機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展方向研究

劉順堂

（寶雞中車時代工程機械有限公司，陜西寶雞 721003）

在機械制造與設(shè)計中，最基本的目的就是實現(xiàn)機械生產(chǎn)自動化。在機械自動化生產(chǎn)中，將現(xiàn)代科技融入其中十分重要，把兩者結(jié)合起來形成一個整體，能夠更好地服務(wù)于人類。目前，科技發(fā)展推動機械制造自動化已成為一個重要趨勢，與我國的實際情況及整體發(fā)展狀況相一致。

1 機械設(shè)計制造與自動化的特點

在機械制造中，將各種工藝技術(shù)與生產(chǎn)相結(jié)合，成為一個全面、統(tǒng)一的自動化生產(chǎn)工藝。從目前的機械設(shè)計思想觀察發(fā)現(xiàn)，要從根本上實現(xiàn)自動化，應(yīng)當做到實現(xiàn)智能化。在機械設(shè)計與自動化的結(jié)合中，最基本的就是機械性能，任何一種產(chǎn)品，都會對性能產(chǎn)生一定的影響。為使機械制造中實現(xiàn)自動化，必須注重機械的功能作用，詳細地提出對機械的需求，并將其與目標功能相聯(lián)系，從而實現(xiàn)自動化。在現(xiàn)代科技不斷發(fā)展的今天，必須將機械的主要功能特性與之相聯(lián)系，實現(xiàn)機械制造自動化。在進行系統(tǒng)的整體設(shè)計時，應(yīng)將其與機電一體化相融合，并著重于關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)[1]。

2 機械設(shè)計自動化的設(shè)計原則

在機械設(shè)計中，必須遵守客觀規(guī)律，按照項目雙方的原則進行規(guī)劃。機械設(shè)計自動化涉及范圍非常廣泛，需要各個方面之間的協(xié)調(diào)配合，所以它的第一要務(wù)就是協(xié)調(diào)，要將機械設(shè)計自動化視為一個部分，讓它與其它的系統(tǒng)融為一體。機械設(shè)計與制造不但可以與自動化技術(shù)相結(jié)合，極大地降低了人力，使資源得到有效的利用，而且可以推動我國各行各業(yè)的發(fā)展，機械設(shè)計制造自動化已被越來越多地應(yīng)用在各個地方，并呈現(xiàn)出一種多樣化的趨勢[2]。機械自動化系統(tǒng)必須具有對輸入的物質(zhì)、能量和信息進行某種處理，從而輸出具有所需特性的物質(zhì)、能量、信息的功能。如圖1所示。

圖1 機械自動化系統(tǒng)功能示意圖

3 機械自動化發(fā)展具有的優(yōu)勢

3.1 提升了工作效率與工作質(zhì)量

機械自動化的最大優(yōu)點在于它具有較高的處理效率和自動控制。在實現(xiàn)機械自動化制造的過程中，采用許多新技術(shù)，不僅使設(shè)備實現(xiàn)了自動化，而且也使智能得以實現(xiàn)。機械自動化不僅可以大大提升工作效率，節(jié)省大量的人工費用，而且還可以保證產(chǎn)品的品質(zhì)。所以，利用機械自動化可以提高機械制造率，例如利用CNC 設(shè)備實現(xiàn)對整個制造流程監(jiān)控，并能對員工進行合理的分配，從而實現(xiàn)機械的數(shù)量和人員的分配達到最佳配比[3]。

3.2 機械自動化具有更高的安全性與可靠性

在機械自動化制造中，當發(fā)生故障時，能夠自動地解決問題，并能及時地制定相應(yīng)的防護措施，使整個制造流程按照實際狀況得到完全的保證。將一些人性化的設(shè)計融入到機械的自動化制造中，這也是自動化制造的智能化表現(xiàn)，在機械自動化的過程中，要做到故障診斷、處理、保護等各個環(huán)節(jié)的自動化，盡可能地減少運用人力工作，并將故障的幾率降到最低。同時，機械自動化制造具有很高的靈敏度，因此在實際的制造過程中，要保證它的安全和穩(wěn)定。

3.3 自動化機械操作更加簡便

在機械自動化流程中，要根據(jù)整個控制系統(tǒng)的功能，對其工作模式進行優(yōu)化與改善，而無需改變零件，僅需對其在程序方面進行相應(yīng)修改，并可根據(jù)不同的控制程式，進行自動操作。由于工序的差異，產(chǎn)品的加工方式也不相同，所以要有很好的自動化檢測能力，能夠發(fā)現(xiàn)問題，并能對整個制造流程進行及時的防護。在自動化制造中，由于采用程序控制方法，使得整個制造過程更加高效、便捷，從而可以簡化制造工藝，并對各種工藝進行調(diào)整和優(yōu)化，從本質(zhì)上達成自動化[4]。

