信息時代機械設計制造及自動化分析

韓昌重，楊巖虎

（青海鹽湖元通鉀肥有限公司，青海格爾木 816000）

1 機械制造與自動化相結合的要點

在傳統生產模式中，機械制造本身并不含有自動化的因素，但是對其主要特點進行分析能夠發現，機械設備的制造其實是由非常多的零件組成的。這些零件往往都需要經過大規模的生產，再分類進行組裝，最后形成一個機械設備整體，而每個相同零件的生產方式都是一致的。在機械制造的各環節之中還會涉及到很多難度并不高但是重復性很強的工作，這些工作對員工的素質水平要求也并不高。因此在這些環節中，如果能夠利用自動化的生產模式，將這些重復性很高的工作交給機器，不僅生產效率能夠提升，同時也減少了大量的人工成本。

機械制造和自動化相結合最基本的要點就是：應當使用自動化的方式來對那些本身難度不高、重復性強的工作進行替代，在這一過程中實現成本的下降和生產效率的提升。另外，順應信息時代和社會經濟的發展，在自動化的應用上也應當更加智能，相關的工廠和企業應當在流水線上進行智能化的改造，使得現有的設備能夠使用新的環節、設置等方式，來對生產效率進行進一步的提升。在自動化的過程中加入更多的智能化因素，推動我國的自動化技術與人工智能結合，對于整個生產領域的生產模式都作出進一步的革新，實現中國的智能化生產和工業化生產目標。這也是當前中國機械制造與自動化相結合的最主要的發展目的。

2 信息技術在機械制造以及自動化之中的優勢

2.1 提高生產效率

在當前的機械制造過程之中其實有很大的優化空間。在傳統模式中，機械制造實際上并沒有具備很好的系統性特征，各個部門之間的聯系以及不同工序之間的操縱只能通過人為手段進行，然而在加入了信息技術之后，就能夠達到一個遠程的控制效果，能夠加強整體工程和各個生產部門之間的聯系。

運用信息技術時，可以參考當前比較前沿的工藝，可通過計算機和機器對數據進行精確化，不僅能夠減少人工成本，同時也能夠從較為長遠的角度簡化相關的生產流程，使生產內容更加精確化和規范化，這也是信息技術運用在機械制造之中的主要進步意義。在自動化方面，信息技術實際上是自動化的基礎，只有用現代信息技術作為支撐，才能夠保證在整體的生產過程中能夠對一些有規律可循的生產環節進行算法編寫，從而達到自動化的效果。在自動化領域中信息技術是必不可少的，這也是自動化技術能夠得以發展的重要原因之一。

自動化技術在機械生產之中的應用其實也很好地提升了機械生產的經濟效益，能夠在更短的時間里完成更多的生產工作，并且很好地避免了人工操作可能會帶來的一系列誤差，把所有的無關影響都降到了最低。也能夠保證同一個生產部門生產出來的產品質量和規格大小都是相同的，從而確保了生產過程的規范性。能夠讓企業在統一標準下開展更大規模的生產，為企業創造更高的經濟效應。

2.2 提升機械制造安全性

在機械生產過程中，會使用到很多的切割工藝和焊接工藝，而這些環節本身就具有一定的危險性，所以在機械生產的過程中也應更加注重安全問題。由于員工的技術水平參差不齊，在對員工的培訓上也不可能做到面面俱到，因此實際操作過程中不同人員對于相同機械生產內容的完成程度也不盡相同，在一些機械生產環節之中出現安全風險的概率也會不同。

在機械制造過程中加入信息技術，提升自動化的程度，能夠從數據的角度來幫助生產部門更加精準地完成相關的生產要求，機器的操作比普通勞動者要更加精確，因此在實際的生產中也能夠降低相關的風險。對于一些危險系數本身就比較高的生產內容，例如切割和焊接等，通過機器的方式來實現也能夠很好地保護工作人員的人身安全。

