機械設計制造及其自動化的特點與優勢研究

姜北晨 郝志勇

摘要： 機械設計制造及其自動化技術是工業生產領域中重要的應用技術，是國家科技水平的一種體現，代表了機械制造業生產水平的高低。隨著機械設計制造及其自動化技術的應用，進一步促進了國家機械制造業的發展，使得機械制造業的生產水平得到了大幅度的提升。本文便以機械設計制造及其自動化技術的相關特點和優勢為重點，進行一番研究探討。

Abstract： Mechanical design， manufacturing and automation technology is an important application technology in the field of industrial production. It is an embodiment of the national scientific and technological level and represents the production level of mechanical manufacturing industry. With the application of mechanical design and manufacturing and automation technology， it further promotes the development of national machinery manufacturing industry， and greatly improves the production level of machinery manufacturing industry. This paper focuses on the relevant characteristics and advantages of mechanical design and manufacturing and its automation technology.

關鍵詞： 機械設計制造及其自動化;技術特點;技術優勢;發展趨勢

Key words： mechanical design manufacturing and automation;technical features;technical advantages;development trend

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）24-0182-03

0? 引言

工業化生產時代的社會經濟的發展速度非常迅速。為滿足社會高速發展的需求，工業生產必須保持著較高的生產效率。傳統的機械設計制造業的效率水平與新時代的發展要求是嚴重不相符的。而機械設計制造及其自動化技術能夠在保證生產質量的同時，縮減的機械制造的生產成本，使生產效得到有效提升，使機械制造具備了集成化、智能化等特點，從而滿足了現代工業生產對綜合生產效益的要求。所以，機械設計制造及其自動化技術已然成為未來機械制造業的應用潮流，因而得到了相關專業人員的高度重視。圖1和圖2分別為機械自動化生產車間和機械制造流水線的示意圖。

1? 機械設計制造及其自動化技術的主要優勢

1.1 生產效率高

在實現自動化后，機械設計制造技術最大的技術優勢便是在效率性方面的提升。在機械制造領域，生產效率可以看作是經濟效益重要體現之一。傳統的機械制造技術使得生產企業需要雇傭大批的勞動力，在經過一系列較為繁瑣的機械操作后，才能完成產品的生產工作。在這一過程中，往往需要耗費大量的時間才能得到合格的產品。因此，采用傳統機械制造技術的生產效率始終處于較低的水平。若生產設備的機械結構較為精密，則會對相關操作人員的操作技術提出了更嚴格的要求。以內燃機的機械制造為例，內燃機由氣缸、曲軸箱、曲軸等多個零部件組成，其加工精度要求較高，一旦加工失誤，極易導致內燃機設備無法正常組裝和運行，從而造成該設備無法通過驗收工序。所以，傳統的機械制造技術需要每位工作人員在生產過程中，必須嚴格地遵守生產規則，按照操作標準進行按部就班的操作。

此外，較為繁瑣的操作步驟，不僅增加了制造時間，還會加大失誤操作的幾率，不僅會給機械制造環節造成不同程度的影響，還會降低工作人員的人身安全性。有的時候，一個生產環節的失誤，會導致整個生產過程的失敗，使得工作人員的精力與投入的生產資料被白白浪費，進而造成整個生產成本在大幅度增加的同時，產能反而進一步的降低。

而自動化的機械生產技術則不需要大量的人工進行控制，其生產過程主要由計算機程序進行操控，這就使得自動化機械生產技術可以有效減少生產廠商在勞動力方面的支出。自動化生產程序的操作指令具有高度的精準化特征，可以操作相關設備進行標準化的生產，在重復性的生產操作中，幾乎不會出現操作失誤的問題。這一特點可以確保機械生產過程始終保持相同的生產速度，從而實現了生產質量與生產速度的雙重保障。

