǎn)行為進(jìn)行實(shí)時控制，從而保證了整個生產(chǎn)過程的安全，降低了故障發(fā)生的可能性。采用智能機(jī)械制造的新型生產(chǎn)方式，彌補(bǔ)了人工操作的缺陷，并且由于其擁有的智能事故風(fēng)險(xiǎn)管控功能，在發(fā)生生產(chǎn)問題時還可以及時作出相應(yīng)應(yīng)急響應(yīng)，使得生產(chǎn)過程中工人的安全可以得到進(jìn)一步的保障。

2 智能機(jī)械制造的優(yōu)勢

2.1 提高生產(chǎn)效率

采用智能機(jī)械制造會對機(jī)械制造帶來許多好處，其中之一便是提高生產(chǎn)效率，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式其主要特點(diǎn)是勞動力需求量大、生產(chǎn)效率低、故障率高等問題，因此會對機(jī)械制造企業(yè)在產(chǎn)品生產(chǎn)的效率和質(zhì)量方面產(chǎn)生不小的負(fù)面影響，而智能機(jī)械制造以機(jī)械設(shè)計(jì)和生產(chǎn)自動化為主，打破了傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式的局限，在提高勞動生產(chǎn)率的同時還降低了產(chǎn)品的誤損率，在改變傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)模式的同時還優(yōu)化提升了產(chǎn)品質(zhì)量，大幅降低了企業(yè)在人工方面的支出。

2.2 提高生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性

智能機(jī)械設(shè)計(jì)制造和自動化生產(chǎn)可以顯著提升工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性，變相提高了生產(chǎn)流程的安全性，利用先進(jìn)的技術(shù)為依托，加強(qiáng)了設(shè)備的靈敏度，將機(jī)械生產(chǎn)的全流程進(jìn)行對接，全方位掌控生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如果出現(xiàn)生產(chǎn)問題，可以及時發(fā)出預(yù)警指令，給相關(guān)技術(shù)人員預(yù)留一定時間來采取適當(dāng)?shù)募m正措施，并提示相關(guān)人員采取措施的相關(guān)內(nèi)容。

2.3 延長設(shè)備的使用壽命

無論是手工的生產(chǎn)方式還是機(jī)器的生產(chǎn)方式，都不可能改變機(jī)器實(shí)際的壽命，但是在作業(yè)方法節(jié)省的生產(chǎn)時間越多，在此基礎(chǔ)上就越能獲得更大的實(shí)用價值。使用智能機(jī)械制造的生產(chǎn)模式可以使工廠自動化生產(chǎn)產(chǎn)品，生產(chǎn)的過程也更加靈活。

2.4 優(yōu)化機(jī)械自動化產(chǎn)品的性能

我國機(jī)械制造企業(yè)在自動化生產(chǎn)領(lǐng)域還有一定差距，在許多領(lǐng)域的生產(chǎn)環(huán)節(jié)仍是以半自動模式為主。采用全自動化智能的機(jī)械生產(chǎn)模式，有效減少了企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的物質(zhì)資源浪費(fèi)，尤其是在當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)和競爭加劇的情況下，如何有效降低成本成為制造業(yè)提高競爭力的關(guān)鍵所在。智能機(jī)械設(shè)備通過自動控制系統(tǒng)控制相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行，具有自動診斷功能，還可以提供報(bào)警信息，并具備事故防控?cái)?shù)據(jù)庫，通過系統(tǒng)的定期更新，對產(chǎn)品的功能性和性能不斷優(yōu)化，來保障產(chǎn)品生產(chǎn)過程的科學(xué)性。

2.5 完善監(jiān)控系統(tǒng)

