自動化技術在機械設計制造中的應用研究

劉林 陳俊

【摘 要】科學技術是第一生產力，隨著科學技術的不斷進步，以及現代科技在各產業領域的不斷滲透，實現了社會生產力的快速提高，帶動了全球經濟發展。本文以自動化技術在機械設計制造中的應用為研究內容，通過闡述機械自動化的同時，對其意義加以分析，結合自動化技術在機械設計制造中的具體應用案例，加深人們對機械設計制造自動化的認識。

【關鍵詞】自動化技術;機械設計制造;應用;電子信息技術

中圖分類號： TH16;TH122 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）12-0151-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.072

【Abstract】Science and technology are the primary productive forces. With the continuous progress of science and technology and the continuous penetration of modern science and technology in various industrial fields， the rapid improvement of social productive forces has been realized and the global economic development has been promoted. In this paper， the application of automation technology in mechanical design and manufacturing is the research content. By elaborating on mechanical automation， its significance is analyzed. Combined with the specific application cases of automation technology in mechanical design and manufacturing， people can deepen their understanding of mechanical design and manufacturing automation.

【Key words】Automation technology;Mechanical design and manufacturing;Application;Electronic information technology

0 引言

基于電子信息技術在機械設計制造領域的廣泛應用，改變了傳統機械設計制造的模式，促進了以機械設計制造自動化為代表的產業革命。自20世紀60年代起，我國開始嘗試引進機械設計制造自動化技術，但是，由于多方面因素的制約，導致我國在相關技術領域起步較晚，與歐美發達國家間的差距逐漸增加。改革開放以來，通過引進、仿制和自主研發的方式，我國在自動化技術領域取得了重大突破，機械設計制造自動化技術有著明顯提高，推動了自動化技術在機械設計制造領域的應用。

1 機械設計制造自動化概述

所謂機械設計制造自動化，并不是完全意義上的“自動化”，其中在設計階段需要人的介入，加工過程則是依據前期編制的程序依次執行。由此可以看出，機械設計制造自動化技術降低了企業的人力成本支出，提高了生產效率，使企業的競爭力得到加強。

當前，我國機械設計制造自動化技術已經處于世界領先水平，盡管與德國、美國、日本等國家存在些許差距，但是，這一差距卻在隨著時間的推移而不斷減小。

2 機械設計制造自動化的意義及組成

在過去較長的一段時間里，傳統機械設計制造技術為社會發展做出了巨大貢獻，然而，隨著社會的快速發展，傳統機械設計制造技術的生產力已經無法滿足人們日益增長的需求，供需矛盾日益嚴峻。在此情況下，通過將自動化技術與機械設計制造的融合，將自動化技術大量應用到機械設計制造的整個過程及各個環節中，則完成了傳統機械設計制造工業的革命性改變。自動化技術在機械設計制造中的有效融合，能對產品設計到生產的整個過程進行全方位的實時監控，將有效生產信息進行收集和數據處理，確保機械設備始終處于正常的運轉程序，自動化監控技術的有效運用，能在設備出現故障或問題的第一時間及時發現問題并進行糾正。不僅會大大提高精細程度和設計制造的水準，對設計制造的不足之處進行智能化的改進和提升，彌補傳統機械設計制造效率較低的缺陷。而且還能打破機械設計制造的勞動密集型特點，摒棄高耗資高成本額度粗放型模式，為機械設計制造企業節約了成本。也改善了機械設計制造的產品質量與效益，為機械設計制造企業指明了新的發展方向。此外，還能提升機械設計制造企業的綜合實力和核心的競爭力。

從技術實現的角度來看，機械設計制造自動化技術是一項系統性的工程，其涉及專業技術理論知識較為復雜，在系統組成方面主要包括四個部分：傳感器單元、控制單元、程序單元、動作單元。其中，傳感器單元是用來感知外部參數信息變化，并將相關參數變化量傳輸至控制單元中，進而由程序單元確認下一步動作，經控制單元將指令傳送至動作單元，完成整個機械加工過程。

3 自動化技術在機械設計制造中的應用舉例

在現代機械設計制造領域，自動化技術的應用較為普遍，除常見的集成化技術、數控技術、計算機綜合制造系統、柔性自動化生產技術以外，還包括在特殊機械加工制造領域的自動檢測補償加工技術。

3.1 計算機綜合制造系統

在機械設計制造與計算機技術融合的早期，受信息系統集成技術的影響，計算機技術的應用也僅限于單元化模塊方面，而無法實現系統化的應用，機械設計制造效率依然偏低。隨著研究人員對計算機技術在輔助設計、控制領域應用的深入研究，相對獨立的機械設計制造過程進行了多次整合，最終形成了可以進行信息共享和指令傳輸的計算機綜合制造系統。