1.2 安全性高

安全性是機械生產過程始終嚴格要求的一項工作標準，既包括生產工人的人身安全，也包括了產品的質量安全。相關行業必須以保證工作人員人身安全為前提條件，才能進行相關產品的生產活動。傳統的機械生產使用的勞動工人較多，生產操作較多，給生產安全管理造成了一定的難度。由于缺乏自動化管理，生產設備的響應速度往往由操作工人所決定，一旦出現操作失誤或故障問題，生產設備難以及時地停止，以避免事故問題的擴大，因而導致傳統生產模式很容易發生一些較為嚴重的安全生產事故，不僅威脅到工人的人身安全，也嚴重影響了產品的質量安全。

機械設計制造及其自動化引入了自動化管理控制技術，實現了計算機程序對生產流水線的遠程操控，負責生產工作的工人往往不需要身臨一線便可以控制機械生產的全過程，從而在根本上提高了對工作人員的保護水平。隨著自動化控制技術的使用，機械生產過程的各項操作精準度得到了大大的提升，從而有效避免了操作失誤的發生。此外，自動化控制的機械設計制造可以對生產過程進行自動化檢測與監控，能夠自動查找故障問題，一旦在生產過程中發生故障或事故，可以在第一時間響應，立即暫停生產設備的運行，從而實現了對生產事故問題的及時控制，減少了事故問題帶來的損失。

1.3 環保性高

機械制造行業在生產相關產品時，需要使用大量的原材料。為確保生產效益，需要控制其生產質量，避免出現大量的不合格產品，造成原材料的浪費。但是傳統機械設計制造工藝的復瑣性容易造成工作人員的操作失誤，進而影響產品的生產質量，導致勞動力和生產資料的雙重浪費，嚴重影響相關企業的生產效益，不符合我國所提倡的可持續發展和綠色發展的理念。機械設計與制造及其自動化技術在機械制造過程中大量應用自動化控制技術，能夠確保制造加工過程的精確度，因而可以有效避免因操作失誤而帶來的生產缺陷問題，從而減少了生產過程對生產原材料的浪費。長期應用自動化的制機械造技術，所節約的生產資料是極為可觀的，從而保障了相關制造企業的生產成本。

此外，機械加工制造過程在消耗原材料的同時，還會消耗大量的能源，并排放生產廢物。大量不合格產品的出現不僅意味著生產成本的增加，也會導致能源消耗和廢物排放量的增加。機械制造產生的廢物若直接排放，會給當地環境造成非常嚴重的污染問題，以及一系列的后續影響。為保護當地自然環境，我國對機械制造業提出了嚴格的環保要求。為此，相關廠商在降低生產污染方面投入了大量的資金成本。機械設計制造及其自動化不僅可以實現對生產制造的精確化控制，還可以與先進的綠色生產技術相結合，實現對生產污染的精準控制和管理，有效減少生產過程所產生的廢物排放量，為減少廠商的環保成本投入提供了巨大的幫助。

經過大量實際生產經驗的積累和先進技術的改進，機械設計制造及其自動化技術的環保性功能得到了長足的發展，在保持高質量高效率的生產功能的同時，其節能減排效果變得更加突出。目前，節能性已經是機械設計制造及其自動化技術的重要功能之一，為推動機械制造行業的綠色發展作出了一定的貢獻。

1.4 功能全面

傳統的機械設計制造技術的應用模式較為單一，只能按照應用模式進行產品生產，如果改造的生產環節必將導致所有的生產任務受到影響。如果增添了新的應用功能，必須對加工精度進行重新校正，因此，傳統機械設計制造技術增加其他應用功能往往面臨較大的難度。

機械設計制造應用自動化技術后，首先可以減少設備測試難度，降低了增添新式生產模塊的難度，從而利于機械設備的功能升級，使機械制造設備可以參與更多的生產環節。具備自動化功能的機械設計制造技術可以有效減少人工操作步驟，節省了人力資源。

2? 機械設計制造及其自動化技術的主要特點

機械設計制造及其自動化是以傳統機械設計制造技術為基礎，融入了自動化、信息化等高新技術，是對傳統技術的一次創新。機械設計制造及其自動化的出現，完美地替代了傳統的機械設計制造技術，能夠更加滿足當前社會對機械制造業的要求。機械設計制造及其自動化主要擁有以下幾大特征。

