我國機械設計制造及其自動化發展方向探析

胡琴

摘要：日新月異的科學技術帶動著生產生活各個領域的發展，其中機械制造領域在科學技術更迭的基礎上發生了多次行業變革。特別是互聯網信息技術的興起，極大程度地改變了機械設計制造模式。智能制造、自動化生產模式的應用不僅解放了人力，還大幅提升了設計生產效率。機械設計制造及其自動化成為當前社會生產領域中的重要一環，本文以機械設計制造及其自動化為研究對象，詳細分析該學科技術的特征屬性和獨有優勢，總結應用規律，以此為基礎探究其未來發展方向和趨勢，旨在促進機械制造行業進一步發展。

關鍵詞：機械設計制造及其自動化;應用特征;發展方向

社會經濟的發展和人民生活水平的提升，對現代工業的生產效率和質量提出了更高的要求，隨著科學技術的不斷進步，現代工業逐漸實現了機械設計制造自動化。機械自動化是跨學科的綜合性新興技術，其原理是基于計算機技術、互聯網技術、信息技術、機械技術、電氣技術、測控技術等眾多學科，借助自動控制系統完成對機械設備和部件的精確控制。機械自動化相比傳統制造模式，不僅提升了制造質量同一性，還大幅提升了生產效率和生產能力，與社會經濟對現代工業生產的要求相匹配，是推動現代工業快速進步和發展的主要動力。歷經多年發展，機械自動化發展趨于成熟，僅在部分問題上存在一定不足，幾年隨人工智能等技術的出現，機械自動化技術又迎來嶄新的發展和應用。

一、我國機械設計制造及其自動化特性

（一）系統性

機械設計制造及其自動化在不斷發展中形成完備的工程體系，在體系框架下獲得長足發展，不斷更新迭代相關技術。例如，包括信息技術、控制技術、傳感技術等時下研發應用熱點，作為輔助控制環節在系統內保障其運行穩定性，同時得到檢驗和發展，高新技術的應用也展現了機械設計制造及其自動化當下發展水平。系統內機械原型設計、生產設備制造及工藝加工等多個環節應用進程中，眾多技術價值得到充分展現，促進了技術組織管理體系的完善。

（二）綜合性

機械設計制造及其自動化最顯著的特性是綜合性，縱觀其發展歷程可見，其不但涉及工業產品的多學科設計與制造體系，而且會涉及經濟社會發展與行業競爭等問題。例如，發展迅猛、應用廣泛的機械制造及其自動化項目，必然被用于與相關企業的近似項目以優勝劣汰的準則相比較，改變現存行業體系。當然這樣的正向對比利大于弊，有助于充分發揮機械設計制造及其自動化的價值，還能促進國家科技進步和綜合國力提升。另外，綜合性還促進了其他領域和所涉及學科的發展，在追求效益和進步的過程中，不斷優化現有技術和工業制造體系。

（三）科學性

機械設計制造業是由多類學科、多種技術有機結合而成的，各個環節科學聯通、協同作用。一項技術的投入應用都需要經過科學設計后與現有體系相匹配，滿足規范合理性技術要求，才能對系統提升具備有益效果，增進機械設備系統使用價值和生產效能，拓展機械行業發展空間。

（四）智能性

智能性是機械設計制造及其自動化另一重要特性，當前智能性逐漸滲透至眾多領域。人工智能和智能制造的引入促進了機械設計制造行業的進一步發展，整合人工智能技術在機械制造中能夠充分發揮機械優勢并提升制造效率。多類學科的設計理念和技術基礎在現代工業領域智能結合，優化了機械設計制造體系框架，最終實現生產質量和效率的大幅提升。

（五）前沿性

由于機械設計制造及其自動化是跨學科、包容性強的技術，新興技術往往能夠快速應用于機械設計制造行業，經過改良組合，優化機械設計制造系統某一特性，在提升生產效率的基礎上，同時滿足時代流行的機械設計制造習慣。

二、機械設計制造及其自動化的應用優勢

（一）保障生產過程安全

安全問題是機械設計