智能機械制造設計技術的問題分析

韓東 楊海峰

摘要：目前，智能化技術取得了突飛猛進的發展，在機械制造領域，智能化設計也越來越得到人們的高度重視和進一步關注。基于此，本文有針對性的分析和探究智能制造時代機械設計技術的相關內容，希望通過本文的簡要論述，可以為相關從業者提供參考和借鑒。

Abstract： At present， intelligent technology has achieved rapid development. In the field of mechanical manufacturing， intelligent design has also received more and more attention and further attention. Based on this， this article analyzes and explores the relevant content of mechanical design technology in the era of intelligent manufacturing， and hope that through the brief discussion of this article， it can provide reference for relevant practitioners.

關鍵詞：智能;機械;設計;制造;技術

Key words： intelligence;machinery;design;manufacturing;technology

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0237-02

1? 智能機械制造設計技術簡介

智能機械制造是基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節，具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式。智能機械制造優勢明顯，不但能夠有效縮短產品研制周期，從而提高生產效率和產品質量、降低運營成本和資源能源消耗，并促進基于互聯網的眾創、眾包、眾籌新業態、新模式的孕育發展。智能機械制造通常以智能工廠為載體，通過對關鍵制造環節智能化的改造，以端到端數據流為基礎、以網絡互聯為支撐等特征。

在我國的發展中，智能機械制造同樣占據著重要的角色，具備促進國家經濟轉型、提升我國制造整體水平、提升企業運營效率、降低操作者工作強度等優勢。在我國科學技術發展迅速的今天，智能機械制造技術的發展起著無可替代的作用，是推動我國社會發展的主要動力。通過對智能機械設計技術的應用，促進機械制造行業同步發展，是我國經濟轉型的重要部署，也是相關企業發展的必然趨勢。

2? 我國智能機械制造設計存在問題

現階段，我國的智能機械施工技術還有很多問題等待解決，進而導致了成本問題無法控制。所以就目前情況來看只有創新生產電氣控制系統和機械元器件，從而組合出滿足自己需求的設備。

2.1 智能機械制造工藝基礎較弱

智能機械制造設計技術是基于現有制造工藝基礎上發展而來的，我國目前在工藝制造上比較落后，機械自動化方面尚處在單機的自動化、剛性的自動化的階段，且未真正掌握核心技術，進而無法自己生產控制系統，只能從國外購買先進的設備來加工機械元件。相比較而言，而世界機械制造工藝水平發達的國家已經采用高精度加工，微型機械和微米/納米技術、復合加工技術等先進工藝，實現了柔性自動化生產，為產品設計性能的實現奠定基礎。工業發達國家早已普遍使用計算機輔助設計技術（CAD），目前覆蓋率已經超過60%，但是在中國CAD的覆蓋率目前僅為5%左在。還有發達國家在六十年代初就已經普遍使用優質高效低耗的工藝及設備，而中國的很多企業還是在采用落后的工藝設備進行著生產，而優質高效并且低耗的先進工藝的普及程度還不足10%。

2.2 缺乏核心芯片技術，開發成本較大

目前我國智能機械制造的發展停留在以機械設計為基準的初級階段，通常以單片機為核心的硬件技術和以計算機編程為突破點的軟件技術結合進行智能機械制造，但是所用技術較為初級，智能技術的優勢未能充分發揮。在5G時代來臨之際，如何借助5G更好的網絡環境的實現產品制造，實現物聯網的功能，是未來智能機械設計技術發展的趨勢。

從生產企業的發展來看，由于核心技術沒有掌握，一些電氣控制系統和機械元器件不得不從國外購買，進而導致了成本問題無法控制。同時，隨著我國對環境問題、安全問題的逐步重視，操作人員工程部進一步降低、遠程操作技術、數據即時采集技術等需求逐漸增多，造機械制造過程中與智能網絡信息化技術的結合是企業穩步發展的主要手段，在產品制造的同時，還能整合出科學合理化的方案，以程序為主，智能解析設計人員可以根據系統內部設置，檢測制造機械，從而來確定產品性能是否達標的一整套智能機械制造流程將是未來生產制造型企業主要的轉型方向。

2.3 人機工程理念尚處在初級階段

人機工程學是由波蘭學者雅斯特萊鮑夫斯基提出來的新興的邊緣科學，是目前世界機械設計技術中一門新興的邊緣科學。它起源于歐洲，形成和發展于美國，近幾年在中國、日本等國家廣泛接受。人機工程學在歐洲稱為Ergonomics，這名稱最早是由波蘭學者雅斯特萊鮑夫斯基提出來的，是一門多學科的交叉學科，研究的核心問題是不同的作業中人、機器及環境三者間的協調。設計者通過對人體測量學、人體反應時間、操作反應速度、無條件反射、環境因素和人員心理狀態等因素的考量，進行數據化、細節化設計。

