自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用分析

王 靜

（呂梁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 呂梁 032300）

當(dāng)前，計算機技術(shù)得到了比較普遍的應(yīng)用，計算機技術(shù)的應(yīng)用改變了人們的生活、學(xué)習(xí)與工作方式，極大地促進了社會經(jīng)濟的發(fā)展。尤其是在機械設(shè)計制造領(lǐng)域，自動化技術(shù)應(yīng)用程度的高低儼然成為機械生產(chǎn)加工企業(yè)自身競爭力強弱的重要象征。在機械設(shè)計制造中，應(yīng)用自動化技術(shù)不僅可以縮減企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時可以提高企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，給企業(yè)創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益。所以，當(dāng)前眾多科研人員致力于該領(lǐng)域的研究，確保機械設(shè)計制造和自動化技術(shù)有效融合，充分發(fā)揮機械設(shè)計制造的作用，并使之更好地服務(wù)于社會。

1 機械設(shè)計制造中自動化技術(shù)的作用

1.1 縮減生產(chǎn)成本

傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造技術(shù)應(yīng)用盡管十分廣泛，但是會導(dǎo)致部分生產(chǎn)加工材料的浪費，加大機械制造成本的投入，對于企業(yè)的長遠發(fā)展十分不利[1]。在機械設(shè)計制造中，應(yīng)用自動化技術(shù)，能夠確保機械設(shè)計制造各道工序更加符合精細(xì)化的發(fā)展要求，例如，針對機械制造加工中出現(xiàn)的廢料，可以予以合理應(yīng)用，這樣可以縮減制造加工成本，提升企業(yè)的經(jīng)濟收益。另外，合理應(yīng)用自動化技術(shù)，能夠改善機械設(shè)計制造中的一些不合理環(huán)節(jié)，保證機械原材料有更加良好的適應(yīng)性，有效減少原材料產(chǎn)生的廢棄物。因此，自動化技術(shù)不僅可以有效減輕工作人員的勞動強度，而且還可以有效節(jié)約能源。

1.2 提升生產(chǎn)效率

在機械生產(chǎn)加工中應(yīng)用自動化技術(shù)，可以顯著提升機械制造的智能化水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量與工作效率，增強企業(yè)自身競爭力，擴大生產(chǎn)規(guī)模，為企業(yè)的良好發(fā)展提供助力。在機械生產(chǎn)加工中應(yīng)用自動化技術(shù)，可以優(yōu)化機械設(shè)計和制造流程，有效彌補機械設(shè)計制造中存在的不足，提高和改善產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)用效果較為明顯。

1.3 改善機械使用情況

將自動化技術(shù)應(yīng)用于機械設(shè)計制造中，針對機械設(shè)備進行監(jiān)控及管理，能夠使機械設(shè)備的使用狀況得到一定的改善，推動企業(yè)的快速發(fā)展，提升企業(yè)工作效率。一方面，自動化技術(shù)是以計算機技術(shù)作為基礎(chǔ)，能夠利用程序的設(shè)置實現(xiàn)對機械裝置操作的有效控制。從某種意義上講，這樣能夠規(guī)避機械的人工性損傷，有效延長機械設(shè)備的使用壽命，縮減機械設(shè)備的加工制造成本，明顯提高企業(yè)的經(jīng)濟效益[2]。另一方面，科學(xué)應(yīng)用自動化技術(shù)能夠強化對機械設(shè)計制造流程的監(jiān)管，借助于對相關(guān)監(jiān)控數(shù)據(jù)信息的細(xì)致分析，能夠確保機械設(shè)備正常穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，并實現(xiàn)對機械設(shè)備的良好維護。

2 機械設(shè)計制造中自動化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 集成化應(yīng)用

