試論自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用

趙一凡

摘 要：我國的經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平也在不斷提升。隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，自動化技術(shù)應(yīng)運而生，并實現(xiàn)了和機械制造行業(yè)的密切結(jié)合。將自動化技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中，可以優(yōu)化機械設(shè)計，提高制造水平，因此應(yīng)該擴大自動化技術(shù)的應(yīng)用范圍。本文具體探討了自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自動化技術(shù)；機械設(shè)計制造；應(yīng)用

進入新世紀(jì)以來，我國的社會主義市場經(jīng)濟持續(xù)繁榮，機械制造行業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。在機械制造行業(yè)中，機械設(shè)計和制造是重點，將自動化技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計和制造中，可以提高生產(chǎn)經(jīng)營效率，促進行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為了充分發(fā)揮現(xiàn)代化技術(shù)的價值，促進自動化技術(shù)和機械設(shè)計制造的融合勢在必行。

1 機械自動化技術(shù)的簡要介紹

1.1 具體內(nèi)涵

機械自動化技術(shù)，是指和人工操作相對的信息化操作技術(shù)。這種技術(shù)以網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)作為基礎(chǔ)，可以對數(shù)據(jù)信息集中處理，發(fā)送控制指令，完成具體操作。與人工操作方式相比，自動化技術(shù)受外界的干擾更小，而且精確度更高，任務(wù)完成效果更好。我國的經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)不斷普及，自動化技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來越廣泛。將自動化技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中，具有以下幾種應(yīng)用優(yōu)勢：第一，自動化技術(shù)可以優(yōu)化機械制造行業(yè)的人力物力資源配置，節(jié)省生產(chǎn)成本，收獲更多的經(jīng)濟效益[1]。第二，自動化技術(shù)可以提高機械制造行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營效益，實現(xiàn)機械制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 組成要素

我國的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)正處在發(fā)展階段，自動化技術(shù)以網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)為基礎(chǔ)，因此也處在發(fā)展初期。由于自動化技術(shù)正處在研發(fā)階段，機械制造行業(yè)在應(yīng)用該技術(shù)的過程中，必須對其組成要素進行分析。一般來說，自動化技術(shù)包括以下幾個重要結(jié)構(gòu)組織：第一是自動化程序結(jié)構(gòu)，自動化技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的一種表現(xiàn)形式，因此需要在程序結(jié)構(gòu)中儲存大量的數(shù)據(jù)信息。第二是自動化傳感結(jié)構(gòu)，自動化系統(tǒng)需要通過傳感器收取電信號，并對電信號進行解碼，轉(zhuǎn)換成信息。第三是自動化控制結(jié)構(gòu)，自動化控制結(jié)構(gòu)是制定動作指令的主體，執(zhí)行部門要接收自動化控制結(jié)構(gòu)傳遞的信息。第四是自動化作用結(jié)構(gòu)，自動化作用結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)對機械設(shè)計制造的全自動操作。第五是自動化制定結(jié)構(gòu)，自動化制定結(jié)構(gòu)可以根據(jù)外界環(huán)境的不同，采用不同的設(shè)計制造方案[2]。

1.3 重要作用

首先，將自動化技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中，可以促進產(chǎn)業(yè)升級。我國市場經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，各行各業(yè)正朝著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的方向邁進。在傳統(tǒng)的經(jīng)濟體制模式下，機械制造行業(yè)為勞動力指向型產(chǎn)業(yè)，對勞動力資源需求較大，在很大程度上增加了行業(yè)負擔(dān)，削弱了行業(yè)的綜合競爭力。隨著經(jīng)濟體制的變革，機械制造行業(yè)引進了先進的自動化技術(shù)，朝著技術(shù)指向型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)模式發(fā)展。因此從這個角度來看，自動化技術(shù)可以促進機械設(shè)計制造行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級。

其次，將自動化技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中，可以促進行業(yè)現(xiàn)代化。自動化技術(shù)和傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造技術(shù)有很大的差異性，傳統(tǒng)的人工設(shè)計制造方法被取締，機械設(shè)計制造行業(yè)的人工成本大大降低。自動化技術(shù)是現(xiàn)代技術(shù)的代表，將自動化技術(shù)應(yīng)用在機械制造行業(yè)的設(shè)計環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)、裝配環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)等等，可以促進行業(yè)的現(xiàn)代化。

