新形勢下自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用研究

歐振議

郴州七三二零化工有限公司 湖南 郴州 423015

引言

對于機(jī)械制造企業(yè)來說，自動(dòng)化技術(shù)雖然能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)備傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、制造技術(shù)的創(chuàng)新提供巨大幫助，但由于其本身具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面的應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣，因此要想將自動(dòng)化技術(shù)有效應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)制造中來，往往都有著較高的難度，而對于自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)研究，自然也是十分必要的。

1 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用價(jià)值

1.1 提升設(shè)備整體性能

從機(jī)械制造企業(yè)的角度來看，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在對機(jī)械設(shè)備整體性能的提升上。首先，從安全性的角度來看，由于自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備需要由專門的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，而控制系統(tǒng)又能夠借助相關(guān)儀表、傳感器，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測，因此一旦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常，就能夠立即被控制系統(tǒng)所識別，并向相關(guān)操作人員、維修人員發(fā)出警報(bào)，其運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性都能夠得到顯著提升[1]。其次，在自動(dòng)化技術(shù)的支持下，機(jī)械制造企業(yè)還能夠通過運(yùn)行模擬等方式，在機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)、制造階段，分別對機(jī)械設(shè)備質(zhì)量展開全面、準(zhǔn)確的檢測，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的潛在質(zhì)量問題，并及時(shí)采取針對性的改進(jìn)措施，使機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量性能得到保證。最后，由于自動(dòng)化技術(shù)能夠根據(jù)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)方案，將各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)數(shù)字化，并嚴(yán)格按照數(shù)字化指標(biāo)控制數(shù)控機(jī)床，對設(shè)備零件進(jìn)行生產(chǎn)，因此機(jī)械設(shè)備零件的精度會得到充分保證，這對于機(jī)械設(shè)備性能提升同樣是很有幫助的。

1.2 提高設(shè)備制造效率

在機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造過程中，由于自動(dòng)化技術(shù)能夠應(yīng)用到零件設(shè)計(jì)參數(shù)等方面的信息處理工作中，由專門的軟件工具來自動(dòng)完成，機(jī)械設(shè)備的制造也同樣可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)持續(xù)的無人生產(chǎn)，因此無論是機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)效率還是生產(chǎn)制造效率，都會得到顯著提升。另外，在自動(dòng)化技術(shù)的支持下，機(jī)械制造企業(yè)還可以省略機(jī)械零件的反復(fù)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，改為借助相關(guān)軟件工具進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，這同樣能夠使設(shè)備制造效率得到較大提升。

1.3 降低設(shè)計(jì)制造成本

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值還能夠體現(xiàn)在對機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)成本的控制上。例如在無人化生產(chǎn)模式下，機(jī)械制造企業(yè)雖然在前期需要投入較多資金用于采購設(shè)備，但從長期發(fā)展的角度來看，卻能夠大大降低機(jī)械設(shè)備制造的人力成本。而在各種軟件工具的精確控制下，機(jī)械制造企業(yè)則能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)控機(jī)床及其他生產(chǎn)設(shè)備的精確控制，有效避免不必要的原材料浪費(fèi)及能源浪費(fèi)[2]。

1.4 保證機(jī)械制造安全

現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程通常都比較復(fù)雜，如果采用傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備來進(jìn)行機(jī)械制造，其安全性往往很難得到保證，即便機(jī)械制造企業(yè)十分重視生產(chǎn)安全，能夠從安全設(shè)備引進(jìn)、工人安全教育等方面入手，做好安全隱患的防范控制工作，也同樣無法從根本上解決機(jī)械制造的安全性問題，整個(gè)機(jī)械制造行業(yè)中的生產(chǎn)安全事故仍然時(shí)有發(fā)生。而在自動(dòng)化技術(shù)的支持下，由于負(fù)責(zé)機(jī)械制造的數(shù)控機(jī)床可以由系統(tǒng)按預(yù)定程序進(jìn)行自動(dòng)控制，機(jī)械設(shè)備的整個(gè)生產(chǎn)流程基本都能夠?qū)崿F(xiàn)無人化、自動(dòng)化，一線工人只需完成對數(shù)控機(jī)床的簡單操控即可，因此無論是數(shù)控機(jī)床等生產(chǎn)設(shè)備的故障，還是工人的個(gè)人操作失誤，基本都不會引發(fā)安全事故，更不會導(dǎo)致人員傷亡，而機(jī)械制造的安全性自然也能夠得到保證。

