關(guān)于自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的運(yùn)用探討

竇興玉

（1.鶴壁煤業(yè)技師學(xué)院，河南 鶴壁 458030；2.鶴壁能源化工職業(yè)學(xué)院，河南 鶴壁 458030）

自動(dòng)化技術(shù)具有很多應(yīng)用層面的優(yōu)勢，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展中能夠被充分運(yùn)用，通過自動(dòng)化技術(shù)在集成化、智能化、虛擬化設(shè)計(jì)制造以及高效化產(chǎn)品檢測中的應(yīng)用，推動(dòng)了我國機(jī)械領(lǐng)域的高速發(fā)展，并且讓行業(yè)競爭從勞動(dòng)力資源競爭逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)技術(shù)層面的競爭。

1 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造效率更高

自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用，可以發(fā)揮其效率優(yōu)勢。自動(dòng)化技術(shù)可以將傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)中需要人工完成的工作，通過自動(dòng)化系統(tǒng)控制來完成。由于自動(dòng)化系統(tǒng)可以始終保持一個(gè)高效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)人工操作疲勞和工作效率降低的問題，從而顯著提高了制造效率[1]。機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，能夠進(jìn)行24 h 不間斷的機(jī)械生產(chǎn)和加工，并且每個(gè)機(jī)械制造過程也可以無縫銜接，規(guī)避了制造過程中斷造成的時(shí)間浪費(fèi)問題。自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域的運(yùn)用，使得規(guī)?；团炕a(chǎn)成為可能。

1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造節(jié)約成本

機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，成本控制效果關(guān)系到經(jīng)濟(jì)效益情況，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能夠很好地節(jié)約成本，推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。自動(dòng)化技術(shù)讓相關(guān)企業(yè)可以在完成既定設(shè)計(jì)制造目標(biāo)的前提下，雇傭更少的人力，消耗更少的物力和財(cái)力。機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，可以通過設(shè)置參數(shù)來完成各種機(jī)械設(shè)計(jì)要求，這個(gè)過程通過自動(dòng)化技術(shù)，能夠同步完成多項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，在最短時(shí)間內(nèi)確定最佳的機(jī)械設(shè)計(jì)方案[2]。在制造環(huán)節(jié)中，通過自動(dòng)化技術(shù)將所有生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，將那些非必要的環(huán)節(jié)刪除，不僅可以提高制造效率，也大大降低了時(shí)間成本和資源成本。

1.3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造質(zhì)量提升

質(zhì)量是機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心，在精密機(jī)械成為行業(yè)主流時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)就顯示出更強(qiáng)大的優(yōu)勢[3]。通過將機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)輸入到制造生產(chǎn)系統(tǒng)中，可以完全按照既定的參數(shù)要求來完成生產(chǎn)任務(wù)，這個(gè)過程消除了傳統(tǒng)制造中的人為因素干擾，只需要操作生產(chǎn)線上的設(shè)備，就能夠規(guī)范精確地完成相關(guān)質(zhì)量要求。

1.4 機(jī)械設(shè)計(jì)制造物料使用

機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中，物料的高效利用一直是一個(gè)研究重點(diǎn)。物料使用需要依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)制造需求，但是在傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域，很多物料廢料也是一種較大的資源浪費(fèi)。對于這些物料，如果可以進(jìn)行重復(fù)使用，就能夠提高生產(chǎn)資源利用率，為企業(yè)帶來更多的效益[4]。這就需要在設(shè)計(jì)制造階段，充分發(fā)揮自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢，對于不同環(huán)節(jié)產(chǎn)生的物料廢料數(shù)量、屬性特征進(jìn)行信息采集和分析，對比所有的機(jī)械生產(chǎn)用料要求，將廢料與機(jī)械制造生產(chǎn)內(nèi)容進(jìn)行高度匹配，從而在自動(dòng)化技術(shù)支持下，可以將某個(gè)環(huán)節(jié)的廢料作為另外一個(gè)環(huán)節(jié)的原材料進(jìn)行再加工。

