機械設計制造及自動化發展方向

錢 程

（無錫利歐錫泵制造有限公司，江蘇無錫 214124）

0 引言

我國機械設計制造領域較一些歐美國家起步晚，但我國充分認識到此領域對經濟發展的重要性，對該領域開發的資金支持不遺余力，相關人員也在盡全力進行研發。目前該領域的發展已經較為成熟，正在向自動化方向前進，已經使我國與歐美各國之間差距縮小甚至反超。

1 機械設計制造自動化的特點及原則

1.1 機械設計制造自動化的特點

機械設計自動化最主要的特點就是高效率和高質量。傳統機械設計制造領域，多是由技術工人利用操作設備進行制造工作。由于部分勞動者的文化水平較低，在產品生產過程中對設備的操作技巧掌握程度不同，致使產品質量參差不齊，嚴重浪費包括時間、原料等在內的企業資源，并且具有一定安全隱患。利用自動化進行制造則可以有效避免上述難題。所謂自動化，實際上是利用提前編程、設計程序的方法用電腦對制造設備進行控制，極大地減少了在操作過程中人為因素的影響。一方面使產品的質量得到最大程度的統一，另一方面由于利用電腦控制制造設備可以進行不間斷作業，使產品生產效率也得到提高。

1.2 機械設計制造自動化的原則

（1）實用性原則。一般在機械自動化設備中主要包括2 個方面的基本功能，分別是安全控制和設備信息控制。對這2 方面進行落實時務必要注意實用性原則，既要保證其安全措施能夠不影響正常生產過程，使措施能夠充分與生產過程相融合，又要保證對生產過程各部分的統籌兼顧，提高設備設計的綜合效果，進而提高設備生產效率[1]。

（2）安全性與可靠性原則。在設備進行生產過程中，必須將此項原則貫穿始終，以保證設備能夠在出現故障時得到最快速度處理，這就要求相關人員要對設備的運作原理進行充分細致了解。相關設計者要對設備的使用情況進行周期性調查，根據使用情況對設備進行不斷更新升級，以滿足制造設備對安全性和可靠性的需要。

（3）先進技術運用原則。由于提高設備的先進性的目的是為提高生產效率，因此先進技術自然而然地成為主要利用手段，這就要求必須要將現代化的應用作為提高設備屬性的基礎，提高設備自動化智能水平，實現設備在線升級。

2 機械設計制造自動化的發展方向

2.1 機電一體化

機電一體化實際是指將機械、電子、自動化等方面的技術根據產品需求進行有機結合，創造出能夠與產品最為契合的生產設備，這是一種機械設計制造自動化更高層次的發展，使原本復雜的產品生產程序簡單化。隨著科學技術不斷發展，機電一體化的發展也終將逐步走向成熟，與各企業的聯合也一定會越來越緊密，幫助企業降低在生產過程中產生的失誤頻率、提高生產效率，并且能夠大大提升企業內部監管運營的檢驗效率。

2.2 智能化

智能化是機械設計制造自動化的必然要求，也是其更深層次的發展方向。通過對生產設備進行智能化設計，已經有相當一部分工廠企業利用計算機科學技術、GPS 技術等電子科技技術與機械制造的結合，將人類的生產模式經過優化與改良輸入到電腦程序當中，使之具備與人類相比更為優秀的推理、判斷、分析、操作等能力，實現無人守候的生產模式，大幅度提高生產質量與生產效率。并且對于一些危險性較高的操作過程，由機器代替人類能夠有效地降低安全事故發生頻率，保證人類安全健康，減輕工人操作負擔[2]。以青島無人碼頭為例，該碼頭為亞洲首個全自動化碼頭，在船舶靠岸之前，碼頭便能夠根據船舶信息，提前設置出作業計劃并下達作業指令，集裝箱吊轉、拆卸鎖墊、集裝箱搬運，全部都由機械手臂或無人駕駛的引導車等自動化設備完成，全程無人參與，人力投入減少70%，工作效率提高30%，成為世界上自動化程度最高，裝卸效率最快的碼頭。相信在日后機械設計制造自動化中智能化發展道路上，一定會表現出更多優勢與特點，為經濟發展做出更為巨大貢獻。

