智能機械設計制造的自動化特點及其發展趨勢

宋躍茹，孫瑤龍，梁青良，張伯洪

（1.浙江萬豐奧威汽輪股份有限公司，浙江紹興 312500；2.新昌縣弘悅機械有限公司，浙江紹興 312500）

1 智能機械制造概述

相對傳統的機械設計與機械制造，智能機械設計制造的流程相對更有條理，不會因人為原因造成人工延誤，同時因傳統制造業對員工實操規范的培訓與監督導致人工成本增大，且工人從培訓到上崗實操需要很長的時間，這也會影響生產效率，而自動化可以更高效、更快捷地完成相關生產任務，既能省時省力，又能規范操作，大幅提高了機械制造的效率。智能機械設計、制造和自動化的特點還包括安全方面，比較傳統的半自動化機器在工藝設計和生產中，大多采用人工操作，最終成品的好壞與人工操作的水平息息相關，如果因為人工出現錯誤，可能會導致嚴重的安全事故。機械制造的工作復雜，技術磨合生產周期都比較長，從機械設計到制造生產流程存在著很多的必須注意的細節問題，而這些問題很容易被人忽視，由此引發一系列問題，導致在機械制造的過程中出現一些事故，并因為這些事故嚴重威脅生產人員的人身安全，但是在智能機械時代的背景下，機械設計和生產都依賴于智能機器和設備，可以通過監控和遠程控制的協作，將設計環節與制造環節無縫連接，可以通過數據傳輸對生產行為進行實時控制，從而保證了整個生產過程的安全，降低了故障發生的可能性。采用智能機械制造的新型生產方式，彌補了人工操作的缺陷，并且由于其擁有的智能事故風險管控功能，在發生生產問題時還可以及時作出相應應急響應，使得生產過程中工人的安全可以得到進一步的保障。

2 智能機械制造的優勢

2.1 提高生產效率

采用智能機械制造會對機械制造帶來許多好處，其中之一便是提高生產效率，傳統的生產方式其主要特點是勞動力需求量大、生產效率低、故障率高等問題，因此會對機械制造企業在產品生產的效率和質量方面產生不小的負面影響，而智能機械制造以機械設計和生產自動化為主，打破了傳統的生產模式的局限，在提高勞動生產率的同時還降低了產品的誤損率，在改變傳統的手工生產模式的同時還優化提升了產品質量，大幅降低了企業在人工方面的支出。

2.2 提高生產過程的穩定性

智能機械設計制造和自動化生產可以顯著提升工業生產的穩定性，變相提高了生產流程的安全性，利用先進的技術為依托，加強了設備的靈敏度，將機械生產的全流程進行對接，全方位掌控生產環節，如果出現生產問題，可以及時發出預警指令，給相關技術人員預留一定時間來采取適當的糾正措施，并提示相關人員采取措施的相關內容。

2.3 延長設備的使用壽命

無論是手工的生產方式還是機器的生產方式，都不可能改變機器實際的壽命，但是在作業方法節省的生產時間越多，在此基礎上就越能獲得更大的實用價值。使用智能機械制造的生產模式可以使工廠自動化生產產品，生產的過程也更加靈活。

2.4 優化機械自動化產品的性能

我國機械制造企業在自動化生產領域還有一定差距，在許多領域的生產環節仍是以半自動模式為主。采用全自動化智能的機械生產模式，有效減少了企業在生產過程中產生的物質資源浪費，尤其是在當前全球經濟危機和競爭加劇的情況下，如何有效降低成本成為制造業提高競爭力的關鍵所在。智能機械設備通過自動控制系統控制相應設備的運行，具有自動診斷功能，還可以提供報警信息，并具備事故防控數據庫，通過系統的定期更新，對產品的功能性和性能不斷優化，來保障產品生產過程的科學性。

