淺談?dòng)?jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化中的應(yīng)用

張帆

摘要：隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化機(jī)械制造已經(jīng)在計(jì)算機(jī)自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域得到了很大的拓展。計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械制設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通信等先進(jìn)技術(shù)促動(dòng)機(jī)械制造領(lǐng)域向著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展邁進(jìn)。機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化應(yīng)用已經(jīng)成為新時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，在制造業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。本文對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造和自動(dòng)化計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行分析，期望能夠在未來(lái)看到機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化智能化水平登上更高的發(fā)展層次。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);制造自動(dòng)化;計(jì)算機(jī)

0? 引言

當(dāng)前科學(xué)技術(shù)與機(jī)械制造與自動(dòng)化技術(shù)相互融合，將多種學(xué)科中的復(fù)合型技術(shù)加以整合，形成綜合性的機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化學(xué)科。作為機(jī)械制造的核心內(nèi)容，自動(dòng)化在人們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮出巨大的作用，機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平不斷提升帶來(lái)了不斷擴(kuò)大的生產(chǎn)力的利用價(jià)值，使得工業(yè)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益得到了雙贏。

1? 機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化應(yīng)用現(xiàn)狀

機(jī)械自動(dòng)化是工業(yè)領(lǐng)域中的一個(gè)常見詞，企業(yè)通過(guò)自動(dòng)化來(lái)提高生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)成本。上世紀(jì)90年代，我國(guó)企業(yè)開始引用自動(dòng)化技術(shù)，但是在生產(chǎn)水平方面與國(guó)外存在著一定的差距。隨著技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)的制造業(yè)在數(shù)量和質(zhì)量上取得了很大進(jìn)步，但是自主產(chǎn)品較少、核心技術(shù)較為缺乏，一些關(guān)鍵零件依然要從國(guó)外進(jìn)口，因此在制造方業(yè)方面，我國(guó)是開始從機(jī)械制造半自動(dòng)化向自動(dòng)化慢慢實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型的受到技術(shù)水平的限制，工作效率的提升速度在前期較為緩慢，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)的生產(chǎn)流程逐漸的提升，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理企業(yè)逐漸完成了轉(zhuǎn)型，創(chuàng)新性人才的不斷涌現(xiàn)使得機(jī)械自動(dòng)化的便利性發(fā)揮了優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)條件逐步得到改善[1]。

我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)不斷進(jìn)步，相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家不斷縮短技術(shù)差距。但不容否認(rèn)的是我國(guó)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化方面起步較晚，很多技術(shù)曾經(jīng)處于不成熟的狀態(tài)，隨著更多的精力和資金的投入，技術(shù)人員經(jīng)過(guò)努力在機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化領(lǐng)域獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，歷經(jīng)數(shù)10年的不懈努力，我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)進(jìn)步。當(dāng)前在領(lǐng)應(yīng)用領(lǐng)域上，機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化獲得了很好的水平，但是問(wèn)題也是客觀存在的，例如自動(dòng)化技術(shù)水平依然需要提升，再例如在人才方面我國(guó)還缺乏機(jī)械設(shè)計(jì)制造和自動(dòng)化專業(yè)人才，技術(shù)力量的更迭存在斷層情況。一些創(chuàng)新能力強(qiáng)的人才在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域還沒(méi)有充分發(fā)揮出其才能。例如在柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)上，如以物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和數(shù)字加工技術(shù)設(shè)備協(xié)調(diào)為主的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)上還應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)整加以研究。

如今通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平提升后的自動(dòng)化設(shè)備在工業(yè)農(nóng)業(yè)制造業(yè)都已經(jīng)發(fā)揮出巨大作用，避免了很多不安全因素影響、控制住了成本。設(shè)備的調(diào)整和維修更加方便，在安全性能上工作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并進(jìn)行解決。

計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)發(fā)揮出核心作用，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的監(jiān)管由計(jì)算機(jī)完成多層次計(jì)算機(jī)監(jiān)管任務(wù)，多層計(jì)算機(jī)運(yùn)行將運(yùn)行狀況監(jiān)管數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞，生產(chǎn)行為進(jìn)行逐層調(diào)整，機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)機(jī)器人的形式予以了人為操作的替代，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的完全的自動(dòng)化操作。

2? 機(jī)械設(shè)計(jì)制造化計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

如今在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以做到設(shè)計(jì)階段自動(dòng)修正圖紙得到更精確的計(jì)算;制造階段提高了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。在設(shè)計(jì)人員的努力下計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠掌握機(jī)械設(shè)備的幾何設(shè)計(jì)情況，減少工程師的工作量和工作任務(wù)，在應(yīng)用中發(fā)揮出機(jī)械設(shè)計(jì)制造的巨大優(yōu)勢(shì)，降低了機(jī)械設(shè)計(jì)零件的復(fù)雜程度，提升了機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品生產(chǎn)的效率。例如傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)圖紙可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行修正和改進(jìn)。

