計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的實(shí)踐探究

孟楊霞 史 磊

（南陽科技職業(yè)學(xué)院，河南南陽 474150）

0 引言

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其是我國繼續(xù)實(shí)施對(duì)外開放政策，機(jī)械制造企業(yè)要想提升自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，須樹立前瞻性思維，提升機(jī)械制造信息化和自動(dòng)化水平。我國的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化與發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距，需要不斷完善發(fā)展策略。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，很多工業(yè)設(shè)備的原件和機(jī)電產(chǎn)品被用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，事實(shí)上這些工業(yè)設(shè)備原件就是機(jī)械設(shè)計(jì)和自動(dòng)化，可以理解為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造到生產(chǎn)的統(tǒng)稱。把計(jì)算機(jī)技術(shù)用于機(jī)械設(shè)計(jì)和自動(dòng)化可以解決生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)問題，降低了生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了產(chǎn)品生產(chǎn)的智能化水平，促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化發(fā)展水平，促進(jìn)了諸多領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也起到了巨大的推動(dòng)作用[1]。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

計(jì)算機(jī)技術(shù)是廣義的技術(shù)概念，不僅包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，還包括計(jì)算機(jī)組裝技術(shù)、計(jì)算機(jī)器件技術(shù)等技術(shù)內(nèi)容。計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域具有重要作用，主要體現(xiàn)在以下方面。

2.1 實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工作自動(dòng)化

在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)，自動(dòng)化是基礎(chǔ)性功能，也是提升機(jī)械制造設(shè)計(jì)有效性的關(guān)鍵，包括人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)等自動(dòng)化技術(shù)，在計(jì)算機(jī)軟件和硬件的支持下實(shí)現(xiàn)集成、整合，自動(dòng)化地進(jìn)行指令生產(chǎn)、傳送、執(zhí)行。比如，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)中，通過上下料、裝卡、換刀、加工、零件檢驗(yàn)等自動(dòng)化操作實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)制造鏈條運(yùn)行，提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平。

2.2 提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造的可靠性

對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造可靠性來說，主要是在特定條件運(yùn)作時(shí)，如果某時(shí)間運(yùn)作處于穩(wěn)定狀態(tài)或者沒有出現(xiàn)問題，那么該參數(shù)可以作為衡量機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。如今的機(jī)械設(shè)計(jì)制造具有精細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)，只依靠傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造難以滿足實(shí)際需要，所以要從工藝的可靠性出發(fā)，計(jì)算機(jī)技術(shù)有著強(qiáng)大計(jì)算能力和分析能力，將其用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，結(jié)合不同的需求場(chǎng)景進(jìn)行仿真模擬，得到需求產(chǎn)品[2]。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用前要明確應(yīng)用的基本思路，企業(yè)要將生產(chǎn)期間的各項(xiàng)數(shù)據(jù)整合起來，在計(jì)算機(jī)采集信息后，將設(shè)備得到的開關(guān)量和模擬量數(shù)據(jù)整合到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并統(tǒng)一處理。計(jì)算機(jī)技術(shù)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以直觀地呈現(xiàn)生產(chǎn)過程，并且可以實(shí)時(shí)呈現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，便于技術(shù)人員了解相關(guān)參數(shù)、模擬開關(guān)量、隔離開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)檢修信息。此外，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)需要借助計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程進(jìn)行全面監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)與電動(dòng)隔離開關(guān)的處理，使操作更加智能化，避免人為因素帶來的安全問題，詳細(xì)記錄設(shè)備出現(xiàn)的故障，為設(shè)備的安全運(yùn)行提供幫助[3]。

3.1 輔助技術(shù)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造和自動(dòng)化技術(shù)與諸多領(lǐng)域相關(guān)，在實(shí)際操作中復(fù)雜性較強(qiáng)，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)化了操作過程，大大提升了生產(chǎn)效率，促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。如今，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在機(jī)械、服裝制作等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，可以詳細(xì)分析產(chǎn)品的尺寸、形狀與結(jié)構(gòu)信息，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，強(qiáng)化設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升生產(chǎn)精度。此外，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)需要應(yīng)用較多的特殊符號(hào)，對(duì)設(shè)計(jì)提出了較高的要求，而輔助設(shè)計(jì)可以對(duì)特殊符號(hào)進(jìn)行特殊處理，節(jié)約工作時(shí)間?？傮w來說，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)可以全方位呈現(xiàn)機(jī)械生產(chǎn)智能化，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[4]。

3.2 3D 技術(shù)

