自動化技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用探析

殷曉偉

中航工程集成設(shè)備有限公司 北京 102206

引言

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和時代的進(jìn)步使得機械設(shè)計制造及自動化技術(shù)成為制造業(yè)發(fā)展的組成部分，現(xiàn)代社會人們對生產(chǎn)生活物質(zhì)的需求不斷增加，而高科技的機械設(shè)計制造及自動化技術(shù)發(fā)展，成為提高人們生活水平、實現(xiàn)現(xiàn)代化建設(shè)的重要途徑。在這種情況下，認(rèn)真研究機械設(shè)計制造及自動化發(fā)展方向，穩(wěn)步推進(jìn)制造業(yè)的不斷發(fā)展，提升技術(shù)水平成為人們關(guān)注的重點。機械設(shè)計制造及自動化技術(shù)對于制造業(yè)的發(fā)展起著重要的作用。

1 自動化技術(shù)概述

自動化技術(shù)指的是讓機器設(shè)備根據(jù)提前編碼好的程序在沒有人工干預(yù)的前提下進(jìn)行自我操作與控制的一種技術(shù)，這種技術(shù)能夠讓機器設(shè)備代替部分或全部人工操作，在保證工作效率的同時對人力勞動進(jìn)行了解放，從根本上推動了相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展。隨著自動化技術(shù)的愈加成熟，其所能夠應(yīng)用的范圍也是逐漸增加，不僅在農(nóng)業(yè)、交通運輸以及醫(yī)療等居民生活方面有所應(yīng)用，還在工業(yè)、軍業(yè)等較重要的行業(yè)占據(jù)著較大的應(yīng)用比例，因此自動化技術(shù)的發(fā)展能夠有力地推動社會整體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2 機械設(shè)計中存在的問題

2.1 設(shè)計工作具有局限性

在市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的社會背景當(dāng)中，機械制造行業(yè)需要面臨的市場壓力逐漸提升，因此在行業(yè)企內(nèi)企業(yè)制定發(fā)展戰(zhàn)略的階段，應(yīng)該優(yōu)先考慮行業(yè)科技水平提升方面的要求，在深入掌握市場發(fā)展和行業(yè)需求的格局之后，還能夠?qū)崿F(xiàn)合理的全流程一體化格局，在這一階段當(dāng)中，企業(yè)需要注意的內(nèi)容有兩個方面，一方面就是不能放松引進(jìn)專業(yè)技術(shù)人員，另一方面就是要加大自動化系統(tǒng)的推廣以及發(fā)展力度，確保工作細(xì)節(jié)能夠滿足行業(yè)企業(yè)在創(chuàng)新性方面的要求，以此促使機械自動化與實際制造之間形成更深入的融合。

2.2 制造工藝不完善

在我國的現(xiàn)代制造行業(yè)發(fā)展規(guī)劃落實的過程當(dāng)中，機械自動化技術(shù)也能夠注入各行業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)以及運營過程中，但這種技術(shù)的推廣，實際上始終沒有達(dá)到預(yù)期的落實效果。簡而言之就是制造工藝不完善以及生產(chǎn)粗放等問題始終存在，若從細(xì)節(jié)著手分析，一部分機械制造企業(yè)比較看重短期的經(jīng)濟(jì)效益，導(dǎo)致自身發(fā)展的自動化難以從長遠(yuǎn)的角度入手規(guī)劃，后續(xù)發(fā)展效果也不好[1]。同時，部分機械制造企業(yè)還存在明顯的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，以及生產(chǎn)方式缺乏交替性等問題。在實際工作落實的階段，任何一個環(huán)節(jié)產(chǎn)生問題，都有可能影響最終的生產(chǎn)和制造效果。此外需要注意解決的就是制造工藝本身不夠完善的問題，企業(yè)若是想嘗試新的技術(shù)手段，為保障生產(chǎn)工作穩(wěn)定落實，還需要具備自動化技術(shù)相應(yīng)的管理策略，尤其是要避免產(chǎn)生交叉管理的情況，將體制不健全的問題完全暴露出來影響企業(yè)日常生產(chǎn)工作。這方面的問題也是機械制造企業(yè)在較長一段時間內(nèi)需要解決的關(guān)鍵，若能取得良好的成果，還能夠為自動化技術(shù)和機械工程的融合構(gòu)建更加適宜的環(huán)境。

