自動化技術(shù)在機械設計及制造領域的應用

陳小坤

江西銅業(yè)集團建設有限公司 江西 南昌 330000

引言

近些年，伴隨科技水平的持續(xù)提高，機械行業(yè)已然全方位普及了自動化技術(shù)，通過對該技術(shù)的引進，促使機械有關(guān)公司取得了更多的經(jīng)濟收益。所以，從企業(yè)發(fā)展的角度來看，務必要結(jié)合自身具體狀況，對目前的機械設計制造自動化技術(shù)展開更加深入的研究與創(chuàng)新，保證公司具備更大的發(fā)展前景，從而持續(xù)提升機械生產(chǎn)制造效率與質(zhì)量水平。

1 自動化技術(shù)在機械設計及制造領域應用的重要性

1.1 提升產(chǎn)品質(zhì)量和一致性

自動化技術(shù)能夠消除人為因素的影響，提高產(chǎn)品的制造精度和一致性。機械設計和制造過程中的自動化系統(tǒng)可以準確執(zhí)行各項任務，避免了人為錯誤和變異，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性與可靠性。

1.2 加強安全性和工作環(huán)境

自動化技術(shù)在機械設計和制造過程中能夠承擔一些危險、粗重和煩瑣的工作，減少工人的直接接觸，從而降低了意外事故的風險。此外，自動化系統(tǒng)還可以優(yōu)化工作流程，改善工作環(huán)境，提高員工的工作舒適度和安全性[1]。

1.3 加快產(chǎn)品開發(fā)周期

自動化技術(shù)可以在機械設計和制造的各個階段提供更快速、高效的解決方案。通過使用自動化軟件和機器人，可以加速設計過程、優(yōu)化生產(chǎn)計劃、縮短交貨周期，使企業(yè)能夠更快地將新產(chǎn)品推向市場，并增強市場競爭力。

1.4 實現(xiàn)定制化生產(chǎn)

自動化技術(shù)的靈活性和可編程性使得機械設計和制造能夠更好地滿足客戶的個性化需求。通過靈活的自動化系統(tǒng)，企業(yè)可以根據(jù)客戶要求定制產(chǎn)品，提供多樣化的選擇，滿足市場細分需求，增加市場份額。

2 自動化技術(shù)在機械設計及制造中的應用

2.1 自動化技術(shù)在機械制造中的智能化應用

隨著科技的不斷進步，智能化設備嵌入到機械設計及制造過程中，不僅提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還使整個生產(chǎn)過程更加靈活和可控。

在一體化生產(chǎn)方面，智能化應用涵蓋了機械設計、制造、裝配等各個環(huán)節(jié)。通過智能化的設備和系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自動化操作、無人看管生產(chǎn)以及信息化管理。例如，在設計階段，智能化軟件可以模擬和優(yōu)化產(chǎn)品設計，提高設計效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在制造階段，智能化設備能夠根據(jù)預設參數(shù)自動調(diào)節(jié)工藝參數(shù)和加工流程，確保產(chǎn)品的一致性和精度。在裝配階段，智能化機器人和自動化設備可以自動完成零件的裝配和測試，減少人力成本和操作錯誤的可能性。

智能化設備還具備自我監(jiān)控和調(diào)整的能力，能夠?qū)崟r檢測生產(chǎn)過程中的異常情況，并做出相應的調(diào)整。通過傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)，智能化設備可以監(jiān)測溫度、壓力、振動等參數(shù)，及時預警并調(diào)整工藝參數(shù)，確保設備的穩(wěn)定運行和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。這種自我監(jiān)控和調(diào)整的功能在無人看管的情況下，能夠保證設備的高效運行和生產(chǎn)品質(zhì)的穩(wěn)定性[2]。

智能化設備能通過機器學習和人工智能技術(shù)，賦予判斷甄別和思考能力，可以根據(jù)預設的規(guī)則和算法，自動判斷產(chǎn)品的質(zhì)量問題，進行故障診斷和修復。例如，在質(zhì)量檢測方面，智能化設備可以通過圖像識別和數(shù)據(jù)分析，自動辨別產(chǎn)品表面的缺陷和不良，提前做出判定和報警。在發(fā)生故障時，智能化設備可以分析故障原因，并提供相應的解決方案，減少停機時間和維修成本。

為了更好地應用智能化技術(shù)，需要根據(jù)具體需求進行合理的設置和調(diào)整。首先，必須明確制定智能化設備的工作流程和操作指令，確保設備按照預期進行工作。其次，需要對智能化系統(tǒng)進行定期維護和更新，保持其高效運行和適應新需求的能力。另外，通過高端儀器設備和先進的軟件應用，可以進一步提升智能化設備的性能和功能，實現(xiàn)更精確、高效的機械設計及制造。