在機(jī)械制造企業(yè)中應(yīng)用3D 技術(shù)可以提升產(chǎn)品的美觀性和生產(chǎn)過程的完整性，對(duì)提升設(shè)計(jì)和生產(chǎn)質(zhì)量具有積極作用。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，3D 技術(shù)可以結(jié)合產(chǎn)品的特征、尺寸建立模型，幫助設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題，并進(jìn)行及時(shí)修改。比如，分析荷載能力、顏色，最終完善機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，提升產(chǎn)品質(zhì)量。以往的機(jī)械設(shè)計(jì)制造模式主要采用物理或化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析產(chǎn)品質(zhì)量，而3D 技術(shù)的應(yīng)用不僅保證了生產(chǎn)質(zhì)量，還大大節(jié)約了檢驗(yàn)成本。

3.3 仿真技術(shù)

在機(jī)械產(chǎn)品的制造環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)解決了成本高和維修困難等問題，簡(jiǎn)化了制造過程，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)械的運(yùn)動(dòng)情況。從某種程度上講，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了虛擬技術(shù)與可視化技術(shù)的融合，通過計(jì)算機(jī)建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行產(chǎn)品的仿真處理，仿真技術(shù)用于機(jī)械設(shè)計(jì)和自動(dòng)化過程，使機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)與修改環(huán)節(jié)更為便利，仿真技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域可以結(jié)合虛擬技術(shù)模擬仿真實(shí)驗(yàn)，提升產(chǎn)品質(zhì)量。此外，設(shè)計(jì)控制草圖模式應(yīng)根據(jù)集合工程系統(tǒng)基本工作原理，結(jié)合元件庫、各個(gè)元件圖表建立系統(tǒng)模型，在子模型中可以對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行選擇，以確保元件的適用性。在參數(shù)模式下設(shè)定活塞直徑等元件參數(shù)，設(shè)置仿真實(shí)踐與各項(xiàng)舒適條件[5]。

3.4 數(shù)控技術(shù)

在機(jī)械設(shè)計(jì)和自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，完善了自動(dòng)化制造過程，這一技術(shù)主要包括兩大模式，即數(shù)控編程和數(shù)控軟件，這兩種模式實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)軟件編程自動(dòng)化。數(shù)控編程在機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)與加工環(huán)節(jié)，借助數(shù)控軟件，編制運(yùn)行程序。在數(shù)控機(jī)床中，如果存在運(yùn)行故障問題，可通過數(shù)字化控制方式處理，保證工作的自動(dòng)化處理，提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足市場(chǎng)發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。在數(shù)控編程方面，利用數(shù)控編程軟件編寫程序，輸入執(zhí)行指令后依托軟件和硬件處理，自動(dòng)編寫和測(cè)試程序。當(dāng)前，我國數(shù)控技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果較為理想，實(shí)現(xiàn)了全面優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)數(shù)控編程和語言的有效轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械生產(chǎn)效率的提升。此外，PLC 機(jī)電一體化技術(shù)也是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)，這一技術(shù)是借助單片機(jī)輸入輸出電路、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)，操控機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)中的刨具、磨具，控制機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)中的溫度、塵屑、轉(zhuǎn)動(dòng)模塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制造過程不同模塊的銜接[6]。

3.5 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)的原理是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)采集、處理和量化，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化階段，可以將機(jī)械設(shè)備運(yùn)行階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息匯集到系統(tǒng)中，再通過數(shù)據(jù)客觀地呈現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)作狀態(tài)，幫助技術(shù)人員及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行故障。機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)通過大數(shù)據(jù)掌握流水線各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息和企業(yè)的生產(chǎn)情況，分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工和生產(chǎn)過程中存在的問題，再根據(jù)結(jié)果進(jìn)行設(shè)備和流水線的檢修，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造更加穩(wěn)定和持久。

3.6 計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)

與傳統(tǒng)的手工繪圖方式相比，計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)參與機(jī)械產(chǎn)品圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，可以使繪圖過程更智能化和自動(dòng)化。在計(jì)算機(jī)繪圖環(huán)節(jié)，CAD 技術(shù)得到了廣泛使用，這一技術(shù)有著強(qiáng)大的功能，能夠滿足機(jī)械設(shè)計(jì)和繪圖要求，降低手工繪圖工作量。比如，通過CAD 繪圖軟件處理較為復(fù)雜的圖形，可以繪制一半進(jìn)行鏡像處理。

4 計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中應(yīng)用的要點(diǎn)

