提高機械設計制造及其自動化水平的有效途徑

劉 鵬

（方盛車橋（柳州）有限公司，柳州 545006）

現階段，機械設備已經成為了生產領域關鍵性的生產要素。機械產品的性能和質量關乎著生產的安全性、高效性。隨著機械產品的使用范圍日漸擴大，機械設計和制造企業都要在積極推進設計制造技術的更新，用嶄新的機械設計制造要求和自動化技術來提升機械產品的功能，使機械設備具有更高的自動化水平。目前，自動化技術已經在機械設計和制造中得到了大范圍的應用，而機械設計制造自動化仍然有著巨大的發展潛力。

1 機械設計制造自動化的優勢

1.1 優化傳統生產模式

在傳統的技術條件下，由于技術工藝相對落后，在機械設計制造的過程中常常會存在方法、模式的滯后性，導致所設計制造的機械產品性能低下、功能不足。信息時代到來以后，計算機等現代化技術發展迅猛，使機械設計制造有了更多的技術選擇性，且改變了原有的生產模式。例如，自動化技術在機械設計制造中的應用，實現了機械設計制造中生產模式的全面革新和優化[1]。自動化技術與機械設計制造的高度結合，可在機械制造的過程中形成自動化生產模式，從而降低工作人員的工作強度，提高機械制造精度。

1.2 提高安全性

機械設計制造的專業性突出，在傳統的設計制造過程中，大部分工作都是由專業人員來完成的。這樣的生產模式人員的工作量大且需要考慮的因素較多，不論是設計環節還是制造環節，往往都需要消耗較長的時間，而且機械設計制造的過程中會存在很多的安全風險，易誘發安全事故。自動化技術在設計制造中的應用可大大提高安全性，減少設計制造環節的各類安全風險，降低安全事故的發生概率。即使在設計制造中出現了安全事故，自動化控制系統也能夠快速進行相應的問題處理。

1.3 提升工業智能化程度

2 機械設計制造中的自動化技術應用

2.1 充分運用配套發展模式

隨著工業化進程的加快，機械設計制造企業逐步意識到了自動化技術具有的優勢，并積極開展了自動化方面的技術探索和創新，在大量的機械設計制造中認識到了人和物流要素的作用。隨著自動化技術的不斷進步，設計制造人員已經逐漸樹立了自動化觀念，如針對機械產品開展了理性分析并引入配套發展模式。另外，這些企業在內部推行了集群發展模式，結合機械產品的功能和性能要求，加強了設計和制造中不同環節之間的學科知識整合，將局部監控技術、計算機技術和自動化技術都應用到了機械設計制造中，從而促進了機械制造行業的快速發展。

2.2 注重與環境的協調發展

隨著現代化技術的發展，生活中出現了嚴重的環境污染問題，如土壤和空氣污染等，給人們的和諧健康生活環境帶來了巨大挑戰。因此，環境保護已經成為行業發展中關注的熱點議題。對機械設計制造行業的發展而言，在各種設計和制造任務的實施過程中，同樣要注重環境保護，積極將環保理念應用在設計制造中，從而在促進行業整體進步的同時提高機械產品的環保性能。雖然自動化技術在機械設計制造中凸顯了其優勢，但是若在自動化技術的應用過程中缺乏考慮環保因素，將對行業的發展起到一定的阻礙作用。因此，在時代變革的背景下，機械設計制造中的自動化技術應用應注重與環境的協調發展，加強節能技術和環保材料的應用，將環保技術與其他的機械設計制造技術有效結合，從而提升機械產品的綠色環保性能[2]。

機械產品的體積龐大、結構復雜，在制造過程中涉及到切割等作業，會造成一定的環境污染。隨著自動化技術不斷進步，同樣要在設計制造的全過程中開展自動化監測，利用自動化裝置來監控制造過程，以監測關鍵指標是否處于正常范圍內。若發現污染物超標的情況，自動化裝置應立即啟動預警，將污染信息反饋給有關模塊，使機械產品設計制造時的各項污染物排放均可滿足國家標準，從而減輕環境工作的壓力。

