自動化技術在機械設計及制造領域的應用研究

摘要：自動化技術因其具有的先進性，在機械設計及制造領域得到廣泛應用，并創(chuàng)造了巨大的價值，對其進一步研究和優(yōu)化顯然有著重要意義?；诖?，本文以汽車制造行業(yè)為例，從多個角度詳細探討了自動化領域如何在機械設計制造中得以有效應用，并對其未來發(fā)展進行了展望。

關鍵詞：自動化;機械設計;機械制造

中圖分類號：TP3;TB4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0214-02

0 ?引言

近年來，隨著科學技術的不斷發(fā)展，機械領域已經(jīng)基本全面普及了自動化技術，這項技術的應用，使得機械相關的企業(yè)獲得了更高的經(jīng)濟效益。為此，作為企業(yè)而言，必須根據(jù)自身的實際情況，來對現(xiàn)有的機械設計制造自動化技術進一步研發(fā)和創(chuàng)新，確保企業(yè)能夠擁有更大的發(fā)展空間，進而不斷提高企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

1 ?自動化技術在機械設計及制造領域中應用的重要性

1.1 降低資源成本

在自動化技術普及之前，傳統(tǒng)的機械設計制造領域的粗放現(xiàn)象極為常見，造成大量資源的無端浪費，不僅不符合可持續(xù)發(fā)展理念，而且也造成企業(yè)成本居高不下，對于資源節(jié)約和企業(yè)發(fā)展都較為不利。而自動化技術的推廣應用則克服了這一問題，其不僅能夠提高機械設計和制造中的精確度，還能實現(xiàn)生產(chǎn)廢料的重新利用，有效降低了以往浪費程度高和成本高的問題[1]。

1.2 提高生產(chǎn)效率

隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今，各行各業(yè)對于機械設計與制造領域都有著越來越高的需求和要求，由此，在機械設計制造領域中應用自動化技術已成為大勢所趨[2]。自動化技術的應用，能夠顯著提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，從而提高企業(yè)在市場中的競爭力，推進企業(yè)更好發(fā)展。

1.3 推動產(chǎn)業(yè)結構升級

隨著自動化技術的不斷推廣應用，以往機械設計制造中大量采用人工操作的情況已不復存在，企業(yè)由勞動密集型向技術密集型的方向轉(zhuǎn)變，如今的機械設計制造領域的競爭點也相應轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g水平上的競爭。由此，機械領域開始著力提高設備的精密度。雖然這看似僅僅是一方面的技術在發(fā)展和升級，但實際上，這項技術的不斷發(fā)展，帶動了整個機械設計制造行業(yè)的產(chǎn)業(yè)優(yōu)化轉(zhuǎn)型和升級，在此基礎上，更多的技術壁壘也將在未來被逐個擊破。

2 ?自動化在機械設計及制造領域的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 制造工藝現(xiàn)狀

機械的制造工藝水平是機械產(chǎn)品品質(zhì)的根本保證，從目前來看，雖然自動化技術已經(jīng)在我國絕大多數(shù)機械制造企業(yè)當中得以普及，但各企業(yè)之間的普及程度卻參差不齊，一部分企業(yè)的自動化技術應用尚處于初級階段，在精細化和智能化上的發(fā)展還較為欠缺，相較于國內(nèi)外的一些先進企業(yè)而言，還有著明顯的差距。除此之外，這些企業(yè)在激光加工、復合加工和納米加工等方向也往往存在諸多不足之處，對于這些方面的技術仍需要進一步提升，在未來的相關研究中，這些也將成為重要的研究方向[3]。

2.2 自動化技術的現(xiàn)狀

目前，自動化技術已經(jīng)貫穿于機械設計和機械產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程，特別是在機械產(chǎn)品設計的環(huán)節(jié)當中，采用自動化技術，能夠為新產(chǎn)品的設計增添靈感，并能夠從不同的維度整理相關的設計信息，不斷推陳出新，滿足企業(yè)和用戶多方面的實際需求。

3 ?以汽車制造領域為例淺析自動化在機械設計制造中的應用發(fā)展

3.1 集成化應用

目前，機械設計與制造領域已經(jīng)與各種新技術實現(xiàn)了一定程度的融合，在這一背景之下，原有的自動化技術得以不斷提升，在汽車制造領域中，通過自動化技術的集成應用，有效突破了傳統(tǒng)汽車結構的局限性。目前，一部分汽車制造企業(yè)應用這方面的技術，已經(jīng)實現(xiàn)了集成生產(chǎn)的自主化制造系統(tǒng)，能夠更好滿足實際的生產(chǎn)需求，乃至部分客戶的個性化定制需求[4]。

