淺析機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的特點(diǎn)、趨勢和發(fā)展前景

張軒銘 宋瀟 李新科 任新宇 路澤明

【摘要】 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化在當(dāng)今有著重要的作用，已逐漸成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中新興的高技術(shù)應(yīng)用，本文主要針對機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)特點(diǎn)以及發(fā)展展開深入探討，淺析其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢以及發(fā)展趨勢，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化;特點(diǎn);趨勢;發(fā)展前景

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.01.020

Abstract： Mechanical design and manufacturing and its automation play an important role in today's modern mechanical design and manufacturing industry has gradually become a new high-tech application. This paper mainly discusses the characteristics and development of mechanical design and manufacturing and automation technology，analyzes its unique technical advantages and development trend，for reference only.

Key words： mechanical design and manufacturing and its automation;characteristics;trend;development prospects

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化概念

1.1 含義

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是將設(shè)計(jì)輸出的指令和信息輸入機(jī)械設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)，加工出符合設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品的工程。在設(shè)計(jì)和制造過程中，它更凝聚了經(jīng)驗(yàn)和技藝的總結(jié)，比任何時(shí)候都與各門學(xué)科緊密相連，最終成為最新的技術(shù)和成就。而先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)結(jié)合自動(dòng)化一體，在不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料等現(xiàn)代化最新的研究成果，將其綜合應(yīng)用于制造的過程，從而可以實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)、快捷、沒有污染的制造技術(shù)。

1.2 發(fā)展歷程

機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展可分為古代、近代、現(xiàn)代三個(gè)階段。古代的機(jī)械設(shè)計(jì)多處于啟蒙階段，近代的機(jī)械設(shè)計(jì)處于發(fā)展階段，現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)處于蓬勃發(fā)展階段。近代機(jī)械設(shè)計(jì)，大概可從工業(yè)革命其到計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以前，機(jī)械設(shè)計(jì)大多考慮運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)等較為完整的分析和設(shè)計(jì)方法，主要是一些較為死板、機(jī)械的設(shè)計(jì)方案。

第二次世界大戰(zhàn)以后，尤其是計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的不斷滲入，使得現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)具有自動(dòng)化程度，這一時(shí)期機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)活得了空前進(jìn)展，其學(xué)科體系和主要內(nèi)容也基本明確，核心技術(shù)主要分為三個(gè)方面：更加注重產(chǎn)品功能性，功能是機(jī)械設(shè)計(jì)的核心目標(biāo);更加注重"人機(jī)"使用特點(diǎn)，"人機(jī)"是機(jī)械設(shè)計(jì)的核心理念;更加注重產(chǎn)品的自動(dòng)化程度，自動(dòng)化程度的不斷提升是機(jī)械設(shè)計(jì)的核心任務(wù)。

1.3 我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的現(xiàn)狀

在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)與現(xiàn)代科技飛速發(fā)展的情況下，機(jī)械設(shè)計(jì)制造得到了迅猛發(fā)展，并逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化，為我國社會(huì)的生產(chǎn)力發(fā)展發(fā)揮了極大的促進(jìn)作用。

優(yōu)勢越來越明顯。針對性編程，從而達(dá)到精準(zhǔn)控制生產(chǎn)數(shù)量與種類;精準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，有效降低人工控制在生產(chǎn)中不可避免的失誤問題，能夠及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)并處理系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題;確保機(jī)器在生產(chǎn)過程中始終保持最佳的工作水平，有利于提高生產(chǎn)進(jìn)度，保證生產(chǎn)需求;降低人為因素對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的影響，同時(shí)也能夠有效節(jié)約生產(chǎn)過程中的人力、物力資源，有利于保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，該技術(shù)可以被應(yīng)用于節(jié)水、施肥等方面。在集成虛擬技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用能夠提高對電子設(shè)備的控制效果，實(shí)現(xiàn)借助機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、功率電路的集成能夠有效避免元件數(shù)量過大帶來的問題，同時(shí)也能夠有效避免控制電路方面的問題，提高集成效果。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的特點(diǎn)

2.1 高效性

相較于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化結(jié)合了諸多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，智能化大大提高，從而擁有更高的工作效率，能夠達(dá)到人工遠(yuǎn)達(dá)不到的標(biāo)準(zhǔn)。也由于其智能化和自動(dòng)化，在制造時(shí)可以投入更少的人力，可以充分利用現(xiàn)有人力資源結(jié)合自動(dòng)化機(jī)械展現(xiàn)更高的制造效率，保證高質(zhì)量的同時(shí)又保證了生產(chǎn)效率，無疑提升了自身市場競爭力，對企業(yè)或工廠的發(fā)展有極大好處。機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化的科學(xué)化自動(dòng)化特點(diǎn)使得生產(chǎn)流程一體化、條理化，節(jié)省大量時(shí)間。

2.2 安全性

傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)的生產(chǎn)工作中，往往是人工生產(chǎn)制造占主體。一旦工人操作出現(xiàn)問題，不僅產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量會(huì)受到影響，而且有可能導(dǎo)致人員傷亡，后果難以挽回，所以說這種情況下的加工制造有著相當(dāng)大的安全隱患。自動(dòng)化、智能化條件下的機(jī)械設(shè)計(jì)制造有效減少了生產(chǎn)過程中人與工件或機(jī)床內(nèi)部的接觸，安全隱患大大下降。解放勞動(dòng)力資源，改變傳統(tǒng)操作模式，生產(chǎn)從一線操作變?yōu)檫h(yuǎn)程監(jiān)控操作，減少了工人的工作量從而降低工人的疲憊感，能夠更加集中精力于加工過程，出現(xiàn)失誤的概率有效降低，也使得工人能夠遠(yuǎn)離安全事故。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展趨勢

