信息時(shí)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化分析

花億春

（鄭州工商學(xué)院，河南 鄭州 451450）

1 機(jī)械制造與自動(dòng)化結(jié)合的要點(diǎn)研究

我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，各行各業(yè)面臨轉(zhuǎn)型、技術(shù)創(chuàng)新、引入更智能自動(dòng)化的生產(chǎn)線，以擺脫行業(yè)發(fā)展的困境。機(jī)械生產(chǎn)與自動(dòng)化的結(jié)合正值我國(guó)工業(yè)制造業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，我國(guó)也積極推進(jìn)自有工業(yè)2.0的發(fā)展計(jì)劃，努力實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造、自動(dòng)化、智能化等領(lǐng)域的發(fā)展。機(jī)械生產(chǎn)與自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合與創(chuàng)新，將加快我國(guó)高端制造行業(yè)的發(fā)展，既實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化、智能化作業(yè)與生產(chǎn)，同時(shí)也預(yù)示著我國(guó)行業(yè)的發(fā)展需要不斷革新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造等更高端領(lǐng)域的成功，打破歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)未來(lái)50年的發(fā)展做好貢獻(xiàn)，提升我國(guó)整體制造業(yè)的發(fā)展水準(zhǔn)，并創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床是工業(yè)制造生產(chǎn)重要的生產(chǎn)設(shè)備，計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)在數(shù)控機(jī)床、加工中心的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)與智能化問(wèn)題檢測(cè)。高端的數(shù)控加工中心設(shè)備都集成了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，并以數(shù)控編程的方式為數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。在目前的數(shù)控機(jī)床制造領(lǐng)域，可以將其分為2類，一種則是軟件的自動(dòng)編程，而另一種則是手動(dòng)編程軟件。在高端的數(shù)控機(jī)床使用中，接受命令時(shí)需要借助計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度、高難度數(shù)控加工動(dòng)作，而其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)的執(zhí)行與反饋則需要借助現(xiàn)代軟件編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 信息化時(shí)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的具體應(yīng)用研究

信息技術(shù)的發(fā)展，推進(jìn)了整合行業(yè)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合，也加劇了我國(guó)工業(yè)制造行業(yè)的發(fā)展。自動(dòng)化、智能化是我國(guó)工業(yè)發(fā)展的新方向，是未來(lái)我國(guó)40年實(shí)現(xiàn)工業(yè)突破的重要目標(biāo)。因此，計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造、生產(chǎn)領(lǐng)域的作用越發(fā)重要，要實(shí)現(xiàn)我國(guó)高端制造行業(yè)的發(fā)展，就需要借助計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)的發(fā)展，在機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、研發(fā)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、集成電路等技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破，加快我國(guó)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。因此，自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體表現(xiàn)如下分析。

3.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用

過(guò)去的機(jī)械生產(chǎn)全靠人工計(jì)算、繪制草圖，工作難度巨大，工程量高，也容易出現(xiàn)出錯(cuò)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的誕生，一些復(fù)雜的計(jì)算、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算可以依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。而隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了更大的突破，基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的工業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)軟件出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造，工藝規(guī)劃，測(cè)試，質(zhì)量控制等內(nèi)容，這些技術(shù)的作用為高端機(jī)械設(shè)計(jì)與制造提供了重要的生產(chǎn)基礎(chǔ)。雖然基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的這些技術(shù)可以有效降低人力、物力成本，提高設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度，但在提高機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的生產(chǎn)效率上并不突出。因此，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提升，在高端的機(jī)械制造領(lǐng)域，出現(xiàn)了更為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),而這種制造系統(tǒng)就結(jié)合了計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)功能 并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化，數(shù)據(jù)的參數(shù)化，為制設(shè)計(jì)制造人員提供更全面的模型數(shù)據(jù)，并且可以實(shí)現(xiàn)每一個(gè)單一的有效溝通協(xié)調(diào)。在高端的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，全面性提高了設(shè)計(jì)的效率與精準(zhǔn)度，實(shí)現(xiàn)更高難度功能的整合。而在應(yīng)用計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)的過(guò)程中,現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備在研發(fā)、設(shè)計(jì)領(lǐng)域中也積極嘗試更先進(jìn)的材料與前衛(wèi)的功能設(shè)計(jì)，充分集成計(jì)算機(jī)運(yùn)算平臺(tái)，并配合更先進(jìn)的電子信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化。

3.2 計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的應(yīng)用

目前在工業(yè)領(lǐng)域，虛擬化技術(shù)受到x86服務(wù)器的限制因素比較多，而要實(shí)現(xiàn)某些功能，需要部署多臺(tái)服務(wù)器設(shè)備，同時(shí)，每臺(tái)處理的內(nèi)容僅為運(yùn)行內(nèi)容的很小一部分，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的需要，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景需要的處理要求與存儲(chǔ)要求。而這種多臺(tái)服務(wù)器共同部署使用問(wèn)題也很突出，首先是運(yùn)營(yíng)成本高昂，其次是單臺(tái)的服務(wù)設(shè)備效率地下。虛擬化技術(shù)主要依賴計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)來(lái)模擬硬件功能而推出的一套計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)。這其中它能夠滿足IT組織在一臺(tái)服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)多個(gè)虛擬系統(tǒng)或者應(yīng)用的同時(shí)運(yùn)行。而這種可以提高生產(chǎn)的效率，獲得更高的經(jīng)濟(jì)收益。

