機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用

胡宇鵬

（許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司 河南省許昌市 461000）

1 引言

將計(jì)算機(jī)技術(shù)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中，可以將其看成是近代工業(yè)革命發(fā)展過(guò)程中形成的重要產(chǎn)物之一，也是機(jī)械化制造與發(fā)展的代表。近些年，伴隨對(duì)外開(kāi)放政策的實(shí)施及經(jīng)濟(jì)全球化腳步加速，機(jī)械制造行業(yè)為了健康、長(zhǎng)久發(fā)展，企業(yè)就一定要主動(dòng)確立前瞻性思維，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化內(nèi)合理使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，全面提升機(jī)械制造的自動(dòng)化、信息化與智能化水平，借此方式鞏固和提升自身在市場(chǎng)內(nèi)的地位[1、2]。但計(jì)算機(jī)技術(shù)在我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用還處于初期階段，尚未形成完善的應(yīng)用體系，這在很大程度上影響我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的持有的話語(yǔ)權(quán)與地位，故而在后續(xù)發(fā)展階段要持續(xù)進(jìn)行改進(jìn)與發(fā)展，使機(jī)械產(chǎn)品制造實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化有更強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化的含義

伴隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)進(jìn)步與發(fā)展過(guò)程，很多工業(yè)設(shè)備原件以及機(jī)電產(chǎn)品陸續(xù)被用于工業(yè)及其他領(lǐng)域中，其實(shí)這些工業(yè)設(shè)備原件便是機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化，其是設(shè)備及相應(yīng)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造運(yùn)轉(zhuǎn)至生產(chǎn)的一個(gè)統(tǒng)稱。將計(jì)算機(jī)技術(shù)用于機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化范疇中，主要是為了應(yīng)對(duì)既往生產(chǎn)實(shí)踐中暴露出的一些復(fù)雜技術(shù)問(wèn)題，以進(jìn)一步提升產(chǎn)品的智能化水平。實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化，對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程能起到很大的推動(dòng)作用，其也占據(jù)著較高的社會(huì)地位。當(dāng)下，機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化對(duì)其他技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展過(guò)程也發(fā)揮著重要的支撐作用，為諸多領(lǐng)域、行業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)展進(jìn)步的重要基礎(chǔ)[3]。另外，實(shí)現(xiàn)機(jī)械及其自動(dòng)化并合理應(yīng)用，能明顯降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提升工作效率，游刃有余的落實(shí)傳統(tǒng)生產(chǎn)階段的重、難點(diǎn)項(xiàng)目。對(duì)于計(jì)算機(jī)行業(yè)而言，機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程精密化程度的提升，對(duì)計(jì)算機(jī)行業(yè)發(fā)展也起到一定引領(lǐng)作用。

3 計(jì)算機(jī)技術(shù)

在科學(xué)技術(shù)日新月異的背景下，計(jì)算機(jī)技術(shù)在發(fā)展中取得的成績(jī)是顯而易見(jiàn)的，虛擬、可視化及仿真技術(shù)逐漸被用于械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，引領(lǐng)本行業(yè)現(xiàn)代化、智能化發(fā)展進(jìn)程。計(jì)算機(jī)技術(shù)用于設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中的主要作用是將相對(duì)抽象化的機(jī)械數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)具象化，等同于對(duì)外呈現(xiàn)出較具體的數(shù)據(jù)，而后進(jìn)行科學(xué)、有效的深層次運(yùn)算，通過(guò)分析、處理數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的一種技術(shù)類型。計(jì)算機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在如下幾方面：

首先，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，減少傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)階段形成的誤差，將誤差控制在一個(gè)很小的范疇中，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品更加準(zhǔn)確、可靠。其次，能提升工作效率和質(zhì)量，機(jī)械設(shè)計(jì)制造階段合理應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，能明顯短縮工作時(shí)間長(zhǎng)度，利用機(jī)械代替很多手工操作流程，提升工作效率和質(zhì)量，加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造流程的進(jìn)度，幫助企業(yè)壓縮了時(shí)間成本。最后，能夠提升機(jī)械相關(guān)信息的流動(dòng)性，強(qiáng)化操作體驗(yàn)[4]。例如，可以使用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)模擬機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化活動(dòng)的情景，并將創(chuàng)新創(chuàng)意理念融合其中，最后以虛擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)去檢測(cè)驗(yàn)證其合理性、準(zhǔn)確性，能進(jìn)一步提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化過(guò)程的科學(xué)性。再如，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)內(nèi)的媒體形態(tài)去建設(shè)機(jī)械模型，借此方式更清晰、全面的呈現(xiàn)出產(chǎn)品的構(gòu)造特征及數(shù)學(xué)物理模型，固然會(huì)提升工作效率。