針對一些比較復(fù)雜的機械產(chǎn)品，應(yīng)用自動化技術(shù)進行加工，就可以實現(xiàn)各個生產(chǎn)系統(tǒng)間的有效配合，各個級別的機械生產(chǎn)系統(tǒng)間可以相互配合完成對產(chǎn)品的設(shè)計加工，從而優(yōu)化了機械設(shè)計生產(chǎn)過程。當(dāng)前，在機械設(shè)計生產(chǎn)過程中，使用計算機集成系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)計生產(chǎn)的制造流程進行綜合化生產(chǎn)管理，并通過對各種分散自動化系統(tǒng)的高效整合，促成相對完善的生產(chǎn)制造體系，加強機械設(shè)計、生產(chǎn)和營銷管理等多個環(huán)節(jié)間的聯(lián)系，實現(xiàn)對市場調(diào)研、產(chǎn)品設(shè)計和銷售、機械加工等過程有關(guān)信息資料的收集，滿足整體生產(chǎn)過程物料流與信息流之間的統(tǒng)一化管理的要求[3]。針對機械部件的生產(chǎn)加工進行舉例說明，根據(jù)NC代碼，需要把毛坯加工成符合相關(guān)尺寸和質(zhì)量要求的零件，接下來對零件進行裝配，獲取相應(yīng)的機械部件。整體過程中包含眾多不同的環(huán)節(jié)，通過使用計算機集成化制造過程管理系統(tǒng)能夠完成對自動化機械設(shè)備生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息的有效采集，主要包括材料儲運工作站、加工工作站、質(zhì)量測量工作站、刀具管理工作站等，之后設(shè)備信息流和物料流之間就會相互交叉，信息集中化并向管理部門進行反映，從而針對機械設(shè)備生產(chǎn)任務(wù)進行集中性的管理和監(jiān)控。不同的智能化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，并彼此協(xié)同完成特定的生產(chǎn)任務(wù)。比如，在機械式立體停車裝置的車盤邊梁工藝制造流程中實現(xiàn)集成化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，由于車盤邊梁材料為高冷彎薄壁鋼材，需鉆大量的連續(xù)鉆孔，由激光切割器、自動輸送線、電腦控制系統(tǒng)、自動平板機等聯(lián)合組成了智能化生產(chǎn)線，計算機對各臺生產(chǎn)設(shè)備的實際操作時間加以協(xié)調(diào)，對材料進料的響應(yīng)速度加以控制，降低了設(shè)計人員的工作壓力，減少了人力資源的投入，同時提升了生產(chǎn)效率。在機械制造中加強智能化技術(shù)的應(yīng)用，可以極大地提高機械制造的集成化程度，并且創(chuàng)新機器產(chǎn)品加工過程，從而使機器產(chǎn)品加工具有較高的智能化水平。

2.2 數(shù)控化應(yīng)用

應(yīng)用相關(guān)計算機軟件實施自動編程過程，可以確保對數(shù)控加工生產(chǎn)過程的有效控制，滿足機械設(shè)計制造自動化的要求。在機械設(shè)計制造過程中，應(yīng)用計算機輔助軟件，對數(shù)控仿真加以分析，并在虛擬現(xiàn)實的環(huán)境下針對各機械產(chǎn)品的尺寸、結(jié)構(gòu)和形狀等多方面實施直觀性展示，從而達到對生產(chǎn)產(chǎn)品特性的全面反映，這樣可為設(shè)計工作者圖紙的設(shè)計與修正提供一定的技術(shù)性支撐，進而保證機械生產(chǎn)工作更加安全準(zhǔn)確。至于普通的二軸車床或三軸銑床，則可直接由數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的機械驅(qū)動裝置加以配置，僅需要針對刀具及其采用的裝夾方式與程序作一定的調(diào)整，便可以完成對于各種工件的批量加工。就機械控制層面來講，當(dāng)前通常應(yīng)用PLC確保其實現(xiàn)，因此通過該技術(shù)也可高效解決設(shè)備邏輯與開關(guān)間的控制問題，從而實現(xiàn)較高的加工精度與效果。機械設(shè)計與生產(chǎn)過程中，所使用的數(shù)控機床通常在結(jié)構(gòu)上存在一定差異，然而一般都包括數(shù)控機床、可編程單元、數(shù)控機床和控制中心等，當(dāng)輸入了一定的信號之后系統(tǒng)電路便會進行驅(qū)動[4]。對計算機系統(tǒng)進行分析處理之后，就可以獲取加工坐標(biāo)軸并輸入相應(yīng)分量，再經(jīng)過放大和轉(zhuǎn)換處理，在伺服電機等相應(yīng)控制設(shè)備中完成輸入，以此實現(xiàn)對加工機床動態(tài)的有效監(jiān)控。

