機械設計制造及其自動化發展方向研究

邵秋林

（重慶順安爆破器材有限公司，重慶 400700）

機械設計制造主要針對機械設備的工作原理、結構、運動方式，并通過分析和計算各種零件尺寸等，為機械設備制造提供具體依據。同時機械設計制造水平與計算機技術及系統科學等密切相關，隨著近年來科學技術的快速發展，為機械設計制造理論和方法更新和拓展提供了有力支撐。同時通過電子技術及新興學科的充分引入，使機械制造技術的自動化發展受到廣泛關注和重視，加大了生態化、智能化、微型化等先進機械技術及設備研發力度，這也是機械設計制造未來發展的重要趨勢。

1 機械設計制造及自動化發展理念

1.1 基于機械設備功能要求

由于制作的產品不同，相應的對機械設備要求也有所不同，并且機械設計制造應根據客戶的具體需求，對不同性能及規模的產品進行的制作，因此產品的功能差異對機械設備提出了更高的要求。因此機械制造與自動化需要對設備功能進行充分考慮，對計算機技術加強引入，使機械設備運行更加靈活。另外通過機械自動化系統的運用，充分發揮機電一體化技術優勢，對機電一體化產品設計、特定功能實現、制造等環節加強重視，使設備內部結構有機結合，確保設備使用要求得以有效滿足。

1.2 充分利用先進技術

由于不同產品的系統及功能各不相同，可基于產品系統和功能進行分類，并對市場中每類產品的銷售及使用情況進行全面調查和了解，有利于進一步掌握消費者更青睞的產品功能，在此基礎上對原因進行深入分析，并通過先進科學技術的引入，加大產品開發力度，其中包括了產品原料加工、處理，以及機械設備功能增強等。除了增強機械自動化系統主要功能外，還需要確保機械自動化系統具備檢測功能、動力功能、構造功能、控制功能等其他內部功能。因此為了促進機械設備功能的不斷增強，需要對各種機械自動化產品加強分析和設計，不斷拓寬開發、創新思想[1]。

2 機械自動化系統應用優勢分析

2.1 生產效率提高

通過自動化控制系統的應用，其中包括控制自動化及信息自動化等技術。①能夠使產品制造生產中操作失誤有效減少，使控制更加便捷，同時機械設備能夠依照事先設定的制作流程進行作業，使生產效率有效提升。②通過模擬仿真技術的應用，能夠使生產環節不斷改善和優化，使操作自動化得以實現的同時，使產品質量有效提升。③利用計算機編程，能夠使產品更加多元化，加快產品更新換代速度。

2.2 系統調整、維修更加便捷

在機械自動化系統中，通過計算機技術等先進技術的引入，能夠根據產品需求，對設備進行安裝和調試，并對制造產品質量予以保證。①通過對控制程序進行有效調整，在無需拆除機器部件的情況下，使控制系統內部功能更加多樣化。②需要提高自動化產品的設備存儲能力，在設備中對每種產品型號進行存儲，有利于使用時進行有效調用和執行，使自動化生產得以實現。③通過檢測技術的應用，能夠對故障進行自動修復，使設備運行的穩定性得以保障。④通過電子技術的引入，能夠使機械設備的生產開關數量有效減少，同時依據預先設定工作內容，系統能夠實現自動循環和轉換，使生產效率及操作便捷性有效提高。

2.3 安全隱患減少

通過機械自動化系統的應用，能夠使生產設備運行安全性和穩定性有效提升，并能夠對生產過程中存在的危險狀況進行提前控制，并針對每個環節進行監控設置，一旦生產設備運作中存在故障，能夠實現自動診斷和報警，如機器運轉過程中，如存在過載、過流、過壓、短路等電力故障，可通過新工作模式轉換的方式，對電路進行及時切斷。另外通過機械自動化系統的應用，能夠使大型設備事故發生幾率大幅度減少，對設備中可動部件及容易摩擦的零件進行有效替換，使事故發生可能性減少，提高機械生產的安全性和可靠性。

