機械設計制造中自動化技術的應用

林 斌

（浙江躍嶺股份有限公司，浙江溫嶺 317500）

自動化技術緊密聯系著控制論、信息論、計算機技術等，目前在工業生產中得到十分廣泛的應用?；谧詣踊夹g的支持，高危險、高頻率的人力行為可以被自動設備所取代，在提升生產效率的基礎上，保證生產安全。隨著自動化技術的日益成熟，對機械設計制造領域也產生了深遠的影響。通過在機械設計制造中引入信息化技術，可顯著降低機械設計制造成本，提高機械設計制造效率，進而推動機械設計制造業的整體發展。

1 機械設計制造中自動化技術的應用價值

1.1 機械自動化概述

機械自動化指的是提前設置相應的程序或指令，讓機械依據程序、指令等自動作業。通過應用機械自動化技術，企業的人工生產成本得到縮減，生產效率與操作精密度得到提升。西方發達國家在機械自動化發展方面起步較早，具有相對較高的自動化技術水平。我國雖然研發時間較晚，但目前已經取得十分顯著的成果，與國外發達國家之間的差距不斷縮短。機械自動化將諸多學科與技術融合起來，具有綜合性、系統性特點。通常情況下，可從這些方面劃分機械自動化的組成：

（1）傳感系統。此部分的主要功能是接收信號，屬于基礎系統。

（2）操作系統。此部分是對傳感系統接收到的數據信息進行分析，設定相應的操作程序。

（3）處理系統。此部分是對數據信息進行處理，向下一個系統發布指令程序。

（4）傳輸系統。此部分負責二次傳輸信息，保證能夠將可靠的信息傳遞給下一系統。

（5）指令系統。此部分負責發布指令，為系統操作活動的實施提供依據[1]。

1.2 應用價值

自動化技術在很大程度上推動了機械設計制造業的發展，通常情況下，可從這些方面分析自動化技術的應用價值。

（1）機械設計水平提高。過去主要依據設計圖紙開展機械制造活動，繪圖師負責設計機械圖紙。由于缺乏相應的技術支持，難免會出現計算錯誤等問題，嚴重影響到機械設計質量。而通過在機械設計領域應用自動化技術，可利用現代智能系統驗證相關設計數據與方案，且依托軟件系統高精度地控制機械，促使設計水平、生產效率等得到提高。

（2）機械設計制造成本降低?，F階段，大部分機械設計制造企業已經將全自動生產線建設起來，傳統人工生產被自動化流水線所代替，這樣可以縮減車間生產崗位數量，大幅降低企業人力資源方面的支出。同時，利用自動化生產線開展制造活動，可對復雜的生產過程進行簡化處理，再借助于大數據等先進技術高效、精確地計算機械設備生產所需要的原材料，可更加合理地調配使用原材料，減少原材料浪費問題，促使機械生產成本減低[2]。

（3）機械生產事故隱患得到規避。機械制造過程中的安全風險較多，如人員不規范操作、設備運行故障等。而通過應用自動化技術，可全面動態監管機械制造過程，可視化管理得到實現。如果有設備故障、人員操作不規范等情況出現，能夠自動發出預警信息，有效降低安全事故的發生概率。同時，部分生產崗位的安全風險較大，可依托自動化技術實現自動生產。

