信息技術背景下機械設計制造及其自動化研究

朱生輝

摘要：在互聯(lián)網(wǎng)時代，信息技術已經(jīng)滲透到社會發(fā)展的各行各業(yè)中。在機械設計制造領域，信息技術為其自動化發(fā)展提供了支撐。本文將從機械設計制造及其自動化的概念及優(yōu)勢入手，基于現(xiàn)階段我國機械設計制造及其自動化發(fā)展存在的具體問題分析，探討其未來發(fā)展的主要方向，希望可以促進現(xiàn)代化信息技術和機械設計制造的融合。

關鍵詞：信息技術;機械設計制造;自動化;趨勢

0? 引言

進入二十一世紀以來，我國社會經(jīng)濟發(fā)展進入關鍵的轉(zhuǎn)型時期，在工業(yè)領域，開始由粗放型轉(zhuǎn)向集約型，相較過去更加注重生產(chǎn)的生態(tài)性、創(chuàng)新性以及高效性，在這樣的情況下，傳統(tǒng)機械設計制造已經(jīng)無法滿足新時期工業(yè)生產(chǎn)的要求。基于此，應將信息技術引入機械設計制造領域，推動其自動化水平的提高。

1? 機械設計制造及其自動化的概念及特點

1.1 機械設計制造及其自動化的基本概念

機械設計制造及其自動化是一種集合多元理論的先進應用技術體系，是研究各種工業(yè)機械裝備及機電產(chǎn)品從設計、制造、運行控制到生產(chǎn)過程的企業(yè)管理的綜合技術學科。與傳統(tǒng)的機械生產(chǎn)方式相比，機械設計制造及其自動化具有高效、安全且便捷的優(yōu)勢，更加符合新的時代發(fā)展特點。如今機械設計制造及其自動化在我國社會主義工業(yè)事業(yè)發(fā)展中占據(jù)著十分重要的地位。

1.2 機械設計制造及其自動化的優(yōu)勢分析

首先，機械設計制造及其自動化可以提高機械設計制造的效率和質(zhì)量。為了適應社會的發(fā)展需求，現(xiàn)階段我國機械設計制造領域已經(jīng)開始積極引入現(xiàn)代化先進技術，自動化信息技術的應用將使得機械設計制造的效率和質(zhì)量獲得明顯的提高，加強機械制造相關產(chǎn)品商品的精確水平。不僅如此，還可以促進生產(chǎn)規(guī)模和范圍的擴大，并縮減生產(chǎn)成本，實現(xiàn)企業(yè)綜合效益的增加。機械設計制造及其自動化可以達到傳統(tǒng)機械加工生產(chǎn)工藝無法企及的技術水平，通過開展設備儀器試驗工作的方式可以最大程度的排除機械加工生產(chǎn)中存在的人為因素干擾，提高機械設計制造的準確度，更好的滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。此外，在現(xiàn)代化信息技術的支撐下，機械設計制造企業(yè)可以開展更深層次的功能開發(fā)和優(yōu)化，推動產(chǎn)品的創(chuàng)新發(fā)展，豐富我國機械產(chǎn)品市場。

其次，機械設計制造及其自動化的安全性更高。自動化信息技術在機械設計制造領域的應用可以有助于安全隱患的消除，提高生產(chǎn)工作的安全性。在自動化設計制造模式下，人工操作的內(nèi)容將大幅度削減，生產(chǎn)人員只需通過計算機就可以實現(xiàn)對生產(chǎn)作業(yè)的有效操控，和機械加工現(xiàn)場保持安全距離，如此安全事故發(fā)生的幾率將控制在極低的范圍內(nèi)。另一方面，信息化技術在機械設計制造領域中的應用還可以消除一些不穩(wěn)定因素帶來的影響，如針對電子因素引發(fā)的故障，可以借助信息管理平臺的自我診斷功能，及時發(fā)出警報，并采取隔斷性措施，這樣可以為故障排除爭取足夠的時間和空間。

最后，減少人力資源的需求。機械設計制造及其自動化主要是借助計算機和控制程序?qū)C械設備的運行進行控制，機械加工生產(chǎn)的整個過程都是依照控制設備傳輸?shù)闹噶睢Ｒ虼嗽谧詣踊夹g的支撐下，機械設計制造需要的是了解計算機信息技術并具備機械設計制造專業(yè)知識技能的綜合型人才，對工藝性人工的需求將大幅度降低，過去機械設計制造中的許多人工操作環(huán)節(jié)也將被機器所取代。

