工業(yè)4.0背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的影響分析

金軍

摘 要：隨著德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略的大面積推廣和實(shí)施，全球范圍內(nèi)的工業(yè)發(fā)展都受到了一定程度的影響，并表現(xiàn)出新的發(fā)展特點(diǎn)和趨勢(shì)。本文筆者就針對(duì)工業(yè)4.0背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的影響進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0;機(jī)械設(shè)計(jì)制造;自動(dòng)化行業(yè);影響

中圖分類號(hào)：TH122;TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）03-0230-02

近些年，伴隨我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的不斷提升，機(jī)械制造及其自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭也越來(lái)越強(qiáng)勁，這對(duì)我國(guó)現(xiàn)代社會(huì)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展來(lái)說(shuō)起到了巨大的推動(dòng)作用?，F(xiàn)階段，我國(guó)的工業(yè)制造行業(yè)雖然在諸多方面都取得了極大的改善和提升，但隨著行業(yè)需求的越發(fā)多樣化，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展也提出了更多且更高的要求，因此，工業(yè)制造行業(yè)還需在今后的實(shí)踐中不斷提高自身的機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化發(fā)展水平。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的概述

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化實(shí)際上是一門(mén)綜合性、技術(shù)性的學(xué)科，其主要研究對(duì)象是各類機(jī)械設(shè)備和機(jī)電產(chǎn)品在整個(gè)設(shè)計(jì)制造流程中的管理問(wèn)題。機(jī)械被譽(yù)為工程之母，不管是何種類型、何種規(guī)模的工程項(xiàng)目，都必然涉及到機(jī)械人才的應(yīng)用。最近幾年，我國(guó)的大型工業(yè)企業(yè)開(kāi)始呈現(xiàn)出復(fù)蘇的趨勢(shì)，整個(gè)社會(huì)對(duì)優(yōu)秀智能制造人才的需求量也越來(lái)越大，這就為我國(guó)機(jī)械專業(yè)的優(yōu)秀畢業(yè)生提供了良好的就業(yè)機(jī)遇。相關(guān)部門(mén)通過(guò)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，我國(guó)近些年的高校機(jī)械類專業(yè)人才輸出量正逐漸增大，而且人才的總體質(zhì)量也有所提升，這對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)是大有好處的。與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)相比，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的突出特點(diǎn)是智能化與自動(dòng)化，其涉及到多種技術(shù)的融合利用，但這并不意味著機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是各種不同技術(shù)的簡(jiǎn)單疊加，而是在各類技術(shù)的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)功能的協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)揮。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況

對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)與制造行業(yè)來(lái)說(shuō)，由于受到互聯(lián)網(wǎng)大面積普及的影響以及人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等的不斷改進(jìn)與更新，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)悄然到來(lái)?？v觀國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家都開(kāi)始利用其先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化行業(yè)的平穩(wěn)高度發(fā)展。尤其是在歐洲，德國(guó)根據(jù)自身對(duì)機(jī)械行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，并參考當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀，明確提出了工業(yè)4.0的發(fā)展戰(zhàn)略，希望通過(guò)該戰(zhàn)略的實(shí)施來(lái)實(shí)現(xiàn)智能制造行業(yè)的跨越式、創(chuàng)新性發(fā)展。在當(dāng)前的時(shí)代背景下，我們應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的緊密結(jié)合，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件等與自動(dòng)化技術(shù)的交叉程度也進(jìn)一步提升，在此基礎(chǔ)上便出現(xiàn)了極具個(gè)性的、新型的智能化虛擬網(wǎng)絡(luò)體系，該網(wǎng)絡(luò)體系又被稱作“實(shí)體物理系統(tǒng)”。在美洲的一些國(guó)家，政府已經(jīng)提出了與機(jī)械行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)相符的新口號(hào)和新對(duì)策，如比較著名的“再工業(yè)化”、“能源互聯(lián)網(wǎng)”等，這些都在很大程度上促進(jìn)了當(dāng)?shù)毓I(yè)的高速發(fā)展。此外，美國(guó)還制定并實(shí)施了依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的各項(xiàng)計(jì)劃，例如《先進(jìn)制造業(yè)計(jì)劃》等。僅僅從亞洲地區(qū)來(lái)看，日本和韓國(guó)等經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始向歐美看齊了，并在實(shí)踐中取得了諸多成就，這些成就不單單表現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人方面，同時(shí)還涉及到諸多相關(guān)領(lǐng)域智能化水平的提升。就國(guó)內(nèi)而言，當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)明確提出了“中國(guó)制造2025”的發(fā)展規(guī)劃，這一規(guī)劃部署被外界稱作“中國(guó)版的工業(yè)4.0”由于德國(guó)所提出的工業(yè)4.0計(jì)劃與我國(guó)工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)基本吻合，因此，我國(guó)可適當(dāng)借鑒德國(guó)工業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，特別是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的相關(guān)成功經(jīng)驗(yàn)，從而促進(jìn)我國(guó)工業(yè)科學(xué)化、高效化發(fā)展。

