新時期自動化技術在機械設計制造中的應用研究

孫瑞光

（山西鐵道職業(yè)技術學院 山西 太原 030013）

1 引言

21世紀以來，我國計算機科學技術飛速發(fā)展，控制論與信息論逐步完善，自動化及智能化設備大量普及，自動化智能控制的應用對各行各產的發(fā)展和國民的生產生活所發(fā)揮的作用也越來越重要。自動化技術通過計算機輔助工業(yè)設計制造，采用自動化儀器儀表實現(xiàn)智能控制，極大地滿足了工業(yè)連續(xù)生產過程自動化的需求，同時也在很大程度上提高了勞動生產率，促進了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和工業(yè)自動化的實現(xiàn)[1]。而對于機械設計制造行業(yè)企業(yè)而言，身處現(xiàn)代工業(yè)自動化發(fā)展的時期，合理應用自動化技術來革新生產工藝、改變生產模式、加強監(jiān)管檢測，是其提升制造精度、提高生產效率、降低生產成本的必由之路。然而，由于國內工業(yè)自動化發(fā)展較晚，機械自動化技術的研究與應用也較落后，自動化技術人才不足、相關配套設施缺乏、設備管理水平有限，導致自動化技術在機械設計制造中的應用推廣受限。基于此，本文通過探討自動化技術在機械設計制造中的應用優(yōu)勢及發(fā)展方向，分析當前觀察到的機械設計制造行業(yè)企業(yè)在自動化技術應用中存在的問題并給出了相關建議，旨在與本領域相關企業(yè)及行業(yè)專家實現(xiàn)溝通，為加快推動國內機械自動化發(fā)展提供支持。

2 機械自動化的概念與組成

2.1 機械自動化技術的含義

自動化技術是以計算機信息技術為支撐，通過融合機械、微電子、仿生學、傳感器等多學科的先進技術實現(xiàn)機器設備或機械裝備在無人或較少人員參與操作的情況下，可以按照生產需求在預先設定的程序或命令下能自動監(jiān)測生產過程，分析判斷實時狀況，并自行生產作業(yè)的現(xiàn)代化技術[2]。在機械設計制造行業(yè)領域，機械自動化技術即通過相關硬件設備和軟件程序使得機械設計及制造過程實現(xiàn)自動化控制的技術。

2.2 機械自動化系統(tǒng)的組成

機械設計制造行業(yè)領域對生產環(huán)節(jié)、產品精度等要求較高，機械自動化技術的應用在降本增效的同時，還需兼顧產品質量。目前，國內機械設計制造領域的自動化系統(tǒng)主要由操作系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信息處理及指令系統(tǒng)等五部分組成，其中操作系統(tǒng)具體執(zhí)行操縱控制生產作業(yè)過程；傳感系統(tǒng)監(jiān)控監(jiān)測自動化設備實時的運行狀態(tài)；通信傳輸系統(tǒng)接收相關信息并傳輸系統(tǒng)指令；信息處理系統(tǒng)分析處理接收的系統(tǒng)信息并形成應對的指令；指令系統(tǒng)則與信息傳輸系統(tǒng)一并將指令下達到實施環(huán)節(jié)。在機械自動化設計制造中，上述各個系統(tǒng)只有相互協(xié)作，才能保障機械自動化控制系統(tǒng)的良好運行，實現(xiàn)應用自動化生產的目的[3]。

3 自動化技術在機械設計制造中的應用優(yōu)勢及發(fā)展方向

3.1 機械自動化的應用優(yōu)勢

傳統(tǒng)的機械設計制造生產模式需要較多人員參與產品模型建立及機器制造過程，生產效率較低，成本投入較高，且機械設計制造工序繁多、結構復雜，過度依賴人工的生產模式受人員操作水平影響以致產品質量不高，能源浪費也較嚴重。目前，自動化技術在機械設計制造領域的應用主要集中體現(xiàn)在數字控制技術、柔性化生產模式及自動檢測技術應用等幾方面，機械自動化的應用具有以下優(yōu)勢。

第一，提升制造精度，機械自動化設計制造生產流程中，工作人員只需規(guī)范運用生產線，由計算機系統(tǒng)自動控制生產過程并進行質量檢測，可以實現(xiàn)高精度生產，使得設計與制造質量大大提升；第二，提高生產效率，應用自動化技術打破了傳統(tǒng)機械設計制造工藝的束縛，消除了人工生產模式存在的限制，通過整合各個生產階段削減了冗余操作，使得生產流水線能高效快速運轉；第三，降低生產成本，機械自動化設計制造減少了人力資源的投入，提升了生產資料的利用率，同時通過自動監(jiān)測生產實時狀態(tài)也提高了機械設計制造過程的安全性能，減少了設備損壞和安全事故的風險，降本增效成效十分顯著[4]。

