計算機技術在機械設計制造及其自動化領域應用中的重要性分析

邱國棟

[摘? ? 要]機械設計制造是指利用機械設備完成產品設計、制造等工作，計算機技術是機械設計制造及其自動化的核心技術。基于此，文章從計算機技術在機械設計制造及其自動化領域應用入手，結合制造企業設計制造工作實踐，總結如何應用計算機技術全面發揮計算機技術的重要作用，推動行業高質量發展。

[關鍵詞]計算機技術;機械設計制造;自動化

[中圖分類號]TH122;TH164 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–00–02

Analysis of the Importance of Computer Technology in the Field

of Mechanical Design and Manufacturing and Automation

Qiu Guo-dong

[Abstract]Mechanical design and manufacturing refers to the use of mechanical equipment to complete product design， manufacturing and other work， computer technology is the core technology of mechanical design and manufacturing and its automation. Based on this， this paper starts with the importance of computer technology in the field of mechanical design and manufacturing and its automation， combined with the design and manufacturing practice of manufacturing enterprises， summarizes how to apply computer technology， give full play to the important role of computer technology， and promote the high-quality development of the industry.

[Keywords]computer technology; mechanical design and manufacturing; automation

傳統機械設計制造由工作人員通過人工手段實施，存在效率低、依賴人力、成本高等問題，不滿足新時期對制造行業的發展要求。為實現制造行業的發展目標，專家學者提出機械設計制造自動化概念，引入計算機技術，進一步推動機械設計制造的自動化水平，制造企業應認識其重要性，合理開發利用。

1 計算機技術在機械設計制造及其自動化應用中的重要性

和傳統設計制造相比，機械設計制造及其自動化具有系統性、綜合性特點，生產精度和可維護性更高，應用計算機技術后，進一步拓展機械設計制造及其自動化的優勢，實現機械設計制造的科學化、智能化、高效化、環保化發展。

1.1 提高設計科學性

在機械設計制造及其自動化領域，計算機技術的應用，可改善傳統人工設計的復雜問題，由機械設備及軟件系統替代人工操作，完成數據計算、材料分析、繪圖等工作，規避人為因素對產品設計的影響，使產品設計方案更為科學。同時，在完成設計方案后，可利用虛擬仿真技術模擬設計方案的生產過程，設計人員能夠直觀分析生產過程，明確設計方案存在的不足，實施優化設計，進而提高設計的科學性及可靠性，為后續產品制造生產奠定基礎，推動機械設計制造及其自動化的科學化發展。

1.2 實現智能化生產

在機械設計制造及其自動化領域，大部分制造企業建造了自動化產品生產線，初步實現自動化生產。計算機技術的應用，可進一步提高生產自動化水平，實現智能化生產。

在設計環節，行業專家基于計算機技術，研發出多種設計軟件，內置多種設計模型，協助設計人員完成產品及零部件設計，使機械設計制造更為便捷、智能。例如，基于3D打印技術，行業專家提供多種三維數字模型，存儲于云數據庫，設計人員可登錄云數據庫獲取不同材料設計方案與模型，自動完成材料設計。

在制造環節，計算機技術的應用可實現產品制造生產的全過程監控，實時獲取設備的運行參數，并進行智能調控，使機械設備具有自愈功能，及時處理機械設備出現的小故障，避免生產線出現大型機械故障，提高產品制造的智能化水平。

1.3 提升綜合效益

通過上述分析可知，在機械設計制造及其自動化領域，計算機技術的應用，可提高設計科學性，實現智能化生產，可有效提高機械設計制造的效率，減少制造環節的材料浪費，進而提高制造企業的產品產量，降低產品生產成本，實現降本增效的目的。同時，在科學化設計背景下，設計人員可優化調整設計方案，綜合考慮產品加工工藝的經濟性、綠色性等要素，降低產品生產的污染與能耗，提高機械設計制造的環保性，從而提升制造企業的綜合效益。

2 計算機技術在機械設計制造及其自動化應用實踐

基于計算機技術在機械設計制造及其自動化領域的應用重要性，制造企業應提高對計算機技術的重視，根據產品設計、制造特點及要求引進合適的計算機技術，實現設計科學化、生產智能化、提升綜合效益等目標。本文結合制造企業生產實踐，總結計算機技術的實踐應用策略，以供參考。

2.1 數控機床技術的應用

在機械設計制造及其自動化中，數控機床技術是優化自動化生產線的關鍵，其核心在于數控編程與數控軟件。技術人員可利用數控軟件進行數控編程，優化設置機械設備的運行流程與參數，提高機械加工制造的精度。以某制造企業為例，數控機床技術的應用包括以下3種。

（1）數控車。在該制造企業的生產實踐中，基于數控機床技術，配置與企業產品生產要求相符的數控車床，技術人員參照產品加工圖紙，利用CAM軟件或數控機床數控系統進行數控編程，合理選擇產品生產的刀具，優化設計刀具安裝，優化設計刀偏參數，實現IT6級精度及以上回轉體工件的生產與加工，提升產品精度與質量。

（2）數控銑。在該制造企業的生產實踐中，基于數控機床技術，配置相應的數控銑床作為加工中心，實施產品工件切削加工操作，技術人員參照加工圖紙，編制程序指令，控制數控銑床調控刀具參數，完成工件的切削，配置電主軸、直驅馬達等硬件設備，以車代磨，切削精度與效率均有所提升。

