機械設計制造及其自動化的發展方向研究

劉順堂

（寶雞中車時代工程機械有限公司，陜西寶雞 721003）

在機械制造與設計中，最基本的目的就是實現機械生產自動化。在機械自動化生產中，將現代科技融入其中十分重要，把兩者結合起來形成一個整體，能夠更好地服務于人類。目前，科技發展推動機械制造自動化已成為一個重要趨勢，與我國的實際情況及整體發展狀況相一致。

1 機械設計制造與自動化的特點

在機械制造中，將各種工藝技術與生產相結合，成為一個全面、統一的自動化生產工藝。從目前的機械設計思想觀察發現，要從根本上實現自動化，應當做到實現智能化。在機械設計與自動化的結合中，最基本的就是機械性能，任何一種產品，都會對性能產生一定的影響。為使機械制造中實現自動化，必須注重機械的功能作用，詳細地提出對機械的需求，并將其與目標功能相聯系，從而實現自動化。在現代科技不斷發展的今天，必須將機械的主要功能特性與之相聯系，實現機械制造自動化。在進行系統的整體設計時，應將其與機電一體化相融合，并著重于關鍵技術的研發[1]。

2 機械設計自動化的設計原則

在機械設計中，必須遵守客觀規律，按照項目雙方的原則進行規劃。機械設計自動化涉及范圍非常廣泛，需要各個方面之間的協調配合，所以它的第一要務就是協調，要將機械設計自動化視為一個部分，讓它與其它的系統融為一體。機械設計與制造不但可以與自動化技術相結合，極大地降低了人力，使資源得到有效的利用，而且可以推動我國各行各業的發展，機械設計制造自動化已被越來越多地應用在各個地方，并呈現出一種多樣化的趨勢[2]。機械自動化系統必須具有對輸入的物質、能量和信息進行某種處理，從而輸出具有所需特性的物質、能量、信息的功能。如圖1所示。

圖1 機械自動化系統功能示意圖

3 機械自動化發展具有的優勢

3.1 提升了工作效率與工作質量

機械自動化的最大優點在于它具有較高的處理效率和自動控制。在實現機械自動化制造的過程中，采用許多新技術，不僅使設備實現了自動化，而且也使智能得以實現。機械自動化不僅可以大大提升工作效率，節省大量的人工費用，而且還可以保證產品的品質。所以，利用機械自動化可以提高機械制造率，例如利用CNC 設備實現對整個制造流程監控，并能對員工進行合理的分配，從而實現機械的數量和人員的分配達到最佳配比[3]。

3.2 機械自動化具有更高的安全性與可靠性

在機械自動化制造中，當發生故障時，能夠自動地解決問題，并能及時地制定相應的防護措施，使整個制造流程按照實際狀況得到完全的保證。將一些人性化的設計融入到機械的自動化制造中，這也是自動化制造的智能化表現，在機械自動化的過程中，要做到故障診斷、處理、保護等各個環節的自動化，盡可能地減少運用人力工作，并將故障的幾率降到最低。同時，機械自動化制造具有很高的靈敏度，因此在實際的制造過程中，要保證它的安全和穩定。

3.3 自動化機械操作更加簡便

在機械自動化流程中，要根據整個控制系統的功能，對其工作模式進行優化與改善，而無需改變零件，僅需對其在程序方面進行相應修改，并可根據不同的控制程式，進行自動操作。由于工序的差異，產品的加工方式也不相同，所以要有很好的自動化檢測能力，能夠發現問題，并能對整個制造流程進行及時的防護。在自動化制造中，由于采用程序控制方法，使得整個制造過程更加高效、便捷，從而可以簡化制造工藝，并對各種工藝進行調整和優化，從本質上達成自動化[4]。

3.4 機械自動化具有更為廣闊的適用范圍

要使機械實現自動化制造，應當將使用過程中所涉及到各種技術有機地結合起來，使各種技術得以最大限度地體現。機械自動化控制，調節，保護等功能能夠得到相互補充，提高整體穩定性。根據使用人員要求進行歸納時，要將其與具體功能相聯系，以達到自動化的目的[5]。

4 機械設計制造及其自動化的發展方向

4.1 機械設計的發展方向分析

在進行機械設計時，按其發展潛能進行分類，遠程遙控是一個重要的發展趨勢。目前，在國內遠程設計還處在初級發展的時期，其發展既是多個領域的結合，又是多個領域的綜合發展，涵蓋的內容非常廣泛。在進行設計時候，要根據自身的發展趨勢來建立產品模式，并對產品進行持續的優化與完善。隨著電腦技術的飛速發展，我們必須加大對自動化的研發力度，充實和改進現有的設計資源，在現有的互聯網系統中進行相應設計，及時地處理各種問題，提高工作質量，減少設計投資。所以，在進行機械設計的時候，必須從設計成本、工作效率和時間效率等方面找出合理的發展思路[6]。

4.2 機械制造技術的發展方向

4.2.1 網絡發展趨勢分析

在現代科學技術發展的今天，我們必須充分運用互聯網技術，通過互聯網，在任何時候，任何地點，對產品制造、材料選擇、市場開發等問題進行解決。隨著計算機技術的不斷發展，信息化程度不斷提高，機械制造技術也不斷向方便、高效的方向邁進。

