智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)技術(shù)的問題分析

韓東 楊海峰

摘要：目前，智能化技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在機(jī)械制造領(lǐng)域，智能化設(shè)計(jì)也越來越得到人們的高度重視和進(jìn)一步關(guān)注。基于此，本文有針對(duì)性的分析和探究智能制造時(shí)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，希望通過本文的簡(jiǎn)要論述，可以為相關(guān)從業(yè)者提供參考和借鑒。

Abstract： At present， intelligent technology has achieved rapid development. In the field of mechanical manufacturing， intelligent design has also received more and more attention and further attention. Based on this， this article analyzes and explores the relevant content of mechanical design technology in the era of intelligent manufacturing， and hope that through the brief discussion of this article， it can provide reference for relevant practitioners.

關(guān)鍵詞：智能;機(jī)械;設(shè)計(jì);制造;技術(shù)

Key words： intelligence;machinery;design;manufacturing;technology

中圖分類號(hào)：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）10-0237-02

1? 智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)介

智能機(jī)械制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。智能機(jī)械制造優(yōu)勢(shì)明顯，不但能夠有效縮短產(chǎn)品研制周期，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低運(yùn)營(yíng)成本和資源能源消耗，并促進(jìn)基于互聯(lián)網(wǎng)的眾創(chuàng)、眾包、眾籌新業(yè)態(tài)、新模式的孕育發(fā)展。智能機(jī)械制造通常以智能工廠為載體，通過對(duì)關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化的改造，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)、以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為支撐等特征。

在我國(guó)的發(fā)展中，智能機(jī)械制造同樣占據(jù)著重要的角色，具備促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、提升我國(guó)制造整體水平、提升企業(yè)運(yùn)營(yíng)效率、降低操作者工作強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速的今天，智能機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展起著無可替代的作用，是推動(dòng)我國(guó)社會(huì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿ΑＭㄟ^對(duì)智能機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)機(jī)械制造行業(yè)同步發(fā)展，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要部署，也是相關(guān)企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2? 我國(guó)智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)存在問題

現(xiàn)階段，我國(guó)的智能機(jī)械施工技術(shù)還有很多問題等待解決，進(jìn)而導(dǎo)致了成本問題無法控制。所以就目前情況來看只有創(chuàng)新生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)和機(jī)械元器件，從而組合出滿足自己需求的設(shè)備。

2.1 智能機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)較弱

智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)技術(shù)是基于現(xiàn)有制造工藝基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，我國(guó)目前在工藝制造上比較落后，機(jī)械自動(dòng)化方面尚處在單機(jī)的自動(dòng)化、剛性的自動(dòng)化的階段，且未真正掌握核心技術(shù)，進(jìn)而無法自己生產(chǎn)控制系統(tǒng)，只能從國(guó)外購(gòu)買先進(jìn)的設(shè)備來加工機(jī)械元件。相比較而言，而世界機(jī)械制造工藝水平發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)采用高精度加工，微型機(jī)械和微米/納米技術(shù)、復(fù)合加工技術(shù)等先進(jìn)工藝，實(shí)現(xiàn)了柔性自動(dòng)化生產(chǎn)，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家早已普遍使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD），目前覆蓋率已經(jīng)超過60%，但是在中國(guó)CAD的覆蓋率目前僅為5%左在。還有發(fā)達(dá)國(guó)家在六十年代初就已經(jīng)普遍使用優(yōu)質(zhì)高效低耗的工藝及設(shè)備，而中國(guó)的很多企業(yè)還是在采用落后的工藝設(shè)備進(jìn)行著生產(chǎn)，而優(yōu)質(zhì)高效并且低耗的先進(jìn)工藝的普及程度還不足10%。

2.2 缺乏核心芯片技術(shù)，開發(fā)成本較大

目前我國(guó)智能機(jī)械制造的發(fā)展停留在以機(jī)械設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)的初級(jí)階段，通常以單片機(jī)為核心的硬件技術(shù)和以計(jì)算機(jī)編程為突破點(diǎn)的軟件技術(shù)結(jié)合進(jìn)行智能機(jī)械制造，但是所用技術(shù)較為初級(jí)，智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)未能充分發(fā)揮。在5G時(shí)代來臨之際，如何借助5G更好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的功能，是未來智能機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

