自動化技術在機械設計及制造中的應用研究

張玉龍

機械化、自動化、智能化都是世界工業革命成功的重要象征，同時也是工業領域持續創新的方向。在現階段的科技發展中，企業運用自動化技術實現經濟最大化，從企業發展而言，要保證該技術的科學、持續、穩定發展，應立足我國機械領域的實際發展情況，基于企業的發展目標與技術應用程度，實現創新與優化，以謀求高質量發展路徑，在此趨勢下，機械設計制造生產的效率與質量定會不斷提升。

一、機械自動化設計制造概述

機械自動化設計制造涵蓋了力學、機械工程、機械設計等學科領域，是一種創新應用技術，在滿足傳統生產需求的同時，又融合了新時代的生產要求，以尖端的現代設備操作工藝為核心，在實現自身功能的同時，實現了產品的功能，使工作效率達到更高的水平[1]。基于技術發展層面，現場總線控制就是早期發明出來的新興工業方式，它可以把最初面向系統的控制模式轉化為系統的管理模式。

現階段，現場總線控制體統是自動化技術應用中最為常見的應用技術，除此之外，還有諸多高效率的自動化技術在機械領域中被廣泛使用，為我國的工業可持續發展澆筑堅實的基礎。在我國經濟社會高質量發展的宏觀背景下，工業發展環境也得到了創新提升，自動化技術的廣泛應用也是大勢所趨。總而言之，僅靠普通的工人機器制造是無法適應新時代市場的制造要求。將自動化技術運用于制造的各個環節中會使整個制造系統顯得更為的智能與合理，這樣不但能提高生產方的制造質量，提高其核心競爭力，從長遠的方面更能提高機械行業的總體水平，增強制造業的實力。

二、自動化技術在機械設計制造中的應用優勢

（一）機械設計制造效率更高

在新時代發展背景下，自動化技術在機械行業中的多維應用，能有效規避傳統生產的缺點，充分發揮其效率優勢[2]。自動化技術的應用可有效代替人力工作，可借助自動化設備進行一體化工作。由于設備在應用中受到的外界干擾因素較小，通常維持在一個高速運轉的工作狀態，因此也不會出現操作疲憊、效率低下的問題，有效保證了自動化技術的應用效率。在機械設計與制造中，自動化技術能夠實現24小時不間斷工作，且每個生產環節都具有極高的銜接度，且節省時間。自動化技術在機械行業的應用，以定量、定產的目的實現了規模化、一體化的高效率生產。

（二）機械設計制造節約成本

在實際機械設計生產中，生產成本與管理效果直接關系著效益情況，而自動化技術的運用可以有效節省生產成本，從而促進機械設計生產行業的穩步發展。運用自動化技術可使各生產企業能夠在實現既有設計生產目標的前提下，減少設計人員的聘用，進而耗費更少的物力和財力[3]。在機械設計環節中，能夠通過設定參數來實現某種機械設計需求，而這個過程中采用了自動化技術，可同時實現多種生產制造技術協同應用的局面，進而有效提高生產效率，在最短時間內確定最優化的機械設計方案。在產品生產環節中，可以基于自動化技術將整個產品制造環節加以優化，減少不必要成本的消耗，著力提高工作效率，最大化保障企業生產與制造的經濟效益。

（三）機械設計制造質量提升

質量的保障是機械生產的核心內容，當精密化、高速化成為機械領域的發展趨勢時，自動化技術的應用優勢更為顯著。可將設計參數輸入自動化生產設備中，使其按照既定的參數要求實施生產，規避人為因素干擾，工作人員只需要注意生產中的自動化生產設備即可；自動化生產設備會自行按照行業規定實現標準化生產，極大程度提高了機械設計制造質量，

（四）機械設計制造物料使用

物料的高效利用是機械領域各生產環節的重中之重。物料的消耗量與機械生產制造的需求息息相關。但在傳統生產中，物料浪費也是極為常見的現象之一。如果對該部分浪費的物料進行回收利用，在一定程度上則能提高生產資源利用率，達到最大化的生產效益，使企業生產增收。因此，在實際生產中，要充分發揮自動化技術的應用優勢，根據各個環節物料應用的特性、數量統籌資源，基于機械生產的用料需求，將廢料進行回收利用，與實際生產需求相互契合，并在自動化技術的輔助下，實現廢料的精準再加工，達到物料的生產轉化。

