新時期自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用研究

孫瑞光

（山西鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西 太原 030013）

1 引言

21世紀以來，我國計算機科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，控制論與信息論逐步完善，自動化及智能化設(shè)備大量普及，自動化智能控制的應(yīng)用對各行各產(chǎn)的發(fā)展和國民的生產(chǎn)生活所發(fā)揮的作用也越來越重要。自動化技術(shù)通過計算機輔助工業(yè)設(shè)計制造，采用自動化儀器儀表實現(xiàn)智能控制，極大地滿足了工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)過程自動化的需求，同時也在很大程度上提高了勞動生產(chǎn)率，促進了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和工業(yè)自動化的實現(xiàn)[1]。而對于機械設(shè)計制造行業(yè)企業(yè)而言，身處現(xiàn)代工業(yè)自動化發(fā)展的時期，合理應(yīng)用自動化技術(shù)來革新生產(chǎn)工藝、改變生產(chǎn)模式、加強監(jiān)管檢測，是其提升制造精度、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的必由之路。然而，由于國內(nèi)工業(yè)自動化發(fā)展較晚，機械自動化技術(shù)的研究與應(yīng)用也較落后，自動化技術(shù)人才不足、相關(guān)配套設(shè)施缺乏、設(shè)備管理水平有限，導(dǎo)致自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用推廣受限。基于此，本文通過探討自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用優(yōu)勢及發(fā)展方向，分析當前觀察到的機械設(shè)計制造行業(yè)企業(yè)在自動化技術(shù)應(yīng)用中存在的問題并給出了相關(guān)建議，旨在與本領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)及行業(yè)專家實現(xiàn)溝通，為加快推動國內(nèi)機械自動化發(fā)展提供支持。

2 機械自動化的概念與組成

2.1 機械自動化技術(shù)的含義

自動化技術(shù)是以計算機信息技術(shù)為支撐，通過融合機械、微電子、仿生學(xué)、傳感器等多學(xué)科的先進技術(shù)實現(xiàn)機器設(shè)備或機械裝備在無人或較少人員參與操作的情況下，可以按照生產(chǎn)需求在預(yù)先設(shè)定的程序或命令下能自動監(jiān)測生產(chǎn)過程，分析判斷實時狀況，并自行生產(chǎn)作業(yè)的現(xiàn)代化技術(shù)[2]。在機械設(shè)計制造行業(yè)領(lǐng)域，機械自動化技術(shù)即通過相關(guān)硬件設(shè)備和軟件程序使得機械設(shè)計及制造過程實現(xiàn)自動化控制的技術(shù)。

2.2 機械自動化系統(tǒng)的組成

機械設(shè)計制造行業(yè)領(lǐng)域?qū)ιa(chǎn)環(huán)節(jié)、產(chǎn)品精度等要求較高，機械自動化技術(shù)的應(yīng)用在降本增效的同時，還需兼顧產(chǎn)品質(zhì)量。目前，國內(nèi)機械設(shè)計制造領(lǐng)域的自動化系統(tǒng)主要由操作系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信息處理及指令系統(tǒng)等五部分組成，其中操作系統(tǒng)具體執(zhí)行操縱控制生產(chǎn)作業(yè)過程；傳感系統(tǒng)監(jiān)控監(jiān)測自動化設(shè)備實時的運行狀態(tài)；通信傳輸系統(tǒng)接收相關(guān)信息并傳輸系統(tǒng)指令；信息處理系統(tǒng)分析處理接收的系統(tǒng)信息并形成應(yīng)對的指令；指令系統(tǒng)則與信息傳輸系統(tǒng)一并將指令下達到實施環(huán)節(jié)。在機械自動化設(shè)計制造中，上述各個系統(tǒng)只有相互協(xié)作，才能保障機械自動化控制系統(tǒng)的良好運行，實現(xiàn)應(yīng)用自動化生產(chǎn)的目的[3]。

3 自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用優(yōu)勢及發(fā)展方向

3.1 機械自動化的應(yīng)用優(yōu)勢

傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造生產(chǎn)模式需要較多人員參與產(chǎn)品模型建立及機器制造過程，生產(chǎn)效率較低，成本投入較高，且機械設(shè)計制造工序繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，過度依賴人工的生產(chǎn)模式受人員操作水平影響以致產(chǎn)品質(zhì)量不高，能源浪費也較嚴重。目前，自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中體現(xiàn)在數(shù)字控制技術(shù)、柔性化生產(chǎn)模式及自動檢測技術(shù)應(yīng)用等幾方面，機械自動化的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢。

第一，提升制造精度，機械自動化設(shè)計制造生產(chǎn)流程中，工作人員只需規(guī)范運用生產(chǎn)線，由計算機系統(tǒng)自動控制生產(chǎn)過程并進行質(zhì)量檢測，可以實現(xiàn)高精度生產(chǎn)，使得設(shè)計與制造質(zhì)量大大提升；第二，提高生產(chǎn)效率，應(yīng)用自動化技術(shù)打破了傳統(tǒng)機械設(shè)計制造工藝的束縛，消除了人工生產(chǎn)模式存在的限制，通過整合各個生產(chǎn)階段削減了冗余操作，使得生產(chǎn)流水線能高效快速運轉(zhuǎn)；第三，降低生產(chǎn)成本，機械自動化設(shè)計制造減少了人力資源的投入，提升了生產(chǎn)資料的利用率，同時通過自動監(jiān)測生產(chǎn)實時狀態(tài)也提高了機械設(shè)計制造過程的安全性能，減少了設(shè)備損壞和安全事故的風(fēng)險，降本增效成效十分顯著[4]。