從生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展來看，由于核心技術(shù)沒有掌握，一些電氣控制系統(tǒng)和機(jī)械元器件不得不從國(guó)外購(gòu)買，進(jìn)而導(dǎo)致了成本問題無法控制。同時(shí)，隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境問題、安全問題的逐步重視，操作人員工程部進(jìn)一步降低、遠(yuǎn)程操作技術(shù)、數(shù)據(jù)即時(shí)采集技術(shù)等需求逐漸增多，造機(jī)械制造過程中與智能網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)的結(jié)合是企業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的主要手段，在產(chǎn)品制造的同時(shí)，還能整合出科學(xué)合理化的方案，以程序?yàn)橹鳎悄芙馕鲈O(shè)計(jì)人員可以根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置，檢測(cè)制造機(jī)械，從而來確定產(chǎn)品性能是否達(dá)標(biāo)的一整套智能機(jī)械制造流程將是未來生產(chǎn)制造型企業(yè)主要的轉(zhuǎn)型方向。

2.3 人機(jī)工程理念尚處在初級(jí)階段

人機(jī)工程學(xué)是由波蘭學(xué)者雅斯特萊鮑夫斯基提出來的新興的邊緣科學(xué)，是目前世界機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)中一門新興的邊緣科學(xué)。它起源于歐洲，形成和發(fā)展于美國(guó)，近幾年在中國(guó)、日本等國(guó)家廣泛接受。人機(jī)工程學(xué)在歐洲稱為Ergonomics，這名稱最早是由波蘭學(xué)者雅斯特萊鮑夫斯基提出來的，是一門多學(xué)科的交叉學(xué)科，研究的核心問題是不同的作業(yè)中人、機(jī)器及環(huán)境三者間的協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)者通過對(duì)人體測(cè)量學(xué)、人體反應(yīng)時(shí)間、操作反應(yīng)速度、無條件反射、環(huán)境因素和人員心理狀態(tài)等因素的考量，進(jìn)行數(shù)據(jù)化、細(xì)節(jié)化設(shè)計(jì)。

人機(jī)工程理念是確保人機(jī)配合高契合度的保障。受我國(guó)整體行業(yè)發(fā)展的影響，智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，往往僅從設(shè)備功能性及實(shí)用性來進(jìn)行設(shè)計(jì)，而忽略了設(shè)備在生產(chǎn)環(huán)境中實(shí)際情況，未形成把人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的思維，很多細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì)落后先進(jìn)國(guó)家較多，通常企業(yè)都委派大量的客戶服務(wù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多次調(diào)試，造成人力資源上的浪費(fèi)。目前我國(guó)人機(jī)工程理論下處于探索階段，在未來的機(jī)械制造中，方便、舒適、可靠、價(jià)值、安全和效率等指標(biāo)將更受用戶的重視。如何更好的滿足用戶體驗(yàn)感，是智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)的發(fā)展方向之一。

3? 智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)問題解決思路

3.1 以數(shù)據(jù)分析為突破，提升機(jī)械制造工藝水平

改造傳統(tǒng)機(jī)械制造工藝模式，采用智能系統(tǒng)對(duì)機(jī)械制造工藝進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)。通過控制器的標(biāo)識(shí)單元進(jìn)行全生產(chǎn)鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)分析，嚴(yán)格把控機(jī)械制造全流程。首先在計(jì)算機(jī)軟件數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的保障，進(jìn)行制造工藝相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，并按照設(shè)置好的步驟工序逐步實(shí)行，從而來確保機(jī)械制造的精確性。同時(shí)，制造裝備通過傳感器的使用也可以在第一時(shí)間找出制造過程中的問題，發(fā)出報(bào)警，為提升機(jī)械制造準(zhǔn)確性提供雙重保障。

3.2 利用5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，融合網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)

在目前信息化5G系統(tǒng)全面實(shí)施的背景之下，智能機(jī)械制造通過工業(yè)自動(dòng)化與信息技術(shù)（IT）的融合變得尤為重要。5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建后，數(shù)據(jù)傳輸效率相對(duì)于傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率將大大提升，同時(shí)也將為智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)的發(fā)展搭建了良好的平臺(tái)。為提升工廠的生產(chǎn)靈活性、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、降低成本、提高質(zhì)量和人身安全，從而使工廠的生產(chǎn)效率和質(zhì)量得到大幅度的優(yōu)化提高。從目前機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展來看，可以從以下5個(gè)方面進(jìn)行智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)的開展。

3.2.1 加強(qiáng)識(shí)別技術(shù)集成

智能機(jī)械制造設(shè)備所有功能的實(shí)現(xiàn)都是基于識(shí)別技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的。從目前我國(guó)發(fā)展情況來看，識(shí)別技術(shù)主要通過射頻原理結(jié)合三維圖像開展工作，對(duì)設(shè)備缺陷的探傷識(shí)別、明確物體具體位置與方向起重要作用。在進(jìn)行智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該在原有機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上，充分利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息科學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，利用三維建模技術(shù)，識(shí)別物體幾何情況。

