機械設(shè)計制造及其自動化發(fā)展方向研究

邵秋林

（重慶順安爆破器材有限公司，重慶 400700）

機械設(shè)計制造主要針對機械設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)、運動方式，并通過分析和計算各種零件尺寸等，為機械設(shè)備制造提供具體依據(jù)。同時機械設(shè)計制造水平與計算機技術(shù)及系統(tǒng)科學(xué)等密切相關(guān)，隨著近年來科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為機械設(shè)計制造理論和方法更新和拓展提供了有力支撐。同時通過電子技術(shù)及新興學(xué)科的充分引入，使機械制造技術(shù)的自動化發(fā)展受到廣泛關(guān)注和重視，加大了生態(tài)化、智能化、微型化等先進機械技術(shù)及設(shè)備研發(fā)力度，這也是機械設(shè)計制造未來發(fā)展的重要趨勢。

1 機械設(shè)計制造及自動化發(fā)展理念

1.1 基于機械設(shè)備功能要求

由于制作的產(chǎn)品不同，相應(yīng)的對機械設(shè)備要求也有所不同，并且機械設(shè)計制造應(yīng)根據(jù)客戶的具體需求，對不同性能及規(guī)模的產(chǎn)品進行的制作，因此產(chǎn)品的功能差異對機械設(shè)備提出了更高的要求。因此機械制造與自動化需要對設(shè)備功能進行充分考慮，對計算機技術(shù)加強引入，使機械設(shè)備運行更加靈活。另外通過機械自動化系統(tǒng)的運用，充分發(fā)揮機電一體化技術(shù)優(yōu)勢，對機電一體化產(chǎn)品設(shè)計、特定功能實現(xiàn)、制造等環(huán)節(jié)加強重視，使設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)有機結(jié)合，確保設(shè)備使用要求得以有效滿足。

1.2 充分利用先進技術(shù)

由于不同產(chǎn)品的系統(tǒng)及功能各不相同，可基于產(chǎn)品系統(tǒng)和功能進行分類，并對市場中每類產(chǎn)品的銷售及使用情況進行全面調(diào)查和了解，有利于進一步掌握消費者更青睞的產(chǎn)品功能，在此基礎(chǔ)上對原因進行深入分析，并通過先進科學(xué)技術(shù)的引入，加大產(chǎn)品開發(fā)力度，其中包括了產(chǎn)品原料加工、處理，以及機械設(shè)備功能增強等。除了增強機械自動化系統(tǒng)主要功能外，還需要確保機械自動化系統(tǒng)具備檢測功能、動力功能、構(gòu)造功能、控制功能等其他內(nèi)部功能。因此為了促進機械設(shè)備功能的不斷增強，需要對各種機械自動化產(chǎn)品加強分析和設(shè)計，不斷拓寬開發(fā)、創(chuàng)新思想[1]。

2 機械自動化系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢分析

2.1 生產(chǎn)效率提高

通過自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，其中包括控制自動化及信息自動化等技術(shù)。①能夠使產(chǎn)品制造生產(chǎn)中操作失誤有效減少，使控制更加便捷，同時機械設(shè)備能夠依照事先設(shè)定的制作流程進行作業(yè)，使生產(chǎn)效率有效提升。②通過模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，能夠使生產(chǎn)環(huán)節(jié)不斷改善和優(yōu)化，使操作自動化得以實現(xiàn)的同時，使產(chǎn)品質(zhì)量有效提升。③利用計算機編程，能夠使產(chǎn)品更加多元化，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代速度。

2.2 系統(tǒng)調(diào)整、維修更加便捷

在機械自動化系統(tǒng)中，通過計算機技術(shù)等先進技術(shù)的引入，能夠根據(jù)產(chǎn)品需求，對設(shè)備進行安裝和調(diào)試，并對制造產(chǎn)品質(zhì)量予以保證。①通過對控制程序進行有效調(diào)整，在無需拆除機器部件的情況下，使控制系統(tǒng)內(nèi)部功能更加多樣化。②需要提高自動化產(chǎn)品的設(shè)備存儲能力，在設(shè)備中對每種產(chǎn)品型號進行存儲，有利于使用時進行有效調(diào)用和執(zhí)行，使自動化生產(chǎn)得以實現(xiàn)。③通過檢測技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)收线M行自動修復(fù)，使設(shè)備運行的穩(wěn)定性得以保障。④通過電子技術(shù)的引入，能夠使機械設(shè)備的生產(chǎn)開關(guān)數(shù)量有效減少，同時依據(jù)預(yù)先設(shè)定工作內(nèi)容，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動循環(huán)和轉(zhuǎn)換，使生產(chǎn)效率及操作便捷性有效提高。

