數(shù)字化設(shè)計在機械設(shè)計制造技術(shù)中的應(yīng)用

【摘要】 數(shù)字化設(shè)計在機械設(shè)計制造領(lǐng)域中的應(yīng)用取得了不錯的成績，使得機械制造的設(shè)計過程更具科學性。本文主要分析現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計在機械設(shè)計制造技術(shù)中的應(yīng)用以及發(fā)展前景，目的在于深化對數(shù)字化技術(shù)價值的認知，推動其在更多的領(lǐng)域中發(fā)揮作用，助力我國經(jīng)濟社會的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)字化設(shè)計;機械設(shè)計制造

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2022.01.016

Application of Digital Design in Mechanical Design and Manufacturing

PAN Zhi-qiang

（Huai'an Technical College of Jiangsu Province，Huai'an 223001，China）

Abstract： The application of digital design technology in the field of mechanical design and manufacturing has achieved good results，making the design process of mechanical manufacturing more scientific. This paper mainly analyzes the application and development prospect of modern digital design in mechanical design and manufacture technology，aiming at deepening the cognition of the value of digital technology，promoting it to play a role in more fields and helping the development of China's economy and society.

Key words： digital design;mechanical design and manufacturing

數(shù)字技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，已經(jīng)成為社會生產(chǎn)發(fā)展不可或缺的技術(shù)支柱。有關(guān)數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的應(yīng)用較為常見，探討該方面的相關(guān)問題具有積極的現(xiàn)實意義，能夠為我國機械設(shè)計制造行業(yè)提供一定的借鑒。

1 數(shù)字化設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵、特點分析

就目前發(fā)展形勢而言，我國十分重視科技創(chuàng)新，因此，今后必然會出現(xiàn)更多的新興技術(shù)，這為機械設(shè)計制造行業(yè)的發(fā)展提供了良好的契機，同時也是數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的重要動力所在。尤其是在機械制造領(lǐng)域，一些大型自動化高精度機械設(shè)備的出現(xiàn)，都是建立在數(shù)字化設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)之上。數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用不僅使機械結(jié)構(gòu)更加復雜，并且在生產(chǎn)效率方面都實現(xiàn)了大幅的提升。

1.1 數(shù)字化設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵

計算機技術(shù)和產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)合衍生出數(shù)字設(shè)計技術(shù)，因此，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)同樣屬于輔助計算機設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域。伴隨著相關(guān)技術(shù)水平的不斷提高，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)整體水平也有了明顯的提升，并且其應(yīng)用范圍十分廣泛，其中以機械設(shè)計制造行業(yè)的應(yīng)用最為常見。傳統(tǒng)的機械設(shè)計過程由設(shè)計人員負責物理模型的構(gòu)建，而使用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)之后，則可以實現(xiàn)計算機替代人工構(gòu)建產(chǎn)品模型，大幅度提高模型構(gòu)建過程的效率，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)模型數(shù)據(jù)的傳遞以及分析，切實提高模型數(shù)據(jù)的準確性。

1.2 數(shù)字化設(shè)計技術(shù)特點

數(shù)字化設(shè)計技術(shù)表現(xiàn)出的最為明顯的特征之一就是采用統(tǒng)一的產(chǎn)品定義模型。傳統(tǒng)的設(shè)計模式通常會采用不同的方法，圍繞生命周期不同的產(chǎn)品進行設(shè)計，也就意味著設(shè)計流程十分煩瑣，不僅效率低下，且容易出現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)丟失的情況。而數(shù)字化設(shè)計技術(shù)則支持所有人員共同參與到同一個產(chǎn)品的設(shè)計過程中，支持各種設(shè)計環(huán)節(jié)的同步進行。以往的產(chǎn)品設(shè)計十分重視各設(shè)計環(huán)節(jié)之間的切合性，因此無論是產(chǎn)品生產(chǎn)或者是包裝、維修，都會采用固定的程序，為了保證最終產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，通常由相同的設(shè)計團隊負責，這種設(shè)計模式的缺陷在于產(chǎn)品設(shè)計鏈條效率較低，并且不利于保障產(chǎn)品質(zhì)量。而運用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，則可以允許多個團隊及設(shè)計人員同步進行設(shè)計工作，并且設(shè)計工作脫離了時間和空間的限制，呈現(xiàn)出的設(shè)計效率更高，也減少了在設(shè)計環(huán)節(jié)的成本投入。

2 機械設(shè)計制造中常用的數(shù)字化設(shè)計技術(shù)

2.1 計算機輔助技術(shù)