3.2 智能化應用

在汽車領域的機械設計制造工作當中，自動化技術的智能化應用得到了較為明顯的體現(xiàn)。在自動化控制系統(tǒng)中，安全防護的技術水平得到了很大進步，汽車制造的流程得到了進一步的優(yōu)化，這是以往人工操作模式下所不具備的。具體來看，自動化技術應用的關鍵則體現(xiàn)在自動化系統(tǒng)、機械制造系統(tǒng)和人工智能三部分，機械設計制造及自動化中的智能化應用則主要用于將各種先進的信息技術融合到機械設計和制造的環(huán)節(jié)當中，使得生產(chǎn)流水線能夠按照預定好的程序來完成生產(chǎn)任務，在機械制造的過程中，通過智能化技術，能夠?qū)ιa(chǎn)流水線的情況進行實時的準確分析，并隨時進行調(diào)整。就目前而言，在國內(nèi)的機械設計制造領域，自動化技術已經(jīng)在一定程度上具有了智能化的特點，這顯著提高了機械產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。與此同時，智能化技術也能夠?qū)崟r監(jiān)控和協(xié)調(diào)生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，及時糾正生產(chǎn)過程中發(fā)生的錯誤，并針對不足之處進行改善，將可能出現(xiàn)的隱患及時清除。

3.3虛擬化應用

在過去的汽車機械部件設計中，通常需要先確認基本方案，而后再使用CAD進行圖紙的繪制，這一過程不但非常繁瑣，而且也很容易因微小的失誤導致功虧一簣。如果能夠?qū)⒆詣踊夹g有效應用其中，就可以進行汽車機械產(chǎn)品的虛擬化設計，避免以往設計工作中可能出現(xiàn)誤差的問題，從而縮短設計時間，提升產(chǎn)品質(zhì)量[5-6]。目前，在這一設計過程中，傳統(tǒng)的CAD技術與近年來新興的CAPP等計算機技術得到了有機結合，其利用計算機進行虛擬化和智能化的設計，實現(xiàn)了自動化的繪圖，如在繪圖過程中發(fā)現(xiàn)失誤，則會及時提醒設計人員修正，避免錯誤問題的累積，實現(xiàn)更為精確的設計圖紙。整體來看，使用該項技術后，其不僅能夠獲得更為精確的產(chǎn)品設計尺寸和設計質(zhì)量，還能有效降低汽車機械部件設計環(huán)節(jié)的成本開支，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3.4 與大數(shù)據(jù)技術結合應用

在大數(shù)據(jù)技術和云計算等一系列先進技術不斷發(fā)展的大背景之下，機械設計制造的自動化技術也開始與大數(shù)據(jù)技術之間進行結合應用。大數(shù)據(jù)技術的融入，顯著提高了機械設計制造及自動化技術中的數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析和處理等方面的能力，特別是在車用傳感器、儀表和網(wǎng)絡等方面，大數(shù)據(jù)分析技術的應用使得這些部件的智能化程度更高。目前新興的無人駕駛汽車就是一個典型的案例，無人駕駛汽車是在大數(shù)據(jù)、自動化技術和人工智能技術等基礎上發(fā)展起來的，其應用這些技術，將傳感器、監(jiān)控視頻和GPS定位技術等有機結合，通過大數(shù)據(jù)分析，合理規(guī)劃行進路線，達到無人駕駛的目的。

3.5 實際應用案例

目前，隨著電動汽車領域的發(fā)展，自動化技術在電動汽車的機械設計制造領域也得以廣泛應用。在電動汽車中，電機驅(qū)動系統(tǒng)是其最為核心的關鍵部件之一，其主要作用是將蓄電池的電能轉(zhuǎn)換為動能，來驅(qū)動汽車行進，同時，電機驅(qū)動系統(tǒng)也能將汽車制動時產(chǎn)生的能量重新轉(zhuǎn)換為電能傳輸給蓄電池，完成整個電氣部分的自動化控制任務。由此可見，在電機驅(qū)動系統(tǒng)的設計中，其復雜性較為突出，對其進行自動化控制也需要涵蓋大量的硬件模塊。具體來看，其包括油門踏板信號控制電路、電池電壓信息調(diào)理電路、電機電流信號電路、DSP電源電路、DSP通信電路、以及ROM晶振電路等。