以加工中心為例，作為數控加工平臺的高端設備，它實現了自動化技術的集成應用，在輸入程序之后，該加工中心能夠根據程序中的設置，調動其中的各個單元，以較高的效率和質量完成整個生產過程，最大程度地保障產品的質量。

3.2 柔性自動化生產技術

在機械設計制造領域，由于加工產品的不同，設計人員需要對相關程序進行調整，這不僅增加了人力成本投入，同時也降低了生產效率，對此，英國首次提出了柔性自動化技術，并將其應用于機械設計制造領域。

所謂柔性自動化生產技術，是指基于產品生產信息的數字化設計加工，實現了對不同產品生產要素的適應性調整，在產品加工制造過程中，能夠根據加工產品的特征的變化進行排序，減少非必要的程序與生產要素更改，并且，針對其中出現的問題，也可以選擇最佳的解決方案，通過計算機控制單元的各項指令，完成整個生產過程的重新組織。

在柔性自動化生產技術中，計算機控制單元起著大腦的作用，遵照金字塔控制模型的設計，中央計算機負責對底層各單元收集到的信息進行整理、分析，并對各單元接口信息進行實時監測，以此作為中央計算機信息決策的依據。例如，在加工同一外觀的不同材質產品時，設計人員僅需要更改原材料材質信息，其余相關內容的調整，則由中央計算機完成。

不僅如此，柔性自動化技術能夠針對機械設計制造過程中的毛坯工件、加工工具等進行轉運與存儲，實現了機械設計制造流程的全部自動化，大大提高了機械設計制造效率。

3.3 自動檢測補償加工技術

機械設計制造自動化技術中的傳感器單元保證了加工的精度，它類似于人的眼睛，能夠將加工對象參數的變化及時反饋至中央計算機，由中央計算機確認加工過程是否完成，產品質量是否滿足要求，而這一切，都需要用到以傳感器為核心的自動檢測補償技術。

自動檢測補償加工技術解決了傳統機械加工過程中人為誤差對加工精度造成的影響，通過安裝在各關鍵節點上的傳感器反饋來的信息，中央計算機能夠準確判定產品質量是否合格，并且，針對不合格的產品，則由中央計算機進行程序編輯，滿足要求的次品可以進行二次補償加工，使其質量達到要求。然而，對于無法進行二次補償加工的次品，中央計算機則會根據加工過程中的數據記錄情況，查明導致次品的原因，并在程序中對設計人員加以提示，由此使精準度得到保證。

4 自動化技術與機械設計制造融合的發展方向

科學技術的不斷發展，推動著機械設計制造自動化技術的不斷創新，自動化技術與傳統機械設計制造的融合程度也在隨之加深，從當前機械設計制造自動化技術的實際應用來看，其未來將朝著智能化與網絡化的方向發展。

4.1 智能化的機械設計制造自動化技術

所謂智能化，僅僅是對機械設計制造過程中的程序編輯步驟進行了簡化，利用三維建模的方式，結合用戶提出的具體要求，由中央計算機自動生成加工程序，并進行在線仿真，確認程序的正確性。

然而，智能化的機械設計制造自動化技術需要依托建模設計手段，并需要較為完善的機械設計加工數據庫提供必要的數據支撐，否則，機械設計加工自動化技術的智能化將無從談起。

4.2 機械設計制造技術的網絡化

這里所提到的網絡化，是建立在互聯網的基礎上形成的遠程無人機械設計制造技術，設計人員通過在線編程技術，根據客戶的需求，經互聯網將程序傳輸至機械設計加工設備的中央計算機中，通過在線監視軟件，實時了解機械設計加工的全過程，同事能夠進行遠程人工干預。

目前，受互聯網安全因素的影響，機械設計制造技術的網絡化僅停留在局域網的層面，在相對開放的互聯網上依然無法實現。隨著網絡信息安全技術的發展，基于互聯網技術的機械設計制造自動化技術網絡化將最終成為現實。

5 總結

自動化技術在機械設計制造領域的應用并不僅以上幾個方面，科學技術的不斷發展，將逐漸擴大兩者融合的范圍，實現傳統機械設計制造效率與質量的提高，實現相關企業效益的最大化。機械設計制造水平是一個國家綜合國力的標志，加快自動化技術在機械設計制造中的應用普及，是我國經濟發展的必然要求，對新時期社會主義現代化建設有著極為重要的意義。

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作者簡介：

劉林（1997.06.27—），男，苗族，貴州黃平人，六盤水師范學院，在校學生，機械電子工程。