淺析機(jī)械設(shè)計(jì)制造的數(shù)字化與智能化

段明艷

（大慶油田石油專用設(shè)備有限公司研發(fā)中心，黑龍江 大慶 163411）

隨著時(shí)代的發(fā)展以及全球經(jīng)濟(jì)一體化的加速，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)發(fā)展日新月異，同時(shí)數(shù)字化與智能化在其中的應(yīng)用越來越廣泛，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的發(fā)展既需要依靠傳統(tǒng)工藝也需要結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)生產(chǎn)技術(shù)。機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)所采取的技術(shù)直接影響其產(chǎn)品質(zhì)量，利用數(shù)字化及智能化技術(shù)既順應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求，也更能滿足客戶需求，因此，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)技術(shù)人員要時(shí)刻關(guān)注該領(lǐng)域的前沿技術(shù)，從而為客戶提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，在提高企業(yè)核心競爭力的基礎(chǔ)上促進(jìn)整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的健康發(fā)展。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中應(yīng)用數(shù)字化與智能化的優(yōu)勢

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與信息技術(shù)的高速發(fā)展，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)應(yīng)用數(shù)字化與智能化符合時(shí)代發(fā)展趨勢，具體優(yōu)勢如下。

1.1 顯著提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)生產(chǎn)效率

傳統(tǒng)背景下的機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)具有生產(chǎn)工藝復(fù)雜、效率低下以及技術(shù)人員工作量大等弊端，嚴(yán)重制約了機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及數(shù)字化與智能化在其中的不斷應(yīng)用，顯著降低了機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)相關(guān)工作人員的工作量，提升了工作效率的同時(shí)也優(yōu)化了工作環(huán)境。在產(chǎn)品生產(chǎn)及加工過程中，自動化生產(chǎn)線的廣泛使用，簡化工藝流程的同時(shí)節(jié)約了人力資源，同時(shí)也避免了人為因素出現(xiàn)的誤差，極大提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品精度。另外，管理體系的智能化有效解決了生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種問題，進(jìn)一步降低了次品率?？梢?，生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)化以及數(shù)字化與智能化技術(shù)的應(yīng)用，使機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率等方面有了質(zhì)的飛躍，促進(jìn)了行業(yè)的整體進(jìn)步。

1.2 為生產(chǎn)過程中的安全提供了保障

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)主要是通過人工對生產(chǎn)流程進(jìn)行管理和檢測，因此對于一些故障的排除存在較大的安全隱患，確保人員安全是機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)生產(chǎn)過程中的重中之重，引入數(shù)字化與智能化技術(shù)對原有生產(chǎn)線進(jìn)行更新迭代，通過智能化設(shè)備對于生產(chǎn)中的隱患進(jìn)行排除和檢測，可以有效提高生產(chǎn)流程中的安全性，同時(shí)數(shù)字化檢測技術(shù)可以對可能出現(xiàn)的事故進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，使生產(chǎn)事故在發(fā)生前得到妥善處理，有利于技術(shù)人員排除隱患，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)保證操作人員人身安全。

1.3 進(jìn)一步簡化生產(chǎn)操作流程

數(shù)字化與智能化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)應(yīng)用之前，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)生產(chǎn)主要以人工生產(chǎn)為主，對于一線操作工人的技術(shù)要求較高，尤其是一些24h不停產(chǎn)生的生產(chǎn)線操作工人工作量巨大，同時(shí)由于要求技術(shù)精準(zhǔn)性，操作工人一旦年齡偏大就無法勝任生產(chǎn)一線工作，導(dǎo)致企業(yè)人員流動大，培訓(xùn)新員工所花費(fèi)的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本都較高，但是數(shù)字化與智能化技術(shù)的加入，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線的升級改造，減少了人工操作量，簡化了對操作人員的技術(shù)要求，生產(chǎn)流程的簡化大大解放了勞動力，同時(shí)產(chǎn)品精度及產(chǎn)品質(zhì)量也更高。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)發(fā)展前景

2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造應(yīng)當(dāng)踐行“綠色發(fā)展”的理念

近年來，隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生的環(huán)境污染問題也日益突出，為了實(shí)現(xiàn)各行各業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，國家和各級政府制定了“綠色發(fā)展”理念并頒布了相關(guān)政策，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)在未來發(fā)展過程中也應(yīng)當(dāng)踐行“綠色發(fā)展”的理念。在數(shù)字化與智能化技術(shù)應(yīng)用過程中，要充分考慮到對環(huán)境的污染，盡量采取更為環(huán)保的生產(chǎn)材料，同時(shí)注意生產(chǎn)過程中的廢水、廢氣、廢渣要按照環(huán)保要求進(jìn)行排放來減少對環(huán)境的破壞。國家和各級政府對于“綠色發(fā)展”有著明確的發(fā)展目標(biāo)，機(jī)械制造企業(yè)在積極響應(yīng)國家政策時(shí)，要淘汰落后產(chǎn)能，對那些環(huán)境污染較大的生產(chǎn)線或是生產(chǎn)環(huán)節(jié)和技術(shù)進(jìn)行升級改造，從源頭上解決或是減少環(huán)境污染問題。

