自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

毛澤 張杰鑫 李天嬌

摘 要：隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，如機(jī)械工程、制造業(yè)、醫(yī)藥、工業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)雀黝I(lǐng)域。自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)，在減少各行業(yè)人力和物力的同時(shí)也提高了各行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率，并以其精準(zhǔn)度被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，自動(dòng)化技術(shù)通過模糊推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式確保計(jì)算的精度，從而使自動(dòng)化技術(shù)和機(jī)械設(shè)計(jì)相輔相成、共同發(fā)展。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì);制造領(lǐng)域;應(yīng)用

信息行業(yè)的飛速發(fā)展使得自動(dòng)化技術(shù)解放人力成為必然結(jié)果，其與各行業(yè)的完美融合在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生產(chǎn)效率的同時(shí)也展現(xiàn)了我國(guó)信息行業(yè)的進(jìn)步。機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展經(jīng)歷了人工操作、動(dòng)力操作、信息傳輸?shù)倪^程。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)已經(jīng)完美使用了信息傳輸，即將傳統(tǒng)的人工解析指令或參數(shù)發(fā)展成設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)，其根據(jù)遙感技術(shù)、反饋原理、數(shù)據(jù)原理等技術(shù)，將預(yù)存數(shù)據(jù)生成可執(zhí)行的指令程序，以替代人工輸入程序，功能類似于人的大腦，兩者共同發(fā)展，相互促進(jìn)。設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)不僅減輕人力和成本，更使得我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)與國(guó)際接軌，邁出了一大步。

1 自動(dòng)化技術(shù)

近年來(lái)科學(xué)技術(shù)的不斷突破，使得制造業(yè)迎來(lái)了難得的發(fā)展機(jī)遇期，機(jī)械制造工業(yè)也得到了極大的發(fā)展。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)屬于先進(jìn)制造的一個(gè)重要部分，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的使用和普及是制造業(yè)發(fā)展和革新的主流方式，同時(shí)其還對(duì)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)體系帶來(lái)了重大的影響。

自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展初期，多以傳統(tǒng)的人工控制為主，人工控制時(shí)效性差、精準(zhǔn)度低，且時(shí)常出現(xiàn)人身安全問題，因此自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)化技術(shù)是指在機(jī)器設(shè)備、儀表儀盤等設(shè)備中嵌入芯片，芯片會(huì)接收外界的程序或指令，設(shè)備會(huì)根據(jù)指令自行調(diào)節(jié)和加工，同時(shí)也會(huì)根據(jù)輸入的參數(shù)調(diào)節(jié)設(shè)備參數(shù)的技術(shù)。自動(dòng)化技術(shù)的作用毋庸置疑，其不僅能增加設(shè)備的時(shí)效性、提高生產(chǎn)效率、降低人工成本、增加計(jì)算的精準(zhǔn)度同時(shí)也能最大程度的保證工人的人身安全，這也是機(jī)械設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域引入自動(dòng)化技術(shù)的重要原因。

近年來(lái)，隨著自動(dòng)化控制的發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域和制造領(lǐng)域已經(jīng)徹底的走向智能型發(fā)展，降低了人工操作的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，將技術(shù)人員從復(fù)雜的工序中解脫出來(lái)，且自動(dòng)化技術(shù)的作業(yè)精度遠(yuǎn)高于人工。自動(dòng)化的結(jié)合了工程科學(xué)、數(shù)學(xué)理論、遙感技術(shù)、反饋原理等復(fù)雜分支。

2 在機(jī)械制造業(yè)中，自動(dòng)化技術(shù)的情況分析

（1）在集成化的機(jī)械制造中，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用情況分析。高度集成化是指通過計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，機(jī)械制造和機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和統(tǒng)一化的機(jī)械制造過程，在運(yùn)行過程中，各個(gè)分系統(tǒng)的相關(guān)作用可以得到有效發(fā)揮。在自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用中，集成制造技術(shù)是其十分重要的組成部分，它可以有效推動(dòng)信息化的發(fā)展。

（2）在智能化機(jī)械制造中，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用情況分析。在信息技術(shù)迅速發(fā)展的影響下，智能化機(jī)械制造的應(yīng)用范疇正在逐漸擴(kuò)大，并不斷發(fā)展成計(jì)算機(jī)智能技術(shù)。在機(jī)械制造和設(shè)計(jì)中，人機(jī)一體化設(shè)備的有效運(yùn)用，能夠充分發(fā)揮智能化的優(yōu)勢(shì)，并有利于提升自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。在機(jī)械制造系統(tǒng)中，使人工智能在不同環(huán)節(jié)更好地融入，促進(jìn)智能技術(shù)的有效延伸，同時(shí)相互融合機(jī)械制造智能技術(shù)和人工智能技術(shù)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤問題，并及時(shí)制定調(diào)整方案，從而提升生產(chǎn)質(zhì)量。

