智能制造在機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)中的應(yīng)用研究

吳公平

摘 要：智能制造是機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展方向，是建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的重要渠道，能夠變更生產(chǎn)流程，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加快國(guó)家的現(xiàn)代化進(jìn)程。機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)是機(jī)械制造業(yè)的核心技術(shù)，是機(jī)械性能的決定因素，能夠提高機(jī)械設(shè)備的精密度與安全性，提高生產(chǎn)效率，提高制造業(yè)的整體利潤(rùn)。進(jìn)入新時(shí)代以后，智能制造開始應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)中，信息整合、資源分類、新型應(yīng)用材料等機(jī)械技術(shù)開始提高，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造行業(yè)開始走向系統(tǒng)化、自動(dòng)化、節(jié)能化、高效化、專業(yè)化的發(fā)展道路。

關(guān)鍵詞：智能制造 機(jī)械設(shè)計(jì) 創(chuàng)新應(yīng)用

1 前言

當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，一方面，高新技術(shù)不斷取得突破，自動(dòng)化智能技術(shù)開始與機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)相融合，制造業(yè)的行業(yè)壁壘開始消失。另一方面，中國(guó)開始調(diào)整經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，大力發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展空間開始減少，行業(yè)紅利開始轉(zhuǎn)移。在當(dāng)前的社會(huì)形勢(shì)下，機(jī)械制造業(yè)必須緊跟時(shí)代發(fā)展的腳步，抓住轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，積極推進(jìn)智能制造的應(yīng)用，加快機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的更新?lián)Q代，提高機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的科技含量，為機(jī)械制造業(yè)開創(chuàng)新的發(fā)展模式[1]。

2 智能制造的特點(diǎn)

智能制造是機(jī)械制造的最新發(fā)展模式，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械制造的全方位系統(tǒng)化管理，具有鮮明的特質(zhì)。首先，智能制造具有融合性，能夠進(jìn)行跨區(qū)域的經(jīng)營(yíng)管理。在智能制造的管理過程中，人員、車間、部門、分公司、總公司之間有明確的信息傳遞渠道，可以建立上下級(jí)或平級(jí)之間的信息聯(lián)系，方便企業(yè)進(jìn)行的層級(jí)管理，建立跨區(qū)域的發(fā)展模式。其次，智能制造具有安全性，在智能制造的管理過程中，計(jì)算機(jī)會(huì)監(jiān)控機(jī)械的每一個(gè)指標(biāo)，當(dāng)指標(biāo)超出正常范圍后，計(jì)算機(jī)可以直接切斷機(jī)械的電源，讓機(jī)械直接停止運(yùn)作，降低機(jī)械故障帶來的負(fù)面影響。最后，智能制造具有低耗性，智能制造有建模系統(tǒng)，可以在仿真環(huán)境下模擬機(jī)械制造的全部流程，發(fā)現(xiàn)流程中存在的問題，避免真實(shí)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤。與此同時(shí)，智能制造可以根據(jù)真實(shí)環(huán)境調(diào)整機(jī)械指標(biāo)，舉一個(gè)例子，智能制造可以根據(jù)實(shí)際環(huán)境調(diào)整變壓器的電流，減少電流流過線圈產(chǎn)生的熱量，降低變壓器的耗電量。

3 智能制造的現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的智能制造有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已經(jīng)形成了完整的產(chǎn)業(yè)體系，擁有了許多技術(shù)專利，但我國(guó)智能制造的研發(fā)時(shí)間比較短，制作工藝比較粗糙，在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)與管理方面存在較大的問題。

3.1 容易發(fā)生故障

智能制造是高精度的機(jī)械制造體系，零部件比較多，操作流程比較復(fù)雜，容易發(fā)生故障。目前，智能制造主要有三種故障類型，首先，智能制造可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)械故障，舉一個(gè)例子，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，可能有石子或者其他比較硬的物質(zhì)掉入齒輪內(nèi)，導(dǎo)致齒輪無法轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械只能被迫停止運(yùn)行。機(jī)械故障具有偶然性與突發(fā)性，很難提前進(jìn)行防范。其次，智能制造可能會(huì)出現(xiàn)操作故障，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，工作人員需要點(diǎn)擊操作面板，更改操作流程或操作指標(biāo)，但智能制造的功能按鍵比較多，工作人員很可能會(huì)誤觸。操作故障是最常見的故障，需要制定嚴(yán)格的操作流程，降低操作故障發(fā)生的概率。最后，智能制造可能會(huì)出現(xiàn)保養(yǎng)故障，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)下，機(jī)械可能會(huì)出現(xiàn)損傷，影響機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。舉一個(gè)例子，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，機(jī)械零件會(huì)互相摩擦，釋放大量的熱量，可能會(huì)讓零件產(chǎn)生形變，降低機(jī)械的精度。