2.3 加強自動化與計算機網絡技術的應用

隨著機械設計制造水平明顯提高，自動化技術需與其他技術高度結合，以形成嶄新的設計制造流程和模式。由于在機械設計制造的全過程中涉及的流程及資源較多，為保障設計制造的總體水平，需利用計算機技術、自動化技術來實現信息和資源的智能化交換，以形成自動化生產模式。針對機械設計，現階段已經出現了各種計算機繪圖軟件，如使用較多的CAD軟件等。這些軟件的出現，可使人們在設計時不需要再采用人工畫圖的方式，而且軟件中的工具調用可提升設計的自動化水平。一些設計工作完全可自動完成，設計效率得到了很大提高。若在后續的設計中需變更設計方案，只需在軟件內進行即可，變更方式比手工繪圖更加方便[3]。另外，部分軟件中虛擬技術的應用，使所得到的設計方案可以由三維效果呈現出來，使機械產品設計制造具有更強的直觀性。

2.4 加強網絡技術的應用

互聯網時代到來后，我國的網絡技術迅速發展，目前已被應用到了各個領域。在機械設計制造中，網絡技術也是不可或缺的技術。隨著機械設計制造自動化水平明顯提高，網絡技術的作用越來越突出。目前，部分機械設計制造企業已經應用了大數據信息技術來整合機械設計制造中的全部數據和信息，并在這些信息分析的基礎上開展了三維模擬，通過將模擬結果以3D模型的方式呈現，將模擬結果與實際設計結果進行對比，從而判定設計制造方面所存在的不足，并及時采取相應的優化和改進措施[4]。自動化在機械設計制造中的應用，對數據的依賴性更高。為使不同流程之間可以互相融合，在開展設計工作制造時應加強網絡技術的應用，從而在網絡技術的支持下順利完成數據的采集、存儲和利用，并構建專門的數據庫來整合各種機械數據，最終達到數據共享的目標，同時能夠將這些數據作為設計和制造的依據。

2.5 加強自動化和智能化的融合

現階段的自動化技術已經逐漸呈現出深層次發展的趨勢，為有效發揮自動化技術在機械設計制造中的作用，同樣要使自動化與智能化技術高度融合[5]。從行業整體的發展水平來看，機械設計制造的自動化發展已經取得了明顯的成效，但智能化水平還相對較低。因此，在當前發展的趨勢下，智能化技術與自動化技術的融合已經成為重點的方向。目前，數字控制的發展已經越發成熟，但由于我國技術存在一定的局限性，智能控制系統的自主研發遇到了很多的困難，如智能化的技術標準不統一或存在缺失、成本投資較高，因此未來還有著巨大的發展潛力。

3 機械設計制造自動化未來的發展方向

3.1 性能發展方向

3.1.1 高速、高精度、高效化發展

在任何機械設備的設計和制造過程中，速度、精度和效率都是關鍵性的考核指標。隨著自動化技術的不斷進步，市場上逐漸出現了高速芯片、智能芯片、多控制系統、帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統等。在開展設備設計和制造的過程中，可將帶有自動化特性和功能的元件、系統應用在機械結構內，以提高機械的運行效率和精度。

3.1.2 柔性化

5.1.3 競賽教學法更利于創造活躍、積極的課堂氛圍。在實驗過程中，通過對實驗班和對照班的學生課堂表現作為對照，發現實驗班的學生在課堂上的表現比對照班的學生更為活躍，學生更能積極主動地去完成教師規定的各項任務，并嚴格按照教師規定完成課堂競賽活動，并力爭所在小組取得競賽的勝利。在整個實驗的上課過程中，實驗班學生的課堂積極性明顯高于對照班，學生的課堂參與度也高于對照班。