3 工業(yè)4.0背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展特征分析

3.1 工業(yè)4.0時(shí)代，大數(shù)據(jù)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和各種先進(jìn)軟件是其主要推動(dòng)力

在實(shí)際開(kāi)展生產(chǎn)活動(dòng)的時(shí)候，機(jī)器人不但能有效適應(yīng)多樣化的生產(chǎn)需求，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的改進(jìn)和完善，降低人工勞動(dòng)的壓力，使生產(chǎn)速度和質(zhì)量得到有效提升。此外，在工業(yè)4.0的時(shí)代背景下，機(jī)器人的智能化水平將得到顯著提升，不管是機(jī)器人之間，還是機(jī)器人和人類之間，基本上能實(shí)現(xiàn)相互交流和溝通，不僅如此，機(jī)器人還能在短時(shí)間內(nèi)分析海量的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中可能面臨的各類問(wèn)題，以便在第一時(shí)間加以預(yù)防和解決。

3.2 工業(yè)4.0時(shí)代，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化是必備條件之一

所謂標(biāo)準(zhǔn)化，指的就是為了確保整個(gè)工作流程的協(xié)調(diào)性、統(tǒng)一性，實(shí)現(xiàn)工作效率和質(zhì)量的有效提升，而對(duì)作業(yè)模式、具體程序、時(shí)間與數(shù)量等進(jìn)行明確規(guī)定的過(guò)程。在工業(yè)4.0的時(shí)代背景下，標(biāo)準(zhǔn)化的作用已經(jīng)變得越發(fā)關(guān)鍵，并逐漸成為第四次工業(yè)革命成功與否的重要影響因素之一。

3.3 工業(yè)4.0時(shí)代，互聯(lián)是最突出的主題

“互聯(lián)”是工業(yè)4.0時(shí)代背景下永遠(yuǎn)不變的主題詞，其涉及面非常廣泛，幾乎包括所有供應(yīng)商、生產(chǎn)線、客戶及產(chǎn)品。工業(yè)4.0與當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是相符的，它將智能控制系統(tǒng)、嵌入式終端設(shè)備以及傳感器等相互聯(lián)結(jié)在一起，組成一個(gè)完整的智能化網(wǎng)絡(luò)體系，進(jìn)而使各類生產(chǎn)設(shè)備之間、產(chǎn)品和生產(chǎn)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)相互溝通。

4 工業(yè)4.0背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展的制約因素與發(fā)展對(duì)策

4.1 制約因素

由于我國(guó)工業(yè)起步比較晚，在技術(shù)積累上相對(duì)比較薄弱，新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展水平與國(guó)外相比仍存在比較明顯的差距，這就導(dǎo)致我國(guó)智能制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨一些技術(shù)和市場(chǎng)上的阻礙。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，面臨的主要制約因素如下：第一，關(guān)鍵的零部件主要依靠進(jìn)口，導(dǎo)致采購(gòu)成本大幅提升。以工業(yè)機(jī)器人為例，我國(guó)核心零部件的采購(gòu)成本已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國(guó)外相同類型機(jī)器人的售價(jià)，在高端機(jī)器人市場(chǎng)上完全沒(méi)有能力與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)。第二，軟件系統(tǒng)的發(fā)展水平偏低。一直以來(lái)我國(guó)都存在偏重于硬件研究而忽視軟件研發(fā)的問(wèn)題，這就導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展缺乏必要的軟件技術(shù)作為支撐。

4.2 發(fā)展對(duì)策

4.2.1 向工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)看齊，編制更具長(zhǎng)遠(yuǎn)性和可行性的發(fā)展戰(zhàn)略

產(chǎn)品工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，既是智能工廠建設(shè)的基本條件，同時(shí)也是促進(jìn)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化行業(yè)不斷向著德國(guó)工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)邁進(jìn)的關(guān)鍵一環(huán)。在生產(chǎn)制造工業(yè)產(chǎn)品的過(guò)程中，只有滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的要求，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品追溯和移植的目標(biāo)，進(jìn)而更加有效地掌控產(chǎn)品生產(chǎn)效率和質(zhì)量，不斷提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造的整體水平。所以，在德國(guó)工業(yè)4.0的影響下，我國(guó)必須始終堅(jiān)持規(guī)范化、科學(xué)化的基本準(zhǔn)則，將其作為方向指導(dǎo)，這樣才能推進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4.2.2 將工業(yè)4.0與自身發(fā)展實(shí)際相結(jié)合

現(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)等仍然在不斷更新和發(fā)展，只有對(duì)工業(yè)4.0予以更高的關(guān)注，并考慮到企業(yè)發(fā)展的實(shí)際狀況，才能始終保持正確的發(fā)展方向和步伐，探索出適合于自身的發(fā)展策略。與此同時(shí)，還必須時(shí)刻關(guān)注國(guó)家相關(guān)政策的更新，以便及時(shí)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、工作重心等進(jìn)行調(diào)整，從而在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)更為有利的地位。

4.2.3 加強(qiáng)對(duì)見(jiàn)效快、投資少的低成本自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展