1.5 推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新

在激烈的市場競爭環(huán)境下，機(jī)械制造企業(yè)基本都需要準(zhǔn)確把握市場變化，根據(jù)各類機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際市場需求來展開機(jī)械設(shè)計(jì)制造創(chuàng)新，提高機(jī)械產(chǎn)品與市場需求間的契合度，而自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，則恰恰能夠?qū)C(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新起到推動(dòng)作用。例如在機(jī)械產(chǎn)品市場需求發(fā)生變化后，設(shè)計(jì)人員需要嘗試性的提出多種設(shè)計(jì)思路，并通過相關(guān)設(shè)計(jì)制造實(shí)踐來對設(shè)計(jì)思路的可行性進(jìn)行評估，但由于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造實(shí)踐的成本普遍較高，因此其在設(shè)計(jì)思路上的創(chuàng)新往往會受到成本因素限制。而在自動(dòng)化技術(shù)的支持下，設(shè)計(jì)人員則可以借助有關(guān)軟件工具來構(gòu)建機(jī)械產(chǎn)品的虛擬模型，將各種設(shè)計(jì)思路直觀呈現(xiàn)出來，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路的評估提供支持，使設(shè)計(jì)人員能夠在無須擔(dān)心成本的情況下，做出更多的產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新探索與嘗試。另外，面對一些特殊的機(jī)械產(chǎn)品性能要求，如果設(shè)計(jì)人員僅僅是從理論層面出發(fā)，對機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路加以創(chuàng)新，那么在機(jī)械產(chǎn)品制造出來并投入使用后，就很可能會出現(xiàn)性能不符合要求的情況，無法適應(yīng)復(fù)雜且特殊的運(yùn)行條件。而通過對自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員則可以在構(gòu)建機(jī)械產(chǎn)品虛擬模型的同時(shí)，對特殊運(yùn)行條件及機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬，準(zhǔn)確判斷出機(jī)械產(chǎn)品能否在特殊運(yùn)行條件下正常運(yùn)行，進(jìn)而幫助設(shè)計(jì)人員取得更為突出的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新成果。

2 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用趨勢

2.1 智能化

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，對于各種自動(dòng)化技術(shù)的智能化應(yīng)用，簡單來說就是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件編程技術(shù)、人工智能等技術(shù)手段為基礎(chǔ)，對機(jī)械設(shè)備的各類生產(chǎn)設(shè)備展開人工智能化管理，同時(shí)也是對早期自動(dòng)化技術(shù)的完善與升級。例如在機(jī)械設(shè)備的故障檢測領(lǐng)域，就有不少企業(yè)利用專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)，建立了專門的故障智能評估系統(tǒng)，用于根據(jù)檢測到的設(shè)備異常運(yùn)行信息及常見故障數(shù)據(jù)，對故障位置、故障原因、故障嚴(yán)重程度等展開智能化分析，甚至是制定出大致的故障維修方案，為后續(xù)的故障維修工作提供參考。

2.2 柔性化

對于機(jī)械制造企業(yè)來說，自動(dòng)化技術(shù)的柔性化應(yīng)用，實(shí)際上就是以各種自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)，將機(jī)械設(shè)備柔性化生產(chǎn)線建立起來，同時(shí)聯(lián)結(jié)多個(gè)數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)運(yùn)送裝置及自動(dòng)化信息管理系統(tǒng)，為機(jī)械設(shè)備的零件加工、裝配、檢測等生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供支持，對企業(yè)的市場應(yīng)變能力提升有著很大幫助[3]。例如在某類機(jī)械設(shè)備的市場需求發(fā)生較大變化后，企業(yè)就可以依托自動(dòng)化信息管理系統(tǒng)的人機(jī)操作界面，對機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、生產(chǎn)速度、設(shè)備生產(chǎn)數(shù)量等做出針對性調(diào)整，之后在由信息系統(tǒng)控制所有生產(chǎn)設(shè)備，完成對整個(gè)生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，使企業(yè)的機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)模式能夠迅速適應(yīng)市場變化，實(shí)現(xiàn)控制生產(chǎn)成本、改進(jìn)設(shè)備質(zhì)量性能等目的。

2.3 虛擬化

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，自動(dòng)化技術(shù)的虛擬化應(yīng)用同樣是十分關(guān)鍵的，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)械設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)可行性的準(zhǔn)確預(yù)測，同時(shí)還可以對機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)階段可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估，有效降低機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。例如在機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)階段，就可以依托虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、3D技術(shù)等技術(shù)手段支持下的軟件工具，對機(jī)械設(shè)備零件在特殊狀態(tài)、環(huán)境條件下可能出現(xiàn)的變化進(jìn)行模擬，同時(shí)依據(jù)模擬得到的數(shù)據(jù)來分析零件設(shè)計(jì)合理性，如果發(fā)現(xiàn)特殊狀態(tài)下設(shè)備零件質(zhì)量性能會出現(xiàn)變化，那么就說明在特殊運(yùn)行環(huán)境影響下，設(shè)備零件可能損壞，設(shè)計(jì)人員需要及時(shí)對零件設(shè)計(jì)做出調(diào)整。

