機械設計制造及其自動化的特點與優勢

宋沛宇，胡志斌

[摘? ? 要]隨著科學技術和國家經濟的飛速發展，很多傳統行業與時俱進，逐步向新興產業領域發展過渡。在此背景下，機械設計制造行業拔地而起，發展迅猛。機械設計制造及其自動化的發展水平是每個國家工業生產力水平的重要體現。當下，傳統機械設計及其制造行業存在較大弊端，以計算機技術、網絡技術和人工智能技術為核心的機械自動化在各個領域被廣泛應用，普遍提升了用戶使用體驗，順應了當下的發展潮流。本文將重點分析機械設計制造及其自動化的特點與優勢，并對該技術未來的發展趨勢進行分析。

[關鍵詞]機械設計制造;自動化;特點;優勢

[中圖分類號]TH122 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）12–00–02

Characteristics and Advantages of Mechanical Design， Manufacturing and Automation

Song Pei-yu，Hu Zhi-bin

[Abstract]With the rapid development of science and technology and national economy， many traditional industries keep pace with the times and gradually transition to the field of emerging industries. In this context， the mechanical design and manufacturing industry has sprung up and developed rapidly. The development level of mechanical design， manufacturing and automation is an important embodiment of the level of industrial productivity in each country. At present， there are great disadvantages in the traditional mechanical design and manufacturing industry. Mechanical automation with computer technology， network technology and artificial intelligence technology as the core is widely used in various fields， which generally improves the user experience and conforms to the current development trend. This paper will focus on the characteristics and advantages of mechanical design and manufacturing and its automation， and analyze the future development trend of this technology.

[Keywords]mechanical design and manufacturing; automation; characteristic; advantage

隨著經濟全球化和世界經濟一體化趨勢的不斷加強，各國經濟總體上呈現全面快速發展的盛況。全球合作的同時也伴隨激烈的全球競爭，這就對科學技術的發展速度與先進性做出要求。機械制造產業在提升生產效率、改善產品質量方面起到了不可忽視的作用，另外它作為我國國民經濟發展過程中的支柱性產業直接影響著我國的核心競爭力。機械設計制造過程中融入自動化對整個機械行業有著跨時代的意義，通過實踐諸多新型技術設備在近幾年研發成功并投入使用，如3D打印技術、無人機技術、掃地機器人等，用前瞻性思維和發展性眼光來分析看待，自動化是機械設計制造未來發展的主要方向，需要從多角度多層次分析來對未來機械設計制造及其自動化發展進行預判前瞻，這對機械設計制造產業有著積極的影響。推動機械設計制造行業朝著自動化方向進軍是全體中國人民的美好愿望。目前我國十分重視機械設計制造及其自動化的研發進度，在此領域投入很大成本和資源，不斷加強相關技術人員的自主創新工作能力，提倡科研學者在此領域深耕，為我國在該領域的國際地位打下了良好的人員基礎。

1 機械設計制造及其自動化的特點分析

與傳統機械設計制造相比，現代機械設計制造具備完善的體系，降低了對專業人員的需求量和依賴度，一改傳統制造模式，最大限度地節省了時間和人員成本。用一系列自動化設備批量替代傳統的大量工人和手工勞動，大大提高了生產效率和工作過程中的安全系數，降低了因人為因素出現殘次品的概率。機械設計制造及其自動化涉及多個學科領域的技術知識，當然這并不是簡單的技術累加，而是對跨學科知識的有效結合以及對多項技術的綜合應用。正是由于這種高端性，機械設計制造及其自動化被廣泛應用于生產生活中的各個領域，極大地提升了人們的幸福指數。其中，體積小、能源消耗少等微型特點在其應用性方面做出了巨大的貢獻。

