提高機械設(shè)計制造及其自動化的有效途徑

高 洋

（華晨寶馬汽車有限公司，遼寧沈陽 110000）

1 機械設(shè)計制造自動化的優(yōu)勢

機械設(shè)計與自動化技術(shù)是整個社會制造業(yè)的重要支柱，機械設(shè)計制造自動化技術(shù)結(jié)合了整個機械行業(yè)與其他行業(yè)的生產(chǎn)需求，通過改善自動化應(yīng)用技術(shù)，從產(chǎn)品的設(shè)計到流水線批量生產(chǎn)，利用計算機技術(shù)與自動化技術(shù)，通過機械設(shè)計為產(chǎn)品生產(chǎn)線的基礎(chǔ)，結(jié)合先進的設(shè)計與技術(shù)，克服傳統(tǒng)制造過程中的技術(shù)瓶頸，提升機械生產(chǎn)水平。以先進的設(shè)計為基礎(chǔ)，解決在傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中的不足，克服傳統(tǒng)技術(shù)問題，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)快速高質(zhì)量發(fā)展。通過機械設(shè)計與制造自動化的不斷發(fā)展，實現(xiàn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，提升了相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。通過自動化技術(shù)的大量應(yīng)用與普及，相比于傳統(tǒng)制造行業(yè)，機械設(shè)計制造自動化解放了大量的勞動力。未來，隨著機械設(shè)計與自動化的普及，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式逐漸向自動化轉(zhuǎn)型，結(jié)合相應(yīng)的人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，為我國機械設(shè)計制造走向世界前端夯實基礎(chǔ)。利用先進的計算機技術(shù)與遠程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過完善機械自動化的先進水平，提升機械工程行業(yè)的核心競爭力。將科學(xué)的理論和技術(shù)融入實際的生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)更先進、科技含量更高的技術(shù)驅(qū)動。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對市場變化時效性的保證，實時了解市場需求變化，研發(fā)生產(chǎn)更加適用的機械產(chǎn)品。

1.1 優(yōu)化傳統(tǒng)生產(chǎn)模式

出于傳統(tǒng)技術(shù)存在一定的技術(shù)瓶頸，對工藝的把控不夠嚴(yán)謹(jǐn)，導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)方法落后、工藝粗糙等技術(shù)瓶頸，嚴(yán)重時會影響產(chǎn)品的使用性能、導(dǎo)致整個機械產(chǎn)品性能低下、后期維修繁瑣復(fù)雜，以至于產(chǎn)品的經(jīng)濟效應(yīng)低下。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能與計算機產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，使得機械制造行業(yè)產(chǎn)生了更多的技術(shù)實施方案。而以往的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式依靠人為主觀判斷方式進行加工生產(chǎn)，不但效率低下且每個產(chǎn)品的工藝精準(zhǔn)度粗糙，嚴(yán)重影響到整個機械設(shè)備的使用效率價值。結(jié)合人工智能，利用新型的生產(chǎn)技術(shù)，對機械制造生產(chǎn)過程進行優(yōu)化，結(jié)合自動化技術(shù)形成了完全自動化的生產(chǎn)方式，克服了人工主觀判斷不足而產(chǎn)生的產(chǎn)品瑕疵等缺陷，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 提高安全性

考慮到機械制造行業(yè)的專業(yè)性較強，需要大批擁有較強實踐能力、掌握厚實理論知識的人才。在以往的生產(chǎn)過程中，大量的人員在流水線上進行生產(chǎn)，在機械設(shè)計制造過程中往往會存在大量的隱藏風(fēng)險，容易引發(fā)安全事故。將自動化技術(shù)在落實生產(chǎn)的各個過程中，通過精準(zhǔn)的計算機控制，大大提高了生產(chǎn)過程中的安全性，提高了零部件的生產(chǎn)精度，降低了安全事故的發(fā)生概率。