3.4 機械自動化具有更為廣闊的適用范圍

要使機械實現(xiàn)自動化制造，應(yīng)當將使用過程中所涉及到各種技術(shù)有機地結(jié)合起來，使各種技術(shù)得以最大限度地體現(xiàn)。機械自動化控制，調(diào)節(jié)，保護等功能能夠得到相互補充，提高整體穩(wěn)定性。根據(jù)使用人員要求進行歸納時，要將其與具體功能相聯(lián)系，以達到自動化的目的[5]。

4 機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展方向

4.1 機械設(shè)計的發(fā)展方向分析

在進行機械設(shè)計時，按其發(fā)展?jié)撃苓M行分類，遠程遙控是一個重要的發(fā)展趨勢。目前，在國內(nèi)遠程設(shè)計還處在初級發(fā)展的時期，其發(fā)展既是多個領(lǐng)域的結(jié)合，又是多個領(lǐng)域的綜合發(fā)展，涵蓋的內(nèi)容非常廣泛。在進行設(shè)計時候，要根據(jù)自身的發(fā)展趨勢來建立產(chǎn)品模式，并對產(chǎn)品進行持續(xù)的優(yōu)化與完善。隨著電腦技術(shù)的飛速發(fā)展，我們必須加大對自動化的研發(fā)力度，充實和改進現(xiàn)有的設(shè)計資源，在現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中進行相應(yīng)設(shè)計，及時地處理各種問題，提高工作質(zhì)量，減少設(shè)計投資。所以，在進行機械設(shè)計的時候，必須從設(shè)計成本、工作效率和時間效率等方面找出合理的發(fā)展思路[6]。

4.2 機械制造技術(shù)的發(fā)展方向

4.2.1 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢分析

在現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的今天，我們必須充分運用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)，在任何時候，任何地點，對產(chǎn)品制造、材料選擇、市場開發(fā)等問題進行解決。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，信息化程度不斷提高，機械制造技術(shù)也不斷向方便、高效的方向邁進。

4.2.2 自動化的發(fā)展趨勢

機械制造自動化是一個不可避免的發(fā)展趨勢，在進行自動化技術(shù)的探索時，必須根據(jù)發(fā)展的需要，選擇系統(tǒng)、集成、人機一體化等各種技術(shù)，所以，實現(xiàn)機械自動化是未來發(fā)展的主要方向。我們要立足于現(xiàn)實，從基礎(chǔ)上提高和發(fā)展機械制造技術(shù)，為發(fā)展機械制造和自動化打下堅實的基礎(chǔ)[7]。

4.2.3 綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢

環(huán)保觀念日益根植于人們心中，我們在發(fā)展機械工藝時，必須重視環(huán)保。所以在進行機械制造時，應(yīng)從原料選擇、制作過程中盡量做到環(huán)保，盡量降低污染。

4.2.4 智能化

當前無論是設(shè)計還是制造，都已經(jīng)實現(xiàn)自動化。在機械制造中，實現(xiàn)自動化，可以減少人為誤差，使產(chǎn)品品質(zhì)得到改善，從而使總體工作效率得到提升。在過去，機械制造不能完全實現(xiàn)全流程的自動化，在某些制造工藝中由于過程較為復雜，必須要求手工完成。目前，自動化技術(shù)已進入設(shè)計流程中，通過CIMS、CAD 等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更加精密的模型與運算，并能通過模擬試驗等。機械自動化不僅不會造成物料的損耗，而且還能節(jié)約大量時間。機械制造及自動化技術(shù)在機械設(shè)計領(lǐng)域中得到了廣泛的運用。大數(shù)據(jù)技術(shù)、挖掘技術(shù)、精密算法等智能技術(shù)不斷延伸，為我國的機械制造自動化行業(yè)開辟了更加廣闊的發(fā)展空間。

如今，隨著機械制造業(yè)與自動化技術(shù)的發(fā)展，人工智能與電腦技術(shù)都或多或少地滲入到了這一領(lǐng)域。比如，技術(shù)工作者在建立機械制造自動化的架構(gòu)時，必須依靠智能化的作業(yè)程序來支撐。