2.3 數字化

數字化是指將設備生產的實際信息進行數字化，錄入到電腦程序當中，根據電腦中運行的數據來對產品的生產過程進行操控與監控，優化產品生產程序。此項操作不僅能夠大幅度減少流水線上的人力資源投入，還能夠實現對操作車間的遠程操控，提高工作便捷性，降低事故發生概率，減少設備護理成本。以東莞某家無人工廠為例，該工廠有60 臺機械手臂，分成10 條生產線24 h 不間斷打磨手機中的框結構件。每條生產線只有3 名工人負責看線和檢查，極大地減少了對人力資源的需求，解放了工廠90%、近600 名生產力，從長遠來看，不僅減少了人力成本的投入，而且使產品質量得到大幅度提高。

2.4 微型化

隨著社會需求不斷發展增加，原本體積大、運輸不便的傳統機械設計制造產品已經不符合時代發展的需求，需要對產品進行更新換代，在保證其質量與功能不變甚至提高的前提下，要求產品體積不斷縮小，以提高產品的使用價值、減少運輸成本。越來越多的老牌行業與新興行業都對體積小、重量輕的微型機械產生了巨大需求，其中較為典型的就是微型管道作業、微型排爆作業等微型操作領域以及對納米材料的廣泛應用。正因為如此，我國的機械設計制造自動化正在朝著微型化發展并由此出現了多種學科分支，如微機構學、微構建材料力學等。但是目前針對此種發展趨勢還有一些問題亟待解決，如對摩擦力還無法克服，這對高精尖設備的實際使用影響極大，使得很多此類設備還無法實現微型化。

2.5 模塊化

模塊化其實是指各企業之間的團結協作，由于很多工廠都只是生產一類產品中的某一種或某幾種部件。如果從事同一產品不同部件的生產工作的企業之間沒有形成模塊、進行聯合，自顧自進行生產，那么將會造成產品無法組裝、更無法使用的情況發生。因此務必要在機械設計制造自動化的過程當中兼顧模塊化的發展趨勢，不同廠家的產品一定要在接口上相匹配，這要求某一領域中的各企業要設定出一種標準化參數，各企業按照參數標準實施生產，并且能夠為新產品的研發與生產提供參考，以提高機械自動化企業的生產效率。

2.6 虛擬化

虛擬化是指由東南大學胡如夫首次提出的一種借助計算機和信息化技術，將機械產品的設計虛擬化的發展方向，是近幾年新產生的一種技術。虛擬化主要體現在機械設計制造自動化的產品設計階段，與傳統手工繪圖不同，虛擬化模式下的繪圖主要是利用CAD 或CAPP 等新興的電腦繪圖軟件，利用此種電腦程序進行繪圖，有修改方便，易于保存，縮短繪圖時間等優勢，縮短產品設計周期，提高生產效率[3]。在此方面上，目前已經有了更為先進的機械設計虛擬化技術，即Remote APP，既保留原來的虛擬繪圖軟件的優勢，又新增了通過云平臺實現遠程操控的新技能。

2.7 全球化

機械設計制造自動化領域的全球化是指在經濟全球化的大背景下，不應只滿足于利用本國的技術對本國農業、工業、軍事、航空航天等領域進行服務，而是一方面要具有國際眼光，要利用此種技術服務于世界，另一方面還要吸收他國機械設計制造自動化技術，與他國進行合作，使此種技術應用邁上一個新的臺階。在這兩點上，我國已經有了先進的發展眼光，一方面將此領域的相關產品出口，使世界各國人民都能享受到機械設計制造自動化帶來的福利。如我國高鐵列車向東南亞以及非洲多個國家出口，既幫助了他國，也促進中國與多個國家的經濟貿易發展，為全球的經濟發展做出巨大貢獻；另一方面又積極與他國展開技術合作，如在航空機械方面，在發動機的制造上就與俄羅斯展開合作，共同促進航空機械的發展。

2.8 綠色化

目前，我國對環境保護越來越重視，環保觀念已經融入到人們生產生活的方方面面，機械設計制造自動化自然也不例外。此領域中的環保主要體現在生產設備的維修和使用環節，在這兩個環節上降低對能源的損耗以及工業廢棄物的產生量。這是此領域在環境保護、綠色化方面將要進行的持續性改進，也是促進我國機械產業健康可持續發展的重要措施。

3 總結

機械設計制造自動化在農業、工業，軍事及航天領域均有所利用，對我國經濟發展來說意義重大。因此我國應該再加大對此領域的研究力度，提升機械設計制造自動化領域的科技水平，使我國的機械制造行業能夠進入一個嶄新階段，完成從制造大國到制造強國的轉變。