在計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)制造過(guò)程的抽象化數(shù)據(jù)可以由計(jì)算機(jī)平臺(tái)處理轉(zhuǎn)化為更為直觀的參數(shù)化信息，相關(guān)設(shè)計(jì)工作者可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的可視化操作與修改。同時(shí)，借助虛擬計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)提前模擬產(chǎn)品性能，提前了解產(chǎn)品特性的作用，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足，為產(chǎn)品優(yōu)化、改進(jìn)提供參考意見(jiàn)。因此，計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的可視化與數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化，大大降低了設(shè)計(jì)的難度與數(shù)據(jù)出錯(cuò)率。目前，隨著機(jī)械朝著更智能、自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展，虛擬技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新，能夠借助設(shè)計(jì)參數(shù)等信息，利用虛擬技術(shù)模擬產(chǎn)品真實(shí)化的應(yīng)用場(chǎng)景，并結(jié)合計(jì)算機(jī)高效、恐怖的計(jì)算能力，模擬與運(yùn)行實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，驗(yàn)證產(chǎn)品的可行性與科學(xué)性，打破了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的壁壘，也讓工業(yè)制造朝著智能化、自動(dòng)化更邁進(jìn)一步。

3.3 仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的應(yīng)用

目前，仿真技術(shù)在航天、航空、汽車、船舶制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，這是一種更為先進(jìn)的虛擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)生更全方位的模擬，對(duì)目前的機(jī)械設(shè)計(jì)制造而言，有著重要的意義。仿真技術(shù)可以借助虛擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)掃描技術(shù)對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)、輪廓進(jìn)行掌握，在借助計(jì)算機(jī)龐大的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理能力，通過(guò)仿真軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模擬調(diào)試并修改。

對(duì)于目前的機(jī)械制造與自動(dòng)化技術(shù)而言，是一門綜合性很高的學(xué)科，這其中涉及的知識(shí)廣，需要結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子集成技術(shù)、控制技術(shù)共同參與，才能滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研發(fā)。對(duì)于此類人才的培養(yǎng)，需要掌握良好的數(shù)學(xué)計(jì)算能力，同時(shí)也需要具備良好的物理基礎(chǔ)，后期更需要具備良好的信息化能力。其中高等數(shù)學(xué)（線性代數(shù), 概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)）、大學(xué)物理（理論力學(xué)、物理實(shí)驗(yàn)、機(jī)械原理、電子技術(shù)）、機(jī)械制造（機(jī)械設(shè)計(jì)、材料加工、電子技術(shù)）、信息技術(shù)（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD、CAM等平臺(tái)系統(tǒng)、軟件）都需要相關(guān)人才熟練的掌握與應(yīng)用。目前我國(guó)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面的人才稀缺，需要我國(guó)高等學(xué)府培養(yǎng)此類綜合性素質(zhì)高的人才，才能有效推進(jìn)我國(guó)工業(yè)制造水平的發(fā)展。

我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)正逐步踏入工業(yè)2.0階段，而工業(yè)2.0將實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)由傳統(tǒng)單一、落后的制造轉(zhuǎn)向更高端、更自主、更智能、自動(dòng)化的工業(yè)方向發(fā)展。而要實(shí)現(xiàn)工業(yè)2.0的發(fā)展，我國(guó)還需要在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。不管是高精度產(chǎn)品的加工、還是相關(guān)設(shè)備的研發(fā)與設(shè)計(jì)，我國(guó)還有很長(zhǎng)的路要走。目前全球高端的智能機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備被歐美西方國(guó)家所壟斷，如工業(yè)生產(chǎn)集成系統(tǒng)、數(shù)控加工系統(tǒng)、生產(chǎn)材料、制造設(shè)計(jì)工藝等，都需要我們國(guó)家不斷努力，培養(yǎng)這方面的人才來(lái)應(yīng)對(duì)。

4 信息化時(shí)代對(duì)我國(guó)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展啟示

信息化時(shí)代的到來(lái)，推進(jìn)了工業(yè)向下一個(gè)高端領(lǐng)域的發(fā)展，工業(yè)制造將更智能、自動(dòng)、更全面，實(shí)現(xiàn)對(duì)人工最大的替代。下一個(gè)工業(yè)時(shí)代將結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能化生產(chǎn)、自動(dòng)化化生產(chǎn)，將產(chǎn)品制造推向新的高度。而這其中對(duì)于生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備將有更高的要求，不管是對(duì)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)還是制造，還是后期的使用，都會(huì)有新的改變。

首先材料技術(shù)會(huì)有更新的突破，如材料會(huì)更節(jié)能、更環(huán)保、各項(xiàng)力學(xué)性能也更出色，一些特殊的材料也將應(yīng)用到生產(chǎn)、產(chǎn)品制造領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)工業(yè)高速發(fā)展，對(duì)機(jī)械研發(fā)人員要求更高：掌握良好的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、材料等基礎(chǔ)知識(shí)，需要更完善的工業(yè)制造研發(fā)能力，同時(shí)具備先進(jìn)的創(chuàng)新創(chuàng)造思維，具備良好的信息化能力對(duì)于生產(chǎn)行業(yè)而言，管理人員需要具備更高的素質(zhì)，能夠靈活的操作配備，掌握設(shè)備基礎(chǔ)維修與維護(hù)，懂得電器、信息化的使用與操作要求，這樣才能滿足未來(lái)行業(yè)對(duì)人才的要求，推進(jìn)我國(guó)工業(yè)的高速發(fā)展。