自動化技術在機械設計中的應用探析

殷曉偉

中航工程集成設備有限公司 北京 102206

引言

經濟的發展和時代的進步使得機械設計制造及自動化技術成為制造業發展的組成部分，現代社會人們對生產生活物質的需求不斷增加，而高科技的機械設計制造及自動化技術發展，成為提高人們生活水平、實現現代化建設的重要途徑。在這種情況下，認真研究機械設計制造及自動化發展方向，穩步推進制造業的不斷發展，提升技術水平成為人們關注的重點。機械設計制造及自動化技術對于制造業的發展起著重要的作用。

1 自動化技術概述

自動化技術指的是讓機器設備根據提前編碼好的程序在沒有人工干預的前提下進行自我操作與控制的一種技術，這種技術能夠讓機器設備代替部分或全部人工操作，在保證工作效率的同時對人力勞動進行了解放，從根本上推動了相關行業的快速發展。隨著自動化技術的愈加成熟，其所能夠應用的范圍也是逐漸增加，不僅在農業、交通運輸以及醫療等居民生活方面有所應用，還在工業、軍業等較重要的行業占據著較大的應用比例，因此自動化技術的發展能夠有力地推動社會整體經濟的發展。

2 機械設計中存在的問題

2.1 設計工作具有局限性

在市場經濟快速發展的社會背景當中，機械制造行業需要面臨的市場壓力逐漸提升，因此在行業企內企業制定發展戰略的階段，應該優先考慮行業科技水平提升方面的要求，在深入掌握市場發展和行業需求的格局之后，還能夠實現合理的全流程一體化格局，在這一階段當中，企業需要注意的內容有兩個方面，一方面就是不能放松引進專業技術人員，另一方面就是要加大自動化系統的推廣以及發展力度，確保工作細節能夠滿足行業企業在創新性方面的要求，以此促使機械自動化與實際制造之間形成更深入的融合。

2.2 制造工藝不完善

在我國的現代制造行業發展規劃落實的過程當中，機械自動化技術也能夠注入各行業企業的生產以及運營過程中，但這種技術的推廣，實際上始終沒有達到預期的落實效果。簡而言之就是制造工藝不完善以及生產粗放等問題始終存在，若從細節著手分析，一部分機械制造企業比較看重短期的經濟效益，導致自身發展的自動化難以從長遠的角度入手規劃，后續發展效果也不好[1]。同時，部分機械制造企業還存在明顯的產品結構單一，以及生產方式缺乏交替性等問題。在實際工作落實的階段，任何一個環節產生問題，都有可能影響最終的生產和制造效果。此外需要注意解決的就是制造工藝本身不夠完善的問題，企業若是想嘗試新的技術手段，為保障生產工作穩定落實，還需要具備自動化技術相應的管理策略，尤其是要避免產生交叉管理的情況，將體制不健全的問題完全暴露出來影響企業日常生產工作。這方面的問題也是機械制造企業在較長一段時間內需要解決的關鍵，若能取得良好的成果，還能夠為自動化技術和機械工程的融合構建更加適宜的環境。

3 自動化技術在機械設計中的應用

3.1 運用電子化圖紙

圖紙是產品設計的基礎只有先設計出圖紙才能夠開展后續的指導工作，但是在傳統工作模式下，一般都是采用紙質版的圖紙。但是隨著社會對機械設計制造產品的需求量越來越多，并且還出現了很多定制化的產品，所以如果依靠紙質版的圖紙，工作效率相對較低，與此同時紙質化的圖紙還存在著以下弊端。首先，紙質版的圖紙攜帶不方便[2]。部分機械制造產品涉及的圖紙張數較多，所以工作人員在用紙質版圖紙進行制造時會不太方便，與此同時紙質圖紙還會涉及破損、污染、丟失等問題。再加上部分機械設計制造的環境相對較差，所以攜帶紙質版的設計圖紙并不方便。其次，更改難度較大。由于市場上涌現出很多定制化的產品，如果用戶的需求發生改變，設計人員就要對設計圖紙進行修改，但是紙質版的圖紙容易被涂抹，而且部分圖紙紙張較大，無法實現隨時隨地的更改。最后，部分機械設計制造產品的設計圖紙要進行存檔和保留，但是紙質版圖紙在保留過程中容易受潮而腐爛。因此在智能制造時代背景下，要運用電子化的圖紙完成設計工作。