智能機(jī)械自動化制造模式通過計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的輔助，可以靈活高效地對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)所使用到的智能設(shè)備進(jìn)行編程工作，通過程序的執(zhí)行，逐漸簡化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中較為復(fù)雜、難度系數(shù)較大的工作，減少人工控制的環(huán)節(jié)，從而盡量減少人工控制過程中可能出現(xiàn)的危害，確保整個生產(chǎn)過程的安全。例如在實(shí)際操作中，使用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可以根據(jù)計(jì)算機(jī)的監(jiān)控程序提前輸入指令，來提高生產(chǎn)效率。很多較為傳統(tǒng)的機(jī)器設(shè)計(jì)和制造對人力資源的依賴程度很高，因此在制造過程中也需要人工方法來執(zhí)行相關(guān)操作，一些錯誤或告警也需要人工檢測才能解決。自動化的智能機(jī)械制造模式可以徹底解決這些問題，自動化智能機(jī)械在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)模式中，內(nèi)部監(jiān)控系統(tǒng)相對具有更顯著的優(yōu)勢，因?yàn)閮?nèi)部監(jiān)控可以及時檢查和管理零件，可以在更短的時間內(nèi)找到錯誤位置和具體原因，并且在找到問題的同時分析出可靠的解決途徑，方面維護(hù)人員對其進(jìn)行修復(fù)，確保生產(chǎn)項(xiàng)目的安全。

2.6 環(huán)保性高

工業(yè)行業(yè)在制造相關(guān)產(chǎn)品時必須使用許多原材料，為了保證生產(chǎn)的效率，必須嚴(yán)格控制其制造質(zhì)量，以避免出現(xiàn)大量低質(zhì)量不合格的產(chǎn)品，導(dǎo)致原材料的過度消耗。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程因其人為因素的制約以及工序的復(fù)雜，很容易造成人工和原材料的雙重浪費(fèi)，也不符合近年來我國所倡導(dǎo)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展的工業(yè)生產(chǎn)理念。自動化智能機(jī)械設(shè)計(jì)制造模式在生產(chǎn)過程中采用大量自動化控制技術(shù)，來避免因操作人員失誤造成的生產(chǎn)誤差，從而減少生產(chǎn)過程對生產(chǎn)質(zhì)量的影響，降低生產(chǎn)過程中的原材料浪費(fèi)。使用自動化生產(chǎn)技術(shù)，可大幅節(jié)省生產(chǎn)材料，此外機(jī)械加工過程消耗大量能源，在使用原材料時會釋放廢料，大量不合格產(chǎn)品的出現(xiàn)，不僅意味著生產(chǎn)成本的增加，還會導(dǎo)致能源消耗和廢棄物排放量的增加，如果直接處理機(jī)器生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢物，將會對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成非常嚴(yán)重的污染問題，并造成一系列的間接損失。為保護(hù)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，我國對工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)出臺了嚴(yán)格的環(huán)保規(guī)定，為此各廠商都投入了大量資金用于減少工業(yè)污染，自動化智能機(jī)械制造的生產(chǎn)模式不僅可以實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品生產(chǎn)的精確控制，還可以結(jié)合先進(jìn)的綠色生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)污染的精確控制與管理，有效減少生產(chǎn)過程中的廢物排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的國家戰(zhàn)略目標(biāo)。

3 智能機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動化存在的問題

（1）該類技術(shù)推廣落實(shí)不徹底?？傮w上國內(nèi)制造行業(yè)在積極轉(zhuǎn)型，智能機(jī)械自動化制造業(yè)正在逐步取代傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，就總體發(fā)展趨勢而言，雖然覆蓋面不斷擴(kuò)大，但實(shí)行的層次較淺。國內(nèi)工廠自動化現(xiàn)代化更新進(jìn)程還面臨著不小的挑戰(zhàn)，智能機(jī)械制造和工廠自動化在需求和重要性上，還沒有全面有效地普及，一些工廠對提高經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的認(rèn)知有限，導(dǎo)致新技術(shù)在推廣過程中出現(xiàn)的問題更多，由于缺乏長期對新技術(shù)的接觸，這些工廠在適應(yīng)智能機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化方面還有不短的磨合期，在全自動化生產(chǎn)的關(guān)鍵領(lǐng)域，其技術(shù)還需要不斷改進(jìn)，因此國內(nèi)智能機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動化的發(fā)展速度低，也沒有專業(yè)人才的支持，對合適資源的傾向還需要一段時間的熟悉。

