信息化技術在機械制造中的應用

馮聰 孫忠海 張春振

沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司 遼寧 沈陽 110850

引言

隨著全球化和技術革新的不斷推進，信息化技術已成為推動機械制造行業(yè)發(fā)展的關鍵因素。這些技術的應用不僅僅限于提高生產(chǎn)效率，還包括優(yōu)化設計流程、增強產(chǎn)品功能和改善市場響應速度。當前，機械制造業(yè)正經(jīng)歷著由傳統(tǒng)制造向智能制造的轉(zhuǎn)型，這一轉(zhuǎn)型過程中信息技術發(fā)揮著至關重要的作用。因此，了解和分析信息化技術在機械制造中的應用，對于把握行業(yè)發(fā)展趨勢和推動企業(yè)創(chuàng)新具有重要意義。

1 機械制造與信息技術現(xiàn)狀

機械制造業(yè)正處于關鍵的轉(zhuǎn)型升級階段，面臨著信息技術高速發(fā)展的挑戰(zhàn)和機遇。當前，該行業(yè)正專注于優(yōu)化人機交互界面、提升生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本等關鍵領域。盡管這一行業(yè)在某些領域已經(jīng)取得顯著進步，如智能制造和自動化技術的引入，但在全面實現(xiàn)大規(guī)模信息化方面仍然存在一定的局限。這主要是由于缺乏完善的信息化基礎設施和行業(yè)內(nèi)部的技術不平衡。為應對這些挑戰(zhàn)，機械制造業(yè)正在不斷地吸收和融合新興技術，例如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析和云計算，這些技術有助于實現(xiàn)高效的生產(chǎn)流程和更精準的市場需求分析。此外，通過采用先進的數(shù)字化設計工具和仿真技術，機械制造過程變得更加精細和高效，大大縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。然而，為真正實現(xiàn)信息化技術在機械制造業(yè)中的深度融合，還需解決行業(yè)內(nèi)的技能不足、標準化不足以及安全問題[1]。

2 信息技術與機械制造領域的相互影響

2.1 機械制造行業(yè)支持下的信息技術進步

機械制造業(yè)的發(fā)展對信息技術的進步具有深遠影響，尤其是在推動計算技術的演進方面。最初，計算機技術以電子管數(shù)字機的形式出現(xiàn)，這些機器占據(jù)大約150m2的空間，計算能力也相對有限。然而，隨著機械制造技術的不斷進步，尤其是精密加工和微型化技術的突破，大規(guī)模集成電路（IC）開始取代傳統(tǒng)的電子管，從而引發(fā)計算技術的一次重大變革。這一變化不僅能極大縮減計算設備的體積，從龐大的機房設備演變?yōu)楝F(xiàn)在的掌上電腦和智能手機，而且計算速度也得到質(zhì)的飛躍，從最初的每秒幾千次運算提高到現(xiàn)在的每秒幾十億次。這一飛躍不僅是硬件技術的突破，也得益于機械制造領域?qū)Σ牧峡茖W、電子學以及微納加工技術的貢獻。如今，這些技術的融合已經(jīng)成為推動信息技術革新的重要動力，特別是在提高計算效率、降低能耗以及增強數(shù)據(jù)處理能力方面。機械制造業(yè)的這些進步對信息技術的發(fā)展起到至關重要的支撐作用，為信息時代的到來奠定堅實的基礎。

2.2 信息技術對機械制造業(yè)的促進作用

信息技術對機械制造業(yè)的推動作用體現(xiàn)在多個方面，尤其是在突破交流限制和優(yōu)化設計流程方面的貢獻尤為顯著。首先，信息技術通過互聯(lián)網(wǎng)和其他通信手段有效地消除地理空間上的障礙，使得人與人之間的交流更為便捷和高效。這種無界限的信息交流為機械制造行業(yè)帶來全球化的合作機遇，使得設計思路和創(chuàng)新解決方案能夠跨越地域界線，快速傳播。其次，計算機技術和軟件工程的進步為機械制造業(yè)提供強大的工具?，F(xiàn)代的計算機輔助設計（CAD）軟件使得設計師能夠在虛擬環(huán)境中精確地創(chuàng)建機械零部件的三維模型，這不僅能提高設計的精確度，還能極大地縮短產(chǎn)品從概念到原型的開發(fā)周期。此外，這些技術還允許復雜的模擬和分析，在物理制造之前就能預測和優(yōu)化產(chǎn)品性能。這種設計的精確性和預測能力，再結(jié)合數(shù)字化的生產(chǎn)流程，如數(shù)控加工和3D打印，使得從設計到制造的過程更加無縫和高效，能極大提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[2]。

