自動化技術在機械設計的運用初探

瞿 忠

（南京理工大學紫金學院，江蘇 南京210023）

自動化技術是指利用數據控制、分析技術，通過信號網絡的數據傳輸功能，實現對設備的智能控制。自動化技術在我國工業領域、生活領域被廣泛應用，且發揮著巨大的應用價值，但在實際應用過程中，仍存在虛擬化程度不足、機械集成度不高等問題，應進一步加強自動化技術在機械設計中的科學應用，提高機械運作效率。

1 自動化技術概述

自動化技術具有綜合性特點，包括控制理論、計算機集成技術、電子信息學等。自動化技術在工業、民生領域應用比較廣泛，且功能更加多元、控制更加精準。計算機知識、編程控制理論是機械自動化運行基礎，電氣一體化、功能多元化、智能化是機械運作發展方向，通過編程語言擬定的控制程序實現發出控制指令，與硬件設備建立動態控制關系，實現對機械設備自動控制。

基于自動化技術應用的機械設備具有運行效率高、失誤率低、操作簡單等優點，將安全預警系統、風險阻斷技術與系統融合，構建新的生產方式，建立新的生產目標。將自動化技術應用到機械設計中，改善傳統設備運行環境、運行情況，減少人工操作投入，根據工作要求變更相應參數，增加系統運行靈活性，生產效率、生產質量均得到一定程度提升，進而實現行業智能化、技術自動化。

目前，我國自動化技術應用比較廣泛，但設備大都從國外進口，我國自主研發的數控技術應用較少，在整體自動化轉型應用過程中，技術水平、自動化水平均無法滿足日常工作需要，與發達國家之間存在一定差距[1]。

2 自動化技術在機械設計中應用原則

2.1 功能原則

將自動化技術與機械設計結合，應盡可能滿足機械功能需求。不同類型機械所應用范圍、內容均不相同。因此，將自動化技術與機械設計結合，不可以盲目將智能技術作為根本，需要結合設備具體應用環境、功能模塊、實際情況，確保其最基礎功能準確。具體設計期間根據功能需求，保障自動化產品在工業制造、零件加工領域中被廣泛應用，避免出現盲目應用自動化技術情況。

2.2 全面性原則

全面性原則是指在應用自動化技術時，對機械整體運作情況具有全面、深入了解，將設計需求與實際操作需求結合，通過對設計理念合理應用，把握智能設計方法，確保設計效果全面性。若應用自動化技術不考慮實際操作情況，忽視整體運行效率提升，則會造成極其嚴重的資源成本浪費，無法保障機械設計整體效益。

3 自動化技術在機械設計中具體應用

3.1 智能集成技術應用

自動化理論與自動化技術經過數十年發展，已經滲透進入到人類日常生產、生活之中，小到紅綠燈控制、大到系統運行建設，均擁有自動化的影子。科學技術的快速發展推動自動化技術進一步應用，并發揮著不同的控制作用以及功能。集成技術在機械設計中應用比較廣泛，且具有強大控制功能。集成化設計為滿足機械設計需求，將多種信息技術手段與資源整合運用，形成一套系統化、規范化的運行體系。集成系統通過不同結構模塊之間的搭配，實現所有功能體系建設，應用該技術減少機械設計中的接口部件，實現對工業設備、機械設備連續控制以及邏輯控制。集成技術是一組動態編程，借助數據庫統一管理功能，實現多種控制功能協調運作。該技術應用數據庫管理技術，統一規范數據內容編制，將信息系統組合在數據庫中，同一組程序數據可控制不同組機械組件，設備實現統一數據管理，系統運行期間自動提存數據資料，降低數據運行出錯率，為機械設備設計提供安全、可靠性支持。集成化技術在機械設計中以高度統一標準、統一集成組態和編程，實現對機械控制系統通信連接，實現對系統科學控制。基于集成技術在機械設計中的應用，在產品上接入以太網接口，將以太網輸入到現場，實現元件、組件自動化控制，并應用開發式TIA，對現有的機械結構進行優化[2]。