2? 信息技術背景下機械設計制造及其自動化的現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向分析

2.1 機械設計制造及其自動化的現(xiàn)狀

進入新世紀以來，互聯(lián)網(wǎng)的普及以及大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代化信息技術的發(fā)展應用，許多行業(yè)的發(fā)展模式都出現(xiàn)了巨大的變化，同時改變的還有人們的生活和工作方式。在這樣的背景下，德國率先提出了“工業(yè)4.0”的概念，即基于信息技術和工業(yè)技術相互融合的大趨勢，積極推動網(wǎng)絡技術、計算機技術、信息技術、軟件與自動化技術的綜合應用，形成全新的智能化、個性化虛擬網(wǎng)絡。在此之后，美日韓等發(fā)達國家也相繼推出了類似計劃。順應這一趨勢，我國提出了“中國制造2025”戰(zhàn)略。而相較于其他發(fā)達國家，由于我國尚處于工業(yè)進程中，因此機械設計制造及其自動化行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)更加艱巨。就目前來看，我國機械設計制造及其自動化行業(yè)中表現(xiàn)出的問題主要有以下幾個方面：

其一，自主創(chuàng)新能力弱，缺乏核心競爭力。從2010年開始，我國國家知識產(chǎn)權局授權的發(fā)明專利數(shù)量連續(xù)流年居于世界首位。以2016年為例，在所有授權的40.4萬件發(fā)明專利中，超過四分之三是國內(nèi)發(fā)明專利，同比增長率為14.5%，成績顯著。但從另一方面看，核心技術方面取得的突破十分有限，仍舊無法擺脫對發(fā)達國家的技術以來，尤其是一些關鍵的零部件、系統(tǒng)軟件以及高端裝備需要大量的進口。總體上看，我國機械設計制造及其自動化行業(yè)的自主創(chuàng)新能力相對不足，以至于產(chǎn)品在國際市場上缺乏競爭力。導致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是基礎研究投入不足，缺乏技術創(chuàng)新的條件和動力。根據(jù)我國工信部統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，我國在基礎研究方面的投入僅為發(fā)達國家的四分之一。

除此之外，我國機械設計制造行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和技術標準也存在落后現(xiàn)象，難以形成出口優(yōu)勢，同時也導致“中國制造”在部分國家和地區(qū)成為低劣產(chǎn)品的代名詞。

其二，環(huán)境污染問題嚴重、資源利用率低。長期以來，由于我國采取的是一切以經(jīng)濟發(fā)展建設為中心的戰(zhàn)略模式，我國工業(yè)結構是以重化工業(yè)為主，工業(yè)生產(chǎn)則是以獲取經(jīng)濟效益、實現(xiàn)高增速為目標，這帶來了嚴重的環(huán)境污染問題，同時工業(yè)生產(chǎn)中的資源利用率也處于較低的層次。除了國家戰(zhàn)略重心的影響外，造成如今這種局面的另一個原因就是我國環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法不力。根據(jù)最近幾年我國環(huán)境狀況公報的內(nèi)容可知，在全國地級及以上城市中，控制質(zhì)量超標的比例在75%以上。而當前，我國開始從發(fā)展高速經(jīng)濟轉(zhuǎn)為發(fā)展高質(zhì)量經(jīng)濟，工業(yè)轉(zhuǎn)型勢在必行，這必然會對機械設計制造及其自動化行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生影響。筆者認為，我國下一步將推動制造業(yè)的綠色改造升級，打造高效、清潔、低碳、循環(huán)的綠色制造體系。

其三，信息化水平依舊較低。以目前我國工業(yè)化和信息化的融合程度，在機械設計制造及其自動化領域，信息化水平依舊無法滿足“智造”的要求。在工業(yè)國際化競爭的背景下，推動信息技術滲透是未來我國工業(yè)發(fā)展的主要內(nèi)容，但是據(jù)我國工信部的統(tǒng)計，我國在基礎信息設施建設和應用方面和發(fā)達國家仍舊存在一定的距離，除了多方面因素的影響，機械設計制造企業(yè)對傳統(tǒng)生產(chǎn)方式和工藝流程改造過程中利用信息技術升級的意愿偏低，研發(fā)、生產(chǎn)、管理、服務等環(huán)節(jié)的智能化水平也相對較低。

