機械設(shè)計制造及其自動化的設(shè)計原則及發(fā)展趨勢

李　琪（西京學(xué)院,西安　710123）

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機械設(shè)計制造及其自動化的設(shè)計原則及發(fā)展趨勢

李琪
（西京學(xué)院,西安710123）

摘 要：機械技術(shù)隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，為滿足當(dāng)前產(chǎn)品及工程的多元化需求，機械設(shè)計制造行業(yè)必須加快自動化進程，充分利用先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息交互技術(shù)，實現(xiàn)機械設(shè)備的智能化和網(wǎng)絡(luò)化。本文簡單介紹了機械自動化的設(shè)計原則和突出優(yōu)勢，結(jié)合當(dāng)前機械設(shè)計制造行業(yè)的現(xiàn)狀指出未來機械自動化的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計制造；自動化技術(shù)；設(shè)計原則；發(fā)展趨勢

0　引言

我國的機械設(shè)備主要運用于各個工業(yè)領(lǐng)域，故又通常將機械設(shè)計制造稱作工業(yè)機械，不斷向各個行業(yè)輸送各類技術(shù)裝備，促進我國工業(yè)的快速發(fā)展。傳統(tǒng)機械制造業(yè)存在工作強度大、生產(chǎn)效率低下和產(chǎn)品質(zhì)量不高的明顯不足，必須加快機械制造業(yè)的自動化進程，將原有設(shè)備改善得更為高效、節(jié)能和多功能。自動化技術(shù)不能局限于機械的簡單重復(fù)動作，應(yīng)該從源頭上設(shè)定相關(guān)程序來使機械智能化，在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時能夠自我診斷和維護，根據(jù)實際情況調(diào)整操作以準(zhǔn)確完成任務(wù)。

1　機械自動化的設(shè)計原則

1.1滿足設(shè)備需求

任何機械設(shè)備的設(shè)計初衷都是為了滿足人們的需求，不同產(chǎn)品會因不同需求而有其核心性能，如吊車的中心性能就是起重和緊急救援。人們在機械制造業(yè)應(yīng)用自動化技術(shù)時，一定充分考慮用戶的核心需求，將產(chǎn)品信息和功能體現(xiàn)出來，以滿足人們的不同需求。

1.2操作方便

傳統(tǒng)機械設(shè)備往往存在可操作性不強的缺陷，缺乏人性化設(shè)計的考慮，如設(shè)備體型龐大、操作步驟復(fù)雜等。自動化技術(shù)不僅僅是將各項功能整合在同一設(shè)備，還要將其有機融合起來，成為一個功能完整、操作簡單的機械設(shè)備。

1.3提升產(chǎn)品品質(zhì)

人工操作往往存在精度不高、品質(zhì)難以控制的缺點，這于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量是很不利的。機械自動化必須提高設(shè)備的精準(zhǔn)度，能夠穩(wěn)定、連續(xù)的運行，可將操作工人從繁雜的流水線工作中解放出來，大大節(jié)省人力和物力。同時，系統(tǒng)自動化實現(xiàn)對生產(chǎn)全流程的控制，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)精度和生產(chǎn)效率，整體提升產(chǎn)品品質(zhì)。

1.4利用先進技術(shù)

充分利用優(yōu)異措施可大大提高機械生產(chǎn)和自動化的水平，提高產(chǎn)品及系統(tǒng)的性能，充分體現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)備的智能化和人性化。（1）各式生產(chǎn)設(shè)施。利用機床和各式生產(chǎn)設(shè)施，改革機器之前的形狀和結(jié)構(gòu)，以增加輸出物質(zhì)和提升商品的性能。（2）信息處置機器。利用常見的資料處置機器如電腦和傳真設(shè)備等辦公設(shè)備，將輸入的各種資料進行匯總處置得到想要的資料。這些信息設(shè)備具有強大的信息處置功能，能夠?qū)D片、文字等較直觀的資料呈現(xiàn)給人們。（3）能量交換機器。能量交換是動力設(shè)備運行的基礎(chǔ)，如內(nèi)燃設(shè)備、水輪設(shè)備和電動設(shè)備等。

2　機械自動化的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1機械設(shè)計方法

發(fā)達(dá)國家特別重視機械設(shè)計方面的設(shè)計準(zhǔn)則，不斷更新行業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，尤其是新型設(shè)計方法的采用。CAD（計算機輔助設(shè)計）作為圖形設(shè)計和圖形編輯應(yīng)用最廣的技術(shù)，在機械設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用十分普遍，一些發(fā)達(dá)國家推進無紙化設(shè)計工作，很多大中型工業(yè)企業(yè)基本實現(xiàn)了無紙化設(shè)計生產(chǎn)。而國內(nèi)CAD技術(shù)的應(yīng)用還處于起步階段，很多企業(yè)仍堅信人力生產(chǎn)才是機械設(shè)計的主要手段，這與發(fā)達(dá)國家存在較大的應(yīng)用差距。

2.2機械制造工藝

機械設(shè)備制造工藝一定程度決定了產(chǎn)品的質(zhì)量，不斷改善原有機械制造工藝、推進新型加工方法的應(yīng)用是提升機械自動化水平的重要途徑。發(fā)達(dá)國家投入大量科研人員和資金用于新型加工方法的研發(fā)和應(yīng)用推廣，開創(chuàng)了復(fù)合加工技術(shù)、激光加工技術(shù)和電磁加工技術(shù)等高科技水平含量的生產(chǎn)技術(shù)。然而，我國對于新型制造工藝與技術(shù)的關(guān)注度不夠，高科技制造工藝的普及覆蓋率極低，嚴(yán)重制約了我國機械制造業(yè)的發(fā)展，不利于提升機械自動化水平。