2.5 完善監控系統

智能機械自動化制造模式通過計算機信息技術的輔助，可以靈活高效地對產品的設計與生產環節所使用到的智能設備進行編程工作，通過程序的執行，逐漸簡化設計和生產中較為復雜、難度系數較大的工作，減少人工控制的環節，從而盡量減少人工控制過程中可能出現的危害，確保整個生產過程的安全。例如在實際操作中，使用網絡通信技術可以根據計算機的監控程序提前輸入指令，來提高生產效率。很多較為傳統的機器設計和制造對人力資源的依賴程度很高，因此在制造過程中也需要人工方法來執行相關操作，一些錯誤或告警也需要人工檢測才能解決。自動化的智能機械制造模式可以徹底解決這些問題，自動化智能機械在設計和生產模式中，內部監控系統相對具有更顯著的優勢，因為內部監控可以及時檢查和管理零件，可以在更短的時間內找到錯誤位置和具體原因，并且在找到問題的同時分析出可靠的解決途徑，方面維護人員對其進行修復，確保生產項目的安全。

2.6 環保性高

工業行業在制造相關產品時必須使用許多原材料，為了保證生產的效率，必須嚴格控制其制造質量，以避免出現大量低質量不合格的產品，導致原材料的過度消耗。傳統機械設計和生產過程因其人為因素的制約以及工序的復雜，很容易造成人工和原材料的雙重浪費，也不符合近年來我國所倡導綠色發展、循環發展的工業生產理念。自動化智能機械設計制造模式在生產過程中采用大量自動化控制技術，來避免因操作人員失誤造成的生產誤差，從而減少生產過程對生產質量的影響，降低生產過程中的原材料浪費。使用自動化生產技術，可大幅節省生產材料，此外機械加工過程消耗大量能源，在使用原材料時會釋放廢料，大量不合格產品的出現，不僅意味著生產成本的增加，還會導致能源消耗和廢棄物排放量的增加，如果直接處理機器生產過程中產生的廢物，將會對當地環境造成非常嚴重的污染問題，并造成一系列的間接損失。為保護當地自然環境，我國對工業生產行業出臺了嚴格的環保規定，為此各廠商都投入了大量資金用于減少工業污染，自動化智能機械制造的生產模式不僅可以實現對產品生產的精確控制，還可以結合先進的綠色生產技術，實現生產污染的精確控制與管理，有效減少生產過程中的廢物排放，實現節能減排的國家戰略目標。

3 智能機械設計制造自動化存在的問題

（1）該類技術推廣落實不徹底。總體上國內制造行業在積極轉型，智能機械自動化制造業正在逐步取代傳統的生產模式，就總體發展趨勢而言，雖然覆蓋面不斷擴大，但實行的層次較淺。國內工廠自動化現代化更新進程還面臨著不小的挑戰，智能機械制造和工廠自動化在需求和重要性上，還沒有全面有效地普及，一些工廠對提高經濟社會發展的認知有限，導致新技術在推廣過程中出現的問題更多，由于缺乏長期對新技術的接觸，這些工廠在適應智能機械設計制造及其自動化方面還有不短的磨合期，在全自動化生產的關鍵領域，其技術還需要不斷改進，因此國內智能機械設計制造自動化的發展速度低，也沒有專業人才的支持，對合適資源的傾向還需要一段時間的熟悉。

（2）存在重大的技術差異。計算機輔助智能機械設計制造的先決條件是對現有制造設計和制造過程的全面直觀地理解，通過洞悉影響生產效率的相互關系，借助反復試驗試錯過渡到自動化上，全面實現智能機械自動化后，企業的管理模式將會更加接近現代化，但由于企業面臨的具體生產情況和應用機器的差異，以及企業自身的經驗和經濟實力的不同，導致企業之間的智能機械設計與工廠自動化技術的融合不能得出一個統一的標準。

（3）相關專家和技術人員數量較少。進行智能機械自動化生產轉型需要一批領導能力強、對機械自動化設計生產有深刻理解、有一定工作經驗、懂機械生產模式的專業團隊來執行實際操作，目前我國在自動化領域培養專業技術人員的模式還不是很清楚，大學和企業在培養相關人才時，更多的是體驗式，不會擴大投資的規模和范圍，導致培養時間充足，具備專業技能的人才稀缺，往往跟不上技術發展的步伐。此外企業對這些人才的人力資源管理缺乏重視，導致受過培訓的人才與現有的管理模式產生沖突，造成專業人才的大量流失。