智能制造的故障基本都是細(xì)節(jié)上的故障，因此，我國(guó)需要重視機(jī)械設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)問題，增加機(jī)械設(shè)計(jì)的考慮因素，提高機(jī)械設(shè)計(jì)的專業(yè)水平，減少智能制造的故障，降低智能制造的負(fù)面影響[2]。

3.2 發(fā)展環(huán)境比較差

進(jìn)入新時(shí)代以后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)開始由高速增長(zhǎng)模式轉(zhuǎn)向高質(zhì)發(fā)展模式，制造業(yè)的市場(chǎng)風(fēng)口開始消失，行業(yè)已經(jīng)飽和，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)開始加大，企業(yè)的凈利潤(rùn)開始減少。在當(dāng)前的市場(chǎng)環(huán)境下，大型的機(jī)械制造公司可以拿出足夠的科研資金，進(jìn)行智能制造的研發(fā)，小企業(yè)只能繼續(xù)使用老舊的機(jī)械制造設(shè)備，沒有更新?lián)Q代的能力。隨著時(shí)間的推移，大企業(yè)會(huì)吞并小企業(yè)的市場(chǎng)份額，行業(yè)的活力會(huì)減弱，競(jìng)爭(zhēng)創(chuàng)新意識(shí)會(huì)降低，智能制造會(huì)進(jìn)入停滯發(fā)展階段。智能制造不是一朝一夕的事情，需要長(zhǎng)時(shí)間的堅(jiān)持，在發(fā)展期間，國(guó)家要加大對(duì)小企業(yè)的扶持力度，鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行科技研發(fā)，改善智能制造的市場(chǎng)環(huán)境，促進(jìn)行業(yè)向智能制造方向轉(zhuǎn)變。

3.3 理念高于技術(shù)

在“十二五”期間，國(guó)家開始將新一代信息技術(shù)列入戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，信息技術(shù)等高科技產(chǎn)業(yè)開始成為國(guó)家重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，高新技術(shù)理念開始在社會(huì)上蔓延開來。舉一個(gè)例子，在人工智能比較火的階段，深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能機(jī)器人等理念開始涌現(xiàn)。智能制造包含了許多高新技術(shù)理念，比如：電子標(biāo)簽技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)，是與高新技術(shù)息息相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，是高新技術(shù)的具體應(yīng)用，需要高新技術(shù)理念落實(shí)到工業(yè)制造層面。但在當(dāng)前的科技水平下，高新技術(shù)理念還停留在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，沒有大規(guī)模應(yīng)用的方法，智能制造無法取得技術(shù)層面的突破，無法跟上智能制造理念的發(fā)展腳步。與此同時(shí)，高新技術(shù)理念有互相重疊的部分，功能分類不夠明確，智能制造企業(yè)很難分辨其中的差別，容易與錯(cuò)誤理念進(jìn)行融合。舉一個(gè)例子，在智能制造的發(fā)展過程中，企業(yè)需要增強(qiáng)機(jī)械的感知能力，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與視覺模擬技術(shù)都是視覺相關(guān)的技術(shù)，都可以提高機(jī)械的視覺效果，在這樣的情況下，企業(yè)很難做出正確的抉擇。因此，國(guó)家要加大智能制造的科研力度，抓緊落實(shí)高新技術(shù)理念，細(xì)化高新技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，提高智能制造的具體技術(shù)，讓智能制造的理念與技術(shù)同步發(fā)展[3]。

