我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展方向探析

胡琴

摘要：日新月異的科學(xué)技術(shù)帶動(dòng)著生產(chǎn)生活各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，其中機(jī)械制造領(lǐng)域在科學(xué)技術(shù)更迭的基礎(chǔ)上發(fā)生了多次行業(yè)變革。特別是互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的興起，極大程度地改變了機(jī)械設(shè)計(jì)制造模式。智能制造、自動(dòng)化生產(chǎn)模式的應(yīng)用不僅解放了人力，還大幅提升了設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化成為當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)領(lǐng)域中的重要一環(huán)，本文以機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化為研究對象，詳細(xì)分析該學(xué)科技術(shù)的特征屬性和獨(dú)有優(yōu)勢，總結(jié)應(yīng)用規(guī)律，以此為基礎(chǔ)探究其未來發(fā)展方向和趨勢，旨在促進(jìn)機(jī)械制造行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化;應(yīng)用特征;發(fā)展方向

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提升，對現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量提出了更高的要求，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化。機(jī)械自動(dòng)化是跨學(xué)科的綜合性新興技術(shù)，其原理是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、電氣技術(shù)、測控技術(shù)等眾多學(xué)科，借助自動(dòng)控制系統(tǒng)完成對機(jī)械設(shè)備和部件的精確控制。機(jī)械自動(dòng)化相比傳統(tǒng)制造模式，不僅提升了制造質(zhì)量同一性，還大幅提升了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力，與社會(huì)經(jīng)濟(jì)對現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求相匹配，是推動(dòng)現(xiàn)代工業(yè)快速進(jìn)步和發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。歷經(jīng)多年發(fā)展，機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展趨于成熟，僅在部分問題上存在一定不足，幾年隨人工智能等技術(shù)的出現(xiàn)，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)又迎來嶄新的發(fā)展和應(yīng)用。

一、我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化特性

（一）系統(tǒng)性

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化在不斷發(fā)展中形成完備的工程體系，在體系框架下獲得長足發(fā)展，不斷更新迭代相關(guān)技術(shù)。例如，包括信息技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)等時(shí)下研發(fā)應(yīng)用熱點(diǎn)，作為輔助控制環(huán)節(jié)在系統(tǒng)內(nèi)保障其運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)得到檢驗(yàn)和發(fā)展，高新技術(shù)的應(yīng)用也展現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化當(dāng)下發(fā)展水平。系統(tǒng)內(nèi)機(jī)械原型設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)備制造及工藝加工等多個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)用進(jìn)程中，眾多技術(shù)價(jià)值得到充分展現(xiàn)，促進(jìn)了技術(shù)組織管理體系的完善。

（二）綜合性

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化最顯著的特性是綜合性，縱觀其發(fā)展歷程可見，其不但涉及工業(yè)產(chǎn)品的多學(xué)科設(shè)計(jì)與制造體系，而且會(huì)涉及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與行業(yè)競爭等問題。例如，發(fā)展迅猛、應(yīng)用廣泛的機(jī)械制造及其自動(dòng)化項(xiàng)目，必然被用于與相關(guān)企業(yè)的近似項(xiàng)目以優(yōu)勝劣汰的準(zhǔn)則相比較，改變現(xiàn)存行業(yè)體系。當(dāng)然這樣的正向?qū)Ρ壤笥诒祝兄诔浞职l(fā)揮機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的價(jià)值，還能促進(jìn)國家科技進(jìn)步和綜合國力提升。另外，綜合性還促進(jìn)了其他領(lǐng)域和所涉及學(xué)科的發(fā)展，在追求效益和進(jìn)步的過程中，不斷優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)和工業(yè)制造體系。

（三）科學(xué)性

機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)是由多類學(xué)科、多種技術(shù)有機(jī)結(jié)合而成的，各個(gè)環(huán)節(jié)科學(xué)聯(lián)通、協(xié)同作用。一項(xiàng)技術(shù)的投入應(yīng)用都需要經(jīng)過科學(xué)設(shè)計(jì)后與現(xiàn)有體系相匹配，滿足規(guī)范合理性技術(shù)要求，才能對系統(tǒng)提升具備有益效果，增進(jìn)機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)使用價(jià)值和生產(chǎn)效能，拓展機(jī)械行業(yè)發(fā)展空間。