3.2 虛擬化設計應用

將自動化技術應用到智能系統之中，主要目的是盡可能提高設備運行效率以及生產效率，確保機械生產質量，提高機械產品、零件生產合格率。數控機床應用自動化技術，將零件偏差控制在0.2mm以下，極大程度降低誤差率。虛擬化技術在自動化機械設計中應用可以將實體資源抽象化轉換，打破原有實體結構障礙，將資源以更加優質組態方式展現出來，可以得知，虛擬化技術是一種資源管理技術。虛擬化技術將機械系統、機械設備中的各類自語言組態化、透明化，實現對各類資料的儲存、提取，機械設計方案擬定設備生產環境，解決機械設備物理硬件產能過剩、設備老舊等問題的重新組用，實現硬件系統功能價值最大化。

虛擬化技術與超線程技術不同，多個系統可以同時運行，且程序運行數量也滿足標準，每個操作系統均在獨立的主機上，并可以支持更加廣泛的操作系統。硬件與軟件是支撐系統運作的核心關鍵，抽象模擬設備真實運行環境，分配虛擬機數據結構，管理機械設備運行狀態，其中包括虛擬處理器以及寄存器設備等。在機械設計過程中應用虛擬化技術，主要體現在兩個方面，一是通過將虛擬技術與集成技術結合，實現對多個系統平臺的優化控制；二是借助虛擬模擬功能，模擬機械設計內容，將實體設備抽象化，不斷完善機械運行效果以及控制程度，實現自動化機械系統最優化[3]。

3.3 柔性設計應用

柔性自動化設計是指利用計算機技術實現對過程的監控，輔助應用計算機開展系統管理工作，盡可能提高管理有效性，實現提高機械運行效率以及生產效率目標。柔性制造系統就是由此產生，集信息控制、運輸儲存為一體，實現加工、控制，使其可以適用于多種功能之間變化，無需人工參與。FMS技術、成組技術是系統運行基礎，按照功能對系統模塊進行分類，確定不同加工對象以及操作對象，選擇適應性比較強的數控工具，并經由計算機設備實現對工具調整以及優化。柔性就是指機械可以自動調整，并承擔多種自動生產功能，盡可能滿足市場需求。FMS具備加工、生產兩種功能，將其應用到機械設計之中，可實現對系統功能、操作功能、控制功能的拓展，極大程度提高生產效率。從市場發展、實用需求兩方面探討，全面評估柔性化設計功能性，將計算機作為信息控制中心，檢測機械具體運行狀態，提高設備功能操作以及功能質量。柔性系統包括制造單元、制造系統、生產線三大部分，制造單元有加工單元工程，輔助各類加工、生產工具，制造系統適用于形狀輔助、數量較多的零件生產，自動生產線需要調整多種機床，實現多品種、小批量生產。

3.4 檢測系統應用

檢測系統將安全保護與系統運行結合，盡可能確保系統運行安全性、可靠性，減少故障率以及容錯率。機械設計自動化技術對人力要求較小，在檢測、搜集情況下實現對技術系統的性能判斷以及質量判斷，方便機械系統生產以及管理，避免其在運行過程中出現故障情況。自動化檢測系統具有數據傳輸、數據儲存、數據分析功能，系統在運行過程中如若出現違規數據、系統卡頓等問題，則將數據反饋到控制中心系統之中，相關作業將會即時停止，且不會對生產線造成影響，將設備生產、運行所產生的故障問題降至最低，并盡可能實現對系統的優化，阻止風險事件發生，降低故障問題影響，這是基于自動化技術機械設計中的著重點。

4 結 語

自動化技術發展為機械設計、制造帶來了新的機遇以及挑戰，有關部門在深化自動化技術應用過程中，需要不斷增加其在機械系統之 中適應性，探索自動化技術應用模式。然而，虛擬現實、人工智能技術進步與完善，為機械設計提供更多可能，也是機械未來設計主要發展方向，需要不斷進行科研、試驗，方能在機械運作中充分發揮自動化技術功能。