①通過(guò)智能化技術(shù)的改進(jìn)之后，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了零部件電子化。一旦機(jī)械設(shè)備中某一個(gè)零件結(jié)構(gòu)或者位置需要調(diào)整，計(jì)算機(jī)技術(shù)則可以迅速的完成這項(xiàng)工作，提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造工作的整體效率，計(jì)算結(jié)果更加精確，而且可以將計(jì)算結(jié)果等信息資源加以海量保存，為機(jī)械設(shè)計(jì)制造提供參考依據(jù)，有效避免人為設(shè)計(jì)和計(jì)算中出現(xiàn)的誤差。例如在數(shù)控編程中的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)編程可以分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種形式，人工完成各個(gè)階段的編程處理之后，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助下，實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的更新，使得計(jì)算機(jī)語(yǔ)言得到數(shù)控轉(zhuǎn)化。在數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中，計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)中能夠保證二者之間的一致性，滿足數(shù)控編程的要求，自動(dòng)編程可以針對(duì)一些比較復(fù)雜的零件進(jìn)行人工結(jié)合，利用邊控語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的處理和編寫。

②在數(shù)控加工中的應(yīng)用，CAD、CAM軟件的應(yīng)用，使得加工速度不斷提升，設(shè)計(jì)水平不斷提高，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械和零件質(zhì)量以及體積方面的計(jì)算。模具CAD、CAM軟件集成應(yīng)用，對(duì)復(fù)雜模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)零件和機(jī)械的模型，繪制出計(jì)算機(jī)中的相關(guān)的模擬裝配，并通過(guò)其他技術(shù)和工藝的結(jié)合，將整個(gè)加工過(guò)程進(jìn)行模擬完善，例如運(yùn)用制造路徑程序完成加工制造和數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行。

③在仿真技術(shù)應(yīng)用中計(jì)算機(jī)可視技術(shù)和計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)模擬環(huán)節(jié)的應(yīng)用。例如一個(gè)零件通過(guò)三維繪圖軟件建成之后，可以進(jìn)行澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排序系統(tǒng)的合理性運(yùn)行，利用計(jì)算機(jī)仿真軟件模擬運(yùn)行程序，在參數(shù)設(shè)計(jì)頁(yè)面將速度、界面參數(shù)以及澆注溫度加以模擬，并進(jìn)入網(wǎng)格劃分頁(yè)面，將產(chǎn)品特征適應(yīng)性等加以展示，建立出仿真模擬產(chǎn)品，能夠?qū)Ψ抡婺M產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性的論證，并指出缺陷指標(biāo)值，為操作人員提供觀察和分析的界面，及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，并經(jīng)過(guò)生產(chǎn)參數(shù)的規(guī)范和調(diào)整，保證產(chǎn)品制造的功能性和準(zhǔn)確性。

④在計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助功能下，利用二維制圖軟件制作CAD圖，已經(jīng)成為過(guò)去傳統(tǒng)的技術(shù)，結(jié)合具體的計(jì)算機(jī)軟件同步進(jìn)行三維設(shè)計(jì)是當(dāng)前的趨勢(shì)，在頁(yè)面設(shè)計(jì)上進(jìn)行功能表達(dá)，為機(jī)械設(shè)計(jì)提供便利，提高了制圖效率，使得設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更加清晰，這些軟件能夠幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行分析和優(yōu)化，通過(guò)二維、三維之間的轉(zhuǎn)換，提高技術(shù)人員對(duì)產(chǎn)品的整體把控。對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品的尺寸和技術(shù)要求是重要的，設(shè)計(jì)參數(shù)在數(shù)據(jù)不變的情況下，不會(huì)影響其他結(jié)構(gòu)的完整性，而且可以快速地標(biāo)明產(chǎn)品的尺寸，通過(guò)文字輸入的方式在頁(yè)面內(nèi)進(jìn)行標(biāo)明，并通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的標(biāo)來(lái)說(shuō)明不同部件和結(jié)構(gòu)的名稱，讓審圖者一目了然。