2.3 實現遠程監控

在傳統的制造模式之下，生產環節需要有人員實時進行監管。但是通過現場監管的方式，效率其實非常低下，也很難照顧到生產過程中的各個方面，這種情況就會導致人員的浪費，人員的技術水平也并沒有很好地發揮出來。

利用信息技術的發展可以使得生產過程和互聯網相結合，能夠實時地將生產的狀況反饋給監管人員，監管人員不需要到達現場進行巡視，就能夠全面地監控生產過程中的各個環節，在發現數據異常的時候能夠第一時間采取相關措施。這實際上也能夠讓問題的解決變得更加的簡單、清晰，使得員工的行動力能夠更好地發揮出來，也加強了整體生產監管過程的規范性和全面性。

3 信息技術在機械設計制造及自動化技術中的應用

信息技術在當前的機械設計制造環節及自動化技術之中的運用程度其實很高，也對當前的生產效率產生了很大的推動作用。下面以機械設計制造機械手的改良為例，分析信息技術在機械設計制造及自動化技術中的應用。

3.1 設計目的

機械手是一種爪型設備，體型有大有小，在生產過程中主要是完成原料和部件抓取的過程，通過上下抓取的方式來進行取料、送貨等功能。在生產過程之中使用機械手能夠提升生產過程中的安全性，防止工人在傳送帶或其他設備之中進行操作時不慎發生肢體損傷。

3.2 機械手的需求

機械手不僅要滿足生產的需要，在生產過程中也應當考慮到機械手本身會不會對機床等基礎設備造成損壞，因此在上下運動距離，抓取力度上也應當進行合理的設計，防止在抓取的過程中由于上下位置估計錯誤而對機床產生過高壓力，或是機械爪的抓取力度過強，或對工作人員造成誤傷等情況的出現。

另外在設計目的上也應當充分考慮企業的需求，如果本身是為了分揀而設計的機械手，就應當更加注重改善分辨訂單和自動分類的內容。對于企業的需求進行分析，再進行改善方向的研究，能夠更好地提升機械手的性能。由于機械手的工作形式是通過檢測，判斷物品所在位置，是否已經正確抓取，是否下放到準確位置，再進行新一輪的循環，因此在這幾個工作環節上應當保證機械手能夠及時地對抓取情況進行監測，提升其準確性。

3.3 如何實現設計需求

3.3.1 借助計算機技術

在實際的設計過程中，信息技術的參與程度可以從計算機的技術提升上來實現，通過計算機對整體的運行路徑進行模擬，根據物品最初的位置到生產的目標位置進行路線的制定，并通過計算機算法來使得機械手能夠完成這一路徑的轉變，能夠在抓取到物品之后正確地將物品移動到事先預定好的區域內部。

在這一過程之中引入完整且精確的計算機集成系統，采用計算機輔助技術，保證在立體環境之下的算法編寫能夠盡可能的嚴謹，保證機械手的正常運行。并且在這一過程中進行數據模型的演練，通過多次演練的方式來檢驗猜想和假設的可能性，探究設計路徑是否能夠真正運用到實際當中。并且對于生產過程中的環境因素也通過信息的方式來賦值到整個系統當中去，保證機械手在實際工作的過程中能夠盡可能地排除其他的環境干擾項，正確地完成工作內容。

3.3.2 借助紅外技術和重力感應技術

在機械手進行物品抓取的過程中，需要對是否進行正確的抓取做出正確的判斷。這一判斷可以通過相關的技術實現，例如在機械手中加入紅外線探測儀，在每一次抓取之后都發出紅外線，判斷在爪內是否發生遮擋來推斷出抓取動作是否已經完成。通過這樣的技術就能夠保證機械手在對物品的抓取項目上能夠做到萬無一失，不會出現空爪的情況，能夠保證物品的運輸結果。

