機械設計制造及其自動化的特點、優勢及發展趨勢

文/劉永平

（寧夏東方鉭業股份有限公司 寧夏回族自治區石嘴山市 753000）

機械制造是用機器為主要手段，以金屬為主要原材料進行加工的工業，又稱機器制造工業。它主要是為國民經濟各部門提供生產技術裝備的，也為人民生活提供高檔耐用消費品和日用必需品，機械產品還是國際貿易中進出口的重要商品。近年來我國逐漸從制造業大國轉變為制造業強國，機械設計及制造占據了相當重要的地位。不斷加強機械制造的水平，盡可能高地提高生產效率，是促進我國經濟飛速發展的重要保證。

1 機械設計制造及其自動化的特點、優勢

相對于傳統的模式，機械設計并不是簡單地將諸多技術疊加在一起，而是通過將多種技術融會貫通在一起，吸取了不同方法的優點，進而提高機械生產效率和生產質量。同時它有對傳統的一些方法進行了改進，更方便我們進行一些特定的測試。

除了固定的生產環節，它可以在最大程度上滿足客戶對于輸出產品的生產要求。它可以根據顧客的需求進行制作。一般來說，對于傳統的機械設計制造，由于生產周期和制造周期較長，往往不能迅速大批量的生產替代產品來滿足客戶的需求。其所采用的自動化技術以及信息處理等諸多創新性新技術，都大大提高了機械制造的智能化以及自動化水平，可以在短時間內，根據客戶的需求制造和生產產品，為企業帶來可觀的效益。總之，智能制造技術進一步地提高了該行業的發展和生產產品的精確性以及生產效率等，為該領域帶來大量的收益。該技術也因此被廣泛用于我國的各項生產領域當中。

機械設計自動化、智能化具有的優勢如下：

首先是它具有安全性。在傳統的機械制造過程中，基本上所有流程都是按照人工來完成的。其中不乏涉及到一些龐大而笨重的任務。這類任務非常容易使生產者受到傷害，甚至會受到生命危險，也因此傳統意義上的機械制造逐漸被人所拋棄。機械工程的智能化、自動化則可以在大部分生產過程中，完全或部分替代人工，減小生產者的壓力和難度，進而解放生產力來進行操作環境的優化和改進，從而提高生產效率。與傳統機械制造相比較，自動化的程度大大提高，因此生產效率也大大提高。尤其是對于當今這個互聯網時代，各個行業都在追求效率和速度，機械制造自動化則滿足了社會的需求。尤其是最新的設備，通過添加PLC 或柔性制造等一些技術，可以同時操作多臺機器進行多種不同產品的生產。這些技術的應用，極大地推進了機械專業的發展。通知這些操作更是可以在短時間內降低成本，同時又提高生產效率。

相比于傳統的制造領域，添加了智能控制系統。一旦某個環節出現了問題，可以自動上傳到控制臺，專業人員可以及時進行維修保養等操作，不至于出現傳統行業中機器出現故障，卻沒有人發現最后影響工期的問題或者找不到故障發生部件等諸多問題。其優勢在于可以快速的進行機械內部檢查，不僅能夠迅速反映出現故障的原因，還可以自動檢測出現故障的零部件。這些都大大減小了操作人員的難度和工作強度，進而減小了人力資源的浪費，極大地提高了生產效率。物聯網成為互聯網之后又一個產業競爭制高點，生態構建和產業布局正在全球加速展開。國際企業利用自身優勢加快互聯網服務、整機設備、核心芯片、操作系統、傳感器件等產業鏈布局，操作系統與云平臺一體化成為掌控生態主導權的重要手段，工業制造、車聯網和智能家居成為產業競爭的重點領域。我國電信、互聯網和制造企業也加大力度整合平臺服務和產品制造等資源，積極構建產業生態體系。到2020年，具有國際競爭力的物聯網產業體系將基本形成，包含感知制造、網絡傳輸、智能信息服務在內的總體產業規模突破1.5 萬億元，智能信息服務的比重大幅提升。推進物聯網感知設施規劃布局，公眾網絡M2M 連接數突破17 億。物聯網規模應用在機械工程、機械制造領域內不斷拓展，泛在安全的物聯網體系基本成型。