當(dāng)前，低成本的自動(dòng)化技術(shù)具有比較廣闊的發(fā)展前景，其投資相對(duì)來(lái)說(shuō)較低，而且見(jiàn)效比較快，可實(shí)現(xiàn)事半功倍的效果，與現(xiàn)階段我國(guó)的基本國(guó)情完全契合，這就要求機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)朝著虛擬化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，伴隨網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的不斷改進(jìn)及其應(yīng)用范圍的普及化和大眾化，企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)也發(fā)生了根本性的變革，不管是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料選擇，還是零部件的制造、市場(chǎng)空間的拓展，這些都可實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨國(guó)界進(jìn)行。另外，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的高速發(fā)展也為產(chǎn)品的研發(fā)、信息的交流共享等提供了有力的技術(shù)環(huán)境。機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)將產(chǎn)品制造工藝的優(yōu)化、生產(chǎn)成本的降低及產(chǎn)品質(zhì)量的提升等作為基本目標(biāo)，全面開(kāi)展生產(chǎn)過(guò)程、供應(yīng)鏈以及組織管理等方面的建模與仿真工作，從而促進(jìn)企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)與合作兼顧的道路上不斷前進(jìn)。

5 工業(yè)4.0背景下機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)分析

5.1 數(shù)字化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段，不管是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)，還是工業(yè)制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，都處于高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，在這樣的背景下，只有加強(qiáng)技術(shù)之間融合，才能加快實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的目標(biāo)，從目前各類制造企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，其中有一些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化信息的有效傳播，此外，對(duì)于企業(yè)內(nèi)部的各部門(mén)來(lái)說(shuō)，彼此之間的協(xié)調(diào)與配合能力也顯著增強(qiáng)。借助數(shù)字化技術(shù)這一有力的支撐，對(duì)產(chǎn)品信息的收集手段變得越發(fā)多樣化，可利用的方式也要靈活得多，而且信息內(nèi)容比以前更加豐富、全面。另外，在實(shí)際開(kāi)展生產(chǎn)活動(dòng)的過(guò)程中，還逐漸實(shí)現(xiàn)了仿真化的目標(biāo)，使得產(chǎn)品生產(chǎn)流程得到簡(jiǎn)化，生產(chǎn)效率和質(zhì)量也顯著提升，進(jìn)而從整體上提升了企業(yè)運(yùn)作效益。

5.2 低耗能化的發(fā)展趨勢(shì)

伴隨現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提升以及工業(yè)革命的深入推進(jìn)，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的污染和破壞也進(jìn)一步加劇，此外，由于資源的大量消耗，導(dǎo)致我國(guó)面臨的資源緊缺問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，有的資源甚至面臨枯竭的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在工業(yè)4.0提出和諧化發(fā)展要求的背景下，相關(guān)企業(yè)在開(kāi)展工業(yè)活動(dòng)的時(shí)候，特別是在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化生產(chǎn)活動(dòng)的時(shí)候，必須提高對(duì)生態(tài)環(huán)保問(wèn)題的重視度，所以，在今后的前進(jìn)道路上，綠色環(huán)保、低耗能是基本發(fā)展趨勢(shì)。例如，在進(jìn)行機(jī)械制造的時(shí)候，應(yīng)盡量選擇新型環(huán)保材料，無(wú)論是材料的利用還是回收處理，都應(yīng)當(dāng)最大限度做到環(huán)保和低耗能。另外，在引入某種新的技術(shù)類型或者機(jī)械設(shè)計(jì)方法的時(shí)候，已不再僅僅關(guān)注其利用效率、價(jià)格等，而更加關(guān)注其節(jié)能環(huán)保性能，所以，生產(chǎn)過(guò)程低耗能的發(fā)展趨勢(shì)不僅與工業(yè)4.0時(shí)代的要求相契合，同時(shí)也是與當(dāng)前我國(guó)基本國(guó)情相適應(yīng)的。

5.3 虛擬化發(fā)展趨勢(shì)

所謂虛擬化，主要指的是計(jì)算機(jī)技術(shù)中對(duì)生產(chǎn)與設(shè)計(jì)的虛擬化演練，借助這一演練與分析過(guò)程，可發(fā)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題及其原因，這樣就能便于相關(guān)工作人員在實(shí)際操作的時(shí)候提前制定好預(yù)案，以免在問(wèn)題出現(xiàn)的時(shí)候手足無(wú)措，這是提高問(wèn)題解決效率的重要方式之一，不僅如此，通過(guò)提前編制預(yù)案，還能減少生產(chǎn)過(guò)程中各種資源的大量浪費(fèi)，使機(jī)械設(shè)計(jì)制造的質(zhì)量和效益得到有效保證。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，德國(guó)工業(yè)4.0所帶來(lái)的影響是非常深遠(yuǎn)的，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化行業(yè)要得到持續(xù)化、高效化發(fā)展，就必須順應(yīng)這一宏觀背景，找準(zhǔn)自身的定位和發(fā)展方向，制定與當(dāng)今時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)相符的戰(zhàn)略計(jì)劃，學(xué)會(huì)在放眼世界與反思自身中不斷前進(jìn)。

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