4.2.2 自動化的發展趨勢

機械制造自動化是一個不可避免的發展趨勢，在進行自動化技術的探索時，必須根據發展的需要，選擇系統、集成、人機一體化等各種技術，所以，實現機械自動化是未來發展的主要方向。我們要立足于現實，從基礎上提高和發展機械制造技術，為發展機械制造和自動化打下堅實的基礎[7]。

4.2.3 綠色環保的發展趨勢

環保觀念日益根植于人們心中，我們在發展機械工藝時，必須重視環保。所以在進行機械制造時，應從原料選擇、制作過程中盡量做到環保，盡量降低污染。

4.2.4 智能化

當前無論是設計還是制造，都已經實現自動化。在機械制造中，實現自動化，可以減少人為誤差，使產品品質得到改善，從而使總體工作效率得到提升。在過去，機械制造不能完全實現全流程的自動化，在某些制造工藝中由于過程較為復雜，必須要求手工完成。目前，自動化技術已進入設計流程中，通過CIMS、CAD 等技術，能夠實現更加精密的模型與運算，并能通過模擬試驗等。機械自動化不僅不會造成物料的損耗，而且還能節約大量時間。機械制造及自動化技術在機械設計領域中得到了廣泛的運用。大數據技術、挖掘技術、精密算法等智能技術不斷延伸，為我國的機械制造自動化行業開辟了更加廣闊的發展空間。

如今，隨著機械制造業與自動化技術的發展，人工智能與電腦技術都或多或少地滲入到了這一領域。比如，技術工作者在建立機械制造自動化的架構時，必須依靠智能化的作業程序來支撐。

實現信息全面控制，系統整體運行。中央處理系統是為保證各個機械在整個體系中的正常運行。自動化機械也能對工作方式進行優化和調節。當前的機械制造是以控制理論為基礎，結合人工智能、心理學和力學等相關的知識進行智能仿真。在下達命令時，電腦是模仿人的思維和行為，并把它們傳遞到機器人或者機械手臂上。自動化和智能化在許多行業中得到應用，能夠減少制造費用，取代人工，具有很大的發展空間。而“私人定制”也在日益流行，為智能化的發展打下堅實的基礎，能夠按照客戶的需求來決定加工過程和原料，從而使客戶得到滿足。通過這種智能化的產品，可以將生成的數據收集、整理、發送到工廠，從而掌握其在實際應用中的運作狀況，為資料與工作協作服務打下良好的基礎[8]。

4.2.5 虛擬化方向

虛擬技術是機械設計與自動化的重要組成部分，其中包含各種自動化、電腦等技術，能夠推動機械制造業的虛擬方向發展。在機械設計與制造自動化發展中，制造與加工場所不再限于工廠內，更多的依靠于網絡作業與遠程操控。技術人員可以在電腦上建立一個類似于制造現場的虛擬現實空間，在虛擬現實中，工作人員利用電腦上的數據，對虛擬現實中的儀器進行測試和操作，從而減少儀器的運行風險。虛擬技術已經成為當前的研究熱點。

4.2.6 機電一體化方向

所謂的“機電一體化”，就是把“機械制造”和“電子信息技術”結合起來。當前，機電一體化技術已在工業制造和加工中得到普遍、穩定的運用，其實際的制造效果和質量均達到要求，大大減少產品的加工周期，節省大量的時間和空間，使機械制造效益得以提升。因此，機電一體化不但可以在當今的制造業中得到廣泛的運用，而且也成為了當今的機械設計制造和自動化發展趨勢。

4.2.7 數字化方向

在傳統的機械設計制造中，僅僅依靠大量的手工操作，通過大量的試驗來獲得數據，精度并不高。而現代化的機械設計與制造，就是將制造要求與實際使用情況進行數字化的統計與處理，以數字方式導入到自動化制造系統中，利用計算機技術進行操作，就可以制作出高精密產品與設計圖。在機械制造初期，通過對產品的全面、完整的分析，可以為產品的整體性能提供技術支撐。

4.2.8 模塊化

目前由于機械自動化的產物多種多樣，接口類型繁多且錯綜復雜。因此，必須加強對機械設計和制造的嚴格要求。在機械設計與制造中，不僅要保證其結構的模塊化，而且要使其達到最初的設計需求。這樣一來，機械的產量就會大幅度提升，而且還會節省大量的人力物力?，F在許多企業都把模塊化技術運用到了工業領域，效果顯著，特別是電器產品，采用模塊化技術，效果更顯著。但是，完全應用一個模塊化程序非常困難。一個不正確的應用程序會帶來嚴重消極影響。所以，要把機械自動化制造的實際情況與模塊化相融合，才能使機械的設計與自動化得到更廣泛的應用。

5 結束語

綜上所述，由于科學技術的發展，機械制造已經變得更加自動化，所以，機械設計制造自動化已經成為各國爭奪的寶物，而在世界范圍內，機械制造與設計自動化至關重要，國內的機械設計與自動化技術起點相對較晚，但是由于其發展速度快，已經在業內占有一席之地。在機械工業迅速發展的今天，各種類型的機械制造技術的普及和運用給機械設計制造與自動化帶來發展機會，而這種發展趨勢又與電子自動化緊密結合，促進了國內工業技術的創新，為國內的機械設計制造自動化的發展奠定了堅實的基礎。