滿足了設備需求、操作更加簡易、方便，界面更加人性化。機械設備被制造出來的最終目的是方便人們的生活，滿足需求，不同的產品會因為需求的差異其核心功能也會完全不同，例如吊車的主要工作就是起重與緊急救援。因此，在進行機械制造業使用自動化技術時，-定要充分考慮使用人群的需求,有針對性地制造產品，可以滿足人群的不同需求。一般來說，傳統的機械設備大多比較笨重，而且操作比較困難且繁瑣，缺少人性化設計，需要進行系統化地學習。而該方向則將面對不同的人群，將不同的技術結合在一起，操縱簡單作用，非常容易學習上手。功能相對較多，能極大滿足大家的需求。傳統意義上的機械設計制造，雖然也有自動化控制組成，但其中包含較多的手工操作部分。總的來說手工操作十分依賴操作工人自身的專業水平，所以無法保證產品的一致性。而自動化操作則可以保證生產的產品水平較高且精度較高，不會存在較大的誤差。相對于手工操作來說，自動化操作可以不分晝夜的進行加工生產，效率遠高于傳統生產水平，大大地降低生產成本。

2 機械設計制造及其自動化的發展趨勢

2.1 智能化

隨著社會的不斷發展，人工智能已經大規模投入應用，人工智能應用已經成為大勢所趨。本世紀初，機械制造及其自動化已經有了較大的進步，自動化水平大幅度提高，但是相對于智能化來說還是遠遠不夠。機械制造領域的智能化，就是對各種工業生產過程進行實時監控，盡可能地減少各環節資源浪費，進而優化生產模式，最終極大地提高生產效率和減小資源的使用。智能化的出現，可以使我國從勞動密集型產業向高科技產業進行轉化。

近年來，計算機技術的應用越來越廣泛，也是實現智能化的重要工具。它有效地推動了產業的發展，使得工業生產的自動化、智能化水平越來越高。其在實際應用中最為突出的特點就是，深刻的改變了以往的工作模式，推動機械制造向著自動化、信息化的方向邁進，可以說，兩者的結合為我國機械產業的發展提供了新的契機，對于推動我國經濟的整體發展發揮了極為重要的作用。

2.2 網絡化

互聯網經過數十年的發展，已經逐步從軍事領域走進了我們千家萬戶，極大的改變了我們的生活方式。機械設計制造也可以利用互聯網的優勢，通過互聯網對各個生產流程進行實時監控，搜集實時數據，從而可以及時地發現生產流程中存在的各種問題，迅速作出反應。傳統的機械出現問題通常都需要專業人員進行維修，維修過程復雜，一旦進行網絡化操作，即使沒有專業人員在場，也可以通過互聯網遠程操作。

2.3 數字化

當今社會已經進入數字化時代。網絡上各種關于數據的創新性概念不斷出現，例如大數據、云計算等這些概念都已經為我們大眾所熟悉。數字成了整個社會發展的新動力。機械行業相應的系統都需要相應的數據來進行處理，進而在對產品進行模擬以及后期的制造。

一般機械產品在設計生產過程中，通常都是紙質圖紙進行設計，最后再運用CAD 制圖軟件進行處理。這一套流程十分浪費時間，且沒有意義。因此在產品設計過程中通過數字進行虛擬化設計，不斷簡化設計流程和縮短工期，并設法提高產品的生產和加工質量。

先進的應用在各行各業都有體現，較為常見的是設計中心將圖紙設計完成后，經專人審核通過遠傳的方式直接下達制造指令給生產機械，整個過程沒有紙質圖紙的傳遞，而生產機械則是無人值守、無人操作，全流程自動化。

現階段，我國還有很大部分機械的控制系統落后，雖然相對于改革開放前的設備來說，先進水平已經有所提升，但仍需不斷的進行優化。因此我們的技術也要與時俱進、不斷更新，不斷在設備中添加最新的技術。5G的商用，賦予機械智能化無限發展的空間。