4 機械設計制造及其自動化的發展趨勢

4.1 技術改革，環保減排

機械設計制造及其自動化的發展應面向更節能更適用的方向優化，通過對機電一體化程度的加深，再利用機電一體化系統應用，逐步實現產品設計的虛擬化。現階段我國機械設計生產及其自動化正在不斷實現生產過程的系統化運作，但還需要朝著遠程控制技術的方向不斷優化。盡管智能機械生產的發展水平及其自動化技術都有了很大的提高，但現階段環境污染問題并沒有得到徹底解決，工業生產依舊會污染環境，嚴重威脅員工的身心健康，因此智能機械制造還需在這一方面不斷整改完善。

4.2 更加智能

將自動化生產與AI 緊密結合，會更有效地處理制造過程中的錯誤，并減少檢測和糾正錯誤的響應時間，借助智能技術提高對機械工程數據的分析和處理能力，為決策提供更有意義、更準確地分析結果。通過對人工智能、多功能與集成等技術的結合，機械制造業將能夠減少生產流程，提高生產效率，進一步減輕企業的生產經營負擔。

4.3 融合數字化機械設計形式

在智能制造時代，部分對接人員對信息進行二次加工和主觀改造，會導致一定程度的信息失真，在引入數字化的機械設計之后，可以實現信息共享。在設計過程中，利用自動化技術收集相關制造信息并將信息轉化為數據，上傳到特定平臺，利用這種數據上傳的方式避免工作人員因主觀因素來對信息進行處理，保證信息的準確性。相關部門的員工可以在信息平臺上輸入這些信息，使得獲取信息不需要面對面的線下交流，縮短了信息傳輸路徑，提高了信息通信效率。員工可以手動更新來使用自動化技術無法識別的數據，在當前智能化時代中，數字化形式具有匯總整理信息的功能，對于產品的機械設計制造來說，生產工序較多，這意味著即使采用傳統的工作方式，處理數據量也比較大，并且難以整理，這樣的記錄方式效率低下的同時，由于工作人員容易受到外界環境的影響，在記錄過程中可能會出現各種錯誤，導致數據不準確，反過來影響到產品的后續生產。引入數字化設計形式，可以自動收集和組織信息，收集信息后系統還可以分發給相關部門提供數據信息并提醒注意事項。

4.4 運用電子化圖紙

圖紙是產品設計的基礎，只有在圖紙開發完成后，才能進行進一步的工作。一般的設計流程中，通常使用紙質圖紙的方式進行，但紙質圖紙不可避免地會伴隨著損壞、污染、丟失等問題，并且在一些機械開發生產的環境比較差的地方，攜帶紙質圖紙非常不方便。將電子圖紙與智能機械設計制造結合，可以便捷調整產品的外觀，當用戶需求發生變化時，設計師需要對設計圖紙進行修改，但紙質圖紙容易被弄臟，有些圖紙還很大，無法隨時隨地完成，而電子圖紙可以隨時修改也不占空間。一些機械設計和制造的產品設計圖應存檔保存，但紙質版在保存過程中容易受潮腐爛。而使用電子圖紙的優勢：①電子圖紙設計效率高，在智能制造時代的背景下，涌現了很多智能設計軟件，這些軟件都有一定的設計模式，所以減少了設計的時間，同時在繪制圖形時使用智能設計軟件會變得更加準確，因為智能設計軟件受外部環境的影響較小，因此可以隨時隨地更改圖紙。②電子圖紙更便于攜帶和存放，手機和電腦已經成為現代辦公的主要工具，智能制造時代，利用手機和電腦也可以進行圖紙設計工作，如果用戶給出修改產品圖紙的時間較短，設計師可以直接在手機或電腦上對圖紙進行修改。

5 結束語

與傳統的模式相比，智能機械設計制造的流程相對更簡便，在提升生產效率的同時也降低了企業的人工支出，在提高生產過程的穩定性、延長設備的使用壽命、優化機械自動化產品的性能、完善內部監控系統和綠色環保方面有顯著優勢，因此機械制造企業應積極引入智能機械設計制造的自動化的技術，培養相關專業人才并完善人才管理制度，提升企業產值。