3 自動化技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 運用電子化圖紙

圖紙是產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)只有先設(shè)計出圖紙才能夠開展后續(xù)的指導(dǎo)工作，但是在傳統(tǒng)工作模式下，一般都是采用紙質(zhì)版的圖紙。但是隨著社會對機械設(shè)計制造產(chǎn)品的需求量越來越多，并且還出現(xiàn)了很多定制化的產(chǎn)品，所以如果依靠紙質(zhì)版的圖紙，工作效率相對較低，與此同時紙質(zhì)化的圖紙還存在著以下弊端。首先，紙質(zhì)版的圖紙攜帶不方便[2]。部分機械制造產(chǎn)品涉及的圖紙張數(shù)較多，所以工作人員在用紙質(zhì)版圖紙進(jìn)行制造時會不太方便，與此同時紙質(zhì)圖紙還會涉及破損、污染、丟失等問題。再加上部分機械設(shè)計制造的環(huán)境相對較差，所以攜帶紙質(zhì)版的設(shè)計圖紙并不方便。其次，更改難度較大。由于市場上涌現(xiàn)出很多定制化的產(chǎn)品，如果用戶的需求發(fā)生改變，設(shè)計人員就要對設(shè)計圖紙進(jìn)行修改，但是紙質(zhì)版的圖紙容易被涂抹，而且部分圖紙紙張較大，無法實現(xiàn)隨時隨地的更改。最后，部分機械設(shè)計制造產(chǎn)品的設(shè)計圖紙要進(jìn)行存檔和保留，但是紙質(zhì)版圖紙在保留過程中容易受潮而腐爛。因此在智能制造時代背景下，要運用電子化的圖紙完成設(shè)計工作。

第一，電子化圖紙的設(shè)計效率高。在智能制造時代背景下，出現(xiàn)了很多智能設(shè)計軟件。這些軟件本身就有一定的設(shè)計模板，所以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計效率更高。與此同時利用智能設(shè)計軟件在繪制圖形時精準(zhǔn)度會更高，因為智能設(shè)計軟件受外部環(huán)境的影響較小，所以隨時隨地可以對圖紙進(jìn)行修改。

第二，電子化圖紙更方便攜帶和保留。手機和電腦已經(jīng)成為當(dāng)下辦公的主要工具，在智能制造時代背景下手機和電腦也可以完成圖紙設(shè)計工作，當(dāng)用戶出現(xiàn)相對緊急的需求，要求對產(chǎn)品的圖紙進(jìn)行更改時，相關(guān)的設(shè)計人員可以在手機或電腦上直接完成圖紙更改問題，與此同時還可以直接導(dǎo)出設(shè)計圖給用戶觀看，用戶可以根據(jù)圖紙內(nèi)容提出自己的想法和修改意見。電子畫圖紙可以通過存檔的方式進(jìn)行保留，與此同時，電子化圖紙不需要實際的保存空間，一般都是保存到某個網(wǎng)絡(luò)平臺或者是某個終端。除此之外，在智能制造時代，很多機械制造企業(yè)都有自己的網(wǎng)絡(luò)平臺和自己的內(nèi)網(wǎng)，所以安全性也相對較高，可以通過技術(shù)手段去保障電子化圖紙的安全性。

