淺析提高機械設計制造及其自動化的有效途徑

薄守方

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東 濟南 250101）

機械設計制造及其自動化融合了機械制造、電工電子、計算機等多種技術類型，因此，對設計人員的專業技術水平提出了更高的要求。尤其在自動化設備投入使用后，不僅需要機械設備具有較高的安全性、可靠性與穩定性，而且在節能降耗以及提高生產效率等方面也做出了明確規定。這就需要設計人員在熟練掌握機械設計制造原理的同時，必須在設計生產實踐當中不斷對設計制造技術進行創新升級，以確保自動化設備的各項性能達到最優化，進而為工業生產型企業創造更多的經濟效益與社會效益。

1 機械設計制造及其自動化特點

1.1 數字化特點

數字技術是依托于計算機技術而衍生出的一種智能化識別與處理技術，運用數字技術能夠對機械設備產品的相關信息進行分析、優化、重組，并且在虛擬現實技術的支撐下，對產品的設計過程進行仿真模擬，這樣，不但能夠提高產品的設計精度，而且產品的性能參數也能夠得到進一步優化。

1.2 智能化特點

目前，在機械設計制造領域，智能機器與人類專家組成的人機一體化智能系統得到全面推廣和應用，運用智能化系統，不但能夠避免人為設計失誤的發生，而且智能化的分析、推理、判斷、決策功能為整個設計過程提供了高效便捷服務。過去，在機械化時代，設計人員只能按照采取固定的思維模式或者參照于設計圖紙，開展設計工作，這種單一的工作模式無法實現機械設備的優化配置，進而影響了機械自動化水平的提升。而智能專家系統的介入，融合了當前機械設計制造領域的高尖端技術，對改良產品性能，提高機械設備的自動化水平具有劃時代意義。

1.3 集成化特點

機械自動化技術主要涉及程序單元、傳感單元、作用單元、制定單元與控制單元，其中，程序單元主要擔負著程序指令的寫入與讀取，以支配機械設備完成各種動作。傳感單元作為智能系統中的基礎組成部分，能夠完成對整個機械制造控制系統工作實時狀態與性能參數的檢測工作。作用單元主要實現對整個系統的能量施加以及目標定位工作。制定單元是機械自動化系統中的核心組成部分，能夠根據系統的執行口令制定與發出相應的動作信號。控制單元主要對機械設備的一些動作進行調節，使機械設備能夠正常運轉。由此可以看出，機械自動化系統中的每一個單元分別扮演著不同的角色，并且將多種分散性功能整合、集成到一個單元，這就為系統的智能化控制提供了先決保障[1]。

1.4 模塊化特點

機械產品或者自動化系統的結構與功能具有層次性，因此，每一個功能、動作所對應的模塊也具有層次性特點，即高層模塊由低層模塊組成，基礎型模塊由每一個元器件組成。如果按照模塊的通用化程度可以將模塊劃分為專用模塊與特別模塊。

2 機械設計制造及其自動化遵循的設計原則

2.1 滿足工業生產對機械功能的要求

不同類型的機械產品，所具備的功能性也有所不同，因此，設計研發人員在產品開發設計階段，應當結合工業生產對機械功能的要求，制訂針對性的設計方案，使自動化機械產品能夠滿足作業生產需要。一般情況下，機械設計制造及其自動化應當具備三大要素，即輸入的物質、能量與信息，這其中就包含了設計、制造與特定功能，而機械設備的功能性則由內部有機聯系的結構所決定。機械自動化系統功能示意圖如圖1所示。

圖1 機械自動化系統功能示意圖

2.2 創新性原則

市場上的機械設備產品更新換代速度快，每一種新產品的問世，都標志著機械產品的性能也更加優越，因此，為了贏得市場發展先機，機械制造企業應當不斷對設計制造技術進行創新，將虛擬現實技術、人工智能技術等高尖端技術融入到設計理念當中，并進一步加大高科技含量，使機械設備的功能性更加強大，為推動現代化工業生產進程提供堅實的動力與技術保障。

2.3 滿足節能環保要求

近年來，為了積極響應節能降耗的號召，機械設計人員應當在設計環節引入節能環保理念，從原材料選取環節開始，盡量選用綠色、環保無污染的材料，并且在確保機械設備動力性的同時，整個生產作業過程能夠實現節能降耗的目的，進而為企業創造更多的環保效益。

3 提高機械設計制造及其自動化的有效途徑

3.1 融合計算機技術

計算機技術在機械設計制造過程中發揮了不可替代的重要作用，可以說，機械設計制造自動化水平的提高與計算機技術息息相關。基于這一理念，設計人員應將計算機技術與機械設計制造過程融合到一起，進而為現代化工業的智能化生產、集成化生產提供強大的技術支撐。比如計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）技術在機械設計制造中的實際應用，不僅繪圖精度高，而且出圖時間快，大大提升了工作效率。以數控技術為例，該技術作為計算機輔助制造技術的一個重要分支，已經在機械設計制造領域得到廣泛應用，比如最為常見的數控機床，在加工制造零件時，首先利用計算機輔助制造技術確定零件坐標系在機床坐標系上的相對位置，也就是零件在機床上面的安裝位置，然后確定刀具的走向、運動參數以及零件加工的工藝路線。當計算機系統獲取到這些數據信息后將其轉換為系統能夠識別出來的標準數控代碼，設計人員可以根據這些代碼編制零件加工的數控程序。數控機床的基本結構如圖2所示。