2 自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用

2.1 信息自動化

首先，將自動化技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中，可以實現(xiàn)信息自動化。上文已述，自動化技術(shù)以網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)為基礎(chǔ)，因此在應(yīng)用的過程中，可以實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的自動化管理[3]。具體來說，信息自動化的實現(xiàn)過程如圖1所示。根據(jù)圖1可以看出，將自動化技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造領(lǐng)域，需要建立一個骨干網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一級交換。在骨干網(wǎng)絡(luò)中包含幾個主要環(huán)節(jié)：第一是骨干網(wǎng)絡(luò)的輔助設(shè)計，第二是對機械設(shè)計制造數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)構(gòu)建，第三是對機械設(shè)計制造的工藝參數(shù)記錄。實現(xiàn)上述3種數(shù)據(jù)的集成，可以初步架構(gòu)起骨干網(wǎng)絡(luò)。就輔助設(shè)計來看，輔助設(shè)計信息包括機械產(chǎn)品的設(shè)計信息、機械模型的建構(gòu)、機械設(shè)計創(chuàng)意的匯總等等。就數(shù)據(jù)庫來看，數(shù)據(jù)庫信息包括機械產(chǎn)品的尺寸、規(guī)模、性能等等。就工藝參數(shù)記錄來看，工藝參數(shù)記錄信息包括機械的工藝流程、工藝成本、工藝手段等等。在骨干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)完畢之后，技術(shù)人員需要通過以太網(wǎng)交換機，實現(xiàn)總服務(wù)器和子服務(wù)器的相互連通，把數(shù)據(jù)信息發(fā)送給機械設(shè)計部門、加工部門、運輸部門等等。

2.2 集成化

其次，將自動化技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中，可以實現(xiàn)集成化。在機械設(shè)計制造行業(yè)中，集成化技術(shù)非常重要。集成化技術(shù)可以將不同信息進行整合，實現(xiàn)現(xiàn)代化技術(shù)的共同作用。就當(dāng)前我國的機械設(shè)計制造行業(yè)來看，計算機技術(shù)、自動化技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但這些技術(shù)都和集成化技術(shù)密切相關(guān)。從理論上來看，如果沒有集成化技術(shù)，自動化技術(shù)的應(yīng)用將成為無本之末[4]。當(dāng)然，自動化技術(shù)對集成化技術(shù)起著重要的反作用，將這一技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中，可以突出集成化技術(shù)的實用價值。集成化技術(shù)的應(yīng)用如圖2所示，從圖2中可以看出，機械設(shè)計制造行業(yè)可以依靠自動化技術(shù)，構(gòu)建自動服務(wù)器系統(tǒng)，對外來信號進行集中處理。在倒換器的作用下，數(shù)字信號可以轉(zhuǎn)換成信息指令，提高機械設(shè)計與制造的工作效率。

2.3 智能化

再次，將自動化技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中，可以實現(xiàn)智能化。自動化技術(shù)的一個最突出特點就是其智能性，近幾年來，我國的科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，智能化技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛。智能化技術(shù)是現(xiàn)代技術(shù)的代表，將其應(yīng)用在機械設(shè)計制造中，可以實現(xiàn)人工智能和機械制造的密切結(jié)合。從某個角度來看，機械智能具有無與倫比的優(yōu)勢，但是人的智力活動同樣難以取代。智能化技術(shù)的應(yīng)用提升了機械設(shè)計制造的智能水平，也增強了機械設(shè)計制造管理的柔性，可以及時解決突發(fā)狀態(tài)下的各種問題[5]。具體來說，智能化技術(shù)的實現(xiàn)過程如圖3所示。從圖3中可以看出，機械制造行業(yè)在應(yīng)用智能化技術(shù)之前，要形成廣域網(wǎng)絡(luò)，把機械產(chǎn)品的采購信息、加工信息、運輸信息、質(zhì)檢信息等等記錄在讀寫器之中，并由中心服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。機械設(shè)計與制造的相關(guān)部門通過智能數(shù)據(jù)庫，可以了解機械產(chǎn)品的日產(chǎn)量、庫存狀況、物流狀態(tài)、服務(wù)信息等等。這樣可以促進部門之間的分工協(xié)調(diào)，提高機械設(shè)計與制造的效率。