4 計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的實(shí)踐應(yīng)用

4.1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)

可視化技術(shù)和虛擬技術(shù)的融合、拓展實(shí)質(zhì)上就是我們所說(shuō)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，其是以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，并科學(xué)測(cè)評(píng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化水平，進(jìn)而使產(chǎn)品生產(chǎn)制造的科學(xué)性、合理性得到更大保障。既往在生產(chǎn)制造機(jī)械產(chǎn)品階段，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)通常會(huì)投入較大資金，成本偏高，并且修整設(shè)計(jì)內(nèi)容也是極為繁多的，而通過(guò)使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，能協(xié)助相關(guān)人員設(shè)計(jì)出產(chǎn)品實(shí)體的造型，建設(shè)三維立體造型，協(xié)助設(shè)計(jì)是觀察與分析設(shè)計(jì)出的實(shí)體造型，及時(shí)做出調(diào)整與優(yōu)化，減少誤差，提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性，并呈現(xiàn)出三維造型分析結(jié)果，為優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)工作質(zhì)效提供更可靠的保障[5]。

4.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)原理是利用計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代化技術(shù)采集、組織、處理和量化的一種計(jì)算機(jī)技術(shù)。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化階段，大量的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行階段形成的數(shù)據(jù)信息會(huì)被匯總至特定系統(tǒng)內(nèi)，這些數(shù)據(jù)不僅能較客觀的呈現(xiàn)出設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)作狀態(tài)，也能協(xié)助技術(shù)人員及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行階段可能存在的故障問(wèn)題。機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)，可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)深入分析流水線上各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息，全面掌握企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，通過(guò)數(shù)據(jù)分析明確當(dāng)下產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工與生產(chǎn)相關(guān)問(wèn)題的成因，并結(jié)合分析結(jié)果對(duì)某機(jī)械設(shè)備甚至是整個(gè)流水線進(jìn)行檢查維修，進(jìn)而使產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造活動(dòng)持久、穩(wěn)定推進(jìn)有更大保障。

4.3 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化均有較強(qiáng)的綜合性，會(huì)顯著提高以上過(guò)程運(yùn)作的難度，增加其復(fù)雜性。伴隨時(shí)代的發(fā)展進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)日新月異，我國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中創(chuàng)造很大，信息化、計(jì)算機(jī)等有關(guān)技術(shù)應(yīng)用范疇有很大拓展，對(duì)行業(yè)辦公效率提升發(fā)揮很大輔助作用。故而，計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用情況也受到很大重視。合理應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，能有效應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中暴露出的很多問(wèn)題，有助于提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平與效率。利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，能協(xié)助相關(guān)人員在制造零部件等機(jī)械設(shè)備時(shí)，能更深入的分析其工作原理，協(xié)助有關(guān)人員在扎實(shí)了解零部件運(yùn)作機(jī)理的基礎(chǔ)上，科學(xué)合理的簡(jiǎn)化零件制造流程，不僅有利于提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造工效，也有助于提升機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的準(zhǔn)確度，使整個(gè)制造效率和質(zhì)量到到更大保障。

很多機(jī)械零部件設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)涉及到大量的計(jì)算工作內(nèi)容，傳統(tǒng)人工計(jì)算階段不僅會(huì)增加工作人員壓力與作業(yè)強(qiáng)度，也很難保證計(jì)算結(jié)果的精確度。鑒于以上情況，設(shè)計(jì)人員可以利用人機(jī)對(duì)話方法進(jìn)行設(shè)計(jì)處理，及時(shí)修整相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，有助于整體提升機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用性能。機(jī)械模具設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的常見(jiàn)工序之一，為了更整體額了解模具有關(guān)信息，可以利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行，還能協(xié)助企業(yè)更全面的掌握當(dāng)下本行業(yè)發(fā)展的大趨向[6]。另外，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)使用到很多較特殊的符號(hào)，其對(duì)設(shè)計(jì)工作也提出較高要求。通過(guò)使用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，能夠協(xié)助設(shè)計(jì)人員集中處理各種特殊符號(hào)，而后進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)各種，能明顯短縮設(shè)計(jì)工作時(shí)間長(zhǎng)度，為設(shè)計(jì)人員開(kāi)展工作創(chuàng)造便利性。另外，也可以將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)用于三維立體造型工作領(lǐng)域中，順利的建設(shè)出三維實(shí)體模型，能夠?yàn)榉治龉ぷ鞯脑茝奶峁└唷⒏煽康男畔⒅С郑瑢?duì)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量具有很大促進(jìn)作用。