2.3 柔性化應(yīng)用

機械生產(chǎn)加工中應(yīng)用自動化技術(shù)，可以確保機械產(chǎn)品柔性化生產(chǎn)的有效實現(xiàn)，也就是將機械設(shè)計制造技術(shù)和自動化技術(shù)進行有機結(jié)合，強化不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)，針對機械生產(chǎn)制造流程實施升級與優(yōu)化。當(dāng)前，很多機械設(shè)計制造企業(yè)都已建設(shè)了相應(yīng)的柔性化生產(chǎn)線，通過使用電子凸輪和電子傳動齒輪取代相關(guān)的機械零件，從而高效實現(xiàn)軸間柔性連接。應(yīng)用快速高精度伺服裝置管理技術(shù)和現(xiàn)場通信計算機控制，能夠提高生產(chǎn)線上各個工序段裝置之間的相互耦合，從而提高各個生產(chǎn)線之間的關(guān)聯(lián)。通過使用相對單獨的PLC伺服控制器，也能夠針對各工序段設(shè)備和生產(chǎn)線進行更加高效的管理。應(yīng)用于集成控制器，能夠使各控制器之間實時地進行與機械設(shè)計制造中產(chǎn)品有關(guān)數(shù)據(jù)的有效傳遞，這樣便能夠在第一時間獲取產(chǎn)品相應(yīng)的生產(chǎn)狀況，從而強化生產(chǎn)制造過程信息管理系統(tǒng)和產(chǎn)品關(guān)系模型信息庫間的雙向通信能力，使機械設(shè)計與生產(chǎn)過程的柔性化管理工作得以良好進行。針對柔性化產(chǎn)品，則主要依靠于自動化技術(shù)，但因為單純應(yīng)用于機械零部件較易產(chǎn)生信號遲滯的缺陷，所以必須引入智能化裝置在瞬息間完成排產(chǎn)，以有效實現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)格的調(diào)試，這樣整個生產(chǎn)系統(tǒng)相應(yīng)的恢復(fù)時間便會縮短，從而保證連續(xù)性生產(chǎn)，完成生產(chǎn)目標(biāo)。例如，在機械式立體停車設(shè)備的鋼框架生產(chǎn)中，可以將柔性化制造技術(shù)融入其中，通過同樣的測量工位可以生產(chǎn)多個不同鋼梁和鋼板梁的產(chǎn)品。鋼框架的生產(chǎn)流程主要包括：將材料輸送至數(shù)控機床，然后按照圖紙的尺寸加工鋸材，接下來在九軸三維鉆床中完成輸入，能夠一同進行三種孔的鉆孔，完成對型鋼的固定。使用紅外線技術(shù)，針對型材的相關(guān)尺寸加以檢測，將0點定好，其中一只機械手執(zhí)行零件板的上料操作，能夠自動實現(xiàn)檢測過程，而且可以找到型鋼上板材的定位；另一只機械手的工作是自動尋找等焊接點，進行焊接工作。在柔性生產(chǎn)線中，針對連接板的定位都是利用機械手完成的。

2.4 智能化應(yīng)用

2015年中國提出了“中國制造2025”戰(zhàn)略，2016年又發(fā)布了《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》，明確了機械制造智能化發(fā)展的方向。將自動化技術(shù)應(yīng)用其中，能夠在生產(chǎn)現(xiàn)場針對數(shù)控加工機床、傳感器等智能化相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備進行合理布設(shè)，實現(xiàn)對工廠中物聯(lián)網(wǎng)的有效創(chuàng)建，這樣便可針對機械設(shè)備進行自動化控制，完成智能化生產(chǎn)過程。隨著網(wǎng)絡(luò)智能化的逐漸發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)模塊化設(shè)計得到有效實現(xiàn)，同時通過強化不同模塊之間的關(guān)聯(lián)，可實現(xiàn)群控系統(tǒng)的有效創(chuàng)建，然后根據(jù)實際生產(chǎn)需求進行智能化分析，編制合理的機械產(chǎn)品生產(chǎn)方案，并針對相關(guān)生產(chǎn)資料與信息及時進行調(diào)整[5]。例如，應(yīng)用自適應(yīng)技術(shù)，可以將自動識別負(fù)載等相關(guān)參數(shù)變化作為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對前饋控制數(shù)據(jù)信息和電機參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)信息的自適應(yīng)運算，接下來利用自動編程對相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備進行調(diào)節(jié)和控制。將自動化技術(shù)的應(yīng)用作為基礎(chǔ)，可以針對系統(tǒng)數(shù)據(jù)實施自動采集、分析及處理，工作人員能夠結(jié)合系統(tǒng)所提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，對結(jié)果與圖像進行分析，給出相應(yīng)的設(shè)計制造方案，確?？蛻舻膫€性化需求得到滿足?？茖W(xué)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以確保不同生產(chǎn)設(shè)備控制端的有效連接，實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的共享，同時可以針對產(chǎn)品設(shè)計制造過程實施遠程控制，確保了無人操作流程的有效實現(xiàn)，滿足智能化生產(chǎn)的相應(yīng)要求。