2.2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)與數(shù)字化智能化技術(shù)完美結(jié)合

機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)要想適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要就必須建立完善的數(shù)字化與智能化體系?，F(xiàn)階段我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)、5G技術(shù)、云計(jì)算、人工智能都獲得了飛速發(fā)展，而工程機(jī)械作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵組成，在云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用后，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)進(jìn)行改革，實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)和傳統(tǒng)制造業(yè)的有機(jī)結(jié)合，另外，以上技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用并對原有的工藝技術(shù)進(jìn)行了數(shù)字化與智能化升級，出現(xiàn)了全新的數(shù)字化與智能化概念即云制造技術(shù)，云制造技術(shù)的核心就是將智能化技術(shù)通過數(shù)字手段對傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)進(jìn)行升級，使機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品以更低廉的成本提供功能性更強(qiáng)的產(chǎn)品來滿足用戶需求。這種云計(jì)算技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)結(jié)合的模式可以最大限度實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期內(nèi)的資源合理配置和完善的配套服務(wù)。從整體上看，云制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部的行業(yè)信息共享，使現(xiàn)有資源最大程度優(yōu)化，建立了更為開放的生產(chǎn)、制造及服務(wù)模式，促使機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)從生產(chǎn)向服務(wù)轉(zhuǎn)變，使機(jī)械制造行業(yè)更契合現(xiàn)代化社會發(fā)展的需求。雖然數(shù)字技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、人工智能技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用取得了良好的效果，但是并未形成完善的數(shù)字化與智能化體系，要想在機(jī)械制造企業(yè)內(nèi)部想要實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一管理還較為困難，因此，為了使生產(chǎn)效率更高，管理更加優(yōu)質(zhì)、便捷，對于原有的生產(chǎn)線進(jìn)行數(shù)字化與智能化升級改造更符合數(shù)字化時(shí)代的發(fā)展需求，只有將生產(chǎn)流程中相對獨(dú)立的單元通過數(shù)字化管理模式利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化管理，使各個(gè)獨(dú)立單元的數(shù)據(jù)可以交流共享，才能夠進(jìn)一步提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。

2.3 吸引高科技人才建立高素質(zhì)的研發(fā)隊(duì)伍

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)在生產(chǎn)過程中更青睞于技術(shù)型人才，但是隨著數(shù)字化與智能化技術(shù)的應(yīng)用，單一型的技術(shù)人才已經(jīng)無法適應(yīng)行業(yè)巨變，為了提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)的核心競爭力以及實(shí)現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展，需要吸引更多的高科技人才建立高素質(zhì)的研發(fā)隊(duì)伍。一方面，高科技人才接受過高等教育，綜合素質(zhì)更高，對于一些前沿技術(shù)先進(jìn)理念接受能力更強(qiáng)，可以為企業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航；另一方面，數(shù)字化與智能化技術(shù)的應(yīng)用，需要高科技人才進(jìn)行研發(fā)、維護(hù)和管理，通過研發(fā)人員對生產(chǎn)流程及生產(chǎn)工藝的升級改造，提高企業(yè)市場競爭力及生產(chǎn)效率的同時(shí)為企業(yè)帶來更大的成本回報(bào)率，同時(shí)良性的市場競爭有利于促進(jìn)行業(yè)的整體進(jìn)步，提高前沿技術(shù)的應(yīng)用水平。

2.4 促進(jìn)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)模型向數(shù)字化方向發(fā)展

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)模具主要是由設(shè)計(jì)人員提供電子版設(shè)計(jì)圖紙，人工進(jìn)行搭建，存在耗費(fèi)時(shí)間、數(shù)據(jù)不精確等缺點(diǎn)從而影響了產(chǎn)品質(zhì)量。另外，設(shè)計(jì)模型向數(shù)字化方向發(fā)展，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化，操作人員在操作過程中僅需要熟悉設(shè)備操作流程和技術(shù)，可以大幅提高產(chǎn)品品質(zhì)，降低操作人員工作量的同時(shí)提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率。數(shù)字化與智能化技術(shù)的介入，技術(shù)人員可以先利用三維技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對模型進(jìn)行三維展示，使數(shù)據(jù)更加精確，也可以通過3D打印技術(shù)制作并設(shè)計(jì)模型，如圖1所示。