計算機輔助技術(shù)是計算機輔助概念設(shè)計技術(shù)的簡稱，該技術(shù)的關(guān)鍵在于完整的邏輯理論和豐富的程式內(nèi)容。計算機輔助技術(shù)的優(yōu)勢在于其理念相對較為開放，并且所得產(chǎn)品擁有程序上的規(guī)范性特征，能夠保證最終所提供服務(wù)的優(yōu)質(zhì)性，主要適用于一些任務(wù)明確且有著詳細設(shè)計概念的設(shè)計工作。

2.2 知識工程技術(shù)

該技術(shù)在數(shù)字化設(shè)計技術(shù)中有著廣泛應(yīng)用，技術(shù)優(yōu)勢在于能夠提供十分新穎的設(shè)計方案，有利于產(chǎn)品的創(chuàng)新，并且知識工程技術(shù)還支持對當前市場競爭環(huán)境的初步估測。但是知識工程技術(shù)也存在著一定的缺陷，由于該項技術(shù)更多依賴于新知識的加入，對于以往工作過程中獲得的實踐經(jīng)驗反而不重視。目前知識工程技術(shù)主要應(yīng)用于人工智能領(lǐng)域，除了用于預測技術(shù)發(fā)展方向之外，還可以用于新技術(shù)的研發(fā)，同樣在機械設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)中也發(fā)揮著重要作用。

2.3 虛擬原型技術(shù)

在最近幾年中可以被稱作先鋒的數(shù)字化技術(shù)就是虛擬原型技術(shù)。該技術(shù)實現(xiàn)了多種技術(shù)的優(yōu)勢融合，包括CAD、CAE和CAM等，因此，其適用范圍十分廣泛。通常虛擬原型技術(shù)需要遵循從上到下的開發(fā)模式進行運作，在進行機械設(shè)計制造的過程中，關(guān)于虛擬原型技術(shù)的應(yīng)用較多，可以在多個環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用，甚至能夠改變產(chǎn)品的生命周期，實現(xiàn)設(shè)計和生產(chǎn)過程的融合。

2.4 產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計

伴隨著整體經(jīng)濟環(huán)境變化，機械制造行業(yè)所面臨的市場競爭也在不斷惡化，因此機械制造企業(yè)迫切需要提高自身的競爭實力，這就涉及在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。協(xié)同設(shè)計的主要優(yōu)勢是基于海量數(shù)據(jù)庫資源篩選出最為合適的數(shù)據(jù)用于生產(chǎn)設(shè)計。例如，企業(yè)可以使用數(shù)據(jù)庫中關(guān)于零部件的各種數(shù)據(jù)進行定期更新，除了保證生產(chǎn)設(shè)計所使用數(shù)據(jù)的時效性之外，也可以大幅度提高各種零部件的設(shè)計水準。另外企業(yè)也可以協(xié)調(diào)零部件供應(yīng)商，從中獲得關(guān)于零部件的各種數(shù)據(jù)，儲存在企業(yè)的自身服務(wù)器中，方便設(shè)計工作時使用，大幅度節(jié)省零部件數(shù)據(jù)更新所消耗的時間，實現(xiàn)設(shè)計效率提升的同時，也節(jié)約了成本。

3 數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計中的具體應(yīng)用

3.1 應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造中

作為我國基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)之一的農(nóng)業(yè)，歷來備受社會各界的關(guān)注，政府方面也給予了農(nóng)業(yè)發(fā)展的高度重視，尤其是21世紀以來，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中所使用的各種先進技術(shù)類別不斷增加，大型機械設(shè)備進入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域使得農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率大幅度提升，逐漸取代傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)方式，表現(xiàn)出自動化、智能化特征。運用農(nóng)業(yè)機械設(shè)備，能夠解放大量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動力，帶動生產(chǎn)效率的提升。通過計算機輔助技術(shù)，能夠高效地完成相關(guān)機器設(shè)備的設(shè)計工作，同時還能夠應(yīng)用于產(chǎn)品功能的估測，檢驗各類機械設(shè)備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的具體功效，以此保證最終制造出的農(nóng)業(yè)機械運行效能最佳。

3.2 應(yīng)用到工業(yè)機械設(shè)計制造中

工業(yè)一直是我國經(jīng)濟體系的重要支柱，近幾年，國內(nèi)的工業(yè)發(fā)展進程不斷加速，儼然成為判斷我國綜合實力的重要指標。工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字化設(shè)計技術(shù)應(yīng)用是對機械設(shè)備的設(shè)計水平進行提升。本文以工業(yè)領(lǐng)域的礦山機械設(shè)備生產(chǎn)制造為例，在該領(lǐng)域的數(shù)字化設(shè)計技術(shù)應(yīng)用方向主要集中在對各類礦山生產(chǎn)機械設(shè)備的規(guī)范性檢測以及結(jié)構(gòu)檢測等，以此保證礦山機械設(shè)備在設(shè)計方面的科學性以及嚴謹性，提高其性能水平，更好地應(yīng)用于惡劣復雜的生產(chǎn)環(huán)境中。

