淺析機械設計制造的數字化與智能化

段明艷

（大慶油田石油專用設備有限公司研發中心，黑龍江 大慶 163411）

隨著時代的發展以及全球經濟一體化的加速，機械設計制造行業發展日新月異，同時數字化與智能化在其中的應用越來越廣泛，機械設計制造行業的發展既需要依靠傳統工藝也需要結合現代科學生產技術。機械設計制造行業所采取的技術直接影響其產品質量，利用數字化及智能化技術既順應時代發展需求，也更能滿足客戶需求，因此，機械設計制造行業技術人員要時刻關注該領域的前沿技術，從而為客戶提供優質產品，在提高企業核心競爭力的基礎上促進整個機械設計制造行業的健康發展。

1 機械設計制造行業中應用數字化與智能化的優勢

隨著互聯網技術與信息技術的高速發展，在機械設計制造行業應用數字化與智能化符合時代發展趨勢，具體優勢如下。

1.1 顯著提升機械設計制造行業生產效率

傳統背景下的機械設計制造行業具有生產工藝復雜、效率低下以及技術人員工作量大等弊端，嚴重制約了機械設計制造行業的進一步發展。但是隨著科學技術的不斷發展以及數字化與智能化在其中的不斷應用，顯著降低了機械設計制造行業相關工作人員的工作量，提升了工作效率的同時也優化了工作環境。在產品生產及加工過程中，自動化生產線的廣泛使用，簡化工藝流程的同時節約了人力資源，同時也避免了人為因素出現的誤差，極大提高了產品質量和產品精度。另外，管理體系的智能化有效解決了生產過程中出現的各種問題，進一步降低了次品率。可見，生產線的標準化以及數字化與智能化技術的應用，使機械設計制造行業在產品質量、生產效率等方面有了質的飛躍，促進了行業的整體進步。

1.2 為生產過程中的安全提供了保障

傳統機械設計制造行業主要是通過人工對生產流程進行管理和檢測，因此對于一些故障的排除存在較大的安全隱患，確保人員安全是機械設計制造行業生產過程中的重中之重，引入數字化與智能化技術對原有生產線進行更新迭代，通過智能化設備對于生產中的隱患進行排除和檢測，可以有效提高生產流程中的安全性，同時數字化檢測技術可以對可能出現的事故進行及時預警，使生產事故在發生前得到妥善處理，有利于技術人員排除隱患，提高企業經濟效益的同時保證操作人員人身安全。

1.3 進一步簡化生產操作流程

數字化與智能化技術在機械設計制造行業應用之前，機械設計制造行業生產主要以人工生產為主，對于一線操作工人的技術要求較高，尤其是一些24h不停產生的生產線操作工人工作量巨大，同時由于要求技術精準性，操作工人一旦年齡偏大就無法勝任生產一線工作，導致企業人員流動大，培訓新員工所花費的時間成本和經濟成本都較高，但是數字化與智能化技術的加入，實現了生產線的升級改造，減少了人工操作量，簡化了對操作人員的技術要求，生產流程的簡化大大解放了勞動力，同時產品精度及產品質量也更高。

2 機械設計制造行業發展前景

2.1 機械設計制造應當踐行“綠色發展”的理念

近年來，隨著制造業的快速發展，產生的環境污染問題也日益突出，為了實現各行各業的可持續發展，國家和各級政府制定了“綠色發展”理念并頒布了相關政策，機械設計制造行業在未來發展過程中也應當踐行“綠色發展”的理念。在數字化與智能化技術應用過程中，要充分考慮到對環境的污染，盡量采取更為環保的生產材料，同時注意生產過程中的廢水、廢氣、廢渣要按照環保要求進行排放來減少對環境的破壞。國家和各級政府對于“綠色發展”有著明確的發展目標，機械制造企業在積極響應國家政策時，要淘汰落后產能，對那些環境污染較大的生產線或是生產環節和技術進行升級改造，從源頭上解決或是減少環境污染問題。

2.2 機械設計制造行業與數字化智能化技術完美結合

機械設計制造行業要想適應時代發展需要就必須建立完善的數字化與智能化體系。現階段我國互聯網技術、信息技術、5G技術、云計算、人工智能都獲得了飛速發展，而工程機械作為基礎設施建設的關鍵組成，在云計算技術應用后，利用計算機技術對機械設計制造行業進行改革，實現了信息技術和傳統制造業的有機結合，另外，以上技術已經廣泛應用并對原有的工藝技術進行了數字化與智能化升級，出現了全新的數字化與智能化概念即云制造技術，云制造技術的核心就是將智能化技術通過數字手段對傳統機械設計制造行業進行升級，使機械設計產品以更低廉的成本提供功能性更強的產品來滿足用戶需求。這種云計算技術和機械制造技術結合的模式可以最大限度實現產品生命周期內的資源合理配置和完善的配套服務。從整體上看，云制造技術實現了企業內部的行業信息共享，使現有資源最大程度優化，建立了更為開放的生產、制造及服務模式，促使機械設計制造行業從生產向服務轉變，使機械制造行業更契合現代化社會發展的需求。雖然數字技術、云計算技術、人工智能技術在機械制造領域的應用取得了良好的效果，但是并未形成完善的數字化與智能化體系，要想在機械制造企業內部想要實現集中統一管理還較為困難，因此，為了使生產效率更高，管理更加優質、便捷，對于原有的生產線進行數字化與智能化升級改造更符合數字化時代的發展需求，只有將生產流程中相對獨立的單元通過數字化管理模式利用大數據、云計算等信息技術實現統一化管理，使各個獨立單元的數據可以交流共享，才能夠進一步提高產品的生產效率從而提高企業的經濟收益。