2.2 集成化應用

作為計算機綜合體系的一部分，計算機集成化系統(tǒng)通過提供管理、制造、設計和質(zhì)量監(jiān)控等輔助功能，為機械設計行業(yè)的發(fā)展帶來了諸多便利。通過有效的資源規(guī)劃和協(xié)調(diào)，集成化系統(tǒng)可以降低加工成本，優(yōu)化生產(chǎn)過程，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。通過集成化生產(chǎn)，企業(yè)能夠減少冗余和浪費，實現(xiàn)資源的最大利用，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)能。集成化系統(tǒng)借助自動化技術(shù)和現(xiàn)代前沿電子信息技術(shù)等手段，實現(xiàn)智能化處理出廠質(zhì)量和生產(chǎn)過程的自動化監(jiān)控，從而提高產(chǎn)品的一致性和可靠性，使得企業(yè)能夠更好地監(jiān)控和管理產(chǎn)品質(zhì)量，提供高品質(zhì)的產(chǎn)品，增強市場競爭力[3]。

要想實現(xiàn)集成化生產(chǎn)，需要在機械設計的各個環(huán)節(jié)進行全面規(guī)劃。在產(chǎn)品制作、規(guī)劃、設計開發(fā)等方面，要充分考慮集成化的要求，減少研發(fā)時間和成本，并確保研發(fā)質(zhì)量和效率。通過全面規(guī)劃，可以降低開發(fā)過程中的風險和錯誤，提高產(chǎn)品的創(chuàng)新性和市場適應性，有效控制企業(yè)的資金成本。自動化技術(shù)在集成化生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，能夠優(yōu)化設備工作機構(gòu)，解決生產(chǎn)過程中的人工勞動和煩瑣問題，提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)穩(wěn)定性。我國相關(guān)行業(yè)應該積極進行自動化技術(shù)的研發(fā)與引進，以滿足集成化生產(chǎn)的需求。通過引入先進的自動化技術(shù)，企業(yè)能夠不斷提升生產(chǎn)水平，加強競爭力，實現(xiàn)更高的價值創(chuàng)造。

2.3 加強自動化與計算機網(wǎng)絡技術(shù)的應用

隨著機械設計制造水平的不斷提高，自動化技術(shù)作為關(guān)鍵的生產(chǎn)力手段需要與計算機網(wǎng)絡技術(shù)密切結(jié)合，形成全新的設計制造工藝和模式。這種綜合應用能夠進一步提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的智能化管理。①計算機網(wǎng)絡技術(shù)可以將設計、加工、裝配等環(huán)節(jié)相互連接起來，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控，促進各個環(huán)節(jié)之間的協(xié)同和自動化控制。如此一來，在整個生產(chǎn)流程中可以實現(xiàn)更高程度的智能化操作，并能夠根據(jù)實時需求進行靈活調(diào)整和優(yōu)化，提高了生產(chǎn)的靈活性和響應速度。②目前，傳統(tǒng)的手工繪圖方式已逐漸被計算機輔助設計取代，設計師可以直接在計算機界面上進行設計，通過繪圖工具和功能模塊的調(diào)用快速創(chuàng)建復雜的機械零部件和裝配體。通過對計算機技術(shù)的應用，不僅大大提高了設計效率，還減少了設計錯誤和重復工作的可能性。③在設計工作完成后，利用計算機網(wǎng)絡技術(shù)，設計方案可以方便快捷地在不同部門和團隊之間進行共享和交流。不論是跨地域合作還是內(nèi)部團隊協(xié)同，通過網(wǎng)絡傳輸設計數(shù)據(jù)和模型，各個環(huán)節(jié)的參與者都能夠及時獲取和使用相關(guān)信息。當需要變更設計方案時，只需在軟件中進行修改，所有相關(guān)人員都能夠快速獲知并進行相應調(diào)整，從而避免因為手工繪圖而帶來的耗時和錯誤。④通過三維建模和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，設計師、工程師甚至客戶能夠在虛擬環(huán)境中直接感知和交互。設計方案可以以逼真的形式展示，包括外觀、功能和裝配方式等，從而使得評估和優(yōu)化設計變得更加直觀且準確，可有效減少設計修改的次數(shù)和成本[4]。

2.4 無線與機械生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡的結(jié)合應用

監(jiān)控和管理人員可以通過計算機終端對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，以此掌握生產(chǎn)設備的運行狀態(tài)、工藝參數(shù)的變化以及產(chǎn)品質(zhì)量的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以通過無線傳輸技術(shù)即時更新到自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實時響應和控制。如果發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的異常情況，監(jiān)控系統(tǒng)會及時發(fā)出報警信號，提醒操作人員及時采取相應的措施，減少生產(chǎn)事故的發(fā)生。利用無線網(wǎng)絡技術(shù)，還可實現(xiàn)對機械生產(chǎn)每個環(huán)節(jié)的管理。通過無線傳感器，可以將機械設備的工作狀態(tài)、溫度、濕度等數(shù)據(jù)與監(jiān)控系統(tǒng)連接在一起，監(jiān)控和管理人員無須親臨現(xiàn)場，就能夠隨時了解設備的運行狀況。同時，監(jiān)管人員可以遠程監(jiān)控和調(diào)整工藝參數(shù)，實現(xiàn)對機械生產(chǎn)過程的精確控制。例如，通過無線監(jiān)控系統(tǒng)，操作人員可以實時了解設備的運行效率和能耗情況，及時調(diào)整生產(chǎn)計劃，提高機械生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