除了硬件方面的設計之外，自動化控制還需要軟件方面的支撐，其控制軟件主要分為主程序、中斷程序和其他程序三部分，涵蓋了系統(tǒng)初始化、位置檢測、速度檢測、故障保護、換向調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速計算等多方面的內(nèi)容。

在整體的電動汽車電氣自動化控制系統(tǒng)中，主程序中“系統(tǒng)初始化”的作用在于對系統(tǒng)參數(shù)、中斷邏輯等內(nèi)容進行設置，同時，主程序需要與控制面板之間建立可靠的通信協(xié)議，確保能夠及時獲取電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等關鍵數(shù)據(jù)信息。中斷程序主要針對系統(tǒng)服務出現(xiàn)中斷故障后的具體情況進行收集和分析，為后續(xù)進行故障排除操作提供重要依據(jù)。其他程序模塊中，電機轉(zhuǎn)速測量是相對較為重要的環(huán)節(jié)。隨著電動汽車領域的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的燃油車輛將逐漸被取代，而這種電機在未來也就隨之得到更廣泛的發(fā)展。

3.6 未來發(fā)展趨勢

3.6.1 汽車機械設計及制造領域?qū)⒏鼮橹悄?/p>

隨著自動化技術在汽車機械設計及制造領域的不斷深入應用，汽車行業(yè)未來必將有著更高的智能化程度，汽車機械設計制造領域?qū)⒕哂懈叩募夹g含量，與此同時，用戶在操作車輛的過程中，也將更為簡便快捷。自動化技術在汽車機械設計及制造中的應用，能夠逐步顛覆傳統(tǒng)汽車制造領域中的思維定式，讓整體的汽車制造不斷朝向智能化的方向發(fā)展。當然，從目前來看，國內(nèi)仍有一部分汽車企業(yè)在智能化發(fā)展方面有所欠缺，在實際操作中，仍有相當一部分崗位需要人工操作。在這種情況之下，仍需要企業(yè)內(nèi)的技術人員積極創(chuàng)新，不斷加強最新技術在汽車制造中的應用。

3.6.2 未來的自動化技術將朝著高端方向發(fā)展

雖然當前的自動化技術在汽車機械設計與制造領域體現(xiàn)出諸多優(yōu)勢，但其帶來的一些弊端問題也在所難免。針對這種情況，對自動化技術進行改進則是有必要的，通過對自動化技術的不斷優(yōu)化改進，以往的問題將逐步得到解決，汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量也必將得到顯著提升。由此可見，未來自動化技術在汽車制造領域的應用，必將朝著更加高端的方向發(fā)展，從而推進汽車性能不斷提升，滿足公眾的更高需求。

3.6.3 由“線性自動化”轉(zhuǎn)向“模塊自動化”

目前，隨著環(huán)保理念在世界各國的不斷深入人心，新能源汽車行業(yè)不斷發(fā)展，而在新能源汽車當中，占比最高的莫過于電動汽車，其在很多國家的保有量都在不斷上升，隨著電動汽車的大量普及和傳統(tǒng)燃油車輛的逐漸減少，作為能源補充設施，加油站也將逐漸為充電樁所取代。預計，隨著自動化技術的不斷發(fā)展，未來的汽車設計中，將以模塊化設計為主要設計形式，而在能源補充上，也很可能會采取模塊化的能源替換形式，以解決現(xiàn)存的“充電焦慮”問題。由此可見，自動化技術也會隨之更具備靈活可調(diào)的性能，以滿足更高的發(fā)展需求。

4 ?結束語

總的來看，自動化領域在機械設計及制造領域中發(fā)揮著舉足輕重的作用，對于推動相關領域的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。為此，相關的企事業(yè)單位工作人員都應當對此給于足夠的重視，及時關注行業(yè)內(nèi)的最新前沿動態(tài)，對現(xiàn)有的技術不斷優(yōu)化創(chuàng)新，實現(xiàn)自身行業(yè)的更好發(fā)展。

參考文獻：

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作者簡介：馬洪德（1967-），男，黑龍江綏化人，機電系主任，高級工程師，本科，研究方向為機械制造設計及自動化。