自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用

孫雪，馮嵩，雷利，金增楠，陳麗娜

（沈陽城市建設(shè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110167）

自動化技術(shù)即在人少量參與條件下支持自動生產(chǎn)運行的技術(shù)措施，從而改變?nèi)藗儸F(xiàn)有工作、生活模式。自動化技術(shù)應(yīng)用于機械設(shè)計制造領(lǐng)域可以有效減少人力成本，提高系統(tǒng)生產(chǎn)效率，擴大資源利用率，支持機械制造產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。

1 自動化技術(shù)應(yīng)用于機械設(shè)計制造價值

機械設(shè)計生產(chǎn)中應(yīng)用自動化技術(shù)能夠幫助減少產(chǎn)品能源消耗，隨著機械制造領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量提出了更高要求，各種能源問題越加突出，能源充分利用和控制消耗成為機械生產(chǎn)領(lǐng)域重點問題。為促進企業(yè)實現(xiàn)長期穩(wěn)定發(fā)展目標，需要密切關(guān)注整個社會和市場發(fā)展變化，維持統(tǒng)一進度，密切關(guān)注整個社會和市場發(fā)展，充分得到群眾認可，改善社會生態(tài)環(huán)境。由此看出，應(yīng)用自動化設(shè)計中要立足手動實踐，有效減少復(fù)雜工序和冗余結(jié)構(gòu)，減少資源浪費，支持機械化管理。自動化技術(shù)的有效應(yīng)用能夠進一步提升機械產(chǎn)品綜合生產(chǎn)效率。隨著新時期經(jīng)濟成本的增加，為全面優(yōu)化機械設(shè)計生產(chǎn)提供全新思路，群眾對機械產(chǎn)品相關(guān)設(shè)計生產(chǎn)效率和質(zhì)量提出了更高要求。隨著自動化技術(shù)融入，進一步加速工業(yè)化速度，有助于機械設(shè)計和自動化技術(shù)融合，自動化技術(shù)應(yīng)用于各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)全面集成、智能化發(fā)展，有效縮減多余生產(chǎn)流程，支持整個生產(chǎn)流程有序?qū)嵤?/p>

機械設(shè)計生產(chǎn)活動除了關(guān)注生產(chǎn)效率和質(zhì)量外，還需要關(guān)注生產(chǎn)穩(wěn)定性，預(yù)防施工中產(chǎn)生各種突發(fā)性問題。在機械生產(chǎn)中應(yīng)用自動化技術(shù)能夠促進系統(tǒng)及時發(fā)送預(yù)警性，提醒技術(shù)人員故障分布位置，加強故障預(yù)防和控制。在自動化技術(shù)不合理應(yīng)用條件下，無法順利發(fā)送預(yù)警信息，導(dǎo)致無法準確定位故障位置，影響故障防控。相反條件下，在自動化技術(shù)應(yīng)用不合理、不規(guī)范條件下，無法順利處理各種機械故障，設(shè)備內(nèi)部隱患通常出現(xiàn)于各個生產(chǎn)細節(jié)中，從而對生產(chǎn)者生命安全造成嚴重威脅，影響企業(yè)聲譽和社會形象。為此通過合理應(yīng)用自動化技術(shù)能夠進一步優(yōu)化系統(tǒng)生產(chǎn)效率，保障機械生產(chǎn)安全和機械產(chǎn)品質(zhì)量。