3.3 應(yīng)用到汽車機械設(shè)計制造中

經(jīng)濟水平的增長使得越來越多的家庭擁有了汽車，近幾年國內(nèi)汽車市場不斷擴大，汽車行業(yè)快速增長。而在汽車的設(shè)計和制造中，有關(guān)數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用也十分常見。通過數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用來提高汽車的質(zhì)量，確保其對負荷需求的滿足。此外，節(jié)能環(huán)保是當前重要的發(fā)展理念，而數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，同樣有利于汽車制造中節(jié)能功能的設(shè)計，例如關(guān)于能源的最大化利用，以及減少汽車尾氣對環(huán)境的污染等，這些都是數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在汽車制造領(lǐng)域的主要應(yīng)用方向，除了推動汽車制造產(chǎn)業(yè)的向前發(fā)展之外，也能夠體現(xiàn)出對環(huán)境的保護作用。

4 數(shù)字化設(shè)計在機械設(shè)計制造技術(shù)中的發(fā)展趨勢

4.1 現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計主要發(fā)展方向

國內(nèi)的機械設(shè)計制造技術(shù)逐漸向虛擬化、智能化、簡便化方向發(fā)展，這使得其相關(guān)的各種設(shè)計技術(shù)處于持續(xù)完善狀態(tài)。受到機械設(shè)計制造技術(shù)上述發(fā)展趨勢的影響，國內(nèi)的現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計技術(shù)也呈現(xiàn)出以下的發(fā)展規(guī)律。首先，在智能化水平方面的提升，例如其相關(guān)的曲面建模、實體建模或者是大型組件設(shè)計等各項記錄都在快速發(fā)展中;其次，呈現(xiàn)出封裝接口集成應(yīng)用的發(fā)展趨勢;最后，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)和虛擬制造技術(shù)之間，將呈現(xiàn)出深度融合的發(fā)展趨勢。

4.2 注重機械協(xié)同設(shè)計

在前文已經(jīng)簡要闡述了協(xié)同技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用。可以預測的是今后機械制造行業(yè)所面臨的商業(yè)環(huán)境將不斷變化，所以更多的定制需求以及跨部門或者跨企業(yè)協(xié)同開展設(shè)備設(shè)計以及制造的情況將時常出現(xiàn)。因此，作為機械設(shè)計制造企業(yè)，就必須重視協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，才能夠更好迎合今后的商業(yè)環(huán)境，同時這也是國內(nèi)機械產(chǎn)業(yè)表現(xiàn)出的共同發(fā)展趨勢。有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，發(fā)達國家制造企業(yè)在新產(chǎn)品研發(fā)方面40%～70%的工作和合作伙伴共同完成，因此，今后的國內(nèi)機械制造企業(yè)面臨的問題，就在于如何從大量產(chǎn)品資源中選擇恰當合作伙伴，這離不開知識庫內(nèi)搜索算法的支持。對于一些國際大企業(yè)而言，實現(xiàn)資源融入服務(wù)器相對較為容易，這是因為其擁有技術(shù)優(yōu)勢，但是想要在國內(nèi)大范圍推廣顯然難度較大。對于該問題的解決策略在于供應(yīng)商可以借助自身所擁有的服務(wù)器完成配件所需的資源數(shù)據(jù)的供應(yīng)。

4.3 環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用

建設(shè)環(huán)境友好型社會是我國的發(fā)展戰(zhàn)略選擇，因此，在機械制造領(lǐng)域中環(huán)保將成為重要的發(fā)展方向。在機械設(shè)計制造過程中，通過數(shù)字化技術(shù)進行仿真實驗，結(jié)合實驗結(jié)果調(diào)整設(shè)計參數(shù)，降低機械制造過程中的能源消耗，最終制造出具有環(huán)保節(jié)能效果的機器設(shè)備，這將成為數(shù)字化設(shè)計的重要發(fā)展趨勢

5 結(jié)語

綜上所述，在新的時代背景之下，機械制造產(chǎn)業(yè)相關(guān)的設(shè)計工作也應(yīng)當緊跟時代發(fā)展步伐，以數(shù)字化和智能化作為主要發(fā)展方向，積極主動地迎接數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的融合，更好地借助該項技術(shù)的優(yōu)勢，推動機械制造的發(fā)展，在不斷追求高質(zhì)量制造工藝的同時，也為我國整體經(jīng)濟的發(fā)展提供有力支持。

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【作者簡介】

潘志強，男，1986年出生，講師，碩士，研究方向為模具制造。