1.1 與機械生產保持協調保證功能性和適配性

隨著時代的發展科技的進步，傳統的機械設計制造逐漸乏力無法滿足社會的要求和市場的需求，而機械設計制造及其自動化是以傳統機械設計制造產業為基礎，結合多種現代化新型技術賦予機械設計制造自動化和智慧化，進而提升生產效率提升可操作性和可控制性，從多層次多維度分析機器所需的功能進而結合多種技術來滿足功能需求，在機械設計制造及其自動化設計過程中需要滿足整體性和獨立性，保證機械的整體性，而針對機械生產作業需求保證功能的獨立性。例如，在農業無人機結構設計中需要保證飛行器、地面遙控系統、噴灑結構有機結合互相協調同時要保證滿足各自的功能性，進而實現功能需求協調整體設計適配。

1.2 機械設計制造及其自動化涉及的技術領域廣泛

機械設計制造及其自動化的技術要求較高且設計技術領域較為廣泛，需要多種設備技術綜合才能實現自動化。機械設計制造及其自動化需要一定的能量來維持運行，所以要電動機或者內燃機來將其他能量轉換為機械能，如農業無人機需要電動機和螺旋槳來將電能轉換為機械能進而產生升力或者推進力實現機械運行。最后，機械設計制造及其自動化需要信息傳輸存儲來實現自動化，將數據參數導入，隨后機械按照設計的程序或者輸入的參數進行作業。

2 機械設計制造及其自動化優勢分析

2.1 有利于提升機械的作業效率

機械設計制造及其自動化在作業過程中可以避免很多外界因素的干擾，保證外部環境基本維持在理想狀態進而可以大幅度提升作業的效率，例如農業無人機借助自動化來對周圍環境進行分析并通過傳感系統分析周圍可能造成作業影響的因素并及時做出反饋進而保證作業過程中的安全性，相比于傳統的作業方式效率表現更為優質，且可以通過程序設定針對不同作業要求進行不同狀態切換，大大減少了各種資源的投入。

2.2 可以保證機械始終處于最科學的負荷狀態

傳統的機械對自身荷載和負荷的調整基本上全部依靠人工，但是很多時候負荷過大導致工作效率下降且對機械自身有一定的損害，很容易造成機械故障，負荷過小則造成能源浪費，而機械設計制造及其自動化可以在設計過程中結合生產實際需求，針對性進行設計以滿足各種生產作業的需求，通過計算機程序分析不同作業類型的不同生產方向，進而針對性地進行程序導入，而自動化技術可以賦予機械設備仿生功能和數據存儲功能。因此，機械在自動化加持下有一定的記憶性且更為智能，通過傳感器或者數據分析多種方式來對自身進行調整，保證機器始終處于最佳負荷狀態進而保障能源利用率和生產效率的同時避免過載超負荷造成的機械故障。

2.3 可控性可操作性強

機械設計制造及其自動化借助網絡信息化技術來進行操作控制，相比于傳統的機械設計制造，現階段通過網絡計算機龐大的數據分析能力和計算能力可以保證對機械進行實時狀態監管分析，并制定科學可行的操作反饋，在整體操作控制表現上完全不是傳統機械可比的。

2.4 可以有效降低作業過程中存在的安全風險

機械設備在運行過程中普遍存在一定的風險，風險主要來源于機械自身和人為因素環境因素等外界因素，但是機械自動化設備可以有效降低運行過程中存在的風險，避免很多人為操作造成的安全隱患且對外部各種因素的影響進行精準分析，進而提升機械自動化設備運行過程中的安全系數。

2.5 機械故障的預防和處理

在機械生產作業過程中難免會有故障發生，這些故障普遍會對生產作業產生一定的影響，傳統機械故障是最讓人頭痛的問題，但是機械自動化設備可以最大限度地避免故障問題發生，在機械運行過程中由計算機對機械運行參數和運行狀態進行實時監測分析，一旦數據參數發生波動或者異常機器就會及時進行分析反饋并發出警報，并對數據信息做出分析給出相對科學的故障分析來協助工作人員進行故障維修，結合實際情況制定維修養護方案，進而大幅度延長機械的使用壽命。