3 現代機械自動化系統應用效益分析

隨著高新技術的快速發展和進步，極大地推動了機械自動化的技術創新和改革。傳統機械產品已無法適應時代發展要求，產品逐漸朝著多功能、小體積、集成化方向發展，并且傳統機械產品不斷由新機械產品所替代，成為了機械制造技術未來發展的必然趨勢。現階段越來越多的企業對產品生產開發增強了重視，提高產品的功能性和附加值，使產品市場競爭力不斷增強[2]。另外產品不斷更新換代，能夠為機械制造業提供新的發展動力，也為經濟快速發展起到促進作用。現代機械自動化系統優勢主要體現在以下幾方面。

3.1 有效提升工作效率和產品質量

通過對現代機械自動化技術的應用，利用自動控制及自動修復功能，對產品生產加強控制，提高產品質量檢測的精確性和靈敏性，更好滿足生產要求，使產品質量得以有效保障。同時通過機械自動化技術的應用，能夠使人力勞動被機器運行所替代，使工作效率大幅度提升。操作控制更加簡便，利用計算機技術，使操作人員能夠對所有設備運行狀態進行實時監控和調整，實現機械統一操作的同時，使設備運行穩定性及產品合格率有效提升。另外在機械自動化運行中，借助相關軟件能夠提高生產制造的柔韌性和適用性，尤其是針對多品種、小批量生產要求，能夠使產品開發周期有效縮減，產品生產更換速度加快。

3.2 提高設備運行可靠性和安全性

在機械自動化生產中，通過自動監測、自動診斷、自動報警、自動保護等功能的實現，能夠及時發現設備運行過程中存在的過壓、過載、過流等情況，一旦出現電源短路故障能夠及時進行防護和處理，使設備事故發生幾率有效減少，設備使用安全性和可靠性有效提升。同時在機械自動化生產中，通過電子裝置的運用，使機械設備中可動部件及零件之間的磨損有效減少，可靠性和靈敏度有效提升，使用壽命延長。

3.3 有利改善產品使用性能、便于后續維修調整

通過對機械自動化系統安裝及調試，并對控制程序進行合理變更，對現場參數進行調整，能夠使生產方式更好地應對不同用戶的使用需求。①在機械自動化產品的控制系統中，通過控制程序的有效輸入，能夠無需對機械設備中任何零部件進行改變，可利用機械自動化存儲功能，能夠對相配套的程序執行進行預先存儲，在相應對象的指定程序中輸入給定的代碼信號，使其能夠實現自動化運作。②機械自動化系統能夠利用自動監測及自動檢測功能，及時發現和處理運行故障，對運行穩定性予以保障[3]。③在機械自動化產品中，利用程序控制及數字顯示，大幅度減少操作按鈕數目，使操作更加簡便。④利用預先設定程序，能夠采用電子控制系統對機械自動化系統的所有行動進行命令和控制，并在高級機械自動化系統中，利用數學模型對被控對象參數變化進行準確把控，使操作自動實現最優化。

3.4 實現產品功能多元化

在機械自動化系統中，通過電氣技術與機械技術的有效融合，有效發揮兩者的應用優勢，使機械設備功能更加多元化，使機械設備自動化程度不斷提高，并且有利于可操作性及實用性增強。同時機械設備所具備的可自動調整功能，使其使用更加簡單，設備需要結合外圍環境變化，通過自動調整保證工作狀態及自我保護的最優化。提高機械設備的可適用性，保證其能夠在不同環境下，應用于不同位置。

3.5 人力勞動價值提升

通過加大技術研發力度、不斷匯集專業知識，促進機械自動化產品的可持續發展。同時在生產過程中，能夠使人力勞動投入成本有效節約，提高人力勞動價值。在現代化生產中，通過機械自動化產品的積極引入，能夠使工作效率有效提升，推進我國現代化建設和發展。