3.2 應(yīng)用計算機輔助設(shè)計軟件

隨著計算機技術(shù)的誕生，一些復(fù)雜的計算、實驗數(shù)據(jù)計算可以依靠計算機進(jìn)行處理。而隨著信息化時代的到來，計算機技術(shù)實現(xiàn)了更大的突破，基于計算機平臺的工業(yè)設(shè)計、生產(chǎn)軟件出現(xiàn)，實現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計和制造，工藝規(guī)劃，測試，質(zhì)量控制等內(nèi)容，這些技術(shù)的作用為高端機械設(shè)計與制造提供了重要的生產(chǎn)基礎(chǔ)。雖然基于計算機平臺的這些技術(shù)可以有效降低人力、物力成本，提高設(shè)計的精準(zhǔn)度，但在提高機械設(shè)計與制造的生產(chǎn)效率上并不突出。因此，隨著計算機技術(shù)的不斷提升，在高端的機械制造領(lǐng)域，出現(xiàn)了更為先進(jìn)的計算機集成制造系統(tǒng),而這種制造系統(tǒng)就結(jié)合了計算機輔助技術(shù)功能并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化，數(shù)據(jù)的參數(shù)化，為制設(shè)計制造人員提供更全面的模型數(shù)據(jù)，并且可以實現(xiàn)每一個單一的有效溝通協(xié)調(diào)。在高端的機械設(shè)計與制造領(lǐng)域，全面性提高了設(shè)計的效率與精準(zhǔn)度，實現(xiàn)更高難度功能的整合。而在應(yīng)用計算機集成制造技術(shù)的過程中,現(xiàn)代機械設(shè)備在研發(fā)、設(shè)計領(lǐng)域中也積極嘗試更先進(jìn)的材料與前衛(wèi)的功能設(shè)計，充分集成計算機運算平臺，并配合更先進(jìn)的電子信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化生產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)機械制造生產(chǎn)的自動化、智能化。

3.3 融合數(shù)字化機械設(shè)計形式

第一，利用數(shù)字化機械設(shè)計形式實現(xiàn)信息共享。機械設(shè)計制造的流程相對較多，所以幾乎所有的機械設(shè)計制造產(chǎn)品都是跨部門生產(chǎn)，比如涉及材料采購部門，制造監(jiān)督部門和生產(chǎn)部門，在傳統(tǒng)工作模式下都是以人力生產(chǎn)為主，所以很多信息都需要部門之間的對接人進(jìn)行溝通共享。這種溝通共享方式雖然支持了機械制造產(chǎn)品的發(fā)展，但是由于要人為進(jìn)行溝通，所以效率相對較低。與此同時，在溝通過程中，部分部門的對接人會對信息進(jìn)行二次加工和主觀改造，所以在一定程度上會造成信息失真問題，因此信息共享和信息準(zhǔn)確度成為阻礙機械設(shè)計制造的重要難題[3]。但是在引入數(shù)字化機械設(shè)計形式之后，可以借助該技術(shù)，實現(xiàn)信息共享。首先，在機械設(shè)計制造過程中，自動化技術(shù)會捕捉相關(guān)的制造信息，并將信息轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，上傳到某個平臺上，這種上傳方式避免了人員對信息主觀加工的問題，在一定程度上能夠保證信息的精準(zhǔn)度。與此同時將信息上傳到某個信息平臺，相關(guān)部門的人員都可以登錄這一信息平臺，獲取信息無須進(jìn)行線下一對一溝通。這種信息溝通方式縮短了信息溝通的環(huán)節(jié)，提高了信息溝通的效率。其次，對于自動化技術(shù)無法識別的數(shù)據(jù)信息，工作人員可以進(jìn)行手動更新。雖然目前在智能時代背景下，機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，但是部分?jǐn)?shù)據(jù)自動化技術(shù)還是無法捕捉和識別，對于此類信息相關(guān)部門的人員可以手動將其更新到信息平臺上，并對其進(jìn)行標(biāo)注，其他部門人員可在信息平臺上查看此信息，并對標(biāo)注問題進(jìn)行探討和反饋。

第二，數(shù)字化機械設(shè)計形式具有信息歸納和整理功能。機械設(shè)計制造產(chǎn)品的制造流程較多，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也比較大，在傳統(tǒng)工作模式下，都是人為對制造流程進(jìn)行記錄。這種人為記錄方式一方面是效率低，另一方面是由于人員會容易受到外部環(huán)境的影響，所以在記錄過程中可能會出現(xiàn)記錄誤差，造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響后續(xù)的產(chǎn)品生產(chǎn)。但是在引入數(shù)字化機械設(shè)計形式之后，該技術(shù)能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行自動收集和整理，同時工作人員可以在智能化系統(tǒng)中錄入相關(guān)的指令，那么該系統(tǒng)就能夠在信息收集完畢之后，將信息發(fā)放到指定的部門，并提醒他相關(guān)人員觀看?？傊?，在智能制造時代融合數(shù)字化機械設(shè)計形式，對于提高信息處理效率，促進(jìn)信息溝通具有重要作用。