第一，電子化圖紙的設計效率高。在智能制造時代背景下，出現了很多智能設計軟件。這些軟件本身就有一定的設計模板，所以在此基礎上進行產品設計效率更高。與此同時利用智能設計軟件在繪制圖形時精準度會更高，因為智能設計軟件受外部環境的影響較小，所以隨時隨地可以對圖紙進行修改。

第二，電子化圖紙更方便攜帶和保留。手機和電腦已經成為當下辦公的主要工具，在智能制造時代背景下手機和電腦也可以完成圖紙設計工作，當用戶出現相對緊急的需求，要求對產品的圖紙進行更改時，相關的設計人員可以在手機或電腦上直接完成圖紙更改問題，與此同時還可以直接導出設計圖給用戶觀看，用戶可以根據圖紙內容提出自己的想法和修改意見。電子畫圖紙可以通過存檔的方式進行保留，與此同時，電子化圖紙不需要實際的保存空間，一般都是保存到某個網絡平臺或者是某個終端。除此之外，在智能制造時代，很多機械制造企業都有自己的網絡平臺和自己的內網，所以安全性也相對較高，可以通過技術手段去保障電子化圖紙的安全性。

3.2 應用計算機輔助設計軟件

隨著計算機技術的誕生，一些復雜的計算、實驗數據計算可以依靠計算機進行處理。而隨著信息化時代的到來，計算機技術實現了更大的突破，基于計算機平臺的工業設計、生產軟件出現，實現了計算機輔助設計和制造，工藝規劃，測試，質量控制等內容，這些技術的作用為高端機械設計與制造提供了重要的生產基礎。雖然基于計算機平臺的這些技術可以有效降低人力、物力成本，提高設計的精準度，但在提高機械設計與制造的生產效率上并不突出。因此，隨著計算機技術的不斷提升，在高端的機械制造領域，出現了更為先進的計算機集成制造系統,而這種制造系統就結合了計算機輔助技術功能并實現數據的統一化，數據的參數化，為制設計制造人員提供更全面的模型數據，并且可以實現每一個單一的有效溝通協調。在高端的機械設計與制造領域，全面性提高了設計的效率與精準度，實現更高難度功能的整合。而在應用計算機集成制造技術的過程中,現代機械設備在研發、設計領域中也積極嘗試更先進的材料與前衛的功能設計，充分集成計算機運算平臺，并配合更先進的電子信息技術、網絡技術、自動化生產技術，實現機械制造生產的自動化、智能化。

3.3 融合數字化機械設計形式

第一，利用數字化機械設計形式實現信息共享。機械設計制造的流程相對較多，所以幾乎所有的機械設計制造產品都是跨部門生產，比如涉及材料采購部門，制造監督部門和生產部門，在傳統工作模式下都是以人力生產為主，所以很多信息都需要部門之間的對接人進行溝通共享。這種溝通共享方式雖然支持了機械制造產品的發展，但是由于要人為進行溝通，所以效率相對較低。與此同時，在溝通過程中，部分部門的對接人會對信息進行二次加工和主觀改造，所以在一定程度上會造成信息失真問題，因此信息共享和信息準確度成為阻礙機械設計制造的重要難題[3]。但是在引入數字化機械設計形式之后，可以借助該技術，實現信息共享。首先，在機械設計制造過程中，自動化技術會捕捉相關的制造信息，并將信息轉化成數據，上傳到某個平臺上，這種上傳方式避免了人員對信息主觀加工的問題，在一定程度上能夠保證信息的精準度。與此同時將信息上傳到某個信息平臺，相關部門的人員都可以登錄這一信息平臺，獲取信息無須進行線下一對一溝通。這種信息溝通方式縮短了信息溝通的環節，提高了信息溝通的效率。其次，對于自動化技術無法識別的數據信息，工作人員可以進行手動更新。雖然目前在智能時代背景下，機械設計制造及其自動化技術已經日趨成熟，但是部分數據自動化技術還是無法捕捉和識別，對于此類信息相關部門的人員可以手動將其更新到信息平臺上，并對其進行標注，其他部門人員可在信息平臺上查看此信息，并對標注問題進行探討和反饋。