2 自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用原則

機械設(shè)計生產(chǎn)中應(yīng)用自動化技術(shù)需要堅持以下標準原則：第一是規(guī)范性原則，產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)，對于相關(guān)技術(shù)應(yīng)用需要嚴格按照標準研發(fā)流程實施，明確機械設(shè)計生產(chǎn)基礎(chǔ)條件，掌握機械產(chǎn)品數(shù)量、型號規(guī)格，預(yù)防后續(xù)機械生產(chǎn)中產(chǎn)生參數(shù)缺漏問題，機械產(chǎn)品設(shè)計者結(jié)束初期設(shè)計后會對設(shè)計成果進行反復(fù)對比分析，通過嚴格、細致的檢查保障生產(chǎn)工序和設(shè)計產(chǎn)品的實效性，能夠使自動化機械產(chǎn)品滿足我國行業(yè)標準規(guī)范。第二是安全性原則，機械產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用自動化技術(shù)，需要以安全生產(chǎn)為基礎(chǔ)，全面激發(fā)出設(shè)計研發(fā)價值功能。保障機械產(chǎn)品內(nèi)部各個零件安全性。為此，針對機械產(chǎn)品進行綜合設(shè)計中需要將研發(fā)重點放到各種生產(chǎn)技術(shù)和機械零件中，迎合元件供需要求，但相關(guān)機械零件在實際操作中依然存在某些隱患，需要設(shè)計者在保障自身安全基礎(chǔ)上，加強操作規(guī)范性，減少意外事故。設(shè)計者在機械設(shè)計中需要重點關(guān)注零件質(zhì)量控制工作，全面分析查看相關(guān)零件型號和功能，提高自動化機械設(shè)計成功率，確保機械產(chǎn)品內(nèi)相關(guān)零件達到行業(yè)質(zhì)量標準，減少零件中的功能性問題和結(jié)構(gòu)缺陷。第三是技術(shù)性原則，實際應(yīng)用自動化技術(shù)中需要在機械設(shè)計中突出先進技術(shù)功能價值，嚴格遵循標準規(guī)范要求，合理運用各種技術(shù)手段。自動化生產(chǎn)中的產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)需要注重技術(shù)性研發(fā)。準確把握行業(yè)發(fā)展動態(tài)，明確相關(guān)設(shè)計規(guī)范變化，有序開展機械設(shè)計，在自動化設(shè)計中應(yīng)該保證機械產(chǎn)品動態(tài)應(yīng)用功能，關(guān)注機械產(chǎn)品磨損性以及性能穩(wěn)定性等，在技術(shù)應(yīng)用中突出相關(guān)特征。靜態(tài)設(shè)計嚴格遵循標準規(guī)范，突出靜態(tài)操作功能，涵蓋強度、時間等基礎(chǔ)元素，突出產(chǎn)品技術(shù)性特征。

3 自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的具體應(yīng)用措施

3.1 集成化應(yīng)用

集成化系統(tǒng)即網(wǎng)絡(luò)計算機為基礎(chǔ)載體的綜合性生產(chǎn)系統(tǒng)，借助計算機系統(tǒng)實施機械設(shè)計生產(chǎn)，能夠幫助減少設(shè)計消耗時間，提高機械設(shè)計效率，引導(dǎo)機械設(shè)計從原本的復(fù)雜模式朝著精細化方向轉(zhuǎn)型，擴大相關(guān)資源利用率。集成系統(tǒng)尚未誕生條件下，機械設(shè)計人員開始融合數(shù)字測試、計算機技術(shù)開展機械化設(shè)計。集成系統(tǒng)能夠全面整合各種先進技術(shù)，利用多元技術(shù)措施和數(shù)據(jù)模型加強不同技術(shù)功能聯(lián)合應(yīng)用，優(yōu)化機械設(shè)計水準，提高機械設(shè)計效率。計算機系統(tǒng)和信息技術(shù)也是集成系統(tǒng)運行基礎(chǔ)，借助傳感系統(tǒng)全面采集整合機械設(shè)計相關(guān)信息數(shù)據(jù)，優(yōu)化機械設(shè)計，改善機械設(shè)計成效。

集成技術(shù)能夠在整個機械設(shè)計制造過程融合各項先進技術(shù)，為機械設(shè)計生產(chǎn)提供各種輔助工具，涉及質(zhì)量監(jiān)控、數(shù)據(jù)測量、工藝技術(shù)選擇、設(shè)計制造等活動。統(tǒng)一相關(guān)技術(shù)能夠進一步縮減機械設(shè)計生產(chǎn)時間、人工成本，擴大制造生產(chǎn)效率。結(jié)合實踐分析，計算機系統(tǒng)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)計制造技術(shù)通過各種單項技術(shù)輔助相關(guān)操作，聯(lián)系機械設(shè)計生產(chǎn)要求，靈活組合各種獨立技術(shù)，構(gòu)建全新信息共享系統(tǒng)和數(shù)據(jù)模型。信息系統(tǒng)注重應(yīng)用自動化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳感器以及集成協(xié)調(diào)技術(shù)，能夠進一步提升綜合生產(chǎn)率，集成系統(tǒng)中的自動化設(shè)計、特殊加工、智能化復(fù)制以及數(shù)控等技術(shù)在實際設(shè)計生產(chǎn)中擁有較強的針對性，能夠立足現(xiàn)實設(shè)計生產(chǎn)需求，有效縮減機械產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的時間成本消耗，解決機械設(shè)計生產(chǎn)領(lǐng)域重復(fù)性問題，充分利用各種資源，避免機械生產(chǎn)中形成大量資源浪費。機械設(shè)計生產(chǎn)融合自動化技術(shù)需要對其中各個機械設(shè)備操作實際狀況進行全面監(jiān)控，針對監(jiān)測數(shù)據(jù)實施整合分析，保障機械設(shè)備穩(wěn)定運行。對設(shè)備監(jiān)控信息進行科學(xué)分析，聯(lián)系實際狀況及時發(fā)現(xiàn)相關(guān)生產(chǎn)問題，保障設(shè)備穩(wěn)定運行，避免延緩生產(chǎn)進度。數(shù)字化、自動化相關(guān)技術(shù)融合能夠輔助技術(shù)人員精準預(yù)測系統(tǒng)故障，保障系統(tǒng)穩(wěn)定操作。在新時期發(fā)展中，自動化開始朝著數(shù)字化方向轉(zhuǎn)型，為此需要充分利用數(shù)字技術(shù)融合，提升機械產(chǎn)業(yè)設(shè)計的生產(chǎn)效率。