3 新形勢下機械制造自動化的發(fā)展趨勢

3.1 機械制造技術(shù)數(shù)字化

毋庸置疑，當(dāng)前是信息化時代，計算機技術(shù)與通信技術(shù)得到了快速發(fā)展，并在數(shù)字制造領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用，企業(yè)的生產(chǎn)及經(jīng)營管理也因此產(chǎn)生了一定的變化。機械制造業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)對相關(guān)信息進行公開，同時也借助網(wǎng)絡(luò)進行市場的開發(fā)。在數(shù)字制造環(huán)境條件下，機械制造自動化技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺以及產(chǎn)品開發(fā)虛擬數(shù)字平臺，針對產(chǎn)品的生產(chǎn)及加工進行數(shù)字模擬，同時針對相關(guān)環(huán)節(jié)實施測試，這樣可以確保所產(chǎn)生出的產(chǎn)品具有更強的市場適應(yīng)性。

3.2 虛擬技術(shù)水平提高

虛擬技術(shù)是21世紀(jì)誕生的一種重要技術(shù)，傳統(tǒng)的虛擬技術(shù)是將模擬當(dāng)作核心，對無限接近相應(yīng)工作條件的過程加以模擬，然后完成對具體生產(chǎn)過程中可能會出現(xiàn)的問題的有效預(yù)測[6]。當(dāng)前，機械設(shè)計制造領(lǐng)域中虛擬技術(shù)的應(yīng)用，主要是預(yù)先對問題的原因加以分析，然后制定相關(guān)解決措施，有效規(guī)避故障問題，這樣可以保證更高的生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。然而，目前針對虛擬技術(shù)的研究依然不夠，各方面都有待改進。因此，相關(guān)技術(shù)工作者應(yīng)從技術(shù)能力、理論基礎(chǔ)等多方面予以提升，并結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，盡可能降低人為因素在其中的干擾性影響[7-8]。

3.3 機電一體化

機電一體化是由計算機技術(shù)、機械生產(chǎn)加工技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)等多門學(xué)科交叉而形成的。應(yīng)用機電一體化技術(shù)，可以確保產(chǎn)品更加具有智能性、系統(tǒng)性和模塊化等多方面的特點。新形勢下，在機械設(shè)計制造中應(yīng)用機電一體化技術(shù)是當(dāng)前機械制造行業(yè)發(fā)展的重要方向，機電一體化技術(shù)具有無限廣闊的發(fā)展空間，能夠使產(chǎn)品的設(shè)計更為科學(xué)，顯著提高企業(yè)的生產(chǎn)效率[9-10]。

4 結(jié)束語

綜上所述，新的發(fā)展形勢下，機械設(shè)計制造和自動化技術(shù)之間的有效融合，不但確保了生產(chǎn)的高質(zhì)量，而且從整體上優(yōu)化了機械制造流程，保證了技術(shù)的高水平應(yīng)用，同時降低了機械生產(chǎn)成本，對經(jīng)濟的發(fā)展具有十分重要的意義。借助先進的機械制造技術(shù)，經(jīng)濟的增長也會更加穩(wěn)定。人們的生活及生產(chǎn)與機械設(shè)計制造行業(yè)之間存在著密切的關(guān)聯(lián)，為了保證機械制造行業(yè)能夠更加穩(wěn)定發(fā)展，應(yīng)對機械自動化技術(shù)進行更加深入的研究，為經(jīng)濟發(fā)展作出貢獻。