2.3 吸引高科技人才建立高素質的研發隊伍

傳統機械設計制造行業在生產過程中更青睞于技術型人才，但是隨著數字化與智能化技術的應用，單一型的技術人才已經無法適應行業巨變，為了提升機械設計制造企業的核心競爭力以及實現健康可持續發展，需要吸引更多的高科技人才建立高素質的研發隊伍。一方面，高科技人才接受過高等教育，綜合素質更高，對于一些前沿技術先進理念接受能力更強，可以為企業發展保駕護航；另一方面，數字化與智能化技術的應用，需要高科技人才進行研發、維護和管理，通過研發人員對生產流程及生產工藝的升級改造，提高企業市場競爭力及生產效率的同時為企業帶來更大的成本回報率，同時良性的市場競爭有利于促進行業的整體進步，提高前沿技術的應用水平。

2.4 促進傳統機械設計模型向數字化方向發展

傳統機械設計模具主要是由設計人員提供電子版設計圖紙，人工進行搭建，存在耗費時間、數據不精確等缺點從而影響了產品質量。另外，設計模型向數字化方向發展，進一步實現了數據的精準化，操作人員在操作過程中僅需要熟悉設備操作流程和技術，可以大幅提高產品品質，降低操作人員工作量的同時提高了產品設計效率。數字化與智能化技術的介入，技術人員可以先利用三維技術進行設計，對模型進行三維展示，使數據更加精確，也可以通過3D打印技術制作并設計模型，如圖1所示。

3 數字化與智能化技術應用的主要設計方法及內容

3.1 數字化作為技術核心

互聯網技術及計算機技術的快速發展使數字化技術的應用范圍越來越廣，同時引領了數字化時代的發展，在機械設計制造行業也可以利用數字化技術來對設計建模過程進行模擬來保證產品質量，未來機械設計制造行業生產工藝將更復雜，同時產品功能更健全，產品更智能化才能獲得消費者的青睞，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地，因此，數字化與智能化技術的應用迫在眉睫，而自動化技術、數字化技術的深度應用將顯著加快設計進程，設計人員通過智能技術開展設計工作也更加便捷高效。

3.2 有限元的應用與最優化設計應用

有限元設計在各個行業的應用越來越廣泛，在機械設計制造行業，有限元設計是通過結構離散方式將優先單元進行規制處理后，在計算階段將解決問題的難度控制在合理范圍之內。有限元設計技術可以有效實現工作內容和實際需求的有機結合。最優化設計雖然起步較晚，但是其優點是可以充分利用工作模型來明確工作目標，使得生產過程中的內容和難度有所下降，傳統機械設計制造生產過程中主要是對設計對象進行綜合研究，但是未來機械設計制造行業在系統工學理念應用背景下，將機械設計制造生產過程看作一個完整的系統，以該系統作為研究對象然后將各個單元進行關聯性分析，具有廣闊的發展前景。機械制造產品的最終目標是實現最優化和市場化，因此在產品設計初始就需要確定最優的設計模式，同時要結合客戶需求這樣才能使產品比市場同類產品更具競爭力，滿足市場發展需求的同時實現經濟效益、社會效益的完美統一，為機械設計制造行業的健康可持續發展提供支持。

4 數字化與智能化技術應用時的注意事項

在機械設計制造行業中應用數字化與智能化技術是時代發展的必然要求，對于該行業未來可持續發展尤為重要，但是在應用過程中要注意以下事項以提升數字化與智能化技術應用效果。

4.1 提高對數字化與智能化系統優化的重視程度

在機械設計制造行業中應用數字化與智能化技術過程中，盡管升級改造設備和工藝技術是重點內容，但是系統優化的重要性仍不容忽視。隨著技術的更新迭代，相應的使用方式及管理細則也要隨之發生變化，因此對于生產工藝整個系統進行升級可以使設備和技術更好地為企業服務。另外，系統升級及可以融合最前沿的生產技術，也能更好地適應時代發展需求，產品生產流程的不斷優化必須通過完善的系統升級才能實現，同時各單元之間的協調配合能夠進一步保證產品質量。

4.2 加強技術人員的培訓力度

數字化與智能化技術應用之后對于操作人員的操作要求雖然有所簡化，但是企業還需要定期對操作人員進行培訓，幫助其樹立與時俱進、終身學習的思想意識，不斷學習最前沿的行業技術，熟練掌握新設備的操作方法和新工藝的操作技巧，更快適應改造升級后的生產環境，使自身職業技能獲得全面發展，為今后個人成長、職業發展奠定基礎，同時也能顯著提高行業生產效率和生產水平，為國家經濟及機械制造行業發展作出貢獻。

5 結語

綜上所述，隨著時代的發展在機械設計制造行業應用數字化與智能化技術是行業發展的必然趨勢，數字化與智能化技術的引入可以有效優化傳統生產流程，提升產品質量和生產效率，具有良好的發展前景，但是在應用過程中還有一些關鍵要素需要引起重視，不斷完善機械設計制造行業的集成化和精確化，促使機械設計制造企業功能更加完善以適應激勵的市場競爭。