2.2 信息背景下機械設計制造及其自動化的發(fā)展方向

以目前我國機械設計制造及其自動化行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，在未來一段時期內(nèi)，信息技術在該領域的應用將變得更加廣泛深入。筆者通過分析之后認為，機電一體化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡化、微型化將是機械設計制造的發(fā)展方向。

首先，機電一體化是機械設計制造及其自動化最主要的發(fā)展方向，在具體發(fā)展中需要融合信息技術、微電子技術、傳感技術以及控制技術等多項先進技術門類，進一步減少人工在實際加工作業(yè)中的應用，利用計算機仿真模擬對機械系統(tǒng)的組件進行模擬分析，如此就可以判斷其實際運行效果，或針對性的做出改進優(yōu)化，實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)效能的提升。

其次，機械設計制造及其自動化行業(yè)的智能化發(fā)展使得在實現(xiàn)自動控制的基礎上進一步對機械設計制造的智能水平進行強化，以模擬人工智能的方式提高機械自控技術水平，實現(xiàn)機械設計制造及其自動化性能綜合、全面的提高，滿足現(xiàn)代生產(chǎn)加工的高控制標準要求。因此，我國在未來應積極推動高階智能技術在機械和設計誒制造領域的應用，確保機械設備的的高效穩(wěn)定運行。

第三，機械設計制造及其自動化的模塊化發(fā)展主要是為了應對現(xiàn)階段我國機械設計廠家繁多，銜接不當?shù)膯栴}。在機械設計中，設備機械接口、動力系統(tǒng)等是需要重點考慮的部分，而面對繁多的廠家，設計人員很難在短時間內(nèi)設計出滿足所有廠家需求的機械產(chǎn)品。對此最合理的解決路徑就是采用模塊化的設計方法，開發(fā)標準機械接口和動力接口，這樣可以同時滿足不同是的設計需求。

第四，機械設計制造及其自動化的網(wǎng)絡化發(fā)展是指借助網(wǎng)絡技術開展機械產(chǎn)品的運營推廣工作。具體來講，是通過網(wǎng)絡技術所擁有的信息傳輸功能對機械設計制造及其自動化予以完善，實現(xiàn)對機械的遠程監(jiān)控，提高機械運行效率，減少人力資源的投入，簡化人工操作環(huán)節(jié)，提高機械運行的穩(wěn)定性。

第五，機械設計制造及其自動化的微型化發(fā)展主要針對的是機械產(chǎn)品制造和運行成本過高的問題。現(xiàn)階段我國工業(yè)生產(chǎn)中采用的機械多為大型設備，運行中會消耗巨大的能量。推動機械設計制造的微型化發(fā)展是為了降低機械能耗，同時對產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)化改進也可以起到促進作用，整體上看又可以提高行業(yè)的經(jīng)濟效益。未來一段時間內(nèi)，機械設計制造微型化發(fā)展的重點是如何在確保機械設備功能的前提下對其體型進行壓縮。

最后，機械設計制造及其自動化的生態(tài)化發(fā)展是我國環(huán)境保護以及資源節(jié)約對產(chǎn)業(yè)提出的要求。根據(jù)我國相關生態(tài)化發(fā)展政策和要求，機械設計制造及其自動化應該更多的關注資源材料高效利用的問題，基于先進信息化技術加強對機械加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)的污染控制，實現(xiàn)綠色生態(tài)化機械設計制造。

3? 結語

綜上所述，在信息技術快速創(chuàng)新發(fā)展的背景下，工業(yè)化和信息化的融合將是不可阻擋的趨勢。目前來講我國機械設計制造及其自動化領域仍舊存在一些問題，導致了我國機械產(chǎn)品在國際市場上的競爭力不強。對此，我國應進一步推動信息技術的滲透和應用，推動機械設計制造及其自動化行業(yè)的網(wǎng)絡化、模塊化、生態(tài)化發(fā)展，為工業(yè)改革奠定堅實的基礎。

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