3.6 能源節約

在國家發展戰略中，能源節約成為重要目標之一，同時也是社會各界關注的重要問題。在機械自動化系統中，應對低功耗驅動機構加大研發力度，對控制設備進行調整和優化，使能源利用效率有效提升，使節能效果得以實現。同時在機械自動化系統中，加強學科知識及先進技術的引入，使從機電系統向計算機系統，從硬件系統向軟件系統轉變，使產品逐步向小型自動化機械設備方面發展，并使材料消耗有效降低。所以通過機械自動化系統及技術的研發應用和發展，能夠使生產企業和使用企業的經濟效益及社會效益有效提升，進而實現雙贏。

4 機械設計制造及其自動化發展方向探究

4.1 生態化

目前隨著人們生態環境保護意識的增強，在機械設計制造及自動化發展中加強了綠色生態理念的引入，通過新型產品設計，使資源利用實現最大化。在產品設計時，需要確保產品能夠符合環境保護需求，并使產品基本功能及經濟性要求得以滿足，確保綠色產品具有的特定使用功能，同時對人們的身心健康及周邊環境不會造成任何損害。因此生態化發展也是現代化機械設計制造的未來發展趨勢，使資源損耗最大程度減少。

4.2 智能化

在機械設計制造及自動化發展中，通過計算機輔助技術和人工智能技術有效結合，使其能夠更好地為機械制造行業服務。其中對于CAD 技術的應用，與人工智能及專家系統有效結合，充分發揮CAD 系統的創造性。對基于計算機技術的整體模型進行有效構建，使現代機械的智能化、集成化特點得以體現。同時通過計算機系統集成，借助智能化方式，對機械產品工況進行描述，并保證機械產品設計方案的最佳化[4]。

4.3 系統化和定量化

在機械設計制造及自動化發展中，對傳統設計方式進行優化，使設計更具邏輯性、科學性和理性，促進系統化、定量化的新型設計方法的形成。其中針對機械設備的整體系統設計，可利用計算機技術，有效協調人與環境之間的關系。對總系統進行合理劃分，多個子系統之間的關系通過現代設計理論和方法的應用進行有效協調，能夠使系統化目標得以實現。如采用傳統設計方法，由于其主要依賴設計人員自身經驗，以及靜態化分析方式，而機械產品功能設計及后續使用通常處于隨機動態的環境下，傳統設計方式無法進行動態化定量設計，難以全面、真實反映實際工況。因此機械設計的系統化及定量化也是未來趨勢，能夠充分考慮零部件及材料損傷，并在機械設備設計中引入數學歸納法和有限元法，使機械設備設計成功率有效提升。

4.4 微型化

隨著科學技術的不斷發展，以及微電子設備的不斷研發和進步，我國機械自動化逐步朝著微觀領域方向發展。其中小型機械自動化產品具有靈活性強、能耗少等優勢，在醫療、軍事、科研、生物技術等高端領域得到廣泛應用。另外在機械微型化發展過程中，需要對微機械技術加大研究力度，對微機械產品進行研發，并對精細加工法加強應用。超精密技術包括了光刻、蝕刻兩種，在機械自動化中加以應用，能夠使其更好地順應時代要求，逐步向微米、納米領域發展。

4.5 模塊化

在機械自動化生產中，模塊化過程較為復雜。由于機械自動化產品的生產廠家較多、產品種類繁雜，對其標準化電氣接口、機械接口、境接口、動力接口、環等進行研制和開發難度較高。如對集電動機、智能減速等一體的動力單元，具有圖像處理、視覺識別及測距等功能的控制單元，能夠完成典型操作的各種機械裝置等進行研發，作為標準單元在新產品快速開發和生產中加以利用，并能夠使生產規模不斷擴大。另外在系統化、標準化的機械自動化生產中，通過電氣產品的模塊化生產，能夠對機械自動化企業的可持續發展起到有效推動作用。

5 結語

在我國機械設計制造及自動化發展中，需要對國外先進科學技術進行積極借鑒和學習，并對自身經驗及教訓進行總結和汲取，對低成本、高效率自動化技術加大研發力度，從而使機械設計制造及自動化能夠朝著智能化、生態化、定量化、系統化、微型化等方面發展，使生產技術能夠不斷普及的同時，進一步促進我國機械自動化實現高質量、高效率、高速度發展。