而在5G無線覆蓋的應用下，機械加工生產(chǎn)中的無線與監(jiān)控網(wǎng)絡結(jié)合應用更加強大和智能化。5G網(wǎng)絡的高速、低延遲的特點，使得監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸更加快速和穩(wěn)定。這意味著監(jiān)控和管理人員可以隨時隨地通過移動終端對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控和管理，可以使用智能手機或平板電腦連接到無線監(jiān)控系統(tǒng)，實時查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)、分析工藝參數(shù)，甚至進行遠程操作。5G技術(shù)的廣泛覆蓋還可以將各個機械設備和傳感器連接成一個巨大的網(wǎng)絡，實現(xiàn)設備之間的信息共享和協(xié)同操作，進一步提高機械生產(chǎn)的智能化水平。

2.5 虛擬化模式在自動化技術(shù)中的應用

虛擬化仿真系統(tǒng)通過模擬真實情況，使得工程師和操作人員能夠在虛擬環(huán)境中進行各種實驗和測試。此種虛擬化環(huán)境能夠幫助工作人員找出潛在的問題，并針對這些問題制定解決方案。在機械制造中，可以通過虛擬仿真系統(tǒng)模擬產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，檢測可能存在的設計缺陷或生產(chǎn)線上的問題，并及時進行調(diào)整和改進，有助于提前發(fā)現(xiàn)和解決潛在的生產(chǎn)風險，減少因此帶來的延誤和損失。通過結(jié)合傳感器和虛擬環(huán)境的互動，可以在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建具有視覺、嗅覺、聽覺等感知能力的真實場景。工作人員可以與虛擬環(huán)境進行交互，并通過觀察、感受和操作獲取真實的反饋。這有助于判斷產(chǎn)品合格與否，減少因人為因素而產(chǎn)生的誤判，并提高測驗的準確性和可靠性。通過虛擬化網(wǎng)絡技術(shù)，企業(yè)可以降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強競爭力。盡管我國在虛擬自動化技術(shù)方面與其他國家還存在一定差距，但是其在自動化技術(shù)領域具有廣闊的前景。隨著科技的不斷進步和創(chuàng)新，我國機械設計的專家學者正積極開展虛擬化網(wǎng)絡技術(shù)的研發(fā)和應用探索。通過加大投入和研究力度，我們有望縮小與其他國家的差距，實現(xiàn)虛擬自動化技術(shù)的快速發(fā)展。

3 自動化技術(shù)在機械設計制造領域有效應用的建議

3.1 提高自動化技術(shù)的集成水平

除了創(chuàng)新和引入先進技術(shù)，機械設計制造企業(yè)還應注重提高自動化技術(shù)的集成水平。通過將不同的自動化設備、系統(tǒng)和工藝流程進行整合和優(yōu)化，實現(xiàn)信息的互聯(lián)互通和實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控與分析，以進一步提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

3.2 加強與相關(guān)行業(yè)的合作與交流

機械設計制造領域的自動化技術(shù)涉及多個專業(yè)領域，為了有效應用這些技術(shù)，企業(yè)應加強與相關(guān)行業(yè)的合作與交流。與自動化設備供應商、軟件開發(fā)公司、智能傳感器制造商等建立合作關(guān)系，共同研發(fā)解決方案，分享經(jīng)驗與技術(shù)，共同推動自動化技術(shù)在機械設計制造領域的創(chuàng)新與應用[5]。

3.3 進行智能化改造和升級

隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，機械設計制造企業(yè)可以考慮對現(xiàn)有設備進行智能化改造和升級。通過添加智能傳感器、自動控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析平臺等，實現(xiàn)設備的自動監(jiān)測、故障診斷和遠程控制，提高生產(chǎn)效率、降低成本，并為實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的目標奠定基礎。

3.4 引導市場需求，掌握技術(shù)發(fā)展方向

機械設計制造企業(yè)應積極引導市場需求，關(guān)注用戶反饋和行業(yè)動態(tài)，及時調(diào)整技術(shù)研發(fā)方向。通過與市場接軌，了解市場需求，主動創(chuàng)新和優(yōu)化自動化技術(shù)，滿足不斷變化的市場需求，提升企業(yè)競爭力。

4 結(jié)束語

當前，社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，機械設備的適用面越來越廣，在機械制造與設計領域?qū)τ谧詣踊夹g(shù)的依賴程度也在逐漸提升?；趯ψ詣踊夹g(shù)的使用，顯著提升了機械設計和制造的水平，降低了生產(chǎn)成本。若想促使自動化技術(shù)在此領域更好的融合，相關(guān)公司就必須要加強對自動化技術(shù)的創(chuàng)新與研究，積極研發(fā)與引進更加先進的技術(shù)。并且，也要加強對專業(yè)性人才的培養(yǎng)，提升機械生產(chǎn)設計流程的自動化程度，以此促進國內(nèi)機械設計與制造行業(yè)邁向更高層次的發(fā)展階段。