如果想要實現定量的抓取，可以使用重力感應技術，對于抓取的內容進行預先設定。例如在判斷對零部件的抓取應當滿足幾件的時候，通過對重量進行設定，加入重力感應系統，就能夠實現機械手抓取相關質量的零部件或物體，能夠精準地實現自動化的數量控制，在脫離人工的情況下完成定量的運輸工作，實現了自動化。

3.3.3 計算機虛擬技術

在對機械設備進行設計的時候，必須要有精密的圖紙作為支撐，但是繪圖過程十分復雜，設計師如果僅僅依靠傳統的繪圖技術，需要對零部件的不同位置進行全方位的繪制，并且提供多方面的角度。這種方式不僅耗費大量的精力，在展現模式上也并不直觀，只能從不同的平面圖或者固定視角的立體圖上進行分析與展示。但是通過計算機虛擬技術，就能夠使用較小的內存，用軟件運行的形式提供非常高的數據量和運行空間，讓設計師能夠在計算機終端上就實現大型的建模內容，通過現有的設備將設計方案轉化成精密的數據，也能夠讓設計師對原有的設備性能和模式進行精準的分析，從而思考修改和提升的方案。

在對新的機械設備進行設計時，設計師不僅能夠直接通過建模的形式來預先觀看實際效果，也能夠直接進行數據的輸入轉化成相對應的圖形，保證設計內容的各個維度清晰可見，在實際投入生產時也不會出現數據的偏差和模糊的情況，能夠使得設計師的靈感完整地呈現出來，減少了設計方案向現實轉化的技術壁壘。

另外，CAD 等繪圖軟件也降低了繪圖過程的復雜性，大大減少了設計師在設計過程中耗費的時間，能夠提升實際的工作效率。與此同時，在對設計出的新設備進行性能測試的時候，也可以利用計算機虛擬技術來構造出一個比較貼近現實的生產環境，建立模型來進行生產流程上的測驗，大大縮減了實際測試過程中可能會耗費的成本和人力物力，企業對于設備改革的試錯程度降低。這實際上也能夠推動設備的更新換代，設計師更愿意做出嘗試來進行設備性能上的轉變，對于設備的革新和進步有著積極的推動作用，也能夠在很大程度上推動生產效率的提升。

3.3.4 仿真技術的應用

對于一些非常精密的機械設備，想要通過人工的方式對其進行相關的分析和掌控其實是非常困難的，數據測量的內容非常龐大，這也會給設計師的工作帶來很大的困難，例如如果不知道原先設備的設計圖紙，在后續的改進上就會變得難以推進。但是仿真技術的應用很好地解決了這一問題，仿真技術能夠通過計算機掃描的方式來得出整體掃描物的多方面數據，能夠非常精準地將數據呈現出來，設計師也能夠更好地利用這些數據來進行設備性能的判斷，從而在此基礎上加入企業的需求，進行改善，這一技術的應用也能夠降低在革新過程之中遇到的困難，大大提升設計效率。

4 機械設計制造及自動化技術的改善方向

機械設計制造及自動化技術并不只是涉及到一個技術領域的內容，其中包含了信息技術、計算機技術、電子集成技術等多個方面，實際上是一門綜合性非常高的學科。因此在后續的發展之中也應當更加注重不同領域技術的集合和概括，提升數據運算能力和建模能力，從技術水平和人力水平上共同出發，實現技術的突破，同時重視相關人才的綜合性培養，才能夠保證機械設計制造及自動化技術的不斷提升。

5 結語

隨著信息時代的不斷發展，機械設計制造及自動化與信息技術的發展程度呈現了緊密的關系，信息技術的高效利用，實際上推動了機械設計制造的整體生產效率，并且推動了當前生產過程之中的自動化程度，良好的信息技術能夠給生產過程提供良好的技術支撐。因此，有關部門應當更加重視信息技術的應用和相關人才的培養，推動機械制造行業生產水平的不斷提高。