3.4 管理體系比較落后

我國(guó)在智能制造的技術(shù)層面取得了巨大的突破，但在智能制造的管理層面比較落后。首先，智能制造的管理方法比較粗糙，智能制造是依靠信息進(jìn)行管理的系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)有嚴(yán)重的依賴性，需要完善的數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，但我國(guó)大部分企業(yè)沒有專業(yè)的數(shù)據(jù)開發(fā)平臺(tái)，無法形成閉環(huán)管理流程，無法發(fā)揮智能制造的管理優(yōu)勢(shì)，無法加快企業(yè)的管理進(jìn)程。其次，智能制造的裝備比較落后，智能制造是機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的上層管理體系，需要具體制造裝備的配合，但我國(guó)機(jī)械制造的機(jī)床比較落后，制造精度比較低，無法滿足智能制造的要求，無法推進(jìn)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的升級(jí)與更新。最后，智能制造的組織管理比較落后，在傳統(tǒng)的機(jī)械制造中，企業(yè)已經(jīng)形成了成熟的管理模式，擁有了完善的組織管理體系，但智能制造加快了信息的流通速度，模糊了時(shí)間與地區(qū)的界限，改變了企業(yè)的管理方法，對(duì)舊有的組織管理體系造成了巨大的沖擊，企業(yè)的組織系統(tǒng)出現(xiàn)了滯后性，無法與智能制造管理相匹配。

目前，智能制造的管理體系已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了智能制造技術(shù)的發(fā)展，影響了機(jī)械制造的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，影響了我國(guó)制造強(qiáng)國(guó)的建設(shè)，因此，我國(guó)要完善智能制造的管理體系，改善智能制造的組織管理方法，加大智能制造的管理深度，促使企業(yè)向智能管理方向轉(zhuǎn)變[4]。

4 智能制造在機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)中的應(yīng)用

在數(shù)字化、智能化的發(fā)展背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)該與智能制造相結(jié)合，機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)該增加智能制造的應(yīng)用范圍，提高智能制造的應(yīng)用水平，盡力提高機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造的核心競(jìng)爭(zhēng)力，增加機(jī)械設(shè)計(jì)的行業(yè)利潤(rùn)。

4.1 資源管理的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造包括許多的流程，這些流程環(huán)環(huán)相扣，相互聯(lián)系，對(duì)資源的要求很高，智能制造能夠辨別資源的類型，做好資源分類工作，提高機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造的資源利用率。智能制造在資源管理方面的應(yīng)用有三點(diǎn)體現(xiàn)，首先，智能制造能夠進(jìn)行資源的模擬，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，智能制造可以收集設(shè)計(jì)信息，提供模擬資源，監(jiān)督模擬流程，建立機(jī)械設(shè)計(jì)的資源共享模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的半自動(dòng)化處理。舉一個(gè)例子，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，智能制造可以標(biāo)記機(jī)械設(shè)計(jì)用到的具體資源，如果資源應(yīng)用錯(cuò)誤，智能制造就會(huì)報(bào)警，方便工作人員進(jìn)行修改。其次，智能制造可以監(jiān)管資源的使用情況，在機(jī)械制造的過程中，實(shí)際制造精度與設(shè)計(jì)制造精度經(jīng)常存在差異，智能制造可以提供資源各方面的指標(biāo)，方便工作人員判斷資源的具體使用情況，方便工作人員根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整資源的配置與用量。最后，智能制造可以統(tǒng)計(jì)資源的數(shù)量與類型，在機(jī)械制造的過程中，產(chǎn)品在不同的階段需要用到不同的資源，智能制造可以收集不同過程的資源使用情況，通過大數(shù)據(jù)判斷產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，為資源采購(gòu)提供理論依據(jù)。

4.2 智能化的應(yīng)用

隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造開始研究高附加值的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝比較繁復(fù)，影響因素比較多，需要進(jìn)行全方位的管理。智能制造可以規(guī)范生產(chǎn)流程，提高產(chǎn)品的品質(zhì)，因此，機(jī)械制造要提高企業(yè)的智能化水平，降低企業(yè)的管理成本。首先，智能制造可以采集產(chǎn)品各方面的數(shù)據(jù)，分析產(chǎn)品各方面的性能，輔助企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造。舉一個(gè)例子，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，智能制造可以分析產(chǎn)品的誤差，明確產(chǎn)品的誤差范圍，調(diào)整機(jī)械制造的精度，避免制造出誤差范圍之外的產(chǎn)品。其次，智能制造可以調(diào)整機(jī)械制造的工序，提高生產(chǎn)流程的規(guī)范性與科學(xué)性。舉一個(gè)例子，同一個(gè)流程可能有不同的制造工具，智能制造可以根據(jù)產(chǎn)品的特性選擇合適的工具，提高機(jī)械制造的專業(yè)程度。最后，智能制造可以降低生產(chǎn)成本，智能制造可以精準(zhǔn)地控制材料用量，避免材料的浪費(fèi)。舉一個(gè)例子，產(chǎn)品生產(chǎn)需要用到0.5克的原材料，人工很難把握0.5克的重量，會(huì)增加原材料的用量，增加材料的損耗，而智能制造可以精準(zhǔn)投下0.5克的原材料，提高材料的使用率[5]。