3.2 柔性化技術(shù)

柔性自動化技術(shù)主要以機械自動化為基礎(chǔ)，注重利用相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)信息，融合數(shù)字化技術(shù)以及物料協(xié)調(diào)儲運技術(shù)滿足機械設(shè)備相關(guān)設(shè)計生產(chǎn)要求，滿足實際生產(chǎn)加工條件，在針對機械設(shè)備實施個性化設(shè)計中應(yīng)用柔性生產(chǎn)技術(shù)能夠發(fā)揮出良好效果。比如，自動定位技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)裝夾模塊，該項技術(shù)也是整個自動化加工體系的核心技術(shù)，在產(chǎn)品、元件進行裝夾中能夠?qū)嵤┳詣佣ㄎ唬酥?，還包括助力系統(tǒng)這一輔助設(shè)備。該項技術(shù)可以對產(chǎn)品中的零件、毛坯實施有效處理，優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)零件綜合柔性，提高元件加工精度，也是一種高效化自動生產(chǎn)技術(shù)。當前，大部分機械設(shè)計生產(chǎn)企業(yè)開始積極利用各種先進技術(shù)，引入機器人系統(tǒng)輔助裝夾系統(tǒng)實施自動化定位，準確把握元件位置，支持自動生產(chǎn)，整個生產(chǎn)過程擁有較高智能化水平。結(jié)合當前系統(tǒng)硬件標準化發(fā)展方面分析，系統(tǒng)中的定位設(shè)備主要通過瑞士生產(chǎn)廠家負責(zé)供應(yīng)。像是相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)具有代表性的3R自動化定位設(shè)備，該夾具在實踐操作中能夠達到0.002mm的精度，實現(xiàn)準確重復(fù)定位，裝夾操作中相關(guān)控制時間幾乎達到15s，由此能夠看出，自動化技術(shù)水平得到明顯提升。

機器人系統(tǒng)作為整個機械設(shè)計生產(chǎn)中的關(guān)鍵之手，具有代表性的設(shè)備元件是設(shè)計生產(chǎn)中的機械手臂，搭配系統(tǒng)傳動設(shè)備以及伺服電機裝置，可以針對整個系統(tǒng)內(nèi)軟硬件裝置實施同步控制，相關(guān)應(yīng)用功能方面具有快速替換、生產(chǎn)、儲存以及運輸?shù)忍卣鳌＠?，主軸刀替換環(huán)節(jié)便融合了該項技術(shù)手段。相關(guān)機械設(shè)計中經(jīng)?？梢钥吹綉?yīng)用六自由度機器人以及旋轉(zhuǎn)直線機器人。自動化機器人能夠結(jié)合系統(tǒng)生產(chǎn)要求對整個生產(chǎn)線實施全面優(yōu)化布局，搭配各種石墨電極以及相關(guān)零件模具優(yōu)化生產(chǎn)工藝，實踐自動化設(shè)備切削，保障機械生產(chǎn)效率。

自動檢驗校正功能作為整個自動化機械設(shè)計生產(chǎn)靈魂所在，對于機械設(shè)計生產(chǎn)應(yīng)用自動化技術(shù)具有重要影響。融合行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)先進的動態(tài)檢測技術(shù)，搭配數(shù)據(jù)高效處理軟件系統(tǒng)，利用三維坐標技術(shù)檢測產(chǎn)品機械設(shè)計、生產(chǎn)整個過程，加強質(zhì)量監(jiān)控，針對相關(guān)元件設(shè)備實施有效二次開發(fā)。該種自動化檢測、校準系統(tǒng)可以進一步把最終質(zhì)量檢測變成設(shè)計生產(chǎn)過程控制。自動化校正裝置內(nèi)進一步輔助系統(tǒng)裝夾模塊，及時發(fā)現(xiàn)元件設(shè)計誤差，準確定位坐標偏移數(shù)值，將智能化芯片植入系統(tǒng)夾具裝置中，輔助對生產(chǎn)過程實施智能化識別。自動化系統(tǒng)中通過植入智能芯片能夠?qū)⒐芾碥浖?nèi)所采集設(shè)計生產(chǎn)信息全部匯總整合并傳送到機床模塊，輔助機床實施自動化生產(chǎn)，對產(chǎn)品生產(chǎn)操作誤差及時矯正，擴大設(shè)備運行效率。