2.3 安全隱患減少

通過機械自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠使生產(chǎn)設(shè)備運行安全性和穩(wěn)定性有效提升，并能夠?qū)ιa(chǎn)過程中存在的危險狀況進行提前控制，并針對每個環(huán)節(jié)進行監(jiān)控設(shè)置，一旦生產(chǎn)設(shè)備運作中存在故障，能夠?qū)崿F(xiàn)自動診斷和報警，如機器運轉(zhuǎn)過程中，如存在過載、過流、過壓、短路等電力故障，可通過新工作模式轉(zhuǎn)換的方式，對電路進行及時切斷。另外通過機械自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠使大型設(shè)備事故發(fā)生幾率大幅度減少，對設(shè)備中可動部件及容易摩擦的零件進行有效替換，使事故發(fā)生可能性減少，提高機械生產(chǎn)的安全性和可靠性。

3 現(xiàn)代機械自動化系統(tǒng)應(yīng)用效益分析

隨著高新技術(shù)的快速發(fā)展和進步，極大地推動了機械自動化的技術(shù)創(chuàng)新和改革。傳統(tǒng)機械產(chǎn)品已無法適應(yīng)時代發(fā)展要求，產(chǎn)品逐漸朝著多功能、小體積、集成化方向發(fā)展，并且傳統(tǒng)機械產(chǎn)品不斷由新機械產(chǎn)品所替代，成為了機械制造技術(shù)未來發(fā)展的必然趨勢。現(xiàn)階段越來越多的企業(yè)對產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)增強了重視，提高產(chǎn)品的功能性和附加值，使產(chǎn)品市場競爭力不斷增強[2]。另外產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，能夠為機械制造業(yè)提供新的發(fā)展動力，也為經(jīng)濟快速發(fā)展起到促進作用?，F(xiàn)代機械自動化系統(tǒng)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面。

3.1 有效提升工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量

通過對現(xiàn)代機械自動化技術(shù)的應(yīng)用，利用自動控制及自動修復(fù)功能，對產(chǎn)品生產(chǎn)加強控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量檢測的精確性和靈敏性，更好滿足生產(chǎn)要求，使產(chǎn)品質(zhì)量得以有效保障。同時通過機械自動化技術(shù)的應(yīng)用，能夠使人力勞動被機器運行所替代，使工作效率大幅度提升。操作控制更加簡便，利用計算機技術(shù)，使操作人員能夠?qū)λ性O(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控和調(diào)整，實現(xiàn)機械統(tǒng)一操作的同時，使設(shè)備運行穩(wěn)定性及產(chǎn)品合格率有效提升。另外在機械自動化運行中，借助相關(guān)軟件能夠提高生產(chǎn)制造的柔韌性和適用性，尤其是針對多品種、小批量生產(chǎn)要求，能夠使產(chǎn)品開發(fā)周期有效縮減，產(chǎn)品生產(chǎn)更換速度加快。

3.2 提高設(shè)備運行可靠性和安全性

在機械自動化生產(chǎn)中，通過自動監(jiān)測、自動診斷、自動報警、自動保護等功能的實現(xiàn)，能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行過程中存在的過壓、過載、過流等情況，一旦出現(xiàn)電源短路故障能夠及時進行防護和處理，使設(shè)備事故發(fā)生幾率有效減少，設(shè)備使用安全性和可靠性有效提升。同時在機械自動化生產(chǎn)中，通過電子裝置的運用，使機械設(shè)備中可動部件及零件之間的磨損有效減少，可靠性和靈敏度有效提升，使用壽命延長。