3.2 機械自動化的發(fā)展方向

機械設(shè)計制造作為國內(nèi)工業(yè)制造行業(yè)的基礎(chǔ)，工業(yè)自動化發(fā)展推動了機械自動化的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用提升了生產(chǎn)效率和制造質(zhì)量，柔性化生產(chǎn)模式的應(yīng)用促進了生產(chǎn)多樣化和工藝多元化，自動檢測技術(shù)的應(yīng)用降低了機械故障率和生產(chǎn)成本。近年來，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展及其在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的滲透，使得機械自動化向著智能化、集成化、虛擬化的方向發(fā)展已成為一種趨勢。

第一，智能化發(fā)展。人工智能是現(xiàn)代科技發(fā)展的重要方向之一，智能化與機械自動化技術(shù)的融合使得人類的思考方式能更好地貫穿于機械設(shè)計制造中，智能化的機械設(shè)計制造系統(tǒng)可以模仿人類的行為，可控性較強，且具備邏輯分析與推理判斷能力，也能根據(jù)客戶需求隨時調(diào)整生產(chǎn)過程，還有助于優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程和機械運作效率。第二，集成化發(fā)展。集成技術(shù)是優(yōu)化現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)內(nèi)部運行的技術(shù)之一，集成化與機械自動化技術(shù)的有機結(jié)合能夠?qū)C械自動化軟件整合成一個完整系統(tǒng)，并將生產(chǎn)過程中的不合理因素重新排列組合，使得系統(tǒng)內(nèi)部各個環(huán)節(jié)的協(xié)同性更強，每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)運行得更為有序，同時也能滿足機械自動化生產(chǎn)全過程的監(jiān)控、管理和檢測，有利于資源利用率的提升和生產(chǎn)成本控制。第三，虛擬化發(fā)展。虛擬技術(shù)是基于計算機技術(shù)進行仿真或建模的一種熱門技術(shù)，虛擬技術(shù)應(yīng)用于機械設(shè)計制造中可以建立機械制造的虛擬終端系統(tǒng)，提出生產(chǎn)中可能會遇到的問題，通過相應(yīng)的模擬實驗來尋求解決方案；也可以對構(gòu)造復(fù)雜的機械產(chǎn)品進行3D建模，在模型上標注好相應(yīng)的參數(shù)，并預(yù)測生產(chǎn)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的情況，通過虛擬技術(shù)來降低研發(fā)和生產(chǎn)的風(fēng)險，節(jié)省人力、物力，有效降低機械設(shè)計制造企業(yè)在研發(fā)環(huán)節(jié)的投入。

4 自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造應(yīng)用中存在的問題及應(yīng)對策略

4.1 機械自動化應(yīng)用存在的問題

從當前我國機械設(shè)計制造行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，自動化技術(shù)的應(yīng)用主要存在以下三方面問題：第一，國內(nèi)自動化技術(shù)興起不久，要在機械設(shè)計制造領(lǐng)域深入滲透尚缺乏相關(guān)技術(shù)和專業(yè)人才的支持，許多機械設(shè)計制造企業(yè)投入大量資金從發(fā)達國家引進技術(shù)，但大多數(shù)企業(yè)工人整體素質(zhì)偏低難以適應(yīng)自動化生產(chǎn)，這兩者都制約著機械自動化的發(fā)展。第二，國內(nèi)機械自動化發(fā)展較為落后，大多數(shù)機械設(shè)計制造企業(yè)仍保留著傳統(tǒng)的制造設(shè)備，自動化控制的配套設(shè)施還不完善，也缺乏有利于機械自動化發(fā)展的環(huán)境，導(dǎo)致部分已經(jīng)引進的機械自動化技術(shù)難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。第三，大多數(shù)中小機械設(shè)計制造企業(yè)的管理人員還沒有完全認識到新時期自動化技術(shù)應(yīng)用的重要性，雖然引進自動化設(shè)備及技術(shù)，但管理人員重視程度不夠、專業(yè)知識缺乏，使得設(shè)備管理方面缺乏規(guī)章制度和指導(dǎo)規(guī)范，管理水平的低下也成為制約機械設(shè)計制造行業(yè)降本增效的重要因素。

4.2 機械自動化應(yīng)用問題的對策

結(jié)合國內(nèi)自動化技術(shù)與機械設(shè)計制造的融合情況及機械自動化的發(fā)展趨勢，針對自動化技術(shù)人才不足的問題，機械設(shè)計制造企業(yè)應(yīng)重視企業(yè)內(nèi)部人才的培養(yǎng)，在引進先進技術(shù)的同時，也要促進企業(yè)內(nèi)部自動化技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新。各高等院校的機械工程專業(yè)也應(yīng)結(jié)合新時期機械制造行業(yè)需求開設(shè)機械自動化方面的專業(yè)課程，為未來機械自動化發(fā)展培養(yǎng)人才。針對相關(guān)配套設(shè)施缺乏的問題，機械自動化行業(yè)協(xié)會應(yīng)著力推動相關(guān)技術(shù)及軟件系統(tǒng)的研發(fā)，各中小機械制造企業(yè)要重視自動化技術(shù)的應(yīng)用，投入資金更新機械自動化制造設(shè)備，完善機械自動化相關(guān)配套設(shè)施，為機械自動化發(fā)展營造良好的環(huán)境。針對設(shè)備管理水平有限的問題，機械制造企業(yè)在引進專業(yè)人才的同時，管理人員也要認識到自動化技術(shù)的價值及其在機械設(shè)計制造中應(yīng)用的趨勢，在自動化設(shè)備管理方面健全完善規(guī)章制度和管理規(guī)范，以指導(dǎo)工作人員更好地使用維護設(shè)備，此外也可以在企業(yè)內(nèi)部定期組織技術(shù)培訓(xùn)，提升設(shè)備管理與操作人員的水平，推動機械設(shè)計制造行業(yè)整體水平的提升。