3 信息技術在機械生產(chǎn)領域的應用

3.1 集成機械設計與制造中信息技術的運用

在機械生產(chǎn)領域，信息技術的應用正變得日益重要，特別是在集成機械設計和制造過程中。隨著對移動通信終端和電子機械設備的質(zhì)量要求不斷提高，集成化的設計和制造成為實現(xiàn)高性能產(chǎn)品的關鍵。集成化不僅指的是物理組件的整合，更涉及數(shù)據(jù)和流程的整合。例如，在移動通信設備的設計中，集成化不僅體現(xiàn)在硬件的緊湊排列，還包括軟件的優(yōu)化和系統(tǒng)的協(xié)同工作。信息技術在這一過程中扮演著核心角色，通過先進的計算工具和軟件平臺，設計師能夠在早期設計階段對產(chǎn)品的性能進行模擬和測試，從而確保最終產(chǎn)品能夠滿足嚴格的性能要求。

此外，信息技術在提高機械制造精度和總體產(chǎn)品質(zhì)量方面的作用不容忽視。通過采用精密的計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）系統(tǒng)，機械制造過程變得更加精確和可控。這些系統(tǒng)能夠生成詳細的設計藍圖和指導，以確保制造過程中每一步驟的準確執(zhí)行。例如，在復雜機械部件的生產(chǎn)中，通過使用這些高級的信息技術工具，可以確保零部件的尺寸和形狀符合極其嚴格的公差標準。這種精確度的提升不僅能減少生產(chǎn)過程中的錯誤和廢品率，還能提高整個產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。因此，信息技術在集成機械設計和制造中的應用，不僅能優(yōu)化設計和生產(chǎn)流程，也為滿足市場對高質(zhì)量產(chǎn)品的需求提供可靠保證[3]。

3.2 信息技術的推廣與應用

自20世紀80年代以來，信息技術已被廣泛應用于機械制造領域，但初期由于技術限制并未能充分發(fā)揮其潛在價值。這一時期，盡管計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）等技術開始被引入，但它們的應用受限于當時的硬件和軟件能力，以及信息化普及程度的不足。會導致信息技術在機械制造中的應用并未達到預期的效果，其潛力被大幅度地限制。進入90年代，隨著計算能力的增強和信息技術的快速發(fā)展，中國開始制定針對機械制造領域信息化應用的相關政策，旨在推廣和加強這一領域的技術應用。政府對信息技術在機械制造中的應用給予重點支持，包括為試點企業(yè)提供必要的資源和指導。

然而，要真正實現(xiàn)信息技術在機械制造領域的深度應用和價值發(fā)揮，關鍵在于相關人才的培養(yǎng)和知識普及。因此，開辦專門的培訓機構，定期邀請信息技術領域的專家和權威人士進行講座和交流，成為推動這一轉(zhuǎn)型的重要手段。此外，企業(yè)內(nèi)部需要定期舉辦專題研討會，通過分享成功案例和實踐經(jīng)驗，促進員工對信息技術在機械制造中應用的理解和掌握。這樣的實踐不僅能增強企業(yè)員工的技術能力，也能提高整個行業(yè)對信息技術的認知和應用水平。通過這些努力，信息技術在機械制造領域的應用逐漸成熟，為生產(chǎn)效率的提升、產(chǎn)品質(zhì)量的改進以及新產(chǎn)品開發(fā)的加速提供強大的技術支持和創(chuàng)新動力。

3.3 機械產(chǎn)品設計及制造過程中的信息技術應用

在機械產(chǎn)品的設計和制造過程中，信息技術的科學合理應用對于實現(xiàn)快速、高效、可靠的生產(chǎn)至關重要。利用計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助工程（CAE）和計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP）等高新技術，機械制造業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)從概念設計到產(chǎn)品制造的全過程數(shù)字化。CAD技術允許設計師在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建精確的三維模型，從而減少設計錯誤和加快設計過程。CAM技術則轉(zhuǎn)化這些設計為制造指令，直接指導數(shù)控機床和其他制造設備的操作，顯著提高加工效率和精度。CAE技術在設計階段通過模擬分析幫助評估產(chǎn)品性能，如強度測試和熱分析，確保設計的可行性和可靠性。CAPP技術則優(yōu)化生產(chǎn)過程，通過自動生成和管理工藝路線和工藝卡片，提高生產(chǎn)過程的組織效率。

此外，工業(yè)4.0的興起標志著智能制造的新時代，將信息化生產(chǎn)提升到一個新的水平。在這個框架下，智能工廠通過大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和先進的計算機編程軟件實現(xiàn)生產(chǎn)過程的高度自動化和智能化。這意味著生產(chǎn)設備和系統(tǒng)能夠?qū)崟r收集和分析數(shù)據(jù)，從而自動調(diào)整生產(chǎn)流程以提高效率和質(zhì)量。例如，通過實時監(jiān)控機器的運行狀態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量，智能工廠能夠及時預測和防止設備故障，確保生產(chǎn)線的穩(wěn)定運行。同時，利用大數(shù)據(jù)分析，企業(yè)能夠更精確地預測市場需求和優(yōu)化庫存管理，從而降低成本并提高市場反應速度[4]。