4.4 數(shù)控技術(shù)

近些年，數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用情況得到公眾的較高重視，該項(xiàng)計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用階段表現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)，比如提升機(jī)械產(chǎn)品的加工精確度、提升生產(chǎn)效率及便于開(kāi)展生產(chǎn)過(guò)程管理工作，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化機(jī)械加工等。數(shù)控機(jī)床是數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的主要應(yīng)用形式，其給予可編程序的過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制作較高，有效的提升構(gòu)造繁雜、精密度要求高、多變零件的制造效果[7]。

4.5 3D技術(shù)

將3D 技術(shù)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域中，不僅有益于提升產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的完整性，還有益于美化機(jī)械產(chǎn)品的外觀[8]。在具體應(yīng)用階段，工作人員可以利用3D 技術(shù)建設(shè)模型，這樣能更直觀的觀察到產(chǎn)品設(shè)計(jì)內(nèi)存在的不足之處，有針對(duì)性進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，借此方式提升機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造水平。在生產(chǎn)出機(jī)械產(chǎn)品以后，也可以利用3D 技術(shù)整體分析產(chǎn)品的載荷能力、特性及外部形狀等，使產(chǎn)品的實(shí)用性得到更大保障。

5 發(fā)展趨勢(shì)

5.1 智能化

將高新技術(shù)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中是行業(yè)未來(lái)幾年中發(fā)展的必然趨勢(shì)，高新技術(shù)不僅對(duì)本行業(yè)可持續(xù)發(fā)展過(guò)程起到引領(lǐng)、促進(jìn)作用，還能強(qiáng)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)的綜合實(shí)力，進(jìn)而逐漸躋身到國(guó)際市場(chǎng)中的前列。當(dāng)下，我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)迅猛，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化不單純是一種概念，利用計(jì)算機(jī)模擬人工智能技術(shù)，能進(jìn)一步提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的信息化水平[9]。這就要求計(jì)算機(jī)技術(shù)要不斷拓展自身的應(yīng)用范圍、應(yīng)用過(guò)程的規(guī)范性與整體性，并加大對(duì)高端設(shè)備的普及應(yīng)用力度，使機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)有更充分的準(zhǔn)備好迎接智能化時(shí)代帶來(lái)的各種挑戰(zhàn)。智能化的實(shí)現(xiàn)也是我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)做粗的重大變革之一，對(duì)整個(gè)行業(yè)健康、持久發(fā)展能起到很大的促進(jìn)作用。

5.2 開(kāi)放化

當(dāng)今時(shí)代是多元化時(shí)代，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的發(fā)展格局日益表現(xiàn)出開(kāi)放性特征。所謂的“開(kāi)放性”，就是在生產(chǎn)制造產(chǎn)品階段，其制造技術(shù)不單純受制于計(jì)算機(jī)單一技術(shù)，主動(dòng)將更多成熟、先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)其中，使機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及制造方面獲得更深刻的造詣。特別是對(duì)于數(shù)控領(lǐng)域而言，其能把仿真技術(shù)功能充分的發(fā)揮出來(lái)，借此方式進(jìn)一步提升信息處理水平，使相關(guān)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中表現(xiàn)出更顯著的自動(dòng)化特征。

5.3 網(wǎng)絡(luò)化

我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟度有很大提升，提高了信息傳播速度。企業(yè)可以嘗試使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，和世界上其他國(guó)家共同專研產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造創(chuàng)新方法，在合作學(xué)習(xí)過(guò)程中提升自我，使我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)在運(yùn)營(yíng)發(fā)展階段創(chuàng)造更大效益。

6 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)在社會(huì)各行各業(yè)中均有較為深入的發(fā)展和應(yīng)用，其自身的成熟度也有很大提升，人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的支撐。將其融合至機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域中，不僅是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)發(fā)展的主觀需求，也是新時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。當(dāng)下我國(guó)在這一方面的應(yīng)用基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，未來(lái)還需科技人員加強(qiáng)探索與完善，分析機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中存在的不足，編制科學(xué)合理的處理方案，這樣方能更有效的應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。