1.3 提升工業(yè)智能化程度

信息技術(shù)的不斷發(fā)展深入，人工智能所涉及的領(lǐng)域越來越廣泛，計算機技術(shù)對機械生產(chǎn)主要存在以下優(yōu)勢：①通過自動化技術(shù)與計算機編程緊密聯(lián)系，從硬件與軟件的緊密聯(lián)系出發(fā)，提升機械制造的水平。②對生產(chǎn)過程中自動化模塊的相應(yīng)設(shè)置，實現(xiàn)參數(shù)化制造，保證產(chǎn)品的模型精度。

2 機械設(shè)計制造中的自動化技術(shù)應(yīng)用

2.1 充分運用配套發(fā)展模式

隨著現(xiàn)階段工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，工業(yè)發(fā)展速度加快，越來越多的企業(yè)注意到自動化技術(shù)對生產(chǎn)線帶來的經(jīng)濟價值，通過落實自動化技術(shù)的創(chuàng)新與人才培養(yǎng)，掌握自動化技術(shù)的前沿技術(shù)，通過實踐對專業(yè)人才進行規(guī)范化培訓(xùn)，主要存在以下幾點：①針對新型機械產(chǎn)品開展理論剖析，從產(chǎn)品的根源出發(fā)進行探索與改進。②企業(yè)根據(jù)機械產(chǎn)品使用價值與用戶需求，在企業(yè)內(nèi)部推行集群發(fā)展的模式，使得專業(yè)人員了解多方面的知識，將不同學(xué)科進行穿插整合，形成企業(yè)人才培養(yǎng)的專業(yè)流程。③通過局部監(jiān)控技術(shù)與計算機、自動化等方面的結(jié)合，形成一套適合于促進機械自動化生產(chǎn)效率的技術(shù)。

2.2 注重與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展

對于環(huán)境保護已經(jīng)是現(xiàn)階段最為重要的社會熱點之一。隨著機械生產(chǎn)水平的大幅度提升，盲目追求生產(chǎn)效率與產(chǎn)品價值而疏忽了環(huán)境保護問題，給人類生存環(huán)境造成嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，對于土壤的重金屬污染，以及空氣粉塵的污染問題已經(jīng)到了急需解決的時候。隨著“綠水青山就是金山銀山”的提出，對于機械制造行業(yè)而言，在實時設(shè)計與生產(chǎn)的過程中，不應(yīng)以犧牲環(huán)境為代價，應(yīng)注重環(huán)境保護，積極將環(huán)境保護落實在機械生產(chǎn)的過程中，提升相應(yīng)的環(huán)保性能。在新時期產(chǎn)業(yè)布局變化的背景下，利用機械自動化技術(shù)生產(chǎn)的同時，緊密結(jié)合環(huán)境發(fā)展，對原材料的投入應(yīng)注意環(huán)保與可持續(xù)性，提升機械產(chǎn)品的綠色性。

2.3 加強自動化與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，使用計算機進行相應(yīng)的模型建立，現(xiàn)階段對于機械設(shè)計已經(jīng)出現(xiàn)了大量的模型軟件，例如Soildwork、Pro E 以及AUTO CAD 等建模軟件，克服了傳統(tǒng)人工手繪所存在的相應(yīng)弊端，如繪制效率低下、模型精準(zhǔn)度不足等。軟件還可以將所設(shè)計的產(chǎn)品進行相應(yīng)的渲染，最大程度提升產(chǎn)品的可視化效應(yīng)，對于后期產(chǎn)品的相關(guān)優(yōu)化，在軟件的三維模型中進行修改，在實際使用生產(chǎn)過程中，極大地促進了生產(chǎn)效率。通過自動化技術(shù)與計算機技術(shù)的高度結(jié)合，以新型的設(shè)計流程與工藝，結(jié)合軟件的相應(yīng)仿真與建模，最大程度貼近后期的使用和評價分析，以更加智能、更加快速、更加精準(zhǔn)的生產(chǎn)方式，實現(xiàn)機械設(shè)計制造以及自動化生產(chǎn)的高水平提升。