實現(xiàn)信息全面控制，系統(tǒng)整體運行。中央處理系統(tǒng)是為保證各個機械在整個體系中的正常運行。自動化機械也能對工作方式進行優(yōu)化和調(diào)節(jié)。當前的機械制造是以控制理論為基礎(chǔ)，結(jié)合人工智能、心理學和力學等相關(guān)的知識進行智能仿真。在下達命令時，電腦是模仿人的思維和行為，并把它們傳遞到機器人或者機械手臂上。自動化和智能化在許多行業(yè)中得到應(yīng)用，能夠減少制造費用，取代人工，具有很大的發(fā)展空間。而“私人定制”也在日益流行，為智能化的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)，能夠按照客戶的需求來決定加工過程和原料，從而使客戶得到滿足。通過這種智能化的產(chǎn)品，可以將生成的數(shù)據(jù)收集、整理、發(fā)送到工廠，從而掌握其在實際應(yīng)用中的運作狀況，為資料與工作協(xié)作服務(wù)打下良好的基礎(chǔ)[8]。

4.2.5 虛擬化方向

虛擬技術(shù)是機械設(shè)計與自動化的重要組成部分，其中包含各種自動化、電腦等技術(shù)，能夠推動機械制造業(yè)的虛擬方向發(fā)展。在機械設(shè)計與制造自動化發(fā)展中，制造與加工場所不再限于工廠內(nèi)，更多的依靠于網(wǎng)絡(luò)作業(yè)與遠程操控。技術(shù)人員可以在電腦上建立一個類似于制造現(xiàn)場的虛擬現(xiàn)實空間，在虛擬現(xiàn)實中，工作人員利用電腦上的數(shù)據(jù)，對虛擬現(xiàn)實中的儀器進行測試和操作，從而減少儀器的運行風險。虛擬技術(shù)已經(jīng)成為當前的研究熱點。

4.2.6 機電一體化方向

所謂的“機電一體化”，就是把“機械制造”和“電子信息技術(shù)”結(jié)合起來。當前，機電一體化技術(shù)已在工業(yè)制造和加工中得到普遍、穩(wěn)定的運用，其實際的制造效果和質(zhì)量均達到要求，大大減少產(chǎn)品的加工周期，節(jié)省大量的時間和空間，使機械制造效益得以提升。因此，機電一體化不但可以在當今的制造業(yè)中得到廣泛的運用，而且也成為了當今的機械設(shè)計制造和自動化發(fā)展趨勢。

4.2.7 數(shù)字化方向

在傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造中，僅僅依靠大量的手工操作，通過大量的試驗來獲得數(shù)據(jù)，精度并不高。而現(xiàn)代化的機械設(shè)計與制造，就是將制造要求與實際使用情況進行數(shù)字化的統(tǒng)計與處理，以數(shù)字方式導入到自動化制造系統(tǒng)中，利用計算機技術(shù)進行操作，就可以制作出高精密產(chǎn)品與設(shè)計圖。在機械制造初期，通過對產(chǎn)品的全面、完整的分析，可以為產(chǎn)品的整體性能提供技術(shù)支撐。

4.2.8 模塊化

目前由于機械自動化的產(chǎn)物多種多樣，接口類型繁多且錯綜復雜。因此，必須加強對機械設(shè)計和制造的嚴格要求。在機械設(shè)計與制造中，不僅要保證其結(jié)構(gòu)的模塊化，而且要使其達到最初的設(shè)計需求。這樣一來，機械的產(chǎn)量就會大幅度提升，而且還會節(jié)省大量的人力物力?，F(xiàn)在許多企業(yè)都把模塊化技術(shù)運用到了工業(yè)領(lǐng)域，效果顯著，特別是電器產(chǎn)品，采用模塊化技術(shù)，效果更顯著。但是，完全應(yīng)用一個模塊化程序非常困難。一個不正確的應(yīng)用程序會帶來嚴重消極影響。所以，要把機械自動化制造的實際情況與模塊化相融合，才能使機械的設(shè)計與自動化得到更廣泛的應(yīng)用。

5 結(jié)束語

綜上所述，由于科學技術(shù)的發(fā)展，機械制造已經(jīng)變得更加自動化，所以，機械設(shè)計制造自動化已經(jīng)成為各國爭奪的寶物，而在世界范圍內(nèi)，機械制造與設(shè)計自動化至關(guān)重要，國內(nèi)的機械設(shè)計與自動化技術(shù)起點相對較晚，但是由于其發(fā)展速度快，已經(jīng)在業(yè)內(nèi)占有一席之地。在機械工業(yè)迅速發(fā)展的今天，各種類型的機械制造技術(shù)的普及和運用給機械設(shè)計制造與自動化帶來發(fā)展機會，而這種發(fā)展趨勢又與電子自動化緊密結(jié)合，促進了國內(nèi)工業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新，為國內(nèi)的機械設(shè)計制造自動化的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。