2.3機械自動化技術(shù)

發(fā)達(dá)國家的工業(yè)機械經(jīng)過多年的積累，機械設(shè)備設(shè)計制造集成化水平和智能化水平已經(jīng)很高，很多工業(yè)企業(yè)利用數(shù)控機床技術(shù)和FMS（柔性制造系統(tǒng)）技術(shù)，實現(xiàn)機械制造自動化的柔性技術(shù)。而我國的機械自動化水平還處于單機自動化和剛性自動化的發(fā)展階段，少數(shù)大型企業(yè)逐漸引進柔性制造系統(tǒng)和制造單元，大力推進機械自動化的柔性技術(shù)應(yīng)用，但同發(fā)達(dá)國家的差距也不容忽視。

3　機械自動化的發(fā)展趨勢

3.1微型化

機械制造微型化是未來發(fā)展的主流方向之一，通過微米技術(shù)和納米技術(shù)縮減產(chǎn)品體積，將物料成本和生產(chǎn)成本降低，提高設(shè)備的裝配、使用靈活度。將納米技術(shù)這一先進手段應(yīng)用于產(chǎn)品制造過程，能夠顯著提高產(chǎn)品的精度和性能。此外，模塊化也是機械自動化的一大發(fā)展趨勢，主要用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝難度高的生產(chǎn)工程中。各生產(chǎn)廠家所出廠的產(chǎn)品種類繁多，機械設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，進行接口單元設(shè)計就顯得十分重要。模塊化發(fā)展能為機械設(shè)計制造提供便利，促進整個行業(yè)的發(fā)展，同時也提升了自己的市場競爭力。

3.2網(wǎng)絡(luò)化

計算機技術(shù)發(fā)展至今，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在各行各業(yè)都廣泛應(yīng)用，加強互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，促進機械制造自動化技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，是未來機電設(shè)備一體化發(fā)展的必然要求。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)條件的支持下，利用遠(yuǎn)程控制技術(shù)和監(jiān)視技術(shù)對機械制造業(yè)進行全過程的控制和管理。遠(yuǎn)程控制技術(shù)可以控制機械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，同時利用監(jiān)視技術(shù)管理生產(chǎn)過程，從而實現(xiàn)對機械生產(chǎn)制造全過程的監(jiān)管與控制。可見，機械制造自動化技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，能從根本上改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)方式，將工人從生產(chǎn)線上解放出來，通過網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)來全過程監(jiān)管生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況，大大降低了人力、物力的投入。

3.3智能化

機械自動化技術(shù)的核心是實際應(yīng)用性，自動化技術(shù)發(fā)展要從企業(yè)的實際需求和客觀條件出發(fā)，最終目的是利用自動化技術(shù)實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。因此，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，機械自動化技術(shù)要大力發(fā)展設(shè)備智能化，對傳統(tǒng)機械制造技術(shù)進行改革創(chuàng)新與發(fā)展。現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展具體體現(xiàn)在機械制造控制系統(tǒng)與控制中心，運用生理學(xué)、心理學(xué)和運籌學(xué)進行人工智能模擬，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動編程和人機對話功能，用智能技術(shù)取代人腦判斷，以提高決策的速度和精準(zhǔn)性。

3.4綠色化

能源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化，這就必然要求機械自動化朝著綠色經(jīng)濟方向發(fā)展，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和集約型社會號召，真正體現(xiàn)我國發(fā)展綠色經(jīng)濟的決心。這就要求對傳統(tǒng)機械制造技術(shù)進行改革和創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)高能源消耗的制造模式。綠色化發(fā)展是機械生產(chǎn)制造全流程的創(chuàng)新，包括制造材料、產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品包裝和產(chǎn)品銷售等方面的綠色創(chuàng)新，同時加強產(chǎn)品的回收利用，提高機械產(chǎn)品的使用率與可回收率，優(yōu)化資源的配置。

3.5光機電一體化

光機電一體化是指光學(xué)技術(shù)、計算機技術(shù)與微電子技術(shù)的融合，該技術(shù)能提高機械產(chǎn)品的附加值，將傳感檢測技術(shù)、激光技術(shù)和光能驅(qū)動技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

4　結(jié)束語

傳統(tǒng)機械設(shè)計制造業(yè)的水平還停留在初級發(fā)展階段，存在工作強度大、生產(chǎn)效率低下和產(chǎn)品質(zhì)量不高的缺陷，必須加快機械制造業(yè)的自動化進程，將原有設(shè)備改善得更為高效、節(jié)能和多功能。我國機械自動化的發(fā)展現(xiàn)狀不容樂觀，機械設(shè)計方法還處于人力生產(chǎn)階段，CAD技術(shù)等無紙化設(shè)計工作應(yīng)用面很窄，新型機械制造工藝和新型加工方法方面的投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，機械自動化水平還處于單機自動化和剛性自動化的發(fā)展階段。而機械自動化的主要發(fā)展方向是微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綠色化和光機電一體化，在原有機械自動化的基礎(chǔ)上進行改革和發(fā)展，為提升我國機械制造水平做貢獻。

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.019