2.4 加強網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)滲入到了各個領(lǐng)域，在機械設(shè)計工作中，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，很大程度上推動了機械設(shè)計制造的自動化發(fā)展。目前，大數(shù)據(jù)信息技術(shù)開始在一些機械設(shè)計制造中得到推廣，能夠?qū)C械設(shè)計制造中的數(shù)據(jù)和相關(guān)信息進行管理。還能對數(shù)據(jù)開展三維模擬分析，能夠?qū)崿F(xiàn)機械設(shè)計的3D 展示，同時很好地對設(shè)計進行模擬和效果比較，對設(shè)計方面的不足和缺陷進行一定的調(diào)整和改善。而為了確保設(shè)計流程中的互相融合，對其設(shè)計制造過程中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有較好的加強，能夠很好地確保相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、存儲和利用過程中的網(wǎng)絡(luò)安全，可以通過構(gòu)建特定的數(shù)據(jù)庫對這些數(shù)據(jù)進行整合，能夠較好地根據(jù)這些數(shù)據(jù)實現(xiàn)機械的設(shè)計與制造。

2.5 加強自動化和智能化的融合

目前自動化技術(shù)朝著越來越深層次的方向不斷發(fā)展，為了充分發(fā)揮機械設(shè)計制造過程中的自動化作用，需要很大程度上提高自動化技術(shù)與智能化技術(shù)的融合工作。目前，雖然自動化機械設(shè)計制造技術(shù)得到了較好的發(fā)展，但智能化水平程度還比較低。因此，對于智能化技術(shù)與自動化技術(shù)的融合成為了一個重點需要突破的地方。雖然數(shù)字控制技術(shù)得到了一定的發(fā)展，但是我國在這方面的技術(shù)上還存在著明顯的不足，特別是在智能化控制系統(tǒng)方面的研發(fā)工作存在著很大的困難，對于智能化技術(shù)的投入不足和技術(shù)的缺失，導(dǎo)致智能化技術(shù)的發(fā)展具有較大的壓力。

3 機械設(shè)計制造自動化未來的發(fā)展方向

3.1 性能發(fā)展方向

3.1.1 高速、高精度、高效化發(fā)展

在機械設(shè)備的設(shè)計和制造流程中，對于設(shè)備的精度、強度和性能方面都要進行嚴(yán)格的指標(biāo)考核。隨著自能化技術(shù)的不斷發(fā)展，相繼生產(chǎn)出了一些高速芯片、智能芯片、多控制系統(tǒng)、帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)等。將這些芯片、元件和系統(tǒng)應(yīng)用于機械設(shè)備中，機械設(shè)備的自動化能力就都會得到很好的體現(xiàn)，會很大程度上提高機械設(shè)備的運行效率，性能將得到很好的提高。

3.1.2 柔性化

機械設(shè)備性能的提高需要加強數(shù)控技術(shù)在設(shè)計制造環(huán)節(jié)過程中的應(yīng)用，能夠較好的發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的柔性特點。同時，還可以對數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計模塊化的一些概念，對一些功能有很好的拓展性，對不同用戶的需求都能較好的滿足。此外，提高群控系統(tǒng)的柔性也能相應(yīng)地促進數(shù)控系統(tǒng)的柔性化，對于數(shù)控系統(tǒng)而言，能夠較好的解決整個生產(chǎn)流程的所有需求情況，充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)在機械設(shè)備中的優(yōu)勢。

3.1.3 工藝復(fù)合性與多軸化

通常機械設(shè)備的主要作用是滿足人們?nèi)粘Ｉ钪械纳a(chǎn)加工，但是自動化技術(shù)的出現(xiàn)促進了復(fù)合加工朝著更高層次發(fā)展。此外，復(fù)合加工具有工序少、時間短的特點，將多種自動化技術(shù)進行結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)功能的多軸化。例如，在數(shù)控技術(shù)的工藝復(fù)合化流程中，工件先經(jīng)過機床的裝夾，接著進行自動換刀的操作，然后再經(jīng)過轉(zhuǎn)主軸頭這些流程，充分實現(xiàn)了工藝的復(fù)合性和多軸化。