首先是具有較為明顯的綜合性特征。機械設計制造及其自動化涵蓋了多項專業的技術知識，如機械專業、設計專業，以及自動化專業等等。由于融合了多個專業的知識，使得該技術與傳統機械設計制造技術相比擁有較強的綜合性。機械設計制造及其自動化的研究對象較廣，既可以是工業設備，也可以是機械產品。在實際生產過程中，機械設計及其自動化技術的應用貫穿整個生產流程，從設計運行到生產制造，均可以使用該技術。

隨著同信息技術、計算機技術和智能控制技術的應用，機械設計制造及其自動化的技術水平進一步得到了提升。目前，該技術已經成為機械制造行業不可或缺的應用技術。

其次是較強的系統性特征。機械設計制造及其自動化技術是傳統機械制造技術與現代高新技術的融合，其應用技術已然十分成熟，并逐漸形成關于自身的系統工程，從而實現貫穿整個機械制造的全過程。較為典型的便是控制系統和檢測系統，可以實現系統化的自動控制與檢測。例如在內燃機的制造過程中，內燃機的結構復雜，零部件眾多，傳統的機械加工制造環節需要大量的人力進行監管，難以形成系統性的生產控制。而自動化的機械制造技術可以對內燃機的全部制造流程進行系統性控制，從而便于加工人員更加精確地控制內燃機各部分零件的加工情況和加工精度，保證了使內燃機的制造周期和制造質量。

第三是高度的自動化特征。傳統機械設計制造的生產效率取決于操作人員的專業素質，生產效率不穩定，而機械設計制造及其自動化則主要利用自動化的機器設備代替了人工操作。除了必要的操作人員外，相關生產工作可以由大量的自動化設備來完成，從而實現了生產過程的機械自動化。例如，在制作內燃機等零部件眾多的機械產品時，其加工流程是極為繁瑣的，在應用自動化制造技術后，生產流水線的管理工作可由機械設備完成，從而極大地解放了生產力。

3? 機械設計制造及其自動化的未來發展趨勢

機械設計制造在與自動化技術結合后，給機械制造行業帶來的變革是巨大的，是對傳統機械制造業的一次顛覆。傳統機械制造業龐大的勞動工人和繁瑣的生產流程已經被自動化的生產流水線所代替，使機械制造業在保持高水平的生產效率的同時，進一步壓縮了其生產成本。機械設計制造及其自動化技術在目前的機械制造領域有著無可比擬的地位，但對該技術的研究并未停下，隨著社會科技的不斷更新，機械設計制造及其自動化技術仍然有著很大的升級空間。根據現有的科技水平進行研究，未來的機械設計制造及其自動化技術的發展趨勢主要有以下幾大方向。

3.1 數字化發展

互聯網信息技術是支持信息社會進一步發展的主流技術之一，因此，融合數字化信息技術必然成本機械設計制造進行技術升級的重要選擇之一。機械制造進行數字化升級就是將機械制造與互聯網技術相結合，實現機械制造的數字化管理。相關企業可以通過信息技術收集與機械制造相關的各種信息數據，經過數字化處理后，可以為機械設計、機械制造、機械產品銷售，以及相關產品售后等工提供重要的信息支持，以便于機械制造企業實現對市場的把控。

3.2 智能化發展

人工智能是當前乃至未來社會研究的重點課題之一，鑒于智能技術的諸多優勢，機械設計制造及其自動化必然會向著智能化方向而發展。智能化機械制造技術的人機互動將更加深入，不僅可以進一步幫助工人完成生產制造工作，還可以實現對機械制造過程的進一步優化。例如，智能化的機械制造技術在處理生產環節故障問題時會表現的更加高效快捷，能夠實現故障問題的快速定位與處理。同時，借助智能技術可以提高對機械制造數據的分析處理能力，從而為機械制造的決策工作提供更為合理而準確的分析結果。

而智能化的機械設計制造又包括了人工智能、自動化、多功能化和集成化等多種技術。一旦智能化的機械設計制造及其自動化技術趨于成熟，機械生產企業可以使產品的生產效率獲得質的提升，從而進一步為企業減輕生產經營負擔。見圖3。