第二，數字化機械設計形式具有信息歸納和整理功能。機械設計制造產品的制造流程較多，產生的數據量也比較大，在傳統工作模式下，都是人為對制造流程進行記錄。這種人為記錄方式一方面是效率低，另一方面是由于人員會容易受到外部環境的影響，所以在記錄過程中可能會出現記錄誤差，造成數據不準確，進而影響后續的產品生產。但是在引入數字化機械設計形式之后，該技術能夠對信息進行自動收集和整理，同時工作人員可以在智能化系統中錄入相關的指令，那么該系統就能夠在信息收集完畢之后，將信息發放到指定的部門，并提醒他相關人員觀看。總之，在智能制造時代融合數字化機械設計形式，對于提高信息處理效率，促進信息溝通具有重要作用。

3.4 應用智能自動化技術

在機器制造過程中實現自動化生產，可以避免人工失誤，生產出高質量的產品，提高整體生產效率。早期的機器制造并沒有實現整個過程的自動化，自動化技術只能應用于產品的一部分過程，一些復雜的過程還需要人工操作。現在自動化技術已經體現在設計階段，可以依靠CIMS、CAD等技術完成更復雜的建模和計算，還可以對加工過程進行仿真實驗或仿真加工。自動化機械不浪費材料，甚至可以節省時間。近年來，機器制造和自動化已廣泛應用于與機器設計相關的各個行業。依托大數據技術、挖掘技術、精密算法等人工智能系統的擴展，為我國的機械制造和自動化產業拓展更寬闊的發展渠道。目前，人工智能和計算機技術在機器制造和自動化的進步中已經不同程度地滲透。例如，技術人員在制定機器制造的框架時，離不開已經成為制造核心的智能操作程序的支持。同時，內部信息全控，整個工作機制連通[4]。中央處理系統負責分發這些信息，使系統內的各種設備都能正常工作。自動化機械還可以根據工作情況自動優化和調整工作模式。目前的機械制造業基于控制理論，實現了融合人工智能、心理學、力學等相關知識的智能模擬。在給出指令時，計算機用于模擬人類的思想和動作，并將這些指令發送給負責執行任務的機器人或機械臂。這種自動化和智能化可以體現在機械制造的諸多領域，有效降低成本，替代勞動力，因此智能化的發展潛力比較大。同時，“私人定制”也越來越受到人們的歡迎，也為智能化生產和發展奠定了基礎。可以根據用戶的訂單要求，確定生產工藝和原材料，生產出讓用戶滿意的個性化產品。銷售商品并不意味著生產經營的結束，這些智能產品可以將設備的數據狀態收集、整理并發送到工廠，企業可以據此了解產品和設備的使用和運行情況，數據和工作協同信息服務奠定了基礎。

3.5 合理應用仿真技術

仿真技術在機械設計制造及自動化的應用目前，仿真技術在航天、航空、汽車、船舶制造領域應用廣泛，這是一種更為先進的虛擬技術，實現對產生更全方位的模擬，對目前的機械設計制造而言，有著重要的意義。仿真技術可以借助虛擬技術、計算機掃描技術對產品數據、輪廓進行掌握，在借助計算機龐大的數據運算處理能力，通過仿真軟件對產品進行模擬調試并修改。對于目前的機械制造與自動化技術而言，是一門綜合性很高的學科，這其中涉及的知識廣，需要結合計算機技術、電子集成技術、控制技術共同參與，才能滿足產品的設計與研發。

4 結束語

在智能制造時代背景下機械設計制造及其自動化技術，還有很大的空間，要跟隨國家政策去調整機械設計制造的方向，與此同時，要根據企業目前實際的發展現狀去優化生產方式，提高企業的經濟效益。