為優化機械設備的性能，在設計制造環節同樣要加大對數控技術的應用，以保持數控系統的柔性。數控系統總體上實施模塊化設計的概念，能夠確保功能的可拓展性，從而滿足用戶的個性化需求。除此之外，數控系統的柔性化也體現在群控系統的柔性上。為達到這一標準，需要在同一群控系統內滿足多種生產流程的切實需求，以確保機械設備能夠最大程度發揮全控系統的效能。

3.1.3 工藝復合性與多軸化

市場上出現的各種機械設備主要是為了滿足生產加工的需求。隨著自動化技術不斷發展，人們對復合加工提出了更高的標準。由于復合加工的工序更少、時間更短，通過多種自動化技術的結合，可保持功能的多軸化、多系列發展。以數控技術的工藝復合化為例，工件在一臺機床上一次裝夾以后，經過自動換刀、旋轉主軸頭等方式，可達到多工序、多表面復合加工的目標。

3.1.4 實時智能化

在自動化技術出現的早期階段，機械設備的實時系統多面向相對簡單的環境，主要是為了滿足任務調度的需求，以確保各項任務能夠在規定的時間內高質量完成。隨著自動化技術向更深層次發展，人工智能技術出現后，實時系統表現出了智能化的特征，可通過計算模型來模擬人類智能行為。在實時系統與人工智能高度融合后，人工智能在未來將表現出更強的實時響應能力，而且實時系統也將表現出更強的智能化水平。

3.2 功能發展方向

3.2.1 用戶界面圖形化

在機械設計和制造領域，數控系統的應用相對較多。數控系統與用戶之間的對話接口，即用戶界面，可以立足于用戶的需求進行相應的設計，以確保機械設計制造站在用戶的角度進行相應的設計。另外，由于每個用戶對界面的需求有所不同，從自動化技術中衍生出來的虛擬現實技術、可視化技術、多媒體技術，使得機械設計制造過程中都需要重視用戶界面的科學設計。圖形用戶界面一經出現，就受到了非專業用戶的歡迎，人們能夠直接通過窗口和菜單，完成對應的操作控制。與傳統的用戶界面不同，圖形用戶界面兼具藍圖編輯、快速編程及三維彩色立體動態圖形顯示等功能。

3.2.2 科學計算可視化

可視化也屬于自動化技術發展的一大表現。在機械設計制造中的科學計算實現可視化，可在機械設計、制造和運行中高效地進行各類數據的處理和解釋，打破了傳統單一的信息交流方式，不再只局限于常規的文字和語言表達上，還可通過圖形、圖像、動畫等可視化信息來完成相應的信息交流。將可視化技術與虛擬環境技術有效融合后，可使機械設計制造實現創新，從而達到無圖紙設計。通過使用這些技術大大縮短了機械設計制造的周期，而且其成本也得到了有效的控制。數控技術領域，可視化技術在各種三維設計軟件中的應用優勢突出，通過自動編程設計、參數自動設定，解決了傳統設計制造方面的技術難題。

3.2.3 插補和補償方式多樣化

自動化背景下，直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補以及NANO插補等都是可選擇的插補方式。補償功能也同樣在自動化技術條件下表現出了多樣性，如可選擇間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償和溫度補償等。

3.2.4 內裝高性能PLC

機械設計制造中PLC技術的應用，有效改變了控制方式，使控制系統具備了自動控制的功能。另外，在數控系統中采用PLC控制模塊，可直接用梯形圈或者高級語言來完成編程，從而使系統具備在線調試、在線幫助等多種功能。在利用PLC模塊開展自動化設計制造時，直接根據需求修改控制程序即可。

4 結語

自動化技術在機械設計制造中有著多方面的優勢，不僅可以克服傳統設計制造技術的不足，從而帶動行業進步，也給各個設計和制造企業創造了巨大效益。然而，自動化技術在機械設計制造中的應用還存在著巨大的發展空間，因此專業的設計和制造企業應結合各種機械產品的配置要求，加強自動化技術的創新。