自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

（蘭州現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院（理工學(xué)院），甘肅 蘭州 730070）

近年來(lái)，我國(guó)的自動(dòng)化技術(shù)正不斷發(fā)展，其在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)合理化是重中之重，其不僅可以為機(jī)械設(shè)計(jì)指明方向，還可以提高機(jī)械制造生產(chǎn)的水平，使整體工作效率進(jìn)一步提升，由此可以看出，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可以促進(jìn)我國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，且可以使機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域不斷完善[1]。因此，應(yīng)不斷加強(qiáng)自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用，解決當(dāng)前應(yīng)用中存在的問(wèn)題，以此提高現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用效果，使自動(dòng)化技術(shù)發(fā)揮出其實(shí)際作用。

1 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的現(xiàn)狀

1.1 自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)

（1）復(fù)雜性：自動(dòng)化技術(shù)與多個(gè)領(lǐng)域有著重要的聯(lián)系，其不僅融合了多種現(xiàn)代化科學(xué)理論，還融合了各類先進(jìn)的技術(shù)。也正因?yàn)樽詣?dòng)化技術(shù)的內(nèi)涵豐富，才使其在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，且對(duì)各行各業(yè)都有著完美的適配性。

（2）發(fā)展性：由我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展可以看出，自動(dòng)化技術(shù)有著廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)如今，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展，終于邁進(jìn)了智能制造時(shí)代，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中將不斷完善，進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，使礦山機(jī)械設(shè)計(jì)更加符合用戶的需要，與當(dāng)前時(shí)代接軌。

（3）高效性：自動(dòng)化技術(shù)可以完善礦山機(jī)械自動(dòng)設(shè)計(jì)，且配合自控技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，在擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的基礎(chǔ)上降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可以使設(shè)計(jì)和生產(chǎn)更加穩(wěn)定，從而大幅度地提高工作效率，以自動(dòng)化技術(shù)代替人工使得資源的利用更加合理，節(jié)省大量人力資源。

1.2 自動(dòng)化技術(shù)的局限性

我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展較晚，許多技術(shù)與歐美等先進(jìn)國(guó)家有著較大差距，雖然現(xiàn)如今的發(fā)展較快，但仍然有部分技術(shù)尚未成熟。同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)雖然有著比人力更加敏捷的反應(yīng)，但自動(dòng)化技術(shù)不能像人力一樣根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，只能按照設(shè)定好的程序執(zhí)行，就當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用仍然需要人力支撐，且需要人力的不斷調(diào)整[2]。

自動(dòng)化技術(shù)的專業(yè)性較強(qiáng)，需要很多復(fù)雜的專業(yè)知識(shí)，所以在從業(yè)人員的選擇上必須嚴(yán)苛，要求從業(yè)人員的知識(shí)文化水平夠高，且需要經(jīng)過(guò)系統(tǒng)化培訓(xùn)，如此的工作人員才能夠從事這項(xiàng)工作?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)降臨，但是在我國(guó)仍有很大一部分地區(qū)仍然很落后，存在網(wǎng)絡(luò)信息滯后的情況，信息更新不及時(shí)、不通暢，就會(huì)使自動(dòng)化技術(shù)的覆蓋范圍不全面，從而導(dǎo)致自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展水平不均衡。

2 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的內(nèi)容分析

2.1 綜合各個(gè)學(xué)科的設(shè)計(jì)

由于機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程十分復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意要從多個(gè)學(xué)科的角度對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合性考慮。首先,需要從礦山機(jī)械整體的角度出發(fā)，運(yùn)用相應(yīng)的知識(shí)確定目標(biāo)函數(shù)，將整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)以板塊進(jìn)行區(qū)分，使函數(shù)變量得以優(yōu)化。其次，在板塊設(shè)計(jì)完成后，要根據(jù)其內(nèi)容將其從新連接，實(shí)現(xiàn)有機(jī)組合，使機(jī)械設(shè)計(jì)更加完善[3]。