3.3 自動化技術(shù)

自動化技術(shù)中本就涵蓋各種傳感器裝置，無須外部人工干預(yù)便能夠支持自動化操作，能夠及時檢出各種未達標和不合格產(chǎn)品，是新時期優(yōu)化機械設(shè)計生產(chǎn)基礎(chǔ)保障。當前，現(xiàn)有自動化檢測系統(tǒng)涵蓋檢測數(shù)據(jù)、信息整合分析、信號轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)處理、傳感裝置以及傳輸數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)，其中各個模塊也是自帶微型信息處理功能的系統(tǒng)模塊，在產(chǎn)品檢測方面具有較高準確性，檢測結(jié)果十分可靠。比如，自動化系統(tǒng)能夠借助自動化檢測功能監(jiān)測整個機械設(shè)計生產(chǎn)活動，采取間接和直接等手段實施測量工作，其中直接測量能夠有效監(jiān)測機械設(shè)備相關(guān)尺寸變化，間接測量則是需要提前設(shè)計編制系統(tǒng)程序，嚴格按照預(yù)先設(shè)計生產(chǎn)流程以及裝置規(guī)劃，遠程操控刀具切割，借助系統(tǒng)中的專用檢測模塊來計量裝置尺寸。比如在機械生產(chǎn)中應(yīng)用自動化的單觸點檢測設(shè)備，能夠?qū)C械設(shè)計加工進行全面控制，實時檢測元件尺寸波動，對機床設(shè)備進行合理調(diào)節(jié)，滿足元件尺寸要求，具有較高便捷性。

為充分發(fā)揮出測控、計算機系統(tǒng)以及電子技術(shù)優(yōu)勢，需要全面集成各項技術(shù)，堅持信息技術(shù)和工程控制理論的科學(xué)指導(dǎo)，創(chuàng)建完善、靈活的高效化信息生產(chǎn)控制系統(tǒng)，借助組織化控制提升系統(tǒng)效率，及時修復(fù)系統(tǒng)故障。利用網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)庫等技術(shù)支持，能夠整合機械設(shè)計生產(chǎn)各項元素，提高機械生產(chǎn)的靈活性。借助自動化系統(tǒng)能夠支持機械產(chǎn)品實現(xiàn)個性化設(shè)計、機械產(chǎn)品預(yù)訂、生產(chǎn)管理、銷售組織整個過程統(tǒng)一管理。

自動化系統(tǒng)能夠針對相關(guān)機械生產(chǎn)信息實施自動化分析處理，支持自動化決策。機械視覺化技術(shù)融合電子、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過信號模擬人體視覺，實現(xiàn)智能監(jiān)控和精密化檢測，為機械設(shè)計生產(chǎn)提供有效數(shù)據(jù)，完善監(jiān)測方案，輔助信息數(shù)據(jù)校對工作。機械生產(chǎn)監(jiān)控中借助機械視覺技術(shù)能夠精準監(jiān)控各項生產(chǎn)參數(shù)和各個零件，提高監(jiān)測準確性，將測試信息準確反應(yīng)出來，為機械生產(chǎn)提供有效參考，優(yōu)化機械生產(chǎn)質(zhì)量。借助視覺技術(shù)能夠綜合比較分析原材料和零件，準確測量工件型號，結(jié)合光束投影，通過顯微鏡觀察元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用計算機采集成像信息，流水線中的移動零件徹底處于鏡頭監(jiān)控下，保障準確測量。應(yīng)用新型自動化測量預(yù)調(diào)技術(shù)，設(shè)計自動化處理程序，依賴計算機軟件基于視覺技術(shù)融合光柵手段，簡化整個零件生產(chǎn)中的立體成像流程，保障零件生產(chǎn)監(jiān)控準確性。

4 結(jié)語

綜上所述，在先進科技支持下，進一步加速促進機械設(shè)計制造領(lǐng)域應(yīng)用自動化技術(shù)，有效提高機械制造效率，優(yōu)化機械制造精確性，能夠有效節(jié)約人工、資源，擴大企業(yè)綜合經(jīng)濟效益，能夠促進機械生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。自動化技術(shù)能夠體現(xiàn)出國家發(fā)展的智能化和科技化水平，在傳統(tǒng)機械設(shè)計制造領(lǐng)域應(yīng)用新式技術(shù)，滿足新時期持續(xù)發(fā)展要求。