3.1.4 實時智能化

在自動化技術(shù)發(fā)展的初級階段，機械設(shè)備的實時系統(tǒng)只能應(yīng)用在一些相對簡單的情況下，通常只要是能夠滿足簡單的任務(wù)調(diào)度就行了，對于工作效率能有較好的提高。隨著自動化技術(shù)逐漸朝著深層次發(fā)展，而人工智能實現(xiàn)了實時系統(tǒng)的智能化控制，能夠很好地實現(xiàn)使用數(shù)值模型對人類的行為進行相應(yīng)的模擬。隨著實時系統(tǒng)與人工智能的完美融合，那么人工智能就能夠具有機械智能化的能力。

3.2 功能發(fā)展方向

3.2.1 用戶界面圖形化

在進行機械設(shè)計工作時，對于數(shù)控系統(tǒng)有了較多的應(yīng)用。通常指的是數(shù)控系統(tǒng)與用戶之間具有的對話接口，簡而言之就是用戶界面，能夠根據(jù)不同的用戶進行個性化的設(shè)計。此外，對于界面的不斷深入研究，從而根據(jù)自動化技術(shù)不斷創(chuàng)新出了虛擬現(xiàn)實技術(shù)、可視化技術(shù)、多媒體技術(shù)，使得機械設(shè)計過程中的用戶界面設(shè)計有了更好的優(yōu)勢。圖形用戶界面使得對窗口和菜單進行相應(yīng)操作就能實現(xiàn)相應(yīng)的控制。同時，還具有用戶界面的快速編程及三維彩色立體動態(tài)圖形顯示等功能。

3.2.2 科學(xué)計算可視化

科學(xué)計算可視化在自動化應(yīng)用中發(fā)揮著非常重要的作用，實現(xiàn)了機械設(shè)計制造過程中科學(xué)計算的可視化。同時，還能對機械設(shè)計和制造過程中的各類數(shù)據(jù)進行一定的分析和處理工作，使得信息交流方式得到發(fā)展，不只是單一的交流方式，同時打破了傳統(tǒng)文字和語言交流方式的局限，使得交流方式還可以通過圖形、圖像、動畫等進行。當(dāng)可視化技術(shù)實現(xiàn)了與虛擬環(huán)境的融合，能夠?qū)C械設(shè)計工作有很大創(chuàng)新，徹底實現(xiàn)設(shè)計過程的無圖紙化，能夠很大程度上減小機械設(shè)計的周期，同時對成本也能有較好降低。對于數(shù)控技術(shù)而言，可視化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動編程設(shè)計和相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定，能夠很好地改善傳統(tǒng)設(shè)計過程中出現(xiàn)的一系列問題。

3.2.3 插補和補償方式多樣化

在進行自動化設(shè)計的過程中，插補方式呈現(xiàn)出多樣性的特點，通常有直線插補、螺紋插補等。同時對于自動化技術(shù)條件的補償功能也呈現(xiàn)出多樣性的特點，主要有間隙補償、垂直度補償?shù)取?/p>

3.2.4 內(nèi)裝高性能PLC

通過將PLC 技術(shù)利用到設(shè)計制造工作中，對于控制方式具有很好的改變，充分實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的自動化控制。同時，將PLC 控制模塊利用到數(shù)控系統(tǒng)中能夠通過相應(yīng)的編程語言實現(xiàn)，使得系統(tǒng)能夠進行在線調(diào)試和在線幫助。在使用PLC 模塊進行自動化的設(shè)計工作時，可以對相應(yīng)的程序進行修改，就能滿足相應(yīng)的需求。

4 結(jié)束語

通過實現(xiàn)機械設(shè)計的自動化技術(shù)應(yīng)用，能夠在設(shè)計制造過程中發(fā)揮較大的優(yōu)勢作用，對于傳統(tǒng)設(shè)計中存在的不足有較好的解決，能夠進一步推動行業(yè)的發(fā)展，同時也促進設(shè)計和制造業(yè)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。此外，自動化技術(shù)在機械設(shè)計方面的應(yīng)用還具有較大的發(fā)展?jié)摿Γ虼嗽跈C械設(shè)計和制造方面要加強先進自動化技術(shù)的配置，不斷加強對于自動化技術(shù)的創(chuàng)新。