機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

林顯江，靳 毅

(共享鋼構(gòu)有限責(zé)任公司，海南 海口 570100)

0 引言

我國國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，各個(gè)行業(yè)發(fā)展勢頭十分迅猛，計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)于各個(gè)行業(yè)的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的研究工作與生產(chǎn)環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用也不斷深入，推動(dòng)了機(jī)械制造業(yè)不斷朝著微型化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。但由于計(jì)算機(jī)技術(shù)自身仍處于不斷優(yōu)化發(fā)展的進(jìn)程之中，機(jī)械設(shè)計(jì)制造也要緊跟其發(fā)展潮流，搭上智能化的飛速列車。文章將從我國的計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的應(yīng)用現(xiàn)狀開始剖析，對(duì)計(jì)算機(jī)的具體應(yīng)用進(jìn)行研究與分析。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

由歷史經(jīng)驗(yàn)可以看到，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力。近年來，國家也高度重視科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，并推動(dòng)其應(yīng)用到社會(huì)各大領(lǐng)域，取得了顯著的成效。尤其是在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域，隨著世界進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)信息時(shí)代，在該領(lǐng)域中運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，全面促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

不可否認(rèn)，計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，使機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化取得了空前的新發(fā)展，但同時(shí)也要看到高科技計(jì)算機(jī)技術(shù)在該領(lǐng)域的滲透度依舊極低。由于我國在計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械制造結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)用的研究方面起步較晚，研究深度不夠，運(yùn)用程度不足，對(duì)比世界上一些發(fā)達(dá)國家，還相差甚遠(yuǎn)。并且在現(xiàn)今的教學(xué)系統(tǒng)中，教師還是以傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的講解為主，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的內(nèi)容很少，造成機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化人才缺乏計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用技能[1]。

2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的作用

2.1 計(jì)算機(jī)技術(shù)提高了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的效率

以前的機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)大都還用傳統(tǒng)的方式，即主要依靠人力來完成工作。但在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，會(huì)有很多微小的器件或者十分復(fù)雜的立體形狀處理是人力難以完成的，如果仍舊用人力來強(qiáng)行完成，不僅耗費(fèi)的時(shí)間很長，而且質(zhì)量難以保證。但若運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來輔助機(jī)械設(shè)計(jì)，就可以把人力難以完成的復(fù)雜任務(wù)轉(zhuǎn)換為有條理的編程，讓計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)代替人力完成任務(wù)。這樣可以極大地縮減相關(guān)工作人員的工作時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

2.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)提高了機(jī)械制造產(chǎn)品的質(zhì)量

產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)于任何領(lǐng)域都是最為重要的指標(biāo)，機(jī)械制造行業(yè)當(dāng)然也不例外。對(duì)于機(jī)械制造產(chǎn)品來說，尺寸可以說是極其重要的，制造出來的產(chǎn)品因?yàn)槌叽绲脑蚨鵁o法組裝或者無法使用，那制造出的產(chǎn)品都成了廢品。所以在產(chǎn)品制造出來之前就要確保尺寸絲毫不差，顯然人工是無法保證做得到的，而利用計(jì)算機(jī)技術(shù)就可以輕易完成[2]。例如可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行建模，在計(jì)算機(jī)中可以看到產(chǎn)品的整體外觀及尺寸等重要信息，并且可以隨意修改。當(dāng)模型建好了之后，應(yīng)用3D打印技術(shù)可以將產(chǎn)品模型打印出來，進(jìn)行拼接、組裝等，進(jìn)而可以發(fā)現(xiàn)存在的問題，修改之后再付之批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。這樣就可以保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)無誤，質(zhì)量得到了充分的保證，同時(shí)減少了成本。

3 計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的具體應(yīng)用

3.1 計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助功能應(yīng)用

計(jì)算機(jī)技術(shù)范疇很廣，所涉及的門類眾多，通過應(yīng)用各種專業(yè)化的計(jì)算機(jī)軟件，比如二維平面設(shè)計(jì)軟件CAD和三維立體設(shè)計(jì)軟件UG等，可以輔助相關(guān)人員的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)制造從始至終的過程中，設(shè)計(jì)尤為重要，設(shè)計(jì)的好壞決定了產(chǎn)品的好壞，而產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及產(chǎn)品功能的設(shè)計(jì)與仿真都離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與模擬，極大地提高了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的可視化，降低了設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本，同時(shí)還顯著提高了質(zhì)量與效率。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)可以提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造的精準(zhǔn)性。人的眼睛或肢體總是不能保證絲毫不差，但有些設(shè)計(jì)參數(shù)，如產(chǎn)品尺寸以及一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于機(jī)械生產(chǎn)來說是越精確越好的，所以，現(xiàn)在人們就可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來操控，最大限度地保證產(chǎn)品細(xì)節(jié)的準(zhǔn)確性。同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)還可以幫助相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)人員及時(shí)優(yōu)化和改善產(chǎn)品，通過計(jì)算機(jī)軟件控制機(jī)械產(chǎn)品的生成，調(diào)制方案中的差錯(cuò)，改正產(chǎn)品存在的問題與缺陷。