2 機械設計制造中自動化技術的應用內容

2.1 集成化應用

集成化是自動化技術的重要應用優勢，其能夠將統一的技術指導提供出來，在設計制造、經營管理等活動中全面貫徹以人為本的原則，通過簡化機械設計制造的流程與機構，促使企業生產及經營效率得到大幅提升。通常情況下，可從這些方面進行分析：①利用自動化技術建設信息系統，能夠動態控制機械設計制造全過程，促使各部門、各工序之間的信息交互得到順利實現。信息系統能夠對各部門、各環節需求的信息數據等進行集成，如設計數據、生產標準等。依據實際生產需求和系統存儲的數據信息，高效調配技術人員、生產人員等，切實提升設計制造效率[3]。例如，依托集成信息系統，研發人員和設計人員能夠對產品結構設計、工藝優化等方面的問題進行在線高效處理，有助于提升工作效率。②通過應用自動化技術，全過程的自動化管理調度可以得到實現。自動化技術在機械生產制造領域的應用關鍵點為計劃設計、調控與優化，需依托信息系統對生產管理及其他相關工作進行合理調度，通過優化與調整全過程調度計劃，向生產方案中嵌入自動化技術，促使機械生產管理水平得到提升。

2.2 數字化應用

數字化應用指的是依托自動化技術實現機械設計制造過程的機械生產設備控制數字化，以及操作程序設定數字化，完全脫離傳統人工操作，促使機械加工制造的生產誤差得到最大限度地減少，改善機械設備的運行狀態。同時，借助于計算機技術操作控制機械制造，依據生產狀態與環境條件將相關程序指令及時發送給前端設備，可避免機械生產效率受到不良因素的影響。一般來講，可從這些方面分析數字化機械加工的操作要點。

（1）全面分析機械生產指導流程，依據各環節標準化生產需求制定相應的控制指令，以便精準、高效地生產復雜機械零部件，促使機械生產制造控制效率得到提升。

（2）當一個周期的生產制造任務完成后，數控程序會重新回到周期原點，這樣下一周期的生產工作能夠自動重復進行，避免產生額外的工作量。

（3）基于自動化技術的支持，機械生產設備能夠依據前期設計模型自動生產相關的元件部件，不但工作效率得到提升，作業人員的勞動壓力也顯著減輕[4]。

2.3 虛擬化應用

虛擬化應用指的是依托自動化技術、大數據技術等將前期設計、中期制造、后期檢驗等環節的虛擬數據模型建立起來，虛擬化管理機械設計制造過程。虛擬化應用的實現，能夠打破現實不良條件的制約，有助于提升機械設計制造管理水平。在具體實踐中，可利用大數據信息模型對機械小零件、小部件等進行模擬，且于虛擬化條件下全面評估局部機械設計制造狀況，促使自動化技術的應用效果得到保證。同時，將自動化技術深入應用于機械設計、制造以及操作等各個環節，對設計制造結構進行分析與評估，集成管理相關的信息數據。最后模擬分析經過改造與調整的機械制造結構，促使機械零部件設計制造的直觀性得到提升[5]。近年來，隨著自動化等先進技術的快速發展，操作人員與虛擬環境之間的實時交互已經實現，基于傳感器的支持，能夠將全仿真的生產環境創造出來，有助于控制企業機械生產成本，提升企業生產制造效率。

2.4 智能化應用

近年來，在機械設計制造領域開始融合應用自動化技術與人工智能等先進技術，大幅提升了機械設計制造效率和質量。智能機械制造目前已成為研究和發展的重點，通過交叉應用計算機、自動化、人工智能等一系列先進技術，可持續優化智能化機械加工制造系統，將控制對象不必要的程序去除掉，避免機械加工制造受到意外因素的不利影響，促使提質增效的目標得到順利實現。以汽車生產為例，企業可依托人工智能技術將專家思維錄入到機械生產過程中，借助于智能芯片系統對機械制造過程進行控制，促使制造質量得到保證。同時，基于自動化智能化技術的支持，智能感應、智能分析也可順利實現，進而高效、全面地監測機械制造過程，依據實際生產環境條件對生產參數進行動態調整[6]。