2.2 遺傳算法的應(yīng)用

遺傳算法以單個(gè)計(jì)算點(diǎn)為基礎(chǔ)，優(yōu)化了機(jī)械設(shè)計(jì)的計(jì)算過(guò)程，使數(shù)據(jù)更加精確。遺傳算法的優(yōu)化可以同時(shí)操作計(jì)算過(guò)程中的多個(gè)計(jì)算點(diǎn)，將所有計(jì)算點(diǎn)作為一個(gè)整體，將結(jié)果優(yōu)化后使結(jié)果成為最優(yōu)解。例如，可以通過(guò)應(yīng)用遺傳算法將編碼策略應(yīng)用在模糊設(shè)計(jì)中，以此對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)壁進(jìn)行厚度優(yōu)化，在優(yōu)化中可以復(fù)制與變異遺傳操作，使模糊設(shè)計(jì)的應(yīng)用達(dá)到最優(yōu)化，以此提高機(jī)械設(shè)計(jì)的反應(yīng)速度。在實(shí)際的機(jī)械設(shè)計(jì)中，有大量遺傳算法的實(shí)際例子，由此可以看出遺傳算法在機(jī)械設(shè)計(jì)中有著良好的應(yīng)用效果。

3 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略

3.1 虛擬技術(shù)的應(yīng)用

虛擬技術(shù)可以從根本上提高機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，且虛擬技術(shù)的應(yīng)用可以為后期的生產(chǎn)提供保障，避免礦山機(jī)械生產(chǎn)出現(xiàn)不合格的產(chǎn)品，有效節(jié)約資源。但我國(guó)由于自動(dòng)化技術(shù)較發(fā)達(dá)國(guó)家落后，所以虛擬技術(shù)的應(yīng)用并為完善，且各個(gè)地區(qū)的應(yīng)用程度不高，仍然需要對(duì)此進(jìn)一步加強(qiáng)，以此提高虛擬技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。

3.2 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)較為明顯，其不僅可以精確控制各類設(shè)備，且可以為安全生產(chǎn)提供保障。具體來(lái)說(shuō)，數(shù)控技術(shù)可以提高機(jī)床的操控能力，使礦山機(jī)械零件設(shè)計(jì)進(jìn)一步完善，且可以提高零件設(shè)計(jì)時(shí)的精度，同時(shí)數(shù)控技術(shù)會(huì)減少人工的參與，因此會(huì)減少人為失誤的出現(xiàn)，使設(shè)計(jì)流程進(jìn)一步簡(jiǎn)化，以此提高生產(chǎn)質(zhì)量。除此之外，數(shù)控技術(shù)的還可以減少生產(chǎn)加工的時(shí)間，以此提高機(jī)械制造效率。

3.3 柔性化應(yīng)用

現(xiàn)如今我國(guó)對(duì)礦山機(jī)械產(chǎn)品的要求正不斷提高，而自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用則可以使礦山機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)一步完善。在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，礦山機(jī)械企業(yè)若想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須緊跟時(shí)代發(fā)展步伐，推動(dòng)現(xiàn)代化技術(shù)的創(chuàng)新和完善，加強(qiáng)與外部的交流，借鑒國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，引入先進(jìn)設(shè)備，以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)的柔性化應(yīng)用，推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展。

例如，機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化是我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用最為成功的領(lǐng)域之一，其主要研究方面是將現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行有效結(jié)合，使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)更加合理、數(shù)據(jù)更加精確。在通常情況下，一般的機(jī)械設(shè)計(jì)都是連續(xù)體結(jié)構(gòu)，將連續(xù)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解時(shí)非常復(fù)雜，對(duì)機(jī)械進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)較為困難。因此，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以根據(jù)離散設(shè)計(jì)變量來(lái)完成，并以離散設(shè)計(jì)變量?jī)?yōu)化的設(shè)計(jì)方法使結(jié)構(gòu)更加合理。

3.4 智能技術(shù)