2.6 提高生產效率

現代機械設計制造已實現了工藝流程的自動化、一體化。統一、規范、流程化的工作流程大大提高了生產效率，同時降低了人為因素造成的操作失誤，對產品質量有了更高的保證。一方面，程序化生產節省了人工更換不同生產工藝流程上機器零件的時間，只需要更改電腦程序，自動化機器設備就能完成不同生產線上的操作，大量節約了時間成本。另一方面，去除人工更換零部件的步驟還減少了機械磨損，有利于延長機器的使用壽命。機械生產自動化使一線工人從復雜繁瑣的手工勞動中解脫出來，用其代替人工，用更少的時間就可以完成產品的批量制入研究。

2.7 減少資源浪費

常規機械設備體積大，不易存放和移動，最重要的是能耗高。但是，現代自動化機器的設計和制造所使用的機械設備相對較小，占用空間小，可以節省一些空間資源。機器自動化便捷并簡化了生產流程。現代化的工廠生產車間不再需要許多一線生產工人，這就減少了人力資源的浪費。此外，由于能耗較低，具有節能環保運行的優點，機械設計制造和自動化產生的污染物被釋放到我們賴以生存的大片區域空氣、海洋和土壤中，對生態系統造成嚴重破壞。將機械設計制造及其自動化技術同步到生成制作環節中可以有效減輕污染物排放量過大的情況，促使有毒物質程度性降解，保護生產環境，達到我國現階段的排污和生產節能標準。

2.8 相比于傳統機械更智能化自動化

智能化是現階段科學技術的最前沿，用前瞻性的眼光和前瞻性的思維分析和展望未來的發展趨勢，智能化和自動化是未來發展的必然趨勢和主要發展方向，在進行機械設計制造過程中將智能化自動化有機結合可從多方面多層次提升機械自動化設備的功能，大大降低了人力資源的投入并在一定程度上實現節能環保。

3 機械設計制造及其自動化未來的發展方向分析

機械設計制造及其自動化的未來發展方向主要是從4個方面著手：智能化的開發、數字化技術的利用、產品設計過程的開發、綠色環保方向的研究。智能化現階段在機械設計制造方面的融入程度不高，還需要不斷挖掘智能化的社會價值和經濟價值提升融合程度，逐漸賦予機械固定的意識形態并形成下意識反饋。

在數字化方面可以從大數據和云計算方面著手進行融合，進而對機械整個設計運行過程進行分析。例如，在農業無人機投入使用后可以通過網絡移動端口借助大數據和云計算對周圍環境氣候水文和干濕度進行分析，并對多種目標進行跟蹤定位進而提升機械的功能。

在產品設計過程中可以借助BIM技術對各個環節的數據進行捕捉梳理整合分類，并根據數據反饋進行建模，通過模擬實驗來分析產品的性能和缺陷，進而提出建設性的優化建議，對產品創新和優化都有著積極的作用。在綠色環保方面需要積極利用可再生清潔能源實現充能和產品續航能力，如農業無人機可以通過光感系統分析光照狀態進行能源切換，利用太陽能電磁板進行充能和續航進而實現能源節約，通過對清潔可再生能源的利用來保證綠色環保，進而實現可持續發展。

4 結束語

現階段，相比于傳統機械設計制造，機械自動化設備在運行效率、安全性、可控性、可操作性以及故障預警處理方面都有著明顯的優勢，需要不斷拓展機械自動化智能化利用空間，深度發掘自動化智能化的社會價值和經濟價值，并用發展性眼觀來對機械設計制造未來發展方向進行預測，提高了生產效率，節省了資源成本并提升了安全性能。未來將朝著網絡化、智能化、虛擬化、數字化、微型化等更先進的方向推進，具有廣闊的消費市場和發展前景。進而從多方向多渠道來對機械設計制造行業進行改革創新以促進機械行業穩定健康的發展。

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