3.3 精密化發展

超精密加工是機械制造行業未來發展的一大重要方向。在未來社會，信息化技術所發揮的作用更關鍵。作為未來關鍵技術的信息化技術也在不斷的發展創新中，對于信息設備的精密程度有了更高的要求。為此，機械設計制造及其自動化技術必須順應時代潮流，要滿足精密設備的加工需求。目前，關于機械設備的超精密加工技術已經較為成熟，如超精密的銑削加工、磨削加工、特種加工等等。但是為了滿足其他種類產品的超精密加工需求，機械設計制造及其自動化技術還需要不斷的進行研究。

機械設計制造及其自動化的超精密加工主要有以下幾個研究方向，分別是更高的加工精度與效率，微型化精密加工、大型化精密加工，以及智能化精密加工等等。其中，微型化精密加工具有較為典型的代表性。微型化的機械制造技術主要是利用納米、微米等技術，使機械制造產品的體積進一步縮小，同時保證產品的加工精度，從而進一步降低機械制造的成本和能耗。目前，微型化加工技術已經應用于以航天工業為代表的多個行業領域。

3.4 生態化發展

綠色發展是社會發展前進的主流趨勢，機械設計制造及其自動化的發展也受到了綠色發展理念的影響，將社會效益、生態效益等綠色發展理念作為該領域技術發展的前進方向之一。生態化的機械設計及其自動化技術主要體現在產品的制造、銷售和回收等環節。在這些環節中，生態化的機械制造將最大限度地降低對能源的消耗，并最大化地利用社會資源。例如，更加精準地控制設計程序和生產程序，以最大化利用各種生產資料進行生產，解決機械加工制造過程中能耗高的問題。生態化的機械制造技術在設計過程中將更加注重產品的環保性，同時也兼顧經濟性和實用性。

3.5 虛擬化發展

目前，虛擬化是機械設計制造及其自動化在未來應用一個不可忽視的發展方向。機械設計制造的虛擬化發展主要是將虛擬技術與機械制造技術相結合，利用計算機和虛擬技術完成各種機械設計，將機械產品的三維圖像從計算機中顯示出來。機械設計人員可以利用虛擬技術對圖紙設計進行相關的修改和完善，并分析成品的加工質量。利用虛擬技術模擬產品的加工制造可以在不使用實際生產資源的條件下，對加工制造過程進行反復檢查分析，從而確定最佳的加工制造流程。

3.6 機電一體化發展

機械生產企業如果只生產較為單一的零件，則無法充分發揮企業的生產效能，從而導致企業難以適應現代社會的發展趨勢。面對較大的生存壓力，很多從事機械生產的企業所采取的應對措施就是增加產品的生產種類，或者生產附加價值更高的產品，如機電產品。為了滿足機電產品的生產需求，機械設計制造及其自動化技術也會向著機電一體化的方向而發展，需要對相關生產技術和設備進行改造創新，以實現機械生產與電子科技的完美結合。

4? 結束語

機械設計制造及其自動化技術的出現有力地促進了社會經濟和科技的發展。這一技術為推動現代工業的發展進步作出了巨大的貢獻。社會科技從停下前進的步伐，機械設計制造及其自動化技術同樣需要不斷的進行深入研究和創新，以確保該技術的諸多特點和優勢得以始終保持，而不被時代發展所淘汰。為此，要基于機械設計制造及其自動化技術的現有特點和優勢，對其進行技術創新，要結合當下先進的技術手段，加快其技術改造。

參考文獻：

[1]肖傳軍，張博.機械設計制造及其自動化的特點與優勢探討[J].機械管理開發，2021，36（07）：294-295.

[2]張緒勇.機械設計制造及其自動化的特點優勢與發展趨勢探究[J].中國設備工程，2021（14）：100-101.

[3]王晚英.機械設計制造及其自動化的特點及優勢探討[J].內燃機與配件，2021（12）：196-197.

[4]張小宇，鄧長城，朱可可，王惠震，石鑫.機械設計制造及其自動化的特點與優勢[J].時代汽車，2021（11）：158-159.