3.2.2 加強(qiáng)實(shí)時(shí)定位跟蹤功能

生產(chǎn)制造全流程把控，材料、零件、工具、設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)跟蹤是目前生產(chǎn)制造行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。而良好的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為智能機(jī)械設(shè)計(jì)提供了合適的運(yùn)行環(huán)境。在進(jìn)行智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分結(jié)合設(shè)備所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，了解產(chǎn)品生產(chǎn)流程，進(jìn)行實(shí)時(shí)位置跟蹤，方便客戶使用。

3.2.3 改變傳統(tǒng)制造業(yè)邏輯

在傳統(tǒng)制造業(yè)中，設(shè)計(jì)者往往先進(jìn)行設(shè)計(jì)，在裝配過程中進(jìn)行相應(yīng)的修改。造成成本浪費(fèi)。在智能機(jī)械制造中，應(yīng)充分利用信息化技術(shù)，建立所有工件根據(jù)整體裝配“虛擬網(wǎng)絡(luò)-實(shí)體物理”生產(chǎn)系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，一個(gè)工件就能算出自己需要哪些服務(wù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造數(shù)字化升級(jí)。

3.2.4 實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)融合

在5G發(fā)展的今天，為智能機(jī)械制造者提出了更高的要求，機(jī)械制造設(shè)計(jì)應(yīng)該以工程化思維，充分考慮自動(dòng)化系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)技術(shù)、安裝調(diào)試技術(shù)、統(tǒng)一操作界面和工程工具的設(shè)計(jì)技術(shù)、統(tǒng)一事件序列和報(bào)警處理技術(shù)、一體化資產(chǎn)管理技術(shù)各自的特點(diǎn)，保障產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)。

3.3 加強(qiáng)市場(chǎng)了解，融合人機(jī)工程理念

智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)的根本目的就是短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，降低使用者勞動(dòng)強(qiáng)度，提升企業(yè)生產(chǎn)效率。這就需要機(jī)械設(shè)計(jì)者，時(shí)刻掌握時(shí)代的主體，了解市場(chǎng)要求，充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維，保持競(jìng)爭(zhēng)力，有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)技術(shù)，做到以客戶需求為核心，改善在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中遇到的問題，進(jìn)行專屬設(shè)計(jì)，不斷累積經(jīng)驗(yàn)，落實(shí)人機(jī)工程理念，增加用戶體驗(yàn)愉悅感，避免“閉門造車”的瓶頸。

人機(jī)工程理念以數(shù)據(jù)分析為基準(zhǔn)的理念與智能機(jī)械制造理念相吻合，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)的判斷。智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的提取，進(jìn)行相關(guān)機(jī)構(gòu)及部件的匹配。比如工業(yè)機(jī)器人就是可以實(shí)現(xiàn)直接操控機(jī)器人或通過模擬制造系統(tǒng)來間接實(shí)施生產(chǎn)或加工的產(chǎn)品，作為設(shè)計(jì)者，首要任務(wù)就是根據(jù)用戶實(shí)際情況預(yù)設(shè)一個(gè)生產(chǎn)策略或加工工藝路線，進(jìn)行工藝建模。設(shè)備的自主或自治生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)按照“工藝建模”中的數(shù)據(jù)進(jìn)行，而人對(duì)生產(chǎn)的監(jiān)督也以“工藝建模”的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)之間出現(xiàn)偏差時(shí)，線體會(huì)自動(dòng)報(bào)警或出現(xiàn)相關(guān)提升，人機(jī)交互的糾錯(cuò)的過程，更是人機(jī)相互協(xié)調(diào)的過程。

4? 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化產(chǎn)品已經(jīng)成為日常生活中我們不可缺少的一部分，無論是工作還是生活，智能機(jī)械產(chǎn)品都會(huì)給我們提供極大的便利及舒適。于此同時(shí)，人們對(duì)制造技術(shù)水平及智能機(jī)械的使用要求越來越高，既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，作為機(jī)械設(shè)計(jì)者，應(yīng)不畏艱難，改善在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中遇到的問題。制造型企業(yè)也必須制定明確的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，發(fā)展以技術(shù)為核心的智能制造基地。同時(shí)，應(yīng)該放開視野，積極接觸國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，將從國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)和現(xiàn)有的技術(shù)相結(jié)合，以創(chuàng)新的思維進(jìn)行智能機(jī)械制造設(shè)計(jì)，不斷督促機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的整體化改造，達(dá)到理想的效果。

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