3.3 有利改善產(chǎn)品使用性能、便于后續(xù)維修調(diào)整

通過對機械自動化系統(tǒng)安裝及調(diào)試，并對控制程序進行合理變更，對現(xiàn)場參數(shù)進行調(diào)整，能夠使生產(chǎn)方式更好地應(yīng)對不同用戶的使用需求。①在機械自動化產(chǎn)品的控制系統(tǒng)中，通過控制程序的有效輸入，能夠無需對機械設(shè)備中任何零部件進行改變，可利用機械自動化存儲功能，能夠?qū)ο嗯涮椎某绦驁?zhí)行進行預(yù)先存儲，在相應(yīng)對象的指定程序中輸入給定的代碼信號，使其能夠?qū)崿F(xiàn)自動化運作。②機械自動化系統(tǒng)能夠利用自動監(jiān)測及自動檢測功能，及時發(fā)現(xiàn)和處理運行故障，對運行穩(wěn)定性予以保障[3]。③在機械自動化產(chǎn)品中，利用程序控制及數(shù)字顯示，大幅度減少操作按鈕數(shù)目，使操作更加簡便。④利用預(yù)先設(shè)定程序，能夠采用電子控制系統(tǒng)對機械自動化系統(tǒng)的所有行動進行命令和控制，并在高級機械自動化系統(tǒng)中，利用數(shù)學(xué)模型對被控對象參數(shù)變化進行準確把控，使操作自動實現(xiàn)最優(yōu)化。

3.4 實現(xiàn)產(chǎn)品功能多元化

在機械自動化系統(tǒng)中，通過電氣技術(shù)與機械技術(shù)的有效融合，有效發(fā)揮兩者的應(yīng)用優(yōu)勢，使機械設(shè)備功能更加多元化，使機械設(shè)備自動化程度不斷提高，并且有利于可操作性及實用性增強。同時機械設(shè)備所具備的可自動調(diào)整功能，使其使用更加簡單，設(shè)備需要結(jié)合外圍環(huán)境變化，通過自動調(diào)整保證工作狀態(tài)及自我保護的最優(yōu)化。提高機械設(shè)備的可適用性，保證其能夠在不同環(huán)境下，應(yīng)用于不同位置。

3.5 人力勞動價值提升

通過加大技術(shù)研發(fā)力度、不斷匯集專業(yè)知識，促進機械自動化產(chǎn)品的可持續(xù)發(fā)展。同時在生產(chǎn)過程中，能夠使人力勞動投入成本有效節(jié)約，提高人力勞動價值。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，通過機械自動化產(chǎn)品的積極引入，能夠使工作效率有效提升，推進我國現(xiàn)代化建設(shè)和發(fā)展。

3.6 能源節(jié)約

在國家發(fā)展戰(zhàn)略中，能源節(jié)約成為重要目標之一，同時也是社會各界關(guān)注的重要問題。在機械自動化系統(tǒng)中，應(yīng)對低功耗驅(qū)動機構(gòu)加大研發(fā)力度，對控制設(shè)備進行調(diào)整和優(yōu)化，使能源利用效率有效提升，使節(jié)能效果得以實現(xiàn)。同時在機械自動化系統(tǒng)中，加強學(xué)科知識及先進技術(shù)的引入，使從機電系統(tǒng)向計算機系統(tǒng)，從硬件系統(tǒng)向軟件系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，使產(chǎn)品逐步向小型自動化機械設(shè)備方面發(fā)展，并使材料消耗有效降低。所以通過機械自動化系統(tǒng)及技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用和發(fā)展，能夠使生產(chǎn)企業(yè)和使用企業(yè)的經(jīng)濟效益及社會效益有效提升，進而實現(xiàn)雙贏。

4 機械設(shè)計制造及其自動化發(fā)展方向探究

4.1 生態(tài)化

目前隨著人們生態(tài)環(huán)境保護意識的增強，在機械設(shè)計制造及自動化發(fā)展中加強了綠色生態(tài)理念的引入，通過新型產(chǎn)品設(shè)計，使資源利用實現(xiàn)最大化。在產(chǎn)品設(shè)計時，需要確保產(chǎn)品能夠符合環(huán)境保護需求，并使產(chǎn)品基本功能及經(jīng)濟性要求得以滿足，確保綠色產(chǎn)品具有的特定使用功能，同時對人們的身心健康及周邊環(huán)境不會造成任何損害。因此生態(tài)化發(fā)展也是現(xiàn)代化機械設(shè)計制造的未來發(fā)展趨勢，使資源損耗最大程度減少。