4.3 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

為了提高機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造的效率，企業(yè)經(jīng)常進(jìn)行異地生產(chǎn)，智能制造可以將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中，搭建企業(yè)之間溝通的橋梁，加強(qiáng)企業(yè)的管控力度。首先，智能制造可以對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，了解廠家的生產(chǎn)進(jìn)度與生產(chǎn)情況。其次，智能制造可以分析機(jī)械的各項(xiàng)參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械的異常情況，提供專業(yè)的解決方案。最后，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以提高企業(yè)的靈活性，在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造的過程中，不同地區(qū)的負(fù)責(zé)人可以召開網(wǎng)絡(luò)會(huì)議，方便企業(yè)調(diào)配資源，提高各部門的協(xié)調(diào)能力。

隨著社會(huì)的發(fā)展，跨區(qū)域的企業(yè)合作模式會(huì)越來越普遍，機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)需要提高對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重視程度，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在企業(yè)管理中的作用，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率[6]。

4.4 創(chuàng)新發(fā)展模式

近年來，國(guó)家開始倡導(dǎo)綠色發(fā)展理念，開展節(jié)能減排的生產(chǎn)活動(dòng)，機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造是高能耗的產(chǎn)業(yè)，需要提高環(huán)保意識(shí)，建立低耗能的制造體系。智能制造可以創(chuàng)新發(fā)展模式，降低企業(yè)對(duì)環(huán)境的不良影響。首先，智能制造可以應(yīng)用新型材料，開發(fā)新型材料的特性。舉一個(gè)例子，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，智能制造可以使用可降解的材料，提高產(chǎn)品的分解效率，減少工業(yè)生產(chǎn)的痕跡，減輕環(huán)境保護(hù)的壓力。與此同時(shí)，智能制造可以用新型材料提高產(chǎn)品的性能，兼顧產(chǎn)品的質(zhì)量與環(huán)保特性。其次，智能制造可以改變企業(yè)的組織架構(gòu)，智能制造可以細(xì)化機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的流程，將大的部門分割成小的團(tuán)隊(duì)，建立原子化的組織架構(gòu)，提高企業(yè)的組織管理能力。最后，智能制造可以更改企業(yè)的發(fā)展理念，在智能制造的應(yīng)用過程中，企業(yè)可以深刻了解科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的含義，企業(yè)會(huì)重視研發(fā)部門，提高研發(fā)部門的資金預(yù)算，加大企業(yè)研發(fā)的力度。久而久之，企業(yè)就會(huì)形成創(chuàng)新意識(shí)，提出更具前景的發(fā)展理念，開始引領(lǐng)行業(yè)的發(fā)展。

創(chuàng)新發(fā)展模式是企業(yè)領(lǐng)先的根本保證，能夠增加企業(yè)的活力，提高企業(yè)的管理效率。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，企業(yè)應(yīng)該使用智能制造的管理手段，提高對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力。

5 結(jié)束語

隨著社會(huì)的發(fā)展，智能制造開始成為機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造的主流發(fā)展方向，開始成為機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的標(biāo)志，開始帶動(dòng)機(jī)械制造行業(yè)的改革，開始加快國(guó)家的數(shù)字化進(jìn)程。在當(dāng)前的社會(huì)形勢(shì)下，機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)該積極推進(jìn)智能制造的應(yīng)用，做好機(jī)械設(shè)計(jì)的資源管理工作，提高機(jī)械設(shè)計(jì)的智能化水平，增加機(jī)械設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，努力與國(guó)際接軌，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的高速發(fā)展。

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