2.4 綠色化

我國的經濟雖然在近些年取得了極速發展，但同時也產生了較大問題。因為我國生產模式比較落后，資源大量浪費，也產生了大量的污染。尤其是制造業，更是受到環保部門關注。在我國近年的環境整頓中，頻繁出現生產過程中產生大量的灰塵或者噪音污染，這些都極大的影響了周圍環境和員工的身心健康，必然要求機械制造向著綠色化和環保化方向發展。

如今我國經濟、文化、生產和發展都是以可持續化為基本戰略,械設計制造及其自動化發展也正在實現可持續化，以適應我國發展的整體趨勢。機械設計制造的可持續發展在于提高生產效率和降低生產材料的消耗,減少生產對環境的破壞，樹立綠色可持續發展觀,高效地解決機械設計制造存在的問題,以提升機械設計制造及自動化技術的水平。

2.5 人性化

隨著社會的發展，人們除了在積極追求經濟效益和提高效率之外，更多的開始關注舒適性質和人性化設計。產品設計要求符合人體結構，在緊張工作的同時也給人帶來更舒適的體驗感。不至于使人在長時間的勞動下產生疲憊感和職業病，進而可以提高員工的積極性，從而提高經濟效益。

2.6 低能耗

隨著工業的不斷發展，社會資源在不斷的消耗，低能耗也成了社會不斷追求的目標。一方面是因為資源不斷枯竭，另一方面也是為了追求綠色環保。在設計上既要考慮材料的問題，也要考慮高效利用的問題。在傳統生產中，機械制造只考慮應用問題，僅僅為生產產品進行設計，能耗偏大。現階段機械設計的發展方向則要求在實現功能的同時，低功耗、輕量化，節能環保。未來機械工程領域重點研究低功耗處理器技術和面向物聯網應用的集成電路設計工藝，開展面向重點領域的高性能、低成本、微型化、低功耗智能傳感器技術和產品研發,提升智能傳感器設計、制造、封裝與集成、多傳感器集成與數據融合及可靠性領域技術水平；研究面向服務的物聯網網絡體系架構、通信技術及組網等智能傳輸技術，加快發展NB-IoT 等低功耗廣域網技術和網絡虛擬化技術；研究物聯網感知數據與知識表達、智能決策、跨平臺和能力開放處理、開放式公共數據服務等智能信息處理技術，支持物聯網操作系統、數據共享服務平臺的研發和產業化，進一步完善基礎功能組件、應用開發環境和外圍模塊。

2.7 多元化

現階段，各種產業都不僅局限于某一學科，逐步出現學科交叉。學科交叉是“學科際”或“跨學科”研究活動，其結果導致的知識體系構成了交叉科學。

學科交叉點往往就是科學新的生長點、新的科學前沿，這里最有可能產生重大的科學突破，使科學發生革命性的變化。同時，交叉科學是綜合性、跨學科的產物，因而有利于解決人類面臨的重大復雜科學問題、社會問題和全球性問題。

機械設計領域也不應局限于機械結構，要適應多門學科的應用，實現真正意義的機電一體化。這樣不僅可以極大地減小錯誤率，提高產品在社會生產中的競爭力，進而推動我國機械行業和整個制造業加速發展。我國十三五規劃里提出要大力發展物聯網與制造業融合應用，圍繞重點行業制造單元、生產線、車間、工廠建設等關鍵環節進行數字化、網絡化、智能化改造，推動生產制造全過程、全產業鏈、產品全生命周期的深度感知、動態監控、數據匯聚和智能決策。

3 結束語

機械制造及其自動化這門學科雖然現階段不如計算機技術等行業更受人關注，但畢竟它屬于一門基礎性學科，在中國制造2025計劃中，其重要性是其它學科所無法替代的。智能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，工業物聯網的部署實施為智能制造提供基石。智能制造將結合工業物聯網，合理調配供應鏈資源以提升生產和服務效率，實現制造業的智能化管理模式創新。現階段，5G商用對機械設計自動化融入萬物互聯提供了條件，發展空間無限。