4.2 智能化

在機械設(shè)計制造及自動化發(fā)展中，通過計算機輔助技術(shù)和人工智能技術(shù)有效結(jié)合，使其能夠更好地為機械制造行業(yè)服務(wù)。其中對于CAD 技術(shù)的應(yīng)用，與人工智能及專家系統(tǒng)有效結(jié)合，充分發(fā)揮CAD 系統(tǒng)的創(chuàng)造性。對基于計算機技術(shù)的整體模型進行有效構(gòu)建，使現(xiàn)代機械的智能化、集成化特點得以體現(xiàn)。同時通過計算機系統(tǒng)集成，借助智能化方式，對機械產(chǎn)品工況進行描述，并保證機械產(chǎn)品設(shè)計方案的最佳化[4]。

4.3 系統(tǒng)化和定量化

在機械設(shè)計制造及自動化發(fā)展中，對傳統(tǒng)設(shè)計方式進行優(yōu)化，使設(shè)計更具邏輯性、科學(xué)性和理性，促進系統(tǒng)化、定量化的新型設(shè)計方法的形成。其中針對機械設(shè)備的整體系統(tǒng)設(shè)計，可利用計算機技術(shù)，有效協(xié)調(diào)人與環(huán)境之間的關(guān)系。對總系統(tǒng)進行合理劃分，多個子系統(tǒng)之間的關(guān)系通過現(xiàn)代設(shè)計理論和方法的應(yīng)用進行有效協(xié)調(diào)，能夠使系統(tǒng)化目標得以實現(xiàn)。如采用傳統(tǒng)設(shè)計方法，由于其主要依賴設(shè)計人員自身經(jīng)驗，以及靜態(tài)化分析方式，而機械產(chǎn)品功能設(shè)計及后續(xù)使用通常處于隨機動態(tài)的環(huán)境下，傳統(tǒng)設(shè)計方式無法進行動態(tài)化定量設(shè)計，難以全面、真實反映實際工況。因此機械設(shè)計的系統(tǒng)化及定量化也是未來趨勢，能夠充分考慮零部件及材料損傷，并在機械設(shè)備設(shè)計中引入數(shù)學(xué)歸納法和有限元法，使機械設(shè)備設(shè)計成功率有效提升。

4.4 微型化

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及微電子設(shè)備的不斷研發(fā)和進步，我國機械自動化逐步朝著微觀領(lǐng)域方向發(fā)展。其中小型機械自動化產(chǎn)品具有靈活性強、能耗少等優(yōu)勢，在醫(yī)療、軍事、科研、生物技術(shù)等高端領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。另外在機械微型化發(fā)展過程中，需要對微機械技術(shù)加大研究力度，對微機械產(chǎn)品進行研發(fā)，并對精細加工法加強應(yīng)用。超精密技術(shù)包括了光刻、蝕刻兩種，在機械自動化中加以應(yīng)用，能夠使其更好地順應(yīng)時代要求，逐步向微米、納米領(lǐng)域發(fā)展。

4.5 模塊化

在機械自動化生產(chǎn)中，模塊化過程較為復(fù)雜。由于機械自動化產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家較多、產(chǎn)品種類繁雜，對其標準化電氣接口、機械接口、境接口、動力接口、環(huán)等進行研制和開發(fā)難度較高。如對集電動機、智能減速等一體的動力單元，具有圖像處理、視覺識別及測距等功能的控制單元，能夠完成典型操作的各種機械裝置等進行研發(fā)，作為標準單元在新產(chǎn)品快速開發(fā)和生產(chǎn)中加以利用，并能夠使生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大。另外在系統(tǒng)化、標準化的機械自動化生產(chǎn)中，通過電氣產(chǎn)品的模塊化生產(chǎn)，能夠?qū)C械自動化企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到有效推動作用。

5 結(jié)語

在我國機械設(shè)計制造及自動化發(fā)展中，需要對國外先進科學(xué)技術(shù)進行積極借鑒和學(xué)習(xí)，并對自身經(jīng)驗及教訓(xùn)進行總結(jié)和汲取，對低成本、高效率自動化技術(shù)加大研發(fā)力度，從而使機械設(shè)計制造及自動化能夠朝著智能化、生態(tài)化、定量化、系統(tǒng)化、微型化等方面發(fā)展，使生產(chǎn)技術(shù)能夠不斷普及的同時，進一步促進我國機械自動化實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、高速度發(fā)展。