圖2 數控機床的基本結構

3.2 融合互聯網技術

目前，互聯網技術已經融入到社會各個領域，因此，設計人員可以依托于互聯網技術來提高機械設計制造及其自動化水平。比如以機械設計制造為主題，建立一個企業互聯網宣傳平臺，與社會各界專業人士建立一種溝通往來關系，針對機械設計制造的新思路、新理念、新工藝進行溝通交流，互換意見，并圍繞如何提高機械自動化水平展開討論，以準確定位產品研發方向與市場應用前景。同時，也可以將設計的新產品通過網絡平臺向社會各界予以展示，借助于社會公眾力量，來改善和優化產品性能，及時調整設計方案內容，確保設計出的產品能夠滿足工業生產需要。

3.3 優化資源配置，發揮配套技術優勢

機械設計制造過程涉及到人力、財力、物力等多種資源，為了提高機械設計制造及其自動化水平，機械設計制造企業應當合理調配人力資源，做到人盡其責，充分發揮人力資源的主觀能動性與創造性，同時，企業應當進一步加大機械設計研發階段的資金投入力度，以構建一個完整的機械設計制造資金鏈條。另外，由于機械設計制造與電工電子技術、計算機技術、人工智能技術、機械加工技術等多種技術類型相關聯，因此，對于設計人員來說，應當及時轉變思想觀念，拓寬視野，不斷學習新技術，以提高自身的技能水平。

以人工智能技術為例，該技術側重于智能理論、方法與應用，并融入了心理學、語言學以及人體科學等多學科知識，人工智能技術在機械設計制造中的應用，能夠完成操作人員無法完成的工作任務。比如機械設計制造是一個復雜繁瑣的過程，一個產品的誕生需要經過多道工序，而AI技術的自主學習、推理、判斷能力極強，在機械制造工藝中，具有自動控制與自動處理功能，并且能夠減少外界環境對制造過程造成的干擾，這就使作業生產效率得到大幅提升，制造出的產品也能夠滿足工業生產需求。

3.4 引入節能設計理念

為了積極響應“節能降耗，綠色環保”的號召，機械設計制造企業應將節能設計理念與設計制造過程相結合，本著環保、無公害、清潔的原則，通過技術手段實現節能的目的。比如在選擇發動機時，首先應當考慮發動機的油耗、排放量等技術參數，然后選擇能耗低，對環境污染小的發動機型，以協調好機械設計制造與自然生態環境間的和諧關系。在選擇產品的制造材料時，應當以節能環保的新型材料為主，以減少對自然生態環境的污染。對于制造工藝流程，應當符合節能環保理念的基本要求，盡量選用低能耗、低排放、低熱量的制造工藝。比如在鍛壓工序當中，為了減少熱量損失，可以采取溫鍛的方式，這種方式能夠與環境溫度之間保持平衡關系，進而實現節能降耗的目的。另外，設計制造企業應當樹立對社會負責的主人翁責任意識，基于節能環保理念，不斷對產品進行創新，比如近年來的新能源汽車就是一種新型的節能環保型產品，自產品投放市場以來，也倍受消費者的歡迎。因此，從機械設計源頭到產品投放使用的各個環節都可以融入節能環保理念，這樣才能促進機械設計制造及其自動化水平的提升[2]。

3.5 注重人才培養，加大培訓力度

人才在提高機械設計制造及其自動化方面起到決定性作用，尤其在信息技術高速發展的今天，單一型人才已無法適應先進的機械設計制造理念，機械自動化水平的提升也必然受到限制。因此，為了推進機械設計制造的自動化、智能化發展進程，企業應當引入大量的全能型、創新型人才，提高人才準入門檻。另外，為了提高專業型人才的技能水平，企業結合機械設計制造崗位的實際情況，應當建立一個科學完善的內部培訓教育體系，將與機械設計制造及其自動化相關聯的計算機技術、人工智能技術、電工電子技術等技術以及個人職業素養等內容納入到培訓計劃當中，并通過線下集中培訓、線上遠程培訓、專家講座等方式對現有的專業型人才進行培訓。為了驗證培訓效果，應當對參訓人員進行考核，對考核成績不合格的人員遵循“能者上、平者讓、庸者下”的原則，給職業素養高、專業技術水平高的優秀人才提供更加廣闊的發展平臺，為機械設計制造及其自動化水平的提高奠定堅實的人才保障。

機械設計制造及其自動化水平與企業的生產效率、經濟效益直接掛鉤，因此，機械設計制造企業應當致力于新技術、新工藝、新材料的研制和開發，并在設計制造過程中，積極借鑒成功的技術經驗，在推進機械自動化發展進程的同時，為工業生產型企業產能與效益的提升做出積極貢獻。