三、自動化技術在機械設計及制造領域的應用方向

在科學技術縱橫發展的今天，諸多機械制造公司也開始意識到現代化科技的重要性，因此在產品設計和實際制造過程中廣泛應用自動化技術，并得到顯著的應用效益。自動化技術的使用價值也無可非議，它除了可以協助機器人的設計生產與降低成本以外，還可以提高機器零部件制造的效率與標準性能，從而降低機械制造技術的誤差率，從根本上優化機械設計生產的技術水平[4]。具體的應用方向如下：

（一）自動化數控技術的應用

自動化數控的多維應用，可有效提升機械生產與制造的效益，其重點在于利用電子計算機、數控裝置和光電熱傳感裝置等對機械制造過程實現有效管理，以發揮自動化數控技術的應用功能，提高機械設計加工的精度。例如，汽車生產制造公司能夠針對車輛制造要求，先制定代碼處理程序等，而后再在計算機上執行該處理程序，從而達到對機械工廠的有效管理，對各個零件的生產制造流程加以協調與統籌，在保證機械穩定、安全生產的前提下，機械制造技術的工作效率也就會大大提高[5]。現階段，自動數控技術在諸多機械企業的生產環節占據舉足輕重的地位，且已經具備自動檢測、自動控制等方面的功能，能夠滿足部分生產程序過于復雜的機械制造類企業的需求，并減少其成本消耗，當前廣泛應用于航空設計及制造、汽車設計及制造等。在汽車機械制造領域中，部分機械臂可以在程序編訂后進行獨立工作，同時還能對工作中存在的某些潛在風險做出排查與判斷，在無需人力輔助的情況下，可制定科學、合理、針對的解決方案。

（二）自動化智能技術的應用

自動化技術的應用范圍極廣，而自動化智能技術是其中研究意義最為突出的一項。在“制造”轉型為“智造”的過程中，我國機械領域正趨向于精密、智能的方向發展，相應的制造材料與零件的應用也得到一定的創新，傳統人工制造材料顯然無法滿足新時代高精度、高速度的制造要求，因此自動化智能技術的應用也是大勢所趨。智能控制系統可以完成對機器人設計生產工作的構思、評價、決策等目標，并且還可以充分發揮人工智能技術、自動生產線和計算機設備的綜合優點，企業員工與智能系統可一同對生產環節進行全面控制，整體精確度也相當高。例如，在制造汽車的生產流程中，生產企業就可使用人工智能的機器學習功能向其中錄入專家設計與評估思維，而后可以由專業人士進行判定，然后使用智慧芯片系統控制整個機械制造過程，從而提高生產的質量。此外，通過自動智能化技術，還能實現智能數據統計、智能數據分析、智能數據整合等功能，全面提高機械制造的監測質量，根據生產的實時狀況合理調整，保證各個生產環節的有序進行。

（三）自動化集成技術的應用

自動化集成技術能在生產中實現自動調節和重組功能，并借助通信技術、微軟技術等先進技術，有效改變過去機械制造僅僅依靠人力進行管理的現狀，讓指令管理方法真正在機械制造當中發揮應有的價值。當使用自動化集成技術之后，企業員工可以利用計算機對制造過程下發命令，各個生產裝置接收設備命令之后，就可以自行進行快速精確制造，機械設計生產的質量與控制過程也會有所改善。在具體應用上，部分企業開始運用集成化技術進行了多設備的協同管理控制，企業人員只需通過操作界面的命令便可進行制造流程的管理，整個產品制造效率獲得了實質性的提高。自動化集成技術也將會在航空航天行業、汽車生產等領域被廣泛應用。特別是在某些對制造工藝要求更高的汽車零部件制造，如沒有得到自動化集成技術的有力支撐，其在上述制造環節的生產操作實施效率將可能會無法達到相應要求，從而造成行業中制造操作的生產效率低下，經濟效益不佳等情況[6]。

