淺談自動化技術在機械設計中的應用

羅 強 ， 甄少華 ， 菅迎賓

（1.北方工程設計研究院有限公司，河北 石家莊 050000；2.石家莊鐵路職業技術學院，河北 石家莊 050000）

科技創造生產力，科學技術的快速發展為各行各業的發展帶來了極大的推動力，成為實現現代化建設的重要驅動力。在現代化技術不斷發展的背景下，機械設計制造行業為了實現可持續發展，全面提升機械設計制造的高效性、節約性、安全性，需要下大力氣研究自動化技術在機械設計中的應用，積極促進機械設計制造行業的發展，提升機械設計制造自動化水平。

1 自動化技術在機械設計中的應用原則

1）遵循標準化原則。在實際的設計研發過程中，不僅要嚴格按照既定的研發流程來進行操作，同時還要根據機械設備的實際應用環境來確定標識、尺寸和數量，防止產生設計誤差[1]。設計人員要經過不斷的重復實驗，才能取得關鍵性的突破，使最終設計出來的自動化機械設備滿足國家的相關標準要求。

2）遵循安全性原則。在將自動化技術應用到機械設備設計中時應該將安全性原則作為首要的前提條件之一。一方面，要確保設計研發過程具有很高的安全性；另一方面，要確保機械設備所需的零部件具有極強的安全性。在對機械設備進行設計的過程中需要應用大量的機械進行研發，而在應用這些機械的時候必定會存在一定的風險性，這就需要研發人員在進行研發設計的過程中對自身的安全加強保護，防止在研發過程中因為操作不當而發生安全事故。此外，設計研發人員在進行設計研發的過程中還應該對設備零部件的質量進行嚴格把控，對零部件要反復檢查，保證每個零部件都可以達到規定的質量標準要求，這樣就可以防止零部件在使用的時候出現變形、開裂等問題，從而對自動化機械設備的設計研發成功率產生極大的影響。

3）遵循技術性原則。將自動化技術應用到機械設計過程中要將先進的技術性充分體現出來，并要在相關設計規范條例基礎上，保證先進技術得到有效的應用。自動化機械設備無論是在進行動態設計的過程中，還是在進行靜態設計的過程中，都應該以技術性為原則展開設計[2]。例如，按照動態設計標準展開設計，自動化機械設計需要具備動態運行功能，包括熱平穩性、磨損性等指標，這些方面都必須能夠將先進的技術性體現出來；按照靜態設計標準展開設計，機械設備設計需要具備靜態運動功能，包括使用壽命、強度、電流等指標，這些方面都要體現出技術性標準。

2 自動化技術在機械設計制造方面的具體應用

2.1 生產自動化與裝備自動化

1）生產自動化。機械設計工作在開展過程中有一些工作屬于重復性工作，通過人工進行操作會浪費大量的時間和精力，不利于生產效率和質量的提升[3]。而將自動化技術應用到生產過程中實現生產自動化，就可以對機械設計中存在的這些重復性工作進行優化整合，將那些重復的工序自動消除，不僅可以節約更多的人力和精力，還能有效提升機械設計的生產效率。當前，生產自動化技術已廣泛應用于工業、農業、軍事、科研、商業、醫療以及交通運輸等諸多方面，發揮著重要的作用。

2）裝備自動化。實現裝備自動化能夠保證相關的零部件嚴格按照自身的標準實現組裝、調試等功能，形成一套更具科學性和完整性的生產流水線。裝備自動化的實施不僅對原有的裝置模式進行了改進，同時還全面提升了機械設計的工作效率和質量。在大量生產中，企業通過采用自動化生產線大大提升了勞動效率，產品質量也更加穩定，同時也降低了生產成本，縮短了生產周期，經濟效益獲得顯著提升。

2.2 虛擬化技術的應用

虛擬化技術的應用主要是利用計算機技術和信息化技術等先進技術來進行機械設計和生產，制造出更加優質的產品[4]。將虛擬化技術應用在工業領域，融合虛擬現實交互手段、工業仿真圖像引擎以及多樣化現實系統，既是工業仿真系統的進一步拓展，又是實現“人-機-環境”的重要手段。虛擬化技術的應用能夠結合模型對產品投入到市場中之后可能遇到的問題進行精準的評估，并根據產生的問題擬定有效的解決策略，以此來降低機械生產中出現問題的概率，減少材料浪費，節約成本投入，提升生產效率和生產質量[5]。例如，在進行汽車零件設計時，在概念設計階段需要頻繁試驗，不斷更改零件結構，采用虛擬化技術，可以在虛擬環境中進行反復試驗、測試，針對問題進行改正調試，大大降低了實體生產成本和縮短了生產周期，待產品調試合格后再將實物樣品生產出來。

2.3 高度集成化技術的應用

簡單來說，集成化指的是將某些東西或者功能集合在一起，而高度集成化則是大量設備或者功能的集合，使其表現出更加強大、多樣化的功能，而不是一兩個簡單設備或者功能。集成化在機械制造行業中的應用，是在系統工程理論的指導之下，借助信息化技術的優勢對機械制造流程從整體上進行優化和整合。同時在進行優化和整合的過程中，通過精簡結構和重組的方式來實現自動化。另外，在計算機技術和信息化技術的作用下，將經營管理活動和機械制造中的各種生產要求整合到一起，形成一個有機整體。在這種生產環境下，也可以實現以人為本的柔性管理[6]。例如，企業在進行實際生產的時候，可以通過對經濟管理和生產過程中的動態集中，將全部的工作動態整合到一起，然后對各項工作要求進行融合。在實際應用中，工作人員必須到現場實地考察，對機械設備功能指標、參數設置進行查看，記錄設備原始數據，以便于后期對機械設備進行維護，在做好前期準備工作的基礎上才能在實踐過程中提升行業生產效率。這對于保護生態環境、降低新產品研發成本、提升產品質量來說，具有重要的現實意義。