2.4 節(jié)能化

在可持續(xù)發(fā)展理念的長期影響下，當(dāng)前機(jī)械制造行業(yè)對于節(jié)能環(huán)保的重視程度已經(jīng)得到了極大提升，而對于機(jī)械制造企業(yè)來說，要想順應(yīng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展趨勢，提高機(jī)械產(chǎn)品市場競爭力，自然也同樣需要把握好自動(dòng)化技術(shù)的節(jié)能化應(yīng)用趨勢，以降低機(jī)械設(shè)備及其生產(chǎn)過程中能源消耗、污染排放為目標(biāo)，將自動(dòng)化技術(shù)有效應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域。例如在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，就可以借助有關(guān)軟件工具，對機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬，準(zhǔn)確評估其在運(yùn)行期間的能源消耗及污染排放情況，之后再通過有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，盡可能對機(jī)械設(shè)備能源消耗、污染排放加以控制，設(shè)計(jì)出節(jié)能環(huán)保性能更為突出的機(jī)械產(chǎn)品。而在機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)制造階段，則可以將機(jī)械產(chǎn)品零部件生產(chǎn)加工所需的原材料明確下來，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)輸入到自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床中，對機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)制造期間的材料消耗進(jìn)行嚴(yán)格控制，以有效杜絕不必要的材料浪費(fèi)。

3 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用建議

3.1 推動(dòng)核心技術(shù)發(fā)展

對于機(jī)械制造企業(yè)來說，由于機(jī)械產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)與制造所需要應(yīng)用的技術(shù)非常多，而企業(yè)自動(dòng)化技術(shù)水平又直接關(guān)系著生產(chǎn)能力、產(chǎn)品創(chuàng)新能力乃至整個(gè)企業(yè)的生存發(fā)展，因此要想實(shí)現(xiàn)對自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用，就必須要將機(jī)械產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)、制造所需的核心技術(shù)轉(zhuǎn)型，同時(shí)從技術(shù)研發(fā)工作入手，持續(xù)推進(jìn)各項(xiàng)核心技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，使企業(yè)能夠在機(jī)械產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)、制造方面占據(jù)優(yōu)勢。例如對傳感檢測技術(shù)，應(yīng)根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造需求，不斷提升傳感器在數(shù)據(jù)捕捉方面的精度，或是開發(fā)一些用于感知特殊數(shù)據(jù)的傳感器，以獲取更加全面、詳細(xì)、精確的數(shù)據(jù)。而對于自動(dòng)控制技術(shù)，則需要加強(qiáng)在人工智能領(lǐng)域的研究，針對機(jī)械產(chǎn)品制造過程中可能出現(xiàn)的各種問題，對人工智能技術(shù)支持下的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)展開全面優(yōu)化，使數(shù)控機(jī)床的控制能夠更加科學(xué)、智能。

3.2 合理引入技術(shù)設(shè)備

自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的應(yīng)用，通常都需要依靠相關(guān)硬件生產(chǎn)設(shè)備、軟件工具來實(shí)現(xiàn)。在機(jī)械制造行業(yè)競爭日趨激烈的背景下，當(dāng)前機(jī)械制造企業(yè)雖然需要積極應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，并借此來提升企業(yè)的核心競爭力，但由于機(jī)械產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)、制造所需的配套設(shè)備價(jià)格普遍較高，有關(guān)軟件工具的購買或開發(fā)也同樣需要較高前期投入，因此在引入這些硬件設(shè)備、軟件工具時(shí)，企業(yè)還需充分考慮到企業(yè)技術(shù)水平、發(fā)展戰(zhàn)略、資金狀況等多方面因素，并據(jù)此制定出合理的技術(shù)、設(shè)備、軟件工具引入計(jì)劃，以免因盲目追求機(jī)械產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造而出現(xiàn)前期投入過高、設(shè)備與軟件利用率不高等情況。

3.3 重視人力資源管理

對于機(jī)械制造企業(yè)來說，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用往往離不開相關(guān)專業(yè)技術(shù)人才的支持，只有引入了掌握傳感檢測、自動(dòng)控制等各方面自動(dòng)化技術(shù)的高素質(zhì)技術(shù)人才，企業(yè)才能夠順利實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的自動(dòng)化設(shè)計(jì)、制造，并將自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。因此在對自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用中，機(jī)械制造企業(yè)還需提高對人力資源管理的重視，積極與有關(guān)高等院校、職業(yè)院校、科研機(jī)構(gòu)展開合作，共同培養(yǎng)更多符合企業(yè)人才需求的技術(shù)人才，為自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用創(chuàng)造良好基礎(chǔ)條件。

4 結(jié)束語

總而言之，對于自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，雖然在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域已經(jīng)成為必然，但要想保證自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的有效性，仍然需要準(zhǔn)確把握其在生產(chǎn)成本控制、設(shè)計(jì)制造效率提升、整體性能提升等方面的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)從智能化、柔性化、虛擬化、節(jié)能化幾個(gè)方面入手，將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)踐中來，并在核心技術(shù)發(fā)展、技術(shù)設(shè)備引進(jìn)、人才引進(jìn)與培養(yǎng)等方面采取合適的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用策略。