2.5 柔性化應用

柔性化應用指的是依據機械設計方案、生產技術等統籌管理機械生產制造的原材料儲存運輸系統、各類設備等，以便促使不同生產方案的實際需求得到滿足。柔性化自動化生產技術的基礎是成組技術，其可結合實際生產需求分組處理加工對象。基于成組技術的支持，柔性化系統能夠高效調用各類加工材料，排列運輸盒。通常情況，柔性信息系統具有倒三角形的信息控制結構，依托計算機設備高效處理、調用相關信息，動態監測機械制造過程，且依據生產數據信息對后續的生產計劃進行及時調整。此外，柔性自動化存儲系統能夠拓展安置與運輸粗加工零部件、生產制造設備、生產線廢料等，利用工業機器人快速搬運上述材料，促使材料運輸調配的自動化得到實現。

3 機械設計制造自動化的發展建議

3.1 重視機械設備的引進和管理

為將自動化技術在機械設計制造領域的應用價值充分體現出來，需結合機械自動化設計制造需求，積極引進相應的機械設備，做好機械設備的管理工作，為機械設計制造自動化的順利推進提供支持。其中，資金是順利引進機械設備的基礎。因此，機械設計制造企業要充分認識到自動化技術的應用優勢，結合自身實際生產情況和發展需求，加大資金投入力度，對機械設備采購計劃科學制定，以便有序、完善地配置相關設備。當完成機械設備采購活動后，企業要規范安裝相應機械設備，對機械設備運行配套設施進行完善，以便順利實施機械自動化設計制造工作。

3.2 加強專業人才的培養

現階段，專業人才短缺是制約機械設計制造自動化發展的重要因素。因此，為推動我國機械設計制造業的整體發展，拓展自動化技術在機械設計制造領域的應用深度與廣度，需切實加強專業人才培養工作，從人才角度促進自動化技術的研發與應用。在具體實踐中，可從這些方面著手。

（1）積極聯合地方高校，依據機械設計制造自動化發展對專業人才的需求，聯合制定人才培養方案，將高校的師資資源、教學資源等充分利用起來，培養出符合機械設計制造自動化發展需求的高素質、高技能人才。

（2）積極聯合科研機構，對科研結構的人才培養經驗等進行學習和借鑒，及時更新和調整人才培養計劃。在專業人才培養過程中，可將科研機構優秀研發人員邀請過來，對自動化技術在機械設計制造領域的應用要點、發展方向等進行詳細講解，逐步提升人員的能力水平。此外，要進一步健全獎勵機制，引導其他社會企業等相關主體共同參與到人才培養中，促使機械自動化設計制造的研發、操作隊伍不斷壯大。

3.3 堅持綠色發展理念

機械產業的快速發展，雖然帶動了國民經濟的整體進步，但也造成了嚴重的環境污染與能源消耗問題。近年來，國家高度重視生態文明建設工作，深入落實產業轉型升級方案，要求進一步降低機械設計制造過程的環境污染與能源消耗。因此，在機械設計制造自動化發展過程中，要深入貫徹綠色發展理念，不斷提升節能環保水平。在自動化技術發展過程中，需著重研究如何減少材料消耗、控制生產污染等。通過融合自動化技術與環保理念，促使機械設計制造產業的綠色發展得到實現。

3.4 深入研發核心技術

與西方發達國家相比，我國在機械設計制造自動化方面還面臨著核心技術支撐不足等問題，對機械設計制造產業的長遠發展造成了不利影響。面對這種情況，要進一步加大核心技術研發力度，提高機械設計制造產業的綜合競爭力。在具體實踐中，要完善資源保障機制，投入充足的人力、財力以及物力等資源，為核心技術的研發提供支持，還要專門設立激勵引導政策，鼓勵相關企業、人員等深入參與進來。

4 結語

自動化技術在提升生產效率、降低生產成本等方面具有較大的優勢，可顯著推動機械設計制造業的發展。現階段，自動化技術在機械設計制造領域已得到深度應用，但在發展過程中也出現了諸多的問題。因此，要進一步深化對自動化技術的研究，不斷拓展自動化技術的應用廣度，促使我國機械設計制造產業的核心競爭力得到提升。