2.4 智能制造技術應用

智能制造技術的綜合性很強，應用范圍很廣。智能制造技術指的是用計算機模擬、分析，為制造業智能信息收集、存儲、完善、共享、集成以及發展而誕生的先進的制造技術。智能機械技術涵蓋的技術領域較多，不僅包括系統工程、人工智能，還包括機械制造技術和自動化技術等等[7]。這些技術融合到一起就形成了智能制造技術。在機械設備設計過程中，利用智能制造技術可以高效進行生產制造活動。例如，在制造過程中涉及的決策活動、推理活動以及分析活動等等，都可以利用智能制造技術進行。智能制造技術其實就是機械制造智能與人工智能的有機結合體[8]。智能制造技術將人工智能技術成果引入了機械制造的全過程中，通過模擬專家智力，取代或者延伸機械制造過程中本該是專家完成的環節。在制造行業中有效應用智能機械技術，不僅能夠對類似于專家的智力進行合理運用，從而對機械設備的正常運行狀況進行自動化檢測，及時發現問題并針對這些問題制定出有效的解決策略，同時還能將智能機械技術具有的預防和改進作用充分體現出來。

2.5 柔性自動化技術的應用

柔性自動化技術是一種適用于多品種、中小批量產品的生產技術，其原理是將物質和信息兩大部分有機結合起來組織運行，從而達到工業產品制造過程中高度自動化的目的，其本身具有很強的靈活性，可以經常改變生產計劃。柔性自動化技術主要由自動機床、物流、信息以及軟件幾部分組成，在機械設計中應用柔性自動化技術就是在設計過程中，借助通信技術的優勢對外界因素造成的差異性進行有效應對，提升其適應能力[9]。隨著機械設計制造行業的發展，用戶對產品的要求越來越高，為了使機械設計制造企業在用戶需求反應能力、適應能力以及應變能力等方面能有所提升，更好地滿足產品用戶的需求，需要機械設計制造企業與技術更新、市場需求等外部因素進行緊密結合，這樣才能更好地對產品制造種類以及產品生產結構進行科學合理的調整。在此背景下，柔性自動化技術的應用能夠起到很好的效果，可以針對目前機械設計中出現的問題進行有效解決。如：在實際的機械設備設計和制造過程中，如果用戶對產品的需求發生了變化，企業就可以利用柔性自動化技術具有的優勢，來提升機械設備設計和制造的應變能力，以此滿足用戶對產品的最新需求。柔性自動化技術的應用對于縮短生產制造周期、減少產品庫存、提升產品質量具有重要的意義。

2.6 數控技術的應用

數控技術即數字控制技術，指的是通過計算機軟件進行編程，從而實現對機械制造加工的生產控制，實現機械制造自動化。在進行機械設計時，利用計算機輔助技術可以完成數控仿真分析，并在虛擬環境中展示出機械產品的尺寸、形狀以及內部結構，設計人員可以據此來進行圖紙修正，確保機械產品設計的準確性[10]。例如，對于普通的二軸車床，可以在車床利用數控系統和驅動裝置，完成零件編程加工，實現自動化生產改造。如果加工對象發生變化，僅需對刀具、程序等進行調整即可，能輕松實現大量工件的加工。當前，主要采用PLC可編程邏輯控制器來進行機械控制，提升加工精度的同時提高加工效率。在機械設計制造中，數控系統結構各不相同，但是其主要包含控制單元、數控機床、可編程單元以及控制中心幾部分。在完成計算機編程后，將編寫好的程序信息輸入，實現系統電路驅動，計算機對這些信息進行分析處理后，得出加工坐標軸移動輸入分量，通過將其放大、轉換后再輸入控制裝置，實現控制機床運轉的目標。

2.7 創新設計方法的應用

創新設計方法是機械設計未來的重要發展趨勢，要想機械設計能夠滿足社會發展需求，就需要掌握創新設計方法，而創新設計方法在機械設計中的應用主要體現在可以對復雜的機械設計方案自動地進行仿真、裝配以及建模。在這個過程中，自動化技術能夠經過基本的建構占據有利的空間位置，同時建立相互聯系，以此實現對系統的優化配置。除此之外，自動化系統還能夠利用有效的預定算法，選擇出最佳的設計方案，使企業可以更好地掌握市場發展前景，提升市場競爭力，并在激烈的市場競爭中獲取更多的市場份額。

3 結束語

綜上所述，對于機械設計制造行業來說，自動化技術在機械設計中的應用能夠有效提升我國的機械設計制造水平。相對于發達國家而言，我國的機械設計水平相對落后，因此，必須要加強在自動化機械制造設計方面的研究。而將自動化技術有效應用到機械設計中，使其發揮最大化的資源利用率，以及節約成本、提升生產效率和質量的重要作用，能夠增強企業的經濟效益，幫助企業不斷提升市場競爭力，并促進自動化機械制造行業的可持續發展。