自動化技術在機械設計制造中的應用與發展

孟鑫　盧清波　姬耀鋒

【摘? ? 要】工業蒸汽時代傳承下的簡易機械、傳統工業制造方式已被市場淘汰，應用自動化技術成為各行業保持生命力的必然趨勢。隨著科技的快速發展，自動化技術已被廣泛應用于我國工業制造業，在機械設計與制造領域對制造方式進行了翻天覆地的革新。自動化技術的引入增加了經濟效益和生產效率，確保了計算的精度，降低了誤差率，提高了機械設計和制造行業的技術性和先進性。

【關鍵詞】自動化技術? 機械設計制造? 應用與發展

中圖分類號：G4? ? ? 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2021.12.149

一、機械設計制造及其自動化概述

近年來，科學技術的飛速發展使我國智能制造業迎來了難得的發展機遇，機械制造自動化技術是當前機械設計制造業十分關鍵的一項技術，在社會、工作、生活的許多領域均得到了廣泛應用，如機械工程、制造業、醫藥、工業、農業、國防、軍工、交通運輸、電等民用領域，對我國未來的社會經濟發展具有一定的推動與促進作用。國家在經濟發展社會進步的同時也給機械制造提供了人才、資金和技術的支持，推動其向更先進的方向改進，全面提升了核心競爭力。

機械設計的發展經歷了人工操作、動力操作、信息傳輸的過程。隨著科技的發展，已將傳統的人工解析指令或參數發展成設備自動化技術，其根據遙感技術、反饋原理、數據原理等技術，將預存數據生成可執行的指令程序，以替代人工輸入程序。機械自動化就是讓機械設備代替人設定程序以實現自動化控制，在整個過程中能自行進行檢測、處理、分析。機械制造及其自動化的持續發展，更能滿足現代社會對機械設計發展的需求，有利于提高機械設計制造的整體水平，朝更加高效、節能、智能的方向邁進，促進企業生產效率與質量不斷提升，使企業在激烈的市場競爭中脫穎而出。

二、自動化技術的發展

“自動化”最早是由美國的一個機械工程師提出來的，經過不斷的研究和升級，自動化已發展到現在十分高的水平。自動化技術發展初期多以傳統的人工控制為主，其時效性差、效率低、精準度低，時常出現質量和人身安全問題。自動化技術是指在機器設備、儀表儀盤等設備中嵌入芯片，芯片會接收外界的程序或指令，設備會根據指令自行調節和加工，同時也會根據輸入的參數調節設備參數的技術。機械設計制造及其自動化以傳統機械設計制造為基礎，綜合運用微電子調控、計算機編程、智能化自動控制、傳感檢測、信息交換等手段，根據所要求達到的功能與特性，實現設備運行的自動化與智能化，以期達到企業高產、低耗的目標，使整個生產系統實現最優化。隨著自動化控制的發展，機械設計領域和制造領域已徹底走向智能型發展，不僅能增加設備的時效性、提高生產效率、降低人工成本、降低人工操作的復雜性和危險性，將技術人員從復雜的工序中解脫出來，且自動化技術的作業精度遠高于人工。機械設計制造及其自動化所涉獵的范圍極廣，既可以被應用到航天、航空等重要科研項目中，也可以被應用到導彈、戰機等軍事國防領域，在家電等民用領域為人民提供便捷。自動化技術能極大地改善機械性能，通過數據化控制、自動診斷、自動報警等技術優勢，使機械的使用壽命增長無效做功減少，真正做到綠色高效生產。

三、自動化技術在機械設計制造中的應用

（一）數控技術

自動化技術的引進能有效抑制和解決生產方式過于滯后、效率不高、消耗諸多的資金和人力等問題，保障產品的整體質量提高。數控技術的應用不僅可對機械化程度進行提升，還能對生產的效率和質量進行更好的保障。數控技術主要對電腦程序進行編制，然后實現對機械運行的控制，而數字化技術是借助軟件管理操作機械設備，采取預先設計的軟件程序來監控機械生產環節，增強技術人員的專業能力，達到機械操作自動化運行的目標。當前，數控技術正在朝著智能化和開放化的方向發展，生產和管理人員對整個生產的流程和質量進行遠程實時監控，通過這樣的方式降低工人勞動強度，改善工人的工作環境，對工作效率進行有效提升。

（二）集成化技術

在機械制造自動化中集成化是非常重要的部分，所謂集成是指機械制造借助信息技術的作用開展，制造在集成環節能夠促進生產環節中規范性加工制造，能運用計算機集成制造系統實現對生產環節的科學管控。集成相應的分散自動化系統，構建更加高效的生產控制系統，保證機械設計、制造以及運營等不同環節之間的緊密關聯。同時，及時收集市場信息、制定生產計劃方案、產品的開發與設計、加工和營銷等環節的數據信息，完成信息流、物料流等方面的統一化管控任務。