2.4 虛擬化

此外，將自動化技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中，可以實現(xiàn)虛擬化。虛擬化技術(shù)在機械設(shè)計與制造中同樣必不可少，而且這一技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果。機械制造行業(yè)在應(yīng)用虛擬化技術(shù)之后，可以構(gòu)建3D立體模型，對機械產(chǎn)品進行仿真處理，通過虛擬設(shè)計制造可以確定實際的生產(chǎn)流程，提高產(chǎn)品設(shè)計制造的水平。在未應(yīng)用虛擬技術(shù)之前，很多機械設(shè)計制造企業(yè)會在實際制造過程中出現(xiàn)技術(shù)問題，但是在應(yīng)用虛擬技術(shù)之后，機械設(shè)計制造的精確度大大提升，企業(yè)承擔(dān)的損失相應(yīng)減小。機械設(shè)計與制造的虛擬化實現(xiàn)過程如圖4所示。在圖4中可以看出，技術(shù)人員需要應(yīng)用3D虛擬技術(shù)，根據(jù)產(chǎn)品類型建立仿真模型，然后在調(diào)整仿真模型的參數(shù)，達到優(yōu)化設(shè)計的目的。在模型設(shè)計完畢之后，技術(shù)人員可以將設(shè)計方法遷移到設(shè)計制造實踐之中，避免出現(xiàn)重大失誤問題。

2.5 數(shù)控應(yīng)用

另外，將自動化技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中，可以實現(xiàn)數(shù)控應(yīng)用。對于自動化技術(shù)來看，數(shù)控技術(shù)必不可少。數(shù)控技術(shù)以數(shù)據(jù)信息作為主體，與傳統(tǒng)的人工控制模式相比，數(shù)控技術(shù)具有明顯的應(yīng)用價值[6]。數(shù)控技術(shù)以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為基礎(chǔ)，可以實現(xiàn)對機械設(shè)計制造的自動化控制，突出自動化技術(shù)的有效性。值得注意的是，數(shù)控技術(shù)對操作人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)要求較高，因此機械設(shè)計制造行業(yè)應(yīng)該加大數(shù)控人才建設(shè)。

2.6 檢測自動化

最后，將自動化技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中，可以實現(xiàn)檢測自動化。所謂的檢測自動化，就是應(yīng)用自動檢測技術(shù)。自動檢測技術(shù)是自動化技術(shù)的重要內(nèi)容之一，以檢測器作為物質(zhì)基礎(chǔ)。在應(yīng)用自動檢測技術(shù)的過程中，需要對檢測器的數(shù)據(jù)進行分析，并把分析結(jié)果傳遞給決策部門。一般來說，機械設(shè)計和制造行業(yè)的自動檢測技術(shù)都會配備傳感器、數(shù)據(jù)處理器、信號轉(zhuǎn)換器，為了提高數(shù)據(jù)檢測的效率，也可以配備先進的信息處理系統(tǒng)。

3 未來自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用方向

3.1 更加注重綠色環(huán)保

首先，未來自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中，將更加注重綠色環(huán)保。我國的經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，對環(huán)境和資源造成了巨大的壓力。為了促進經(jīng)濟和社會的協(xié)調(diào)發(fā)展，我國提出了可持續(xù)發(fā)展的理念，制定了保護環(huán)境和節(jié)約資源的國策。隨著可持續(xù)發(fā)展的不斷推進，未來的自動化技術(shù)將更加注重綠色環(huán)保，在機械設(shè)計和制造中加強對生態(tài)環(huán)境的保護。

3.2 朝著微型化發(fā)展

其次，未來自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中，將朝著微型化發(fā)展。對工業(yè)革命成果進行分析，從原來的電動機、發(fā)電機、到如今的計算機，可以看出技術(shù)成果正在朝著微型化的方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷發(fā)展和“微時代”的到來，也預(yù)示了機械設(shè)計制造的未來發(fā)展趨勢。機械設(shè)計制造的傳統(tǒng)設(shè)備體積較大，不僅占用了大面積的土地資源，更加大了維護保養(yǎng)的成本。隨著技術(shù)的不斷更新，自動化技術(shù)必然會朝著微型化的發(fā)展[7]。

3.3 朝著柔性化發(fā)展

再次，未來自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中，將朝著柔性化發(fā)展。在新的市場經(jīng)濟體制之下，行業(yè)內(nèi)部的競爭日益激烈，為了提升企業(yè)的綜合競爭力，柔性管理應(yīng)運而生，柔性理念得到了社會的關(guān)注。將柔性理念應(yīng)用在機械設(shè)計與制造中，可以提高生產(chǎn)環(huán)節(jié)的應(yīng)變能力，和外部市場環(huán)境相適應(yīng)，因此未來自動化技術(shù)將朝著柔性化的方向發(fā)展。企業(yè)在機械設(shè)計制造中應(yīng)用自動化技術(shù)，可以提升整體實力。

4 結(jié)語

綜上所述，我國的社會主義市場經(jīng)濟持續(xù)繁榮，機械設(shè)計制造行業(yè)的競爭日趨激烈，為了在市場競爭中保持有利地位，機械設(shè)計制造企業(yè)必須擴大自動化技術(shù)的應(yīng)用范圍。

參考文獻

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（作者單位：太原理工大學(xué)）