（四）智能性

智能性是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化另一重要特性，當(dāng)前智能性逐漸滲透至眾多領(lǐng)域。人工智能和智能制造的引入促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，整合人工智能技術(shù)在機(jī)械制造中能夠充分發(fā)揮機(jī)械優(yōu)勢并提升制造效率。多類學(xué)科的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)基礎(chǔ)在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域智能結(jié)合，優(yōu)化了機(jī)械設(shè)計(jì)制造體系框架，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量和效率的大幅提升。

（五）前沿性

由于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是跨學(xué)科、包容性強(qiáng)的技術(shù)，新興技術(shù)往往能夠快速應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)，經(jīng)過改良組合，優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)某一特性，在提升生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，同時(shí)滿足時(shí)代流行的機(jī)械設(shè)計(jì)制造習(xí)慣。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的應(yīng)用優(yōu)勢

（一）保障生產(chǎn)過程安全

安全問題是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用進(jìn)程中所考慮的關(guān)鍵問題之一，涉及機(jī)械設(shè)備安全和人員安全及產(chǎn)品質(zhì)量安全。中國機(jī)械制造發(fā)展至今，機(jī)械設(shè)備操作相關(guān)事故頻發(fā)，造成了巨大的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。缺少先進(jìn)技術(shù)支撐的情況下，為保障機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)作，往往需要更多的人力干預(yù)生產(chǎn)制造過程，增加了安全預(yù)防難度和人身安全風(fēng)險(xiǎn)。但是在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中引入更多先進(jìn)技術(shù)，逐漸實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造自動(dòng)化，構(gòu)建完備系統(tǒng)性生產(chǎn)體系，優(yōu)化機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程，逐步降低設(shè)備運(yùn)行安全和人員安全威脅。當(dāng)前，部分機(jī)械制造系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，面對設(shè)備和人員突發(fā)安全事故能自動(dòng)鎖止，提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全。

（二）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)能發(fā)展

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)作，其本質(zhì)是生產(chǎn)資本的轉(zhuǎn)化過程，在原材料設(shè)計(jì)加工過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢料、廢氣，排污到周邊環(huán)境中易導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境失衡。具體的，工業(yè)廢水若不經(jīng)處理，將嚴(yán)重污染流經(jīng)產(chǎn)地的水流，破壞水質(zhì)。工業(yè)廢棄物不論是堆放還是掩埋，均會(huì)一定程度上污染土質(zhì)，影響農(nóng)作物或其他植被正常生長。鑒于此，對機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)提出了更高的優(yōu)化要求，自動(dòng)化程度高的機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程往往具備較高的原材料利用率和排污處理能力，有效減免資源浪費(fèi)，進(jìn)一步保護(hù)生產(chǎn)制造地的生態(tài)環(huán)境，符合生產(chǎn)節(jié)能的工業(yè)規(guī)律。

（三）有效提升生產(chǎn)效率

生產(chǎn)制造系統(tǒng)的自動(dòng)化程度是衡量機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用程度和發(fā)展水平的標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)生產(chǎn)制造模式嚴(yán)重依賴于人力判斷和操控，人工干預(yù)程度高，所輸出產(chǎn)品受人工選擇影響，不可避免的存在質(zhì)量同一性差的問題。應(yīng)用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)到工業(yè)生產(chǎn)中，可以憑借其自動(dòng)化監(jiān)測和控制技術(shù)，精確預(yù)測或處理生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，保障了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性、高效率及安全性。自動(dòng)化生產(chǎn)避免了人工選擇的誤差，能夠穩(wěn)定地以預(yù)先設(shè)置自動(dòng)化執(zhí)行生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)?；圃?，同時(shí)滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量要求和生產(chǎn)進(jìn)度規(guī)劃。

三、我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的發(fā)展方向分析

（一）機(jī)電一體化

機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化是電子通信技術(shù)和機(jī)械制造相結(jié)合的產(chǎn)物，電子信息通信設(shè)備的引入，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造監(jiān)測、反饋、預(yù)測、控制等功能，形成工業(yè)自動(dòng)化體系。當(dāng)下，機(jī)電一體化已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)中，在滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的前提下提升了生產(chǎn)效率，極大程度地壓縮了設(shè)計(jì)制造時(shí)間，增進(jìn)了生產(chǎn)效益，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造技術(shù)革新提供了上升空間。因此，機(jī)電一體化不但已經(jīng)在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中取得了顯著成績，還將是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化未來發(fā)展的主要趨勢。