（3）在機(jī)械制造中，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用情況分析。對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)來(lái)說，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)是其重要的構(gòu)成部分，它是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備的不斷優(yōu)化。結(jié)果輸出、數(shù)據(jù)處理、信號(hào)調(diào)節(jié)及傳感器等是自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，先進(jìn)信息處理系統(tǒng)也包含其中，例如微型計(jì)算機(jī)等，可以促進(jìn)檢測(cè)的可靠性和有效性得到顯著提升。在機(jī)械制造過程中，有效運(yùn)用自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)對(duì)人工資源的使用也有很大的促進(jìn)作用，它可以在無(wú)人或少人的情況下進(jìn)行生產(chǎn)，提高人工資源的使用效率，促進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著提升。

3 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造領(lǐng)域中的應(yīng)用

自動(dòng)化技術(shù)意指為計(jì)算機(jī)賦予人類的大腦，使其能夠自主解釋程序。指令控制同類計(jì)算機(jī)、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)藥行業(yè)設(shè)備等，如今已成熟的應(yīng)用于金融、醫(yī)藥、顧客服務(wù)、玩具游戲、運(yùn)輸通訊等各行業(yè)領(lǐng)域。自動(dòng)化技術(shù)由最初的實(shí)現(xiàn)加減法到現(xiàn)如今操控大型設(shè)備、操控醫(yī)療設(shè)備做心臟聲音分析等經(jīng)歷了質(zhì)的飛躍和提高。

機(jī)器是沒有思維能力的，如何為機(jī)器賦予思維能力正是自動(dòng)化技術(shù)的核心，看似簡(jiǎn)單實(shí)則從最初發(fā)展到現(xiàn)在經(jīng)歷了無(wú)數(shù)研究者的心血，其原理借鑒人的大腦神經(jīng)元，人類的大腦通過改變神經(jīng)元的連接進(jìn)行學(xué)習(xí)和記憶，學(xué)者們模仿這一學(xué)習(xí)和記憶模式創(chuàng)建了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，試圖用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模擬人類大腦的計(jì)算、學(xué)習(xí)和認(rèn)知能力，再將其應(yīng)用于計(jì)算機(jī)。

機(jī)械設(shè)計(jì)和制造本就是基于計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理、電子、機(jī)械制造等基礎(chǔ)課程而衍生的專業(yè)，且廣泛應(yīng)用于人們的日常生活，如行駛模擬裝置、剎車系統(tǒng)、復(fù)印件等產(chǎn)品，內(nèi)部融合了傳感器、信號(hào)處理系統(tǒng)、執(zhí)行工具等系統(tǒng)，再由人工輸出特定指令和參數(shù)，各系統(tǒng)和元件相互合作、相輔相成從而產(chǎn)生人們生活的必須產(chǎn)品。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)多為手工制作，其缺點(diǎn)較為顯著，如生產(chǎn)效率低下、缺乏資源、人力輸出錯(cuò)誤率高，發(fā)展緩慢，這就使得機(jī)械設(shè)計(jì)融合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)成為必然趨勢(shì)。且近年來(lái)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域高速發(fā)展，已經(jīng)完美融合至各領(lǐng)域，作為機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)分支，計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展很大程度帶動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的擴(kuò)大和發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)也已成熟的運(yùn)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中，特定指令和程序已經(jīng)能夠標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生流水線作業(yè)，在減少人力物力的同時(shí)很大程度提高了生產(chǎn)效率和準(zhǔn)確率。但是，兩者融合不是一蹴而就的，是需要探索和更新的，機(jī)械設(shè)計(jì)要跟隨計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷的發(fā)展和變化而進(jìn)步，從而再提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)為人們的生活提供便利。

3.1 機(jī)械制造

機(jī)械生成過程是復(fù)雜和不可見的，各元件之間依據(jù)輸出指令相互作用、相輔相成，環(huán)境的復(fù)雜性和系統(tǒng)的差異性使得工程師們很難設(shè)計(jì)出統(tǒng)一健壯的控制系統(tǒng)，而卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠很好地解決這一難題，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)性能夠根據(jù)不同環(huán)境和軟硬件系統(tǒng)處理不同復(fù)雜模式，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)根據(jù)動(dòng)態(tài)模型做出合理的故障預(yù)測(cè)，再根據(jù)非線性動(dòng)態(tài)跟蹤進(jìn)行故障診斷，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)通過各神經(jīng)元的連接建立專家診斷系統(tǒng)，保證機(jī)械制造的精準(zhǔn)度。