（2）存在重大的技術(shù)差異。計(jì)算機(jī)輔助智能機(jī)械設(shè)計(jì)制造的先決條件是對現(xiàn)有制造設(shè)計(jì)和制造過程的全面直觀地理解，通過洞悉影響生產(chǎn)效率的相互關(guān)系，借助反復(fù)試驗(yàn)試錯過渡到自動化上，全面實(shí)現(xiàn)智能機(jī)械自動化后，企業(yè)的管理模式將會更加接近現(xiàn)代化，但由于企業(yè)面臨的具體生產(chǎn)情況和應(yīng)用機(jī)器的差異，以及企業(yè)自身的經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不同，導(dǎo)致企業(yè)之間的智能機(jī)械設(shè)計(jì)與工廠自動化技術(shù)的融合不能得出一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）相關(guān)專家和技術(shù)人員數(shù)量較少。進(jìn)行智能機(jī)械自動化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型需要一批領(lǐng)導(dǎo)能力強(qiáng)、對機(jī)械自動化設(shè)計(jì)生產(chǎn)有深刻理解、有一定工作經(jīng)驗(yàn)、懂機(jī)械生產(chǎn)模式的專業(yè)團(tuán)隊(duì)來執(zhí)行實(shí)際操作，目前我國在自動化領(lǐng)域培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人員的模式還不是很清楚，大學(xué)和企業(yè)在培養(yǎng)相關(guān)人才時，更多的是體驗(yàn)式，不會擴(kuò)大投資的規(guī)模和范圍，導(dǎo)致培養(yǎng)時間充足，具備專業(yè)技能的人才稀缺，往往跟不上技術(shù)發(fā)展的步伐。此外企業(yè)對這些人才的人力資源管理缺乏重視，導(dǎo)致受過培訓(xùn)的人才與現(xiàn)有的管理模式產(chǎn)生沖突，造成專業(yè)人才的大量流失。

4 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化的發(fā)展趨勢

4.1 技術(shù)改革，環(huán)保減排

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化的發(fā)展應(yīng)面向更節(jié)能更適用的方向優(yōu)化，通過對機(jī)電一體化程度的加深，再利用機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的虛擬化?，F(xiàn)階段我國機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)及其自動化正在不斷實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的系統(tǒng)化運(yùn)作，但還需要朝著遠(yuǎn)程控制技術(shù)的方向不斷優(yōu)化。盡管智能機(jī)械生產(chǎn)的發(fā)展水平及其自動化技術(shù)都有了很大的提高，但現(xiàn)階段環(huán)境污染問題并沒有得到徹底解決，工業(yè)生產(chǎn)依舊會污染環(huán)境，嚴(yán)重威脅員工的身心健康，因此智能機(jī)械制造還需在這一方面不斷整改完善。

4.2 更加智能

將自動化生產(chǎn)與AI 緊密結(jié)合，會更有效地處理制造過程中的錯誤，并減少檢測和糾正錯誤的響應(yīng)時間，借助智能技術(shù)提高對機(jī)械工程數(shù)據(jù)的分析和處理能力，為決策提供更有意義、更準(zhǔn)確地分析結(jié)果。通過對人工智能、多功能與集成等技術(shù)的結(jié)合，機(jī)械制造業(yè)將能夠減少生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率，進(jìn)一步減輕企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營負(fù)擔(dān)。