3.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)很好地結(jié)合部分在于自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)控制機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，極大地提高了生產(chǎn)效率，在機(jī)械設(shè)計(jì)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床可以說是機(jī)械制造自動(dòng)化的充分體現(xiàn)[3]。通過編程和計(jì)算機(jī)軟件的操控，控制機(jī)械生產(chǎn)加工，減少了人工的運(yùn)用，提高了生產(chǎn)智能化，且對(duì)于生產(chǎn)中一些零碎、細(xì)小的部件加工具有極大的效果。隨著計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床操控語言逐漸簡易化，使得計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用更為普遍，給機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)帶來了極大的效益。

3.3 計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)自產(chǎn)生便得到了極大的重視，并在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的生產(chǎn)加工過程中得到了廣泛的運(yùn)用，提高了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的科學(xué)性和合理性。通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行建模，提前感知產(chǎn)品的形態(tài)與特點(diǎn)，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行全面綜合分析，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可行性與完備性，保證產(chǎn)品制造的有效性與可用性。除此之外，仿真技術(shù)還可以完成產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)，即不單單只設(shè)計(jì)出靜態(tài)產(chǎn)品，而是可以讓產(chǎn)品動(dòng)起來，模擬現(xiàn)實(shí)存在的功能。例如，可以編程模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，讓模型進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)，然后通過運(yùn)行反饋的數(shù)據(jù)來判斷設(shè)計(jì)功能的可行性與完備性，進(jìn)而可以進(jìn)行修改。同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)幾乎可以模擬現(xiàn)實(shí)存在的可以想象的環(huán)境，所以可以對(duì)模型進(jìn)行多環(huán)境全方位全面測試，確保產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性，防止產(chǎn)品應(yīng)用過程的毀壞。由此可見，應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)可以最大程度降低資金投入，最大限度地提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 計(jì)算機(jī)3D打印技術(shù)的應(yīng)用

3D打印機(jī)在我們的日常生活中已經(jīng)較為普遍，在實(shí)驗(yàn)室中更是應(yīng)用很廣。3D技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)中十分重要且較為新奇的分支，它的應(yīng)用可以說對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造十分關(guān)鍵。前面所提到的技術(shù)大都是通過計(jì)算機(jī)屏幕呈現(xiàn)的，3D技術(shù)則能夠?qū)⒛Ｐ痛蛴〕鰜恚?jīng)過拼接便能夠完成最初的實(shí)體產(chǎn)品，它現(xiàn)實(shí)存在。3D技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械制造中，使設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)品的大小、尺寸以及其他細(xì)節(jié)部分有了直觀的感受，便于設(shè)計(jì)者直接看到產(chǎn)品制作出來之后的問題所在，也就便于模型的改進(jìn)與完善。同時(shí)也避免了設(shè)計(jì)初期產(chǎn)品設(shè)計(jì)失敗所帶來的潛在損失，提高質(zhì)量，降低成本，一舉兩得。

4 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造微型化

就目前的機(jī)械制造行業(yè)來說，大器件的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，而小型甚至微型器件的生產(chǎn)仍存在一些問題。所以，相關(guān)科研技術(shù)人員也逐漸調(diào)整研究方向，逐步向微型化方向邁進(jìn)[4]。在這個(gè)過程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)可以說是不可或缺，促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)微型化，降低了器件應(yīng)用時(shí)的能耗，提高了產(chǎn)品總體空間利用。

4.2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造智能化

計(jì)算機(jī)技術(shù)本身也在迅速更新?lián)Q代，邁向更加智能化的方向，而機(jī)械制造及其自動(dòng)化生產(chǎn)搭載計(jì)算機(jī)技術(shù)這趟列車，必然也是朝著更加智能化的方向發(fā)展的。差錯(cuò)對(duì)于人工操作來說是必然存在的，運(yùn)用智能設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)將會(huì)使差錯(cuò)概率降至最低，且一定程度上提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的保密性。智能產(chǎn)品將不斷涌入企業(yè)生產(chǎn)流程，工廠里的生產(chǎn)器械不斷智能化，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也在不斷智能化，今后的智能化需求也必然會(huì)越來越多，而相關(guān)工作人員也將在智能化生產(chǎn)的研究方面不斷深入，推動(dòng)行業(yè)智能化發(fā)展勢頭。

4.3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造網(wǎng)絡(luò)化

當(dāng)今世界不斷發(fā)展，萬物互聯(lián)，計(jì)算機(jī)技術(shù)可以將整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)連接在一起，形成一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)，使生產(chǎn)更加條理，更加和諧，更加高效。并且在后期的產(chǎn)品整合階段，多個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的零件也在同一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)下進(jìn)行組裝制造。

5 結(jié)語

綜上所述，文章主要分析了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，并對(duì)計(jì)算機(jī)方面的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用做了簡單分析，其中包括計(jì)算機(jī)的輔助功能、數(shù)控機(jī)床、模擬仿真技術(shù)及3D打印技術(shù)的應(yīng)用，總結(jié)了計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展前景，旨在推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造相關(guān)人員重視計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。