3.2 機械自動化的發(fā)展方向

機械設計制造作為國內工業(yè)制造行業(yè)的基礎，工業(yè)自動化發(fā)展推動了機械自動化的發(fā)展，數字控制技術的應用提升了生產效率和制造質量，柔性化生產模式的應用促進了生產多樣化和工藝多元化，自動檢測技術的應用降低了機械故障率和生產成本。近年來，隨著人工智能、物聯(lián)網、虛擬技術等高新技術的發(fā)展及其在機械設計制造領域的滲透，使得機械自動化向著智能化、集成化、虛擬化的方向發(fā)展已成為一種趨勢。

第一，智能化發(fā)展。人工智能是現(xiàn)代科技發(fā)展的重要方向之一，智能化與機械自動化技術的融合使得人類的思考方式能更好地貫穿于機械設計制造中，智能化的機械設計制造系統(tǒng)可以模仿人類的行為，可控性較強，且具備邏輯分析與推理判斷能力，也能根據客戶需求隨時調整生產過程，還有助于優(yōu)化生產工藝流程和機械運作效率。第二，集成化發(fā)展。集成技術是優(yōu)化現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)內部運行的技術之一，集成化與機械自動化技術的有機結合能夠將機械自動化軟件整合成一個完整系統(tǒng)，并將生產過程中的不合理因素重新排列組合，使得系統(tǒng)內部各個環(huán)節(jié)的協(xié)同性更強，每個生產環(huán)節(jié)運行得更為有序，同時也能滿足機械自動化生產全過程的監(jiān)控、管理和檢測，有利于資源利用率的提升和生產成本控制。第三，虛擬化發(fā)展。虛擬技術是基于計算機技術進行仿真或建模的一種熱門技術，虛擬技術應用于機械設計制造中可以建立機械制造的虛擬終端系統(tǒng)，提出生產中可能會遇到的問題，通過相應的模擬實驗來尋求解決方案；也可以對構造復雜的機械產品進行3D建模，在模型上標注好相應的參數，并預測生產環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的情況，通過虛擬技術來降低研發(fā)和生產的風險，節(jié)省人力、物力，有效降低機械設計制造企業(yè)在研發(fā)環(huán)節(jié)的投入。

4 自動化技術在機械設計制造應用中存在的問題及應對策略

4.1 機械自動化應用存在的問題

從當前我國機械設計制造行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，自動化技術的應用主要存在以下三方面問題：第一，國內自動化技術興起不久，要在機械設計制造領域深入滲透尚缺乏相關技術和專業(yè)人才的支持，許多機械設計制造企業(yè)投入大量資金從發(fā)達國家引進技術，但大多數企業(yè)工人整體素質偏低難以適應自動化生產，這兩者都制約著機械自動化的發(fā)展。第二，國內機械自動化發(fā)展較為落后，大多數機械設計制造企業(yè)仍保留著傳統(tǒng)的制造設備，自動化控制的配套設施還不完善，也缺乏有利于機械自動化發(fā)展的環(huán)境，導致部分已經引進的機械自動化技術難以發(fā)揮應有的作用。第三，大多數中小機械設計制造企業(yè)的管理人員還沒有完全認識到新時期自動化技術應用的重要性，雖然引進自動化設備及技術，但管理人員重視程度不夠、專業(yè)知識缺乏，使得設備管理方面缺乏規(guī)章制度和指導規(guī)范，管理水平的低下也成為制約機械設計制造行業(yè)降本增效的重要因素。

4.2 機械自動化應用問題的對策

結合國內自動化技術與機械設計制造的融合情況及機械自動化的發(fā)展趨勢，針對自動化技術人才不足的問題，機械設計制造企業(yè)應重視企業(yè)內部人才的培養(yǎng)，在引進先進技術的同時，也要促進企業(yè)內部自動化技術應用的創(chuàng)新。各高等院校的機械工程專業(yè)也應結合新時期機械制造行業(yè)需求開設機械自動化方面的專業(yè)課程，為未來機械自動化發(fā)展培養(yǎng)人才。針對相關配套設施缺乏的問題，機械自動化行業(yè)協(xié)會應著力推動相關技術及軟件系統(tǒng)的研發(fā)，各中小機械制造企業(yè)要重視自動化技術的應用，投入資金更新機械自動化制造設備，完善機械自動化相關配套設施，為機械自動化發(fā)展營造良好的環(huán)境。針對設備管理水平有限的問題，機械制造企業(yè)在引進專業(yè)人才的同時，管理人員也要認識到自動化技術的價值及其在機械設計制造中應用的趨勢，在自動化設備管理方面健全完善規(guī)章制度和管理規(guī)范，以指導工作人員更好地使用維護設備，此外也可以在企業(yè)內部定期組織技術培訓，提升設備管理與操作人員的水平，推動機械設計制造行業(yè)整體水平的提升。