3.4 應(yīng)用智能自動化技術(shù)

在機器制造過程中實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，可以避免人工失誤，生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，提高整體生產(chǎn)效率。早期的機器制造并沒有實現(xiàn)整個過程的自動化，自動化技術(shù)只能應(yīng)用于產(chǎn)品的一部分過程，一些復(fù)雜的過程還需要人工操作?，F(xiàn)在自動化技術(shù)已經(jīng)體現(xiàn)在設(shè)計階段，可以依靠CIMS、CAD等技術(shù)完成更復(fù)雜的建模和計算，還可以對加工過程進(jìn)行仿真實驗或仿真加工。自動化機械不浪費材料，甚至可以節(jié)省時間。近年來，機器制造和自動化已廣泛應(yīng)用于與機器設(shè)計相關(guān)的各個行業(yè)。依托大數(shù)據(jù)技術(shù)、挖掘技術(shù)、精密算法等人工智能系統(tǒng)的擴展，為我國的機械制造和自動化產(chǎn)業(yè)拓展更寬闊的發(fā)展渠道。目前，人工智能和計算機技術(shù)在機器制造和自動化的進(jìn)步中已經(jīng)不同程度地滲透。例如，技術(shù)人員在制定機器制造的框架時，離不開已經(jīng)成為制造核心的智能操作程序的支持。同時，內(nèi)部信息全控，整個工作機制連通[4]。中央處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)分發(fā)這些信息，使系統(tǒng)內(nèi)的各種設(shè)備都能正常工作。自動化機械還可以根據(jù)工作情況自動優(yōu)化和調(diào)整工作模式。目前的機械制造業(yè)基于控制理論，實現(xiàn)了融合人工智能、心理學(xué)、力學(xué)等相關(guān)知識的智能模擬。在給出指令時，計算機用于模擬人類的思想和動作，并將這些指令發(fā)送給負(fù)責(zé)執(zhí)行任務(wù)的機器人或機械臂。這種自動化和智能化可以體現(xiàn)在機械制造的諸多領(lǐng)域，有效降低成本，替代勞動力，因此智能化的發(fā)展?jié)摿Ρ容^大。同時，“私人定制”也越來越受到人們的歡迎，也為智能化生產(chǎn)和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。可以根據(jù)用戶的訂單要求，確定生產(chǎn)工藝和原材料，生產(chǎn)出讓用戶滿意的個性化產(chǎn)品。銷售商品并不意味著生產(chǎn)經(jīng)營的結(jié)束，這些智能產(chǎn)品可以將設(shè)備的數(shù)據(jù)狀態(tài)收集、整理并發(fā)送到工廠，企業(yè)可以據(jù)此了解產(chǎn)品和設(shè)備的使用和運行情況，數(shù)據(jù)和工作協(xié)同信息服務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

3.5 合理應(yīng)用仿真技術(shù)

仿真技術(shù)在機械設(shè)計制造及自動化的應(yīng)用目前，仿真技術(shù)在航天、航空、汽車、船舶制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，這是一種更為先進(jìn)的虛擬技術(shù)，實現(xiàn)對產(chǎn)生更全方位的模擬，對目前的機械設(shè)計制造而言，有著重要的意義。仿真技術(shù)可以借助虛擬技術(shù)、計算機掃描技術(shù)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)、輪廓進(jìn)行掌握，在借助計算機龐大的數(shù)據(jù)運算處理能力，通過仿真軟件對產(chǎn)品進(jìn)行模擬調(diào)試并修改。對于目前的機械制造與自動化技術(shù)而言，是一門綜合性很高的學(xué)科，這其中涉及的知識廣，需要結(jié)合計算機技術(shù)、電子集成技術(shù)、控制技術(shù)共同參與，才能滿足產(chǎn)品的設(shè)計與研發(fā)。

4 結(jié)束語

在智能制造時代背景下機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)，還有很大的空間，要跟隨國家政策去調(diào)整機械設(shè)計制造的方向，與此同時，要根據(jù)企業(yè)目前實際的發(fā)展現(xiàn)狀去優(yōu)化生產(chǎn)方式，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。