計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化過程中有著巨大的價(jià)值。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用尚不成熟，還需要結(jié)合機(jī)械制造和自動(dòng)化實(shí)踐進(jìn)行深入研究，需要處理幾方面的問題：其一，有充足的應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)動(dòng)能。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化具有復(fù)雜和繁瑣的特點(diǎn)，企業(yè)要重視信息搜集，提升技術(shù)應(yīng)用的整體質(zhì)量，不斷挖掘其價(jià)值，如果同行業(yè)熟練應(yīng)用這一技術(shù)，就會(huì)逐漸導(dǎo)致自身失去市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；其二，有明確的應(yīng)用目標(biāo)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用離不開硬件、軟件和技術(shù)人員的支持，并且計(jì)算機(jī)運(yùn)維成本較高，需要企業(yè)在選擇計(jì)算機(jī)技術(shù)前明確技術(shù)需求和應(yīng)用目標(biāo)。比如，邀請(qǐng)相關(guān)專家進(jìn)行技術(shù)論證，提供客觀的指導(dǎo)。

5 計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)

5.1 智能化

對(duì)于機(jī)械制造領(lǐng)域來說，今后的發(fā)展依舊需要先進(jìn)的技術(shù)支持，機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化和智能化發(fā)展不僅有利于制造企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，還提升了我國的綜合國力。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)水平，減少人工設(shè)計(jì)人力成本和誤差，在規(guī)范的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用體系基礎(chǔ)上采用先進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)機(jī)械行業(yè)的智能化發(fā)展。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械制造的智能化程度進(jìn)一步加強(qiáng)，這也是機(jī)械制造行業(yè)的一大趨勢(shì)[7]。

5.2 微型化

受到科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的影響，部分大型機(jī)械設(shè)備存在體型龐大和功能不完善的問題，逐漸不能滿足時(shí)代發(fā)展的需求，機(jī)械設(shè)計(jì)制作的微型化發(fā)展，可以在縮小設(shè)備體積的同時(shí)，保證設(shè)備性能。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)微型化不僅擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍，提高了醫(yī)療、生物、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用程度，還能減少了運(yùn)行能耗，降低了生產(chǎn)成本。因此，在實(shí)際生產(chǎn)和制造的過程中，需要對(duì)軟件和硬件進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步滿足社會(huì)發(fā)展需求。

5.3 網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)助力監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，使機(jī)械產(chǎn)品的傳播范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，使信息的傳播不再受時(shí)空限制。隨著信息傳輸技術(shù)水平的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的應(yīng)用提升了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化效率，在遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程維護(hù)等方面都具有重要作用，網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)還加強(qiáng)了行業(yè)之間的溝通，提升了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)械制造企業(yè)可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的銷售和推廣，提升了經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)知名度。因此，在企業(yè)未來的發(fā)展中需要重視網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，擴(kuò)寬機(jī)械產(chǎn)品的銷路。

5.4 經(jīng)濟(jì)化

以往的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造受到研發(fā)時(shí)間、設(shè)計(jì)成本、生產(chǎn)效率、人力成本等因素的影響，導(dǎo)致產(chǎn)品總成本較高，并且產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)后價(jià)格偏高，不利于提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。在計(jì)算機(jī)技術(shù)支持下優(yōu)化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)環(huán)境，有效地控制成本。比如，在設(shè)計(jì)階段，可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件工具進(jìn)行圖紙繪制與參數(shù)的檢測(cè)，減少了人工工作量和人力成本，使相關(guān)人員將更多的精力放在設(shè)計(jì)方面，縮短了設(shè)計(jì)和研發(fā)的時(shí)間；在生產(chǎn)和制造階段，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)及人工智能技術(shù)改進(jìn)數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)，降低了生產(chǎn)成本。

5.5 開放性

如今，我國的計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸成熟并且表現(xiàn)形式多樣化，促進(jìn)了機(jī)械制造行業(yè)的開放性發(fā)展，而機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)以及制造過程中，不能局限于應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，要善于學(xué)習(xí)和應(yīng)用其他先進(jìn)技術(shù)，提升仿真質(zhì)量，對(duì)信息進(jìn)行高效處理，不斷提升產(chǎn)品的制造質(zhì)量。

6 結(jié)語

在社會(huì)各行各業(yè)中，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了不同程度的應(yīng)用，并且計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域，滿足了機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)的發(fā)展需求，這是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。我國正處于社會(huì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，發(fā)展工業(yè)經(jīng)濟(jì)的過程中，除了加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，還需要國家政策的支持。當(dāng)前，我國的計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域應(yīng)用的深化，有利于解決設(shè)計(jì)和制造中的不足，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)社會(huì)的健康發(fā)展。