2 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用路徑

2.1 自動(dòng)化技術(shù)在集成化設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在集成化設(shè)計(jì)制造方面，自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢得以全面展現(xiàn)。集成化設(shè)計(jì)制造，是基于集成思路和方法，在設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)，將各種不同的功能模塊進(jìn)行兼容，使系統(tǒng)保持在一個(gè)高效、集成的運(yùn)行狀態(tài)下。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)，由于設(shè)計(jì)、制造屬于不同的工序過程，因此系統(tǒng)功能模塊也是獨(dú)立存在的。如設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的模塊主要承擔(dān)設(shè)計(jì)功能，無法搭載和兼容其他功能，制造環(huán)節(jié)也是一樣，這樣就造成了在機(jī)械設(shè)計(jì)制造工作中，人為將整個(gè)工作分割成兩個(gè)階段，這樣會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息無法直接被制造環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)用，需要增加一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸環(huán)節(jié)，不僅延長了工作時(shí)間，也容易在數(shù)據(jù)信息交互時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤[5]。

集成化設(shè)計(jì)制造，則將設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)納入到一個(gè)統(tǒng)一整體，所有工作都是在一個(gè)系統(tǒng)下完成，無需再次進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸。制造環(huán)節(jié)可以直接進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的調(diào)用。自動(dòng)化技術(shù)則是集成化系統(tǒng)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)和依托，基于自動(dòng)化技術(shù)，整個(gè)功能的兼容和匹配無需人工操作，只需要設(shè)定相關(guān)的參數(shù)和程序。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中，各功能模塊之間的數(shù)據(jù)交互可以自動(dòng)完成，并且在基于電子單元的功能基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計(jì)制造功能的擴(kuò)展和優(yōu)化，按照具體的設(shè)計(jì)制造目標(biāo)進(jìn)行程序編輯等，使得機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程更加可控。自動(dòng)化技術(shù)讓集成化目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，在原有功能模塊基礎(chǔ)上，通過集成系統(tǒng)將增加更多新功能，且不影響原有系統(tǒng)功能的運(yùn)行。自動(dòng)化技術(shù)在集成化設(shè)計(jì)制造中，對于較多較復(fù)雜的功能，可以優(yōu)化流程控制模式，在不同功能兼容過程中，可以進(jìn)行各項(xiàng)機(jī)械設(shè)計(jì)和制造指令程序的排列和執(zhí)行，避免集成化系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)功能沖突等情況。

2.2 自動(dòng)化技術(shù)在智能化設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

智能化機(jī)械設(shè)計(jì)制造，是機(jī)械領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。基于智能化模式，可以提高機(jī)械設(shè)計(jì)與制造過程的綜合能力。智能化模式具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)功能，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造數(shù)據(jù)信息支持下，可以通過數(shù)據(jù)分析和學(xué)習(xí)，使設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)具有更多功能，如對機(jī)械設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題予以自動(dòng)分析和解決等，這樣就大大減輕了設(shè)計(jì)制造人員的壓力，同時(shí)也能夠最大程度保證工作的有效開展。自動(dòng)化技術(shù)作為智能技術(shù)的基礎(chǔ)，在智能化發(fā)展中起到不可替代的重要作用。自動(dòng)化技術(shù)可以支持機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中對于數(shù)據(jù)信息的把控，在智能化系統(tǒng)模擬人類思維進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，可以自主調(diào)用相關(guān)的程序，并且對數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)律總結(jié)，從而形成智能化設(shè)計(jì)制造模式，讓系統(tǒng)不再完全依賴于人工方式進(jìn)行編程[6]。智能化系統(tǒng)在自動(dòng)化技術(shù)支持下，能夠顯著增強(qiáng)設(shè)計(jì)制造處理能力，在面對復(fù)雜的過程性異常情況時(shí)，能夠基于智能學(xué)習(xí)模式，調(diào)用整個(gè)不同的處理程序，使之成為一個(gè)新功能。每次的機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程，都處于這樣的智能化控制狀態(tài)下，大大提升了機(jī)械設(shè)計(jì)制造實(shí)踐水平。