4.3 融合數(shù)字化機(jī)械設(shè)計(jì)形式

在智能制造時代，部分對接人員對信息進(jìn)行二次加工和主觀改造，會導(dǎo)致一定程度的信息失真，在引入數(shù)字化的機(jī)械設(shè)計(jì)之后，可以實(shí)現(xiàn)信息共享。在設(shè)計(jì)過程中，利用自動化技術(shù)收集相關(guān)制造信息并將信息轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，上傳到特定平臺，利用這種數(shù)據(jù)上傳的方式避免工作人員因主觀因素來對信息進(jìn)行處理，保證信息的準(zhǔn)確性。相關(guān)部門的員工可以在信息平臺上輸入這些信息，使得獲取信息不需要面對面的線下交流，縮短了信息傳輸路徑，提高了信息通信效率。員工可以手動更新來使用自動化技術(shù)無法識別的數(shù)據(jù)，在當(dāng)前智能化時代中，數(shù)字化形式具有匯總整理信息的功能，對于產(chǎn)品的機(jī)械設(shè)計(jì)制造來說，生產(chǎn)工序較多，這意味著即使采用傳統(tǒng)的工作方式，處理數(shù)據(jù)量也比較大，并且難以整理，這樣的記錄方式效率低下的同時，由于工作人員容易受到外界環(huán)境的影響，在記錄過程中可能會出現(xiàn)各種錯誤，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，反過來影響到產(chǎn)品的后續(xù)生產(chǎn)。引入數(shù)字化設(shè)計(jì)形式，可以自動收集和組織信息，收集信息后系統(tǒng)還可以分發(fā)給相關(guān)部門提供數(shù)據(jù)信息并提醒注意事項(xiàng)。

4.4 運(yùn)用電子化圖紙

圖紙是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，只有在圖紙開發(fā)完成后，才能進(jìn)行進(jìn)一步的工作。一般的設(shè)計(jì)流程中，通常使用紙質(zhì)圖紙的方式進(jìn)行，但紙質(zhì)圖紙不可避免地會伴隨著損壞、污染、丟失等問題，并且在一些機(jī)械開發(fā)生產(chǎn)的環(huán)境比較差的地方，攜帶紙質(zhì)圖紙非常不方便。將電子圖紙與智能機(jī)械設(shè)計(jì)制造結(jié)合，可以便捷調(diào)整產(chǎn)品的外觀，當(dāng)用戶需求發(fā)生變化時，設(shè)計(jì)師需要對設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行修改，但紙質(zhì)圖紙容易被弄臟，有些圖紙還很大，無法隨時隨地完成，而電子圖紙可以隨時修改也不占空間。一些機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖應(yīng)存檔保存，但紙質(zhì)版在保存過程中容易受潮腐爛。而使用電子圖紙的優(yōu)勢：①電子圖紙?jiān)O(shè)計(jì)效率高，在智能制造時代的背景下，涌現(xiàn)了很多智能設(shè)計(jì)軟件，這些軟件都有一定的設(shè)計(jì)模式，所以減少了設(shè)計(jì)的時間，同時在繪制圖形時使用智能設(shè)計(jì)軟件會變得更加準(zhǔn)確，因?yàn)橹悄茉O(shè)計(jì)軟件受外部環(huán)境的影響較小，因此可以隨時隨地更改圖紙。②電子圖紙更便于攜帶和存放，手機(jī)和電腦已經(jīng)成為現(xiàn)代辦公的主要工具，智能制造時代，利用手機(jī)和電腦也可以進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作，如果用戶給出修改產(chǎn)品圖紙的時間較短，設(shè)計(jì)師可以直接在手機(jī)或電腦上對圖紙進(jìn)行修改。

5 結(jié)束語

與傳統(tǒng)的模式相比，智能機(jī)械設(shè)計(jì)制造的流程相對更簡便，在提升生產(chǎn)效率的同時也降低了企業(yè)的人工支出，在提高生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性、延長設(shè)備的使用壽命、優(yōu)化機(jī)械自動化產(chǎn)品的性能、完善內(nèi)部監(jiān)控系統(tǒng)和綠色環(huán)保方面有顯著優(yōu)勢，因此機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)積極引入智能機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動化的技術(shù)，培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)人才并完善人才管理制度，提升企業(yè)產(chǎn)值。