在智能化需求、自動(dòng)化需求日益突出的現(xiàn)代社會(huì)中，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化擁有廣闊的發(fā)展前景。但隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，人們的需求也會(huì)有所變化，對機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的要求也會(huì)更高，因此，未來機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化將會(huì)朝著機(jī)電一體化以及更智能、更先進(jìn)、更多元、更集成、更節(jié)能等方面發(fā)展。

3.1 多元集成化

在未來的發(fā)展過程中，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化將會(huì)融合更多的先進(jìn)技術(shù)與學(xué)科知識，實(shí)現(xiàn)技術(shù)內(nèi)容的不斷擴(kuò)張，為人們的生產(chǎn)與生活提供更多樣化的幫助，集成化是其最為顯著的發(fā)展趨勢之一。其中，基于機(jī)械設(shè)計(jì)制造生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)充，更加面向市場的生產(chǎn)模式將會(huì)直接促使生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量的有效提高，借此不僅能夠?qū)鴥?nèi)機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)起到實(shí)質(zhì)性的經(jīng)濟(jì)效益提升幫助，同時(shí)也能帶動(dòng)整個(gè)國內(nèi)機(jī)械市場的進(jìn)一步繁榮。

3.2 網(wǎng)絡(luò)信息化

基于信息管理技術(shù)的不斷推廣，機(jī)械設(shè)計(jì)制造工作中應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域的標(biāo)志性舉措。在此背景下，由遠(yuǎn)程操控主導(dǎo)、由傳感技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)控制的機(jī)械設(shè)計(jì)制造模式將會(huì)更加貼合未來機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)要求，借此不僅可以大大降低企業(yè)機(jī)械生產(chǎn)的人工成本。

3.3 智能虛擬化

隨著 VR 技術(shù)、AI 技術(shù)的發(fā)展，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的未來發(fā)展中，也必然會(huì)在一定程度上運(yùn)用到這些虛擬技術(shù)，為生產(chǎn)提供更全能的服務(wù)。例如，設(shè)計(jì)人員能夠通過虛擬設(shè)計(jì)提高設(shè)計(jì)效率，能夠更加具體地為人們闡述設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)成果，提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

4 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展前景

4.1 優(yōu)勢一：高效率，保質(zhì)量

在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，哪怕一個(gè)小小的錯(cuò)誤，都將會(huì)給后續(xù)的環(huán)節(jié)帶來一系列的問題，甚至?xí)枰匦逻M(jìn)行生產(chǎn)，造成極大資源浪費(fèi)。而機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，將生產(chǎn)制造進(jìn)行調(diào)整規(guī)范，將生產(chǎn)信息進(jìn)行整理調(diào)配，減少或優(yōu)化人工操作流程，避免因人工失誤造成的生產(chǎn)隱患，減低人為操控對產(chǎn)品的影響，大幅度提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

4.2 優(yōu)勢二：既穩(wěn)定，又可靠

機(jī)械設(shè)計(jì)制造能將全部生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)控調(diào)整，定期進(jìn)行故障檢測，通過高效率的自檢手段進(jìn)行排查、修復(fù)，并將檢查相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，依據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備改進(jìn)。針對容易磨損、老化的零件除定期自檢掃描外，可以實(shí)施相應(yīng)報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)提醒人們更換或維修，提高對設(shè)備的保護(hù)，減少人工操作失誤帶來的安全隱患，有利于提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，極大程度減少事故發(fā)生。

4.3 優(yōu)勢三：易操作，應(yīng)用廣

在生產(chǎn)生活中，通過人工智能等相關(guān)自動(dòng)化技術(shù)程序，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)生活中各類信息采集與控制。借助相關(guān)智能設(shè)備，以建模、仿真、信息整合、一鍵控制等將機(jī)械設(shè)備中的人為操作進(jìn)行模板化、程序化，對生產(chǎn)環(huán)節(jié)及各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)層層嚴(yán)選把關(guān)，對生產(chǎn)出現(xiàn)的相關(guān)信息或問題精準(zhǔn)定位，包括空氣溫度、濕度等環(huán)境質(zhì)量，材料溫度、密度、加工時(shí)間等，將不合格產(chǎn)品進(jìn)行篩選總結(jié)，信息整理后通過大數(shù)據(jù)等方式進(jìn)行處理，分析生產(chǎn)環(huán)節(jié)或設(shè)備中的缺陷，進(jìn)行統(tǒng)一修復(fù)。除此之外，通過技術(shù)融合，可以將精度要求高、復(fù)雜的設(shè)備進(jìn)行加工制造或?qū)鹘y(tǒng)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)不同需求來實(shí)現(xiàn)分層個(gè)性化設(shè)計(jì)，來使得設(shè)備在不同應(yīng)用場景的需要，使得設(shè)備設(shè)計(jì)更加靈活多樣，有效提升企業(yè)在市場中的競爭力，更加符合各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)需要，用途更為廣泛。

5 總結(jié)

總結(jié)：制造業(yè)時(shí)國民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國之本、興國之器、強(qiáng)國之基，隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，國家越來越重視實(shí)體經(jīng)濟(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化作為制造業(yè)最重要技術(shù)之一，在各行各業(yè)有著廣泛應(yīng)用，加上各類新興技術(shù)的加持，機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化任重道遠(yuǎn)。

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【作者簡介】

張軒銘（2000-）男，山東理工大學(xué)本科在讀，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。