2.3 自動(dòng)化技術(shù)在虛擬化設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中，自動(dòng)化技術(shù)可以提供一個(gè)虛擬環(huán)境，將設(shè)計(jì)和制造過程在虛擬狀態(tài)下仿真顯示，這樣有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造環(huán)節(jié)中可能存在的不足。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造，都是在真實(shí)制造環(huán)節(jié)才能夠驗(yàn)證機(jī)械設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，但是這個(gè)階段如果發(fā)現(xiàn)問題，無論是進(jìn)行改進(jìn)還是重新設(shè)計(jì)，都大大增加了機(jī)械設(shè)計(jì)制造成本，并且會(huì)造成較大的資源浪費(fèi)?；谧詣?dòng)化技術(shù)的虛擬設(shè)計(jì)制造，可以利用計(jì)算機(jī)將整個(gè)過程在虛擬環(huán)境中模擬運(yùn)行。虛擬化設(shè)計(jì)制造，讓過程在真實(shí)發(fā)生前就可以被直接觀察到。通過參數(shù)設(shè)定和模型建立，可以讓機(jī)械設(shè)計(jì)和制造都仿真運(yùn)行，這樣僅需要觀察計(jì)算機(jī)模型，就可以評(píng)價(jià)出機(jī)械設(shè)計(jì)是否存在缺陷，機(jī)械制造環(huán)節(jié)是否高效有序等[7]。在機(jī)械行業(yè)的開發(fā)過程中，虛擬化模式可以大大降低研發(fā)和試驗(yàn)成本，給研發(fā)人員更多的試錯(cuò)機(jī)會(huì)。即便機(jī)械設(shè)計(jì)不全面，也只需要進(jìn)行模擬環(huán)境的參數(shù)調(diào)整，不斷進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)運(yùn)行。自動(dòng)化技術(shù)讓整個(gè)過程可以在自動(dòng)控制狀態(tài)下完成，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄每次的虛擬運(yùn)行數(shù)據(jù)，為機(jī)械設(shè)計(jì)制造人員提供分析依據(jù)。

2.4 自動(dòng)化技術(shù)在高效化產(chǎn)品檢測中的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，對于產(chǎn)品質(zhì)量需要進(jìn)行嚴(yán)格檢測。由于自動(dòng)化技術(shù)支持下的流水線規(guī)模作業(yè)，讓產(chǎn)品整體一致性有了較大的提升，這與傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)中依賴人工方式、從而使產(chǎn)品質(zhì)量受到人為因素影響的情況有較大不同。傳統(tǒng)的機(jī)械制造，受到生產(chǎn)線操作人員技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)等因素影響，使得產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。在自動(dòng)化技術(shù)支持下，機(jī)械設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)都在統(tǒng)一的參數(shù)控制下，所有產(chǎn)品的尺寸、形狀等都是完全一樣的，這就大大促進(jìn)了機(jī)械制造的發(fā)展。在自動(dòng)化技術(shù)驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)品檢測效率也更高。產(chǎn)品檢測作為提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，要對大量的產(chǎn)品進(jìn)行全面檢測，因此檢測工序要與設(shè)計(jì)制造工序進(jìn)行緊密銜接，自動(dòng)調(diào)用設(shè)計(jì)制造參數(shù)，對比機(jī)械產(chǎn)品的規(guī)格、工藝等要素，從而準(zhǔn)確判斷產(chǎn)品質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)。自動(dòng)檢測可以融入每個(gè)制造生產(chǎn)環(huán)節(jié)，這與傳統(tǒng)產(chǎn)品檢測一般只能在產(chǎn)品生產(chǎn)完成后統(tǒng)一進(jìn)行有較大的不同。如在機(jī)械產(chǎn)品成型環(huán)節(jié)，就可以依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢測對比，在機(jī)械組裝環(huán)節(jié)，可以根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)構(gòu)造，對組裝質(zhì)量和性能加以檢測評(píng)價(jià)[8]。由于機(jī)械制造領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的精度要求越來越高，高效化產(chǎn)品檢測也成為重要的發(fā)展方向。將整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)線作為自動(dòng)化檢測的對象，每個(gè)環(huán)節(jié)都納入到檢測系統(tǒng)中，這樣可以最大程度地確保檢測質(zhì)量，消除產(chǎn)品質(zhì)量缺陷。

3 結(jié) 語

自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間，機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)雖然屬于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，但是在新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用過程中，要注重對機(jī)械設(shè)計(jì)制造效率、質(zhì)量以及成本等方面的控制和優(yōu)化。自動(dòng)化技術(shù)可以顯著提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造綜合水平，讓機(jī)械生產(chǎn)加工企業(yè)獲得更強(qiáng)的核心競爭力。