3.2 故障診斷

自動(dòng)化技術(shù)會(huì)通過指定的程序通過傳感器定時(shí)采集設(shè)備元件的信號(hào)和狀態(tài)，再經(jīng)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)保存的特征庫(kù)分析出元件的狀態(tài)，特征庫(kù)中保存了各元件的狀態(tài)集合，根據(jù)模式匹配原理分析出元件當(dāng)前是否正常工作。當(dāng)然，自動(dòng)化技術(shù)不僅停留在系統(tǒng)故障診斷級(jí)別，而是在判斷出系統(tǒng)或元件故障后會(huì)根據(jù)以往的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)給出相應(yīng)的處理方法，類似于人類的專家系統(tǒng)，專家會(huì)憑借經(jīng)驗(yàn)、視覺或設(shè)備檢測(cè)等方式判斷故障原因，自動(dòng)化技術(shù)會(huì)通過神經(jīng)元的學(xué)習(xí)和記憶調(diào)整當(dāng)前處理狀態(tài)，確定故障部位和原因，相較于傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用很大程度解放了人類大腦的思考力。

3.3 機(jī)械設(shè)計(jì)

由于工程系統(tǒng)大多內(nèi)部構(gòu)造繁瑣且復(fù)雜，使得加工過程控制極為困難，一般的PID控制方法雖能監(jiān)控元件狀態(tài)，但隨著機(jī)械電子的發(fā)展，PID已然不能滿足當(dāng)前的生產(chǎn)要求，且當(dāng)前的工程設(shè)備多為小型化、高精度等，監(jiān)控難度不言而喻。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒性和非線性的控制方法很好的解決了這一難題，能夠很好監(jiān)控內(nèi)部元件復(fù)雜的工業(yè)設(shè)備，且具有長(zhǎng)期、穩(wěn)定的監(jiān)控力。

4 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用的發(fā)展情況 ?機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，不僅事關(guān)國(guó)民經(jīng)濟(jì)，而且對(duì)民族復(fù)興事業(yè)也起著關(guān)鍵性的作用，不過，考慮到我國(guó)目前自動(dòng)化水平較低的實(shí)際國(guó)情，相關(guān)部門應(yīng)該加緊探求一條更優(yōu)、更省的道路，這條路途異常兇險(xiǎn)且漫長(zhǎng)。其不是單一的進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)，而是需要自身有一個(gè)完整的規(guī)劃，從簡(jiǎn)單的仿制開始到技術(shù)吸收，逐步向前發(fā)展。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)的企業(yè)都在向自動(dòng)化邁進(jìn)，加大對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的引進(jìn)，對(duì)相關(guān)人才的吸收。不僅如此，更是加快了對(duì)在線工藝檢測(cè)設(shè)備等自動(dòng)化技術(shù)的引入步伐，這些都在一定程度上推動(dòng)了企業(yè)的向前發(fā)展。

對(duì)于相關(guān)機(jī)械制造企業(yè)來(lái)說，應(yīng)該時(shí)刻將國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展策略作為指導(dǎo)，以市場(chǎng)需求和普通民眾的基本需要為著手點(diǎn)，扎實(shí)推進(jìn)研發(fā)進(jìn)程，與此同時(shí)，再積極引入學(xué)習(xí)吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，將其運(yùn)用到自身的研發(fā)項(xiàng)目上，實(shí)現(xiàn)真正意義上的技術(shù)吸收，由此來(lái)推動(dòng)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的穩(wěn)步向前發(fā)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化技術(shù)的引入增加了生產(chǎn)效率降低了誤差率，提高了機(jī)械設(shè)計(jì)和制造行業(yè)的技術(shù)性和先進(jìn)性;機(jī)械設(shè)計(jì)和制造行業(yè)促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和學(xué)習(xí)能力，兩者相輔相成、相互促進(jìn)共同發(fā)展。當(dāng)然，自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展仍然存在很多不足的地方，各方面還處于完善階段，這就需要學(xué)者們共同努力，使得機(jī)械設(shè)計(jì)和制造業(yè)徹底的轉(zhuǎn)型，徹底擺脫人工控制，從而提高生產(chǎn)力。

參考文獻(xiàn)

[1]孟辛酉.自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的運(yùn)用[J].科技風(fēng)，2020，（12）：179，189.

[2]何錦雄.自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用分析[J].裝備維修技術(shù)，2019，（03）：91.

[3]劉永博.自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019，（15）：211-212.

[4]史超技.自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（10）：189.

[5]陳世杰.自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019，（08）：60.