3 數(shù)字化與智能化技術(shù)應(yīng)用的主要設(shè)計(jì)方法及內(nèi)容

3.1 數(shù)字化作為技術(shù)核心

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展使數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，同時(shí)引領(lǐng)了數(shù)字化時(shí)代的發(fā)展，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)也可以利用數(shù)字化技術(shù)來對設(shè)計(jì)建模過程進(jìn)行模擬來保證產(chǎn)品質(zhì)量，未來機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)生產(chǎn)工藝將更復(fù)雜，同時(shí)產(chǎn)品功能更健全，產(chǎn)品更智能化才能獲得消費(fèi)者的青睞，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地，因此，數(shù)字化與智能化技術(shù)的應(yīng)用迫在眉睫，而自動化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)的深度應(yīng)用將顯著加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，設(shè)計(jì)人員通過智能技術(shù)開展設(shè)計(jì)工作也更加便捷高效。

3.2 有限元的應(yīng)用與最優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

有限元設(shè)計(jì)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)，有限元設(shè)計(jì)是通過結(jié)構(gòu)離散方式將優(yōu)先單元進(jìn)行規(guī)制處理后，在計(jì)算階段將解決問題的難度控制在合理范圍之內(nèi)。有限元設(shè)計(jì)技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)工作內(nèi)容和實(shí)際需求的有機(jī)結(jié)合。最優(yōu)化設(shè)計(jì)雖然起步較晚，但是其優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用工作模型來明確工作目標(biāo)，使得生產(chǎn)過程中的內(nèi)容和難度有所下降，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造生產(chǎn)過程中主要是對設(shè)計(jì)對象進(jìn)行綜合研究，但是未來機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)在系統(tǒng)工學(xué)理念應(yīng)用背景下，將機(jī)械設(shè)計(jì)制造生產(chǎn)過程看作一個(gè)完整的系統(tǒng)，以該系統(tǒng)作為研究對象然后將各個(gè)單元進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，具有廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械制造產(chǎn)品的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化和市場化，因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初始就需要確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)模式，同時(shí)要結(jié)合客戶需求這樣才能使產(chǎn)品比市場同類產(chǎn)品更具競爭力，滿足市場發(fā)展需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益的完美統(tǒng)一，為機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供支持。

4 數(shù)字化與智能化技術(shù)應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中應(yīng)用數(shù)字化與智能化技術(shù)是時(shí)代發(fā)展的必然要求，對于該行業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展尤為重要，但是在應(yīng)用過程中要注意以下事項(xiàng)以提升數(shù)字化與智能化技術(shù)應(yīng)用效果。

4.1 提高對數(shù)字化與智能化系統(tǒng)優(yōu)化的重視程度

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中應(yīng)用數(shù)字化與智能化技術(shù)過程中，盡管升級改造設(shè)備和工藝技術(shù)是重點(diǎn)內(nèi)容，但是系統(tǒng)優(yōu)化的重要性仍不容忽視。隨著技術(shù)的更新迭代，相應(yīng)的使用方式及管理細(xì)則也要隨之發(fā)生變化，因此對于生產(chǎn)工藝整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行升級可以使設(shè)備和技術(shù)更好地為企業(yè)服務(wù)。另外，系統(tǒng)升級及可以融合最前沿的生產(chǎn)技術(shù)，也能更好地適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求，產(chǎn)品生產(chǎn)流程的不斷優(yōu)化必須通過完善的系統(tǒng)升級才能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)各單元之間的協(xié)調(diào)配合能夠進(jìn)一步保證產(chǎn)品質(zhì)量。

4.2 加強(qiáng)技術(shù)人員的培訓(xùn)力度

數(shù)字化與智能化技術(shù)應(yīng)用之后對于操作人員的操作要求雖然有所簡化，但是企業(yè)還需要定期對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，幫助其樹立與時(shí)俱進(jìn)、終身學(xué)習(xí)的思想意識，不斷學(xué)習(xí)最前沿的行業(yè)技術(shù)，熟練掌握新設(shè)備的操作方法和新工藝的操作技巧，更快適應(yīng)改造升級后的生產(chǎn)環(huán)境，使自身職業(yè)技能獲得全面發(fā)展，為今后個(gè)人成長、職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也能顯著提高行業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)水平，為國家經(jīng)濟(jì)及機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著時(shí)代的發(fā)展在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)應(yīng)用數(shù)字化與智能化技術(shù)是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，數(shù)字化與智能化技術(shù)的引入可以有效優(yōu)化傳統(tǒng)生產(chǎn)流程，提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，具有良好的發(fā)展前景，但是在應(yīng)用過程中還有一些關(guān)鍵要素需要引起重視，不斷完善機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的集成化和精確化，促使機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)功能更加完善以適應(yīng)激勵(lì)的市場競爭。