智能技術(shù)一般由多種學(xué)科組成，其中包含物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)、傳感技術(shù)、信息技術(shù)、定位技術(shù)等，且應(yīng)用時(shí)的綜合性較強(qiáng)。但就目前情況來(lái)看，我國(guó)智能化技術(shù)以深入到人們的日常生活中，且在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中也被廣泛應(yīng)用，其不僅可以改善機(jī)械設(shè)計(jì)的工作環(huán)境，且可以降低機(jī)械設(shè)計(jì)的工作難度，進(jìn)而提高企業(yè)整體的質(zhì)量和效率。

在對(duì)一些生產(chǎn)難度比較高和精密度比較高的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的時(shí)候，需要合理應(yīng)用智能化技術(shù)，以此解決設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中存在的問(wèn)題。例如，在實(shí)際的機(jī)械設(shè)計(jì)中，可以首先對(duì)智能化技術(shù)進(jìn)行編程設(shè)定，要求相關(guān)的研發(fā)和設(shè)計(jì)人員對(duì)程序設(shè)定指令加強(qiáng)力度，以此替代傳統(tǒng)的人工操作，避免機(jī)械設(shè)計(jì)出現(xiàn)誤差。同時(shí)，智能技術(shù)的應(yīng)用可以進(jìn)一步提升機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化的智能化程度，在減少人力的基礎(chǔ)上提高經(jīng)濟(jì)效益。

4 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

可以將自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)劃分為三點(diǎn)，具體表現(xiàn)如下：

（1）產(chǎn)品質(zhì)量高成本壓力，這樣的情況為設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)符合當(dāng)前時(shí)代中的多種要求。

（3）設(shè)計(jì)的經(jīng)營(yíng)管理要以實(shí)際制造為基礎(chǔ)，完善結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.1 自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方案

首先，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域必須加大對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的關(guān)注程度，且需要對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用給予支持，從而加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用的自主創(chuàng)新。在此基礎(chǔ)上必須培養(yǎng)更多的優(yōu)秀人才，努力縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家間的技術(shù)差距，以技術(shù)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以經(jīng)濟(jì)發(fā)展造福百姓。同時(shí)，我國(guó)應(yīng)提高自動(dòng)化技術(shù)的普及程度，擴(kuò)大礦山機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的連接范圍，以此促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。其次，自動(dòng)化技術(shù)在應(yīng)用中需要改善礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的CPS系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域與自動(dòng)化技術(shù)的融合發(fā)展加強(qiáng)對(duì)CPS系統(tǒng)的理解，擴(kuò)大CPS系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，提高系統(tǒng)與企業(yè)需求的適配程度，努力找出系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，使其在企業(yè)的日常使用中更高效、更精準(zhǔn)、更安全。最后，要促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)與智能制造的融合，以此推動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，將自動(dòng)化技術(shù)充分地利用，例如3D打印技術(shù)、智能手臂技術(shù)、智慧系統(tǒng)等，將礦山機(jī)械設(shè)計(jì)信息與智能制造所帶來(lái)的技術(shù)相融合，使自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展具有更多的可能性。

4.2 自動(dòng)化技術(shù)的未來(lái)展望

自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的獨(dú)立形式已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變成了協(xié)作形式，因此應(yīng)將兩者進(jìn)行結(jié)合，挖掘設(shè)計(jì)人員的潛力，使設(shè)計(jì)人員對(duì)數(shù)字化工作更為重視。在我國(guó)機(jī)械化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的推動(dòng)下，現(xiàn)代機(jī)械制造的主要研究方向已經(jīng)基本全面，從設(shè)計(jì)方法學(xué)、到動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)學(xué)，使機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)不斷完善，以此提高促進(jìn)我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為未來(lái)我國(guó)礦山機(jī)械的設(shè)計(jì)與制作奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展，且在提高設(shè)計(jì)水平的基礎(chǔ)上降低了生產(chǎn)成本，但我國(guó)的自動(dòng)化技術(shù)尚未完善，因此需要不斷創(chuàng)新各類技術(shù)，將其合理應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展。