（二）數(shù)字化方向

落后的工業(yè)設(shè)計(jì)制造模式往往依賴人工信息采集和計(jì)算設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)樣品需要經(jīng)歷繁雜實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，產(chǎn)品精度也難以把握。而借助數(shù)字化手段，能夠以數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的形式將制造需求和應(yīng)用情況有機(jī)結(jié)合起來，簡化了信息采集和實(shí)驗(yàn)測試流程。同時(shí)，數(shù)字化手段能夠以給定規(guī)則自主完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對制造系統(tǒng)和產(chǎn)品質(zhì)量的評估，保障了產(chǎn)品高精度制造。數(shù)字化還便于完成多制造設(shè)備和產(chǎn)品的綜合分析，分析報(bào)告是產(chǎn)品和制造技術(shù)進(jìn)一步革新的重要基礎(chǔ)。

（三）虛擬化

當(dāng)前，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造進(jìn)程中，工程圖仍是體現(xiàn)設(shè)計(jì)思想、指導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)的重要工具。設(shè)計(jì)人員在工程圖內(nèi)描述產(chǎn)品特點(diǎn)和產(chǎn)品功能，通過生產(chǎn)實(shí)踐不斷迭代直至滿足設(shè)計(jì)要求和生產(chǎn)能力才能正式投入量產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期冗長。即使在現(xiàn)存眾多計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)的支撐下，產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到投入生產(chǎn)也需要經(jīng)歷低效率的驗(yàn)證和監(jiān)測環(huán)節(jié)，不僅消耗大量人力和生產(chǎn)資源，還難以保障產(chǎn)品質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和不斷發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)到投入生產(chǎn)的過程有望實(shí)現(xiàn)虛擬化，借助監(jiān)測控制設(shè)備或其他計(jì)算手段，僅需要輸入少量邊界參數(shù)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，便能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)和產(chǎn)品虛擬驗(yàn)證環(huán)節(jié)。而現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)反饋于設(shè)計(jì)的迭代過程也能虛擬地在自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)內(nèi)自主完成，有效提升設(shè)計(jì)驗(yàn)證和設(shè)計(jì)變現(xiàn)效率，節(jié)約時(shí)間和資源成本。

（四）產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化、微型化發(fā)展

互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)已經(jīng)滲透到眾多社會(huì)生活生產(chǎn)活動(dòng)中，帶來了翻天覆地的變化。在這樣的時(shí)代背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)也需緊跟潮流，在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)不斷引入互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，在經(jīng)濟(jì)全球化的環(huán)境下，提升國家工業(yè)核心競爭力。產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化不僅代表著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，也表現(xiàn)為產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)、銷售流通的國際化。同時(shí)，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，允許集成多重功能于一身，微納米技術(shù)的進(jìn)步帶動(dòng)著機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品向微型化方向發(fā)展。

（五）環(huán)?；?/p>

過去為滿足人們生活需求的增長，大肆發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，過渡追求生產(chǎn)效率，隨之而來的是生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重威脅，甚至威脅人類生命財(cái)產(chǎn)安全，對人們的生活質(zhì)量帶來負(fù)面影響。鑒于此，要求機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化未來要朝著低污染、無污染方向發(fā)展?；跓o污染生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造各環(huán)節(jié)的材料利用情況和污染物凈化處理能力，嚴(yán)格控制工業(yè)生產(chǎn)過程中對生態(tài)環(huán)境的影響，進(jìn)一步改善人們生產(chǎn)生活的環(huán)境。

四、結(jié)語

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)是優(yōu)化當(dāng)前工業(yè)體系、提升生產(chǎn)效率的重要基礎(chǔ)。在互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)的推動(dòng)下，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平不斷提升，為進(jìn)一步提升工業(yè)生產(chǎn)效率、保障設(shè)備人員安全及維護(hù)生態(tài)環(huán)境，械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化呈現(xiàn)出向機(jī)電一體化、智能化、數(shù)字化、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化以及無污染化等方向發(fā)展。

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