人機工程理念是確保人機配合高契合度的保障。受我國整體行業發展的影響，智能機械制造設計人員在進行設計時，往往僅從設備功能性及實用性來進行設計，而忽略了設備在生產環境中實際情況，未形成把人-機-環境系統的思維，很多細節上的設計落后先進國家較多，通常企業都委派大量的客戶服務人員到現場進行多次調試，造成人力資源上的浪費。目前我國人機工程理論下處于探索階段，在未來的機械制造中，方便、舒適、可靠、價值、安全和效率等指標將更受用戶的重視。如何更好的滿足用戶體驗感，是智能機械制造設計的發展方向之一。

3? 智能機械制造設計問題解決思路

3.1 以數據分析為突破，提升機械制造工藝水平

改造傳統機械制造工藝模式，采用智能系統對機械制造工藝進行轉型升級。通過控制器的標識單元進行全生產鏈的數據存儲及數據分析，嚴格把控機械制造全流程。首先在計算機軟件數據準確性的保障，進行制造工藝相關參數的設置，并按照設置好的步驟工序逐步實行，從而來確保機械制造的精確性。同時，制造裝備通過傳感器的使用也可以在第一時間找出制造過程中的問題，發出報警，為提升機械制造準確性提供雙重保障。

3.2 利用5G網絡環境，融合網絡信息技術

在目前信息化5G系統全面實施的背景之下，智能機械制造通過工業自動化與信息技術（IT）的融合變得尤為重要。5G網絡構建后，數據傳輸效率相對于傳統蜂窩網絡的傳輸效率將大大提升，同時也將為智能機械制造設計的發展搭建了良好的平臺。為提升工廠的生產靈活性、節約能源、保護環境、降低成本、提高質量和人身安全，從而使工廠的生產效率和質量得到大幅度的優化提高。從目前機械制造行業的發展來看，可以從以下5個方面進行智能機械制造設計的開展。

3.2.1 加強識別技術集成

智能機械制造設備所有功能的實現都是基于識別技術基礎之上發展而來的。從目前我國發展情況來看，識別技術主要通過射頻原理結合三維圖像開展工作，對設備缺陷的探傷識別、明確物體具體位置與方向起重要作用。在進行智能機械制造設計的時候，應該在原有機械設計基礎之上，充分利用計算機科學和信息科學數據統計的優勢，利用三維建模技術，識別物體幾何情況。

3.2.2 加強實時定位跟蹤功能

生產制造全流程把控，材料、零件、工具、設備狀態的實時跟蹤是目前生產制造行業發展的趨勢。而良好的網絡系統為智能機械設計提供了合適的運行環境。在進行智能機械制造設計時，需要充分結合設備所處的網絡環境，了解產品生產流程，進行實時位置跟蹤，方便客戶使用。

3.2.3 改變傳統制造業邏輯

在傳統制造業中，設計者往往先進行設計，在裝配過程中進行相應的修改。造成成本浪費。在智能機械制造中，應充分利用信息化技術，建立所有工件根據整體裝配“虛擬網絡-實體物理”生產系統。在這樣的系統中，一個工件就能算出自己需要哪些服務，實現生產制造數字化升級。

3.2.4 實現多系統融合

在5G發展的今天，為智能機械制造者提出了更高的要求，機械制造設計應該以工程化思維，充分考慮自動化系統整體方案設計技術、安裝調試技術、統一操作界面和工程工具的設計技術、統一事件序列和報警處理技術、一體化資產管理技術各自的特點，保障產品功能實現。

3.3 加強市場了解，融合人機工程理念

智能機械制造設計的根本目的就是短產品設計周期，降低使用者勞動強度，提升企業生產效率。這就需要機械設計者，時刻掌握時代的主體，了解市場要求，充分發揮創造性思維，保持競爭力，有競爭優勢設計技術，做到以客戶需求為核心，改善在機械設計過程中遇到的問題，進行專屬設計，不斷累積經驗，落實人機工程理念，增加用戶體驗愉悅感，避免“閉門造車”的瓶頸。

人機工程理念以數據分析為基準的理念與智能機械制造理念相吻合，根據現場實際情況，進行最優設計的判斷。智能機械制造設計者在設計時，應通過對相關數據的提取，進行相關機構及部件的匹配。比如工業機器人就是可以實現直接操控機器人或通過模擬制造系統來間接實施生產或加工的產品，作為設計者，首要任務就是根據用戶實際情況預設一個生產策略或加工工藝路線，進行工藝建模。設備的自主或自治生產過程中實時按照“工藝建模”中的數據進行，而人對生產的監督也以“工藝建模”的數據為標準，當生產的數據與預先設定的數據之間出現偏差時，線體會自動報警或出現相關提升，人機交互的糾錯的過程，更是人機相互協調的過程。

4? 結語

隨著科學技術的不斷發展，智能化產品已經成為日常生活中我們不可缺少的一部分，無論是工作還是生活，智能機械產品都會給我們提供極大的便利及舒適。于此同時，人們對制造技術水平及智能機械的使用要求越來越高，既是機遇也是挑戰，作為機械設計者，應不畏艱難，改善在機械設計過程中遇到的問題。制造型企業也必須制定明確的戰略發展規劃，發展以技術為核心的智能制造基地。同時，應該放開視野，積極接觸國外先進技術，將從國外引進的先進技術和現有的技術相結合，以創新的思維進行智能機械制造設計，不斷督促機械設計技術的整體化改造，達到理想的效果。

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