（3）自動化生產。在該制造企業的生產實踐中，技術人員利用數控機床技術，自動完成機械零部件的制造，結合技術圖紙要求，設計電路安裝流程、液壓與氣動連接裝置，并配置PLC控制系統，自動化完成機械產品的裝配，實現智能化生產。

2.2 3D打印技術的應用

3D打印技術是指基于數字模型文件，應用新型材料快速完成物體打印構造的技術。在機械設計制造及其自動化領域，3D打印技術的出現為全面自動化生產的實現提供條件，可用于機械設計制造的全過程。以某汽車制造企業為例，3D打印技術的應用方式及應用效果如下。

（1）設計環節。根據汽車零部件的不同需求，最快可在數小時內完成概念模型的制作，提高產品概念驗證的效率，便于設計人員實施優化設計。同時，基于3D打印技術的多元材料選擇特點，設計人員在快速設計制作多個工具原型，不斷修正設計，合理選擇工裝夾具，降低錯誤成本，進而提升生產產能與產品質量。

（2）生產環節。該汽車制造企業利用水溶型內芯、注塑成型等3D打印技術，在短時間內完成小批量工具的生產，提高產品生產效率，縮短產品上市時間，使企業獲取更高利潤。和傳統生產技術相比，3D打印技術使用的材料具備更高的熱塑性，零部件性能更強，延長零部件使用壽命，提高產品質量。在該汽車制造企業生產中，3D打印技術的應用使工具開發成本減少約90%，效益顯著。

2.3 虛擬仿真技術的應用

在機械設計制造及其自動化領域，虛擬仿真技術的應用相對廣泛，通過與其他計算機技術的配合應用，實現自動化、智能化生產目標。在設計環節，虛擬仿真技術通常與數控機床技術配合應用，利用CAM等軟件完成設計后，對數控機床系統進行仿真模擬，按照數控機床的實際生產參數，在虛擬環境中配置機械設備，模擬產品設計方案的生產過程，基于虛擬仿真技術的可視化特點，呈現機械產品加工制造的全過程，及時發現設計方案的缺陷，優化調整設計方案，避免后續加工制造環節出現問題，造成材料浪費，影響制造企業產量與效益。

在制造環節，虛擬仿真技術通常與工業機器人技術配合應用，打造機器人生產線，實現智能化生產。以某制造企業為例，在生產線中配置工業機器人，可完成弧焊、點焊、搬運、噴涂等工作。為保障機器人的規范生產，提高各項工序的生產精度與效率，技術人員利用MotoSim EG-VRC軟件進行虛擬仿真分析，明確工業機器人的配置要點。細化來說，該制造企業將工業機器人用于點焊焊接工序，技術人員利用MotoSim EG-VRC的虛擬仿真過程，明確工業機器人的接觸速度、一次接觸壓力及生效設定等參數，并優化設計工業機器人的運行程序，同步實現機器人控制與伺服焊槍外部軸控制，高效完成點焊焊接工序。

2.4 計算機輔助技術的應用

在機械設計制造及其自動化領域，計算機輔助技術是指CAD、CAM、3D建模、機電一體化等技術，輔助設計人員與生產人員完成機械設計制造等工作，提高機械設計制造的效率與精度，進而提升制造企業的產能與質量。具體而言，計算機輔助技術是計算機技術在機械設計制造領域的應用基礎，是實現機械設計制造自動化的關鍵，制造企業的技術人員均須掌握計算機輔助技術應用技能。以某制造企業為例，其計算機輔助技術的應用體現在以下2點。

在機械設計環節，設計人員利用計算機輔助設計CAD軟件與CAM軟件，完成零部件與產品的繪圖工作，包括三視圖、局部細節圖、詳細工程圖紙等;利用三維打印機、三維掃描儀等設備，進行設計方案的仿真分析，獲取產品的裝配模型與工藝解決方案，為產品加工制造提供全面資料，發揮機械設計作用。和傳統機械設計相比，計算機輔助技術應用后，設計人員的工作量顯著減少，且繪圖更為精準、細致，有助于零部件與產品質量的提升。

在機械制造環節，該制造企業實施機電一體化生產，技術人員可利用計算機輔助技術，完成氣壓工程、數控系統構建、數控編程、機器人開發等工作，以此設計、組裝、調試自動化生產線，實現智能化生產。同時，在加工制造過程中，設計人員可利用傳感器技術，實時觀測生產線各個關鍵節點的運行參數，及時發現自動化生產線存在的故障，避免質量問題的出現。就目前技術發展水平而言，用于機械設計制造行業的計算機輔助技術更為多元，技術人員可引進人工智能技術，通過神經網絡、大數據、語音識別等技術，加大機械設計制造智能化發展的廣度與深度。

3 結論

綜上所述，計算機在機械設計制造及其自動化領域中的應用，可提高設計的科學性，實現智能化生產，提升綜合效益，有助于制造行業與企業可持續發展。通過本文的分析，制造企業可在機械設計制造中應用數控機床技術、3D打印技術、虛擬仿真技術及計算機輔助技術，實現發展目標。

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