3? 機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

①前述柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用，例如在物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)字加工技術(shù)的應(yīng)用，可以協(xié)調(diào)各個(gè)加工生產(chǎn)對(duì)象，使得控制系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)的幫助下，完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的監(jiān)管，動(dòng)態(tài)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，不同計(jì)算機(jī)對(duì)不同生產(chǎn)層級(jí)進(jìn)行監(jiān)管，按照計(jì)算機(jī)運(yùn)行的指令進(jìn)行監(jiān)管、數(shù)據(jù)的傳遞，生產(chǎn)行為進(jìn)行逐層調(diào)整，并逐步發(fā)布。計(jì)算機(jī)在儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用，以工業(yè)機(jī)器人的形式完成對(duì)信息系統(tǒng)操控的功能[2]。以并聯(lián)機(jī)器人為例，并聯(lián)機(jī)器人其結(jié)構(gòu)是一個(gè)并列方式的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，擁有機(jī)構(gòu)的最大自由度，兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈條連接末端執(zhí)行器組成并聯(lián)機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)器人可以廣泛應(yīng)用于汽車噴涂、飛行器制造等，其擁有固定基座和獨(dú)立運(yùn)作的運(yùn)動(dòng)鏈，能夠進(jìn)行自由度的提升。并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中負(fù)載能力較小，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷小，機(jī)構(gòu)即便是較為復(fù)雜，但應(yīng)用依然十分靈活。上世紀(jì)70年代國(guó)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了機(jī)器人手臂的研發(fā)，當(dāng)前并聯(lián)機(jī)器人在世界上屬于運(yùn)行速度最快的機(jī)器人，可以通過(guò)高級(jí)算法進(jìn)行控制，擁有靈活的機(jī)械臂，再大的工作范圍內(nèi)也可以保持平穩(wěn)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高速工作。通過(guò)裝配、加工、包裝和其他制造領(lǐng)域的應(yīng)用，并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)行減少了工作時(shí)間周期，可以從運(yùn)送、零部件夾取到產(chǎn)品的裝配、自動(dòng)化存儲(chǔ)等完成全過(guò)程制造。機(jī)器人其結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力較強(qiáng)，不需要很大的工作空間，幾乎是零誤差，運(yùn)動(dòng)的空間，無(wú)論是重量輕重都可以接近設(shè)計(jì)要求，完美的完成產(chǎn)品制造。例如在飛行模擬器的運(yùn)動(dòng)模擬器上，作為飛行員必備的訓(xùn)練工具，工業(yè)機(jī)器人在智能化運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮出自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

②計(jì)算機(jī)綜合制造系統(tǒng)屬于集成制造系統(tǒng)。當(dāng)前集成制造系統(tǒng)能夠構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型，以全局的角度提升生產(chǎn)效率。信息分享平臺(tái)是指揮中心利用多個(gè)單項(xiàng)輔助技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，與現(xiàn)代材料相運(yùn)用電子信息的輔助作用下，新型的自動(dòng)化理論和管理理論被加以實(shí)現(xiàn)，機(jī)械生產(chǎn)控制由計(jì)算機(jī)和傳感器等設(shè)備完成，集成機(jī)械制造流程的根本反應(yīng)，在工程中強(qiáng)調(diào)的是生產(chǎn)需求方面對(duì)產(chǎn)品生命周期的考慮，盡量節(jié)約生產(chǎn)成本，將縮短制造周期，使得研發(fā)與設(shè)計(jì)維護(hù)等相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

③機(jī)械制造自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)。在計(jì)算機(jī)和傳感器的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品效率的提升，通過(guò)微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，保證信息技術(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性而為機(jī)械制造質(zhì)量基礎(chǔ)提供保障。

4? 機(jī)械制造設(shè)計(jì)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，隨著機(jī)械設(shè)計(jì)、制造化的發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)綜合制造系統(tǒng)以及各項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了體現(xiàn)，人們認(rèn)識(shí)到了機(jī)械設(shè)計(jì)制造、自動(dòng)化的發(fā)展作用，同時(shí)也為其發(fā)展創(chuàng)造了條件。

①大部分機(jī)械設(shè)計(jì)制造已經(jīng)離開了設(shè)計(jì)制造的初級(jí)階段，將生產(chǎn)管理加以結(jié)合，伴隨工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步，將機(jī)械設(shè)計(jì)制造生產(chǎn)融合在一起實(shí)現(xiàn)高度集成化運(yùn)行。

②機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展目標(biāo)，智能化是機(jī)械設(shè)計(jì)制造的發(fā)展趨勢(shì)，智能化將進(jìn)一步的節(jié)約人力，運(yùn)用機(jī)器人形式來(lái)保證安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)失誤率。同時(shí)利用智能化的技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和環(huán)境保護(hù)，達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)與良好環(huán)境的和諧共存。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)將以節(jié)能材料為主要材料，最大程度的減少污染物排放，將可能利用能源加以重復(fù)利用。

③多元化的機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化技術(shù)融合在一起，使得現(xiàn)在高新技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，利用更多、更高的科技技術(shù)來(lái)發(fā)展工業(yè)，以滿足社會(huì)發(fā)展需求。

5? 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域已經(jīng)在轉(zhuǎn)型之路上，不斷的大幅度邁進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，在戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)上發(fā)揮出巨大作用。生產(chǎn)成本不斷被降低，自動(dòng)化技術(shù)不斷的應(yīng)用，生產(chǎn)效率得到提升，使得企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中能夠立于不敗之地。隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)落后現(xiàn)狀的改善，我國(guó)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展與建設(shè)將伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)同步前進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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