圖1 機器人集成應用自動化裝配（來源：百度）

（四）自動化虛擬仿真技術的應用

圖2 汽車自動化虛擬仿真系統（來源：百度）

該技術屬于現階段較為新穎的技術，一經問世就受到了人們的普遍重視與青睞。自動化虛擬仿真技術是用一個虛擬的系統模仿另一個真實系統的技術。若將自動化虛擬仿真技術運用于機械設計與生產流程中，則可以有效提高制造效率與生產性能。據實際使用狀況分析，自動化的虛擬仿真技術可以對機械制造流程實現妥善控制，并可以通過對機械制造流程進行仿真分析，從而提前模擬出制造流程中可能出現的各種問題，并可以通過數據庫案例等手段提供具有重要參考價值的應對方法，以規避傳統生產設計中出現的故障率高、停工停產的現象。基于自動化虛擬仿真技術的持續發展，現階段諸多企業在得到制造設計指令前，都會通過該技術模擬仿真實際的生產情況，并且根據此制定解決預案，從實際經濟效益維度上解決生產制造成本消耗大的問題。例如在汽車駕駛中的自動化虛擬仿真應用，該技術是通過數學建模，進行汽車駕駛場景還原，構建虛擬駕駛“世界”，并通過其中的仿真數據進行汽車駕駛安全與速率的計算，從根本保證數據的可靠性，同時也減少人力、物力的消耗。

（五）柔性自動化生產技術的應用

該技術起源于英國，它可以在機械設計方案的生產過程，對機械制造的產品儲存運輸系統、生產裝置等進行統籌控制，有效地滿足各種制造方法的需要。它是以成組技術為基礎所衍生的一項新興科技，所謂的成組技術，指的是可以按照生產需要對所加工物料進行分類管理的技術，在柔性自動化生產技術支持下，生產系統可以通過技術設計方案對待生產物資進行合理的調度、加工和安排。柔性自動化的生產技術過程控制結構通常為倒三角形，以計算機設備為核心進行大數據的有效管理與使用，從而可以對整個機械制造流程實施妥善控制，并依據實際的狀況實施后續的生產規劃[7]。此外，柔性自動倉儲搬運系統有著重要的應用意義，它可以對粗加工零件、產品加工所需材料、生產線廢棄物等物品加以妥善的放置與搬運，而自動化技術在該系統中起了關鍵作用，由其控制著工業機械設備對這些物品實施搬運與移動，進行智能化的物流調度。根據這些優勢我們可以認為，在未來的技術發展趨勢當中，柔性自動化設備將會在更大的領域發揮作用。

圖3 柔性自動化生產線（來源：百度）

（六）高效化產品檢測中的應用

在實際生產中，對產品質量的嚴格把控是整個機械制造流程中的關鍵。自動化技術的應用使得流水線工作向標準化與規模化發展，有效提升了產品整體質量。在傳統產品生產中，常因為人為操作不當，而導致生產產量和質量參差不齊。在自動化技術介入后，機械生產的整體流程都受到統一參數與指令的控制，使得所有生產的產品由內而外完全相同，進而高效促進了機械制造與設計的創新發展。在自動化技術的驅動下，使得生產效率也得到全面的提高。機械制造產品是機械生產的核心，要對其實行全面的把控與檢測，使各個檢測流程與生產流程達到極高的契合度，因此，要科學調整生產參數，采用統一生產的模式，進而準確、緊密把控產品的質量。自動化檢測可貫穿于整個的制造與設計環節，這與傳統的產品檢測也有所不同。自動化檢測參與產品生產的整個流程，在產品成型階段，其可根據制造要求進行標準檢測；在產品組裝環節，可根據產品構造要求，合理把控組裝質量。由于現階段機械領域對產品的要求日益提高，高效化產品檢測也是必然趨勢。將各個生產環節作為自動檢測的對象，實現全面生產檢測，最大化保證生產質量，減少殘次品的數量，最大程度保證企業的經濟效益。

結語

基于當前的發展趨勢而言，自動化技術向著更加綠色、環保的方向發展，這也是現階段世界工業發展的大趨勢。由于傳統的機械設計過于粗糙和浪費，并未對資源進行全面整合，導致經濟成本持續增加，自動化技術的應用能有效避免此類問題的出現，具有極為顯著的應用價值，自動化技術的應用對機械行業的發展與創新具有積極的促進作用。