3.4 創(chuàng)建適宜的信息技術應用環(huán)境

隨著中國計算機技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，信息技術得到迅速的推廣和應用，這對制造業(yè)特別是機械制造業(yè)的信息化進程產(chǎn)生深遠影響。信息技術的發(fā)展不僅能促進制造業(yè)向更高的技術層面發(fā)展，而且也能推動整個產(chǎn)業(yè)向智能化、網(wǎng)絡化的方向轉(zhuǎn)型。以汽車零部件制造為例，應用信息化技術使得從設計、原型制作到批量生產(chǎn)的每一個環(huán)節(jié)都變得更加高效和精確。信息技術的應用還意味著在整個制造過程中可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時收集和分析，從而為決策提供更加準確的依據(jù)。這不僅能提高生產(chǎn)效率，還能確保產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和可靠性。此外，通過信息技術，制造過程中的不同環(huán)節(jié)可以實現(xiàn)更好的協(xié)同，優(yōu)化資源配置，減少浪費。

為充分發(fā)揮信息技術在機械制造領域的作用，創(chuàng)建一個適宜的應用環(huán)境至關重要。這一環(huán)境應包括計算、通信、控制、遠程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，以促進各種機械設備的信息化運行。信息技術在這里發(fā)揮著將虛擬網(wǎng)絡世界與現(xiàn)實物理世界相互聯(lián)系的關鍵作用。例如，通過物聯(lián)網(wǎng)技術，機械設備可以實時監(jiān)控其運行狀態(tài)，自動診斷和預測維護需求，從而減少停機時間和維護成本。此外，借助先進的通信技術，遠程協(xié)調(diào)成為可能，使得設計團隊、生產(chǎn)線和供應鏈各環(huán)節(jié)可以無縫對接，提高整個生產(chǎn)系統(tǒng)的響應速度和靈活性。最終，通過創(chuàng)造這樣的信息技術應用環(huán)境，機械制造業(yè)能夠更好地適應市場變化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品競爭力，實現(xiàn)持續(xù)的技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級。

3.5 計算機網(wǎng)絡在信息化實施中的核心作用

計算機網(wǎng)絡在機械制造企業(yè)的信息化實施中起著核心作用，它貫穿于企業(yè)內(nèi)部的各個環(huán)節(jié)，包括研發(fā)、產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、管理以及業(yè)務流程和組織重構。研發(fā)信息化特別重要，它不僅涉及基礎技術研究，還包括產(chǎn)品的具體研發(fā)過程。在這一過程中，計算機網(wǎng)絡使得信息和數(shù)據(jù)能夠在不同部門和團隊之間快速、有效地流動，從而加速研發(fā)進程，提高創(chuàng)新效率。例如，設計團隊可以通過內(nèi)部網(wǎng)絡快速訪問到最新的研發(fā)數(shù)據(jù)和市場反饋，從而更快地調(diào)整設計方案。此外，計算機網(wǎng)絡也支持遠程協(xié)作和云計算服務，使得團隊成員即使不在同一地點也能共同工作。

此外，機械制造企業(yè)還需要結(jié)合自身的生產(chǎn)和信息化實際情況，建設一個全面的信息網(wǎng)絡管理系統(tǒng)。通過利用互聯(lián)網(wǎng)技術，企業(yè)可以構建自己的內(nèi)部網(wǎng)和外部網(wǎng)，以實現(xiàn)內(nèi)部流程的高效管理和外部資源的有效整合。內(nèi)部網(wǎng)支持設計、加工和管理系統(tǒng)之間的無縫連接，促進信息共享和流程優(yōu)化。外部網(wǎng)則使得企業(yè)能夠更有效地與供應商、客戶和合作伙伴進行交流和合作。此外，借助計算機信息網(wǎng)絡技術，企業(yè)還能開展電子商務、網(wǎng)絡營銷、網(wǎng)上采購等業(yè)務，有效地減少不必要的中間環(huán)節(jié)，降低成本，提高市場競爭力。

4 結(jié)束語

總而言之，信息化技術在機械制造領域的應用已成為推動行業(yè)發(fā)展的關鍵力量。從精確的機械產(chǎn)品設計到高效的生產(chǎn)過程，再到綜合的管理和運營，信息化技術的融入為機械制造業(yè)帶來革命性的變革。這些技術不僅能提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，還能增強市場適應能力和創(chuàng)新能力。隨著計算機網(wǎng)絡、智能化系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析等技術的不斷進步，機械制造業(yè)正逐步向更高級別的自動化和智能化邁進。這一轉(zhuǎn)型不僅能優(yōu)化傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程，也為企業(yè)提供新的業(yè)務模式和市場機會。因此，持續(xù)探索和深化信息化技術在機械制造中的應用，將是未來該行業(yè)競爭力和可持續(xù)發(fā)展的關鍵。