（三）虛擬化技術

為滿足客戶提出的要求選擇與之相符的設備，工作者設計產品時可借助虛擬化技術實現針對相關機械設備的建模，設定準確的模擬參數，為客戶制造出滿意的產品。機械制造虛擬化是實施機械產品生產流程仿真工作，利用機械產品制造不同環節的仿真以及模擬，全面探究產品結構設計和生產制造期間存在的不足之處，減少機械自動化生產期間各項物料消耗過多現象的出現，從而達到模擬控制機械產品自動化生產的目的。虛擬技術的應用縮短了設計制造周期，使成本大幅度降低，同時虛擬化技術使小批量個性化定制成為可能。

（四）智能技術

智能技術是由多學科組成的，其中包含計算機技術、傳感技術和定位技術等內容，它的核心就在于對相應程序的設定，使用這種方式對傳統人工操作進行替代，能夠更好地解決傳統人工所無法完成的操作，提升機械制造設計和自動化的智能化程度。比如現在工廠中的智能制造加工單元，融合了機器人技術、數控技術、MES管理系統等，使零件從毛坯到成型入庫全自動化智能化，并實現了物料追蹤。在對一些生產難度比較高和精密度比較高的產品進行設計和生產時，要對智能化的技術進行積極的利用，對其中存在的問題進行更好的解決。

（五）計算機網絡技術與故障診斷

在機械設計制造和自動化領域中經常涉及機械圖繪制的內容，通過對CAD、CAM等計算機繪圖軟件進行利用，可實現降低人工繪圖的復雜性，同時利用計算機網絡技術可以讓頭腦中的圖像得到立體化的展示，能利用軟件對其進行一定的測試，讓產品設計可以更加接近完美的狀態。自動化技術會按照指定的程序通過傳感器定時采集設備元件的信號和狀態，再經由神經網絡保存的特征庫分析出元件的狀態，特征庫中保存了各元件的狀態集合，根據模式匹配原理分析出元件當前是否正常工作。自動化技術類似于人類的專家系統，專家會憑借經驗、視覺或設備檢測等方式判斷故障原因，自動化技術會通過神經元的學習和記憶調整當前的處理狀態，采用合理維護的方法加以維修。

四、自動化技術在機械設計制造中的發展趨勢

（一）網絡化和智能化

通過網絡建設的監測和控制系統可隨時進行信息共享和監測，以防止各種突發情況發生，構建人工智能讓其能夠自己完成計算和決策等工作，實現機械設計制造的智能化。在實際生產中機械產品從設計初期到生產，最后到完工的過程都能實現智能化處理。智能化能有效避免設計生產中發生的質量問題，保證企業的經濟效益與生產質量。隨著5G技術的成熟，網絡監測與智能控制會在機械設計制造行業得到進一步應用，通過實時監控實現遠程生產加工，通過無線通訊實現遠程調試維護。

（二）數字化與微型化

機械設計及自動化的重點在于數字化，企業通過數字化技術實現信息資料的收集后，利用虛擬現實、數據庫和多媒體等技術對數據進行分析重組。同時該技術還能有效預警生產故障，形成穩定、安全的生產運行狀態。微型化發展是機械設計制造及自動化生產的趨勢，很多機械零件尺寸都變得很微小，大部分都朝著微米、納米發展。

（三）機電一體化與模塊化

機電一體化是指將機械技術、微電子技術、計算機技術、電控技術等綜合起來形成的交叉型復雜綜合性技術。該技術能將智能化、綠色化、模塊化融合成一個有機整體，可以降低生產中能源消耗、減少各類污染物的排放，實現真正的綠色生產。模塊化是一種管理方式，針對不同機床的特性以及用處進行分模塊放置。對于程序，可將初始程序進行整合并設置高自由度的修改模式，形成機械設計及其自動化的“虛擬引擎”。將設備進行模塊化處理，每個部分進行一項運算操作，這樣不但能夠很好地保證產品的質量，也使生產效率大大提高。

參考文獻

[1]周文.簡析自動化技術在機械設計制造中的應用[J].南方農機，2020，51（11）：132.

[2]于守澎.自動化技術在機械設計制造中的應用探討[J].黑龍江科學，2016（1）：38.

[3]宋建鵬.機械設計制造及其自動化的特點，優勢和發展趨勢[J].南方農機，2019，050（016）：157.

[4]張宇.機械設計制造及其自動化應用發展探究[J].湖北農機化，2020，000（001）：14.

[5]吳春宇.機械設計制造及其自動化的發展趨勢研究[J].科技創新導報，2018，000（008）：92，94.

[6]蔡志容.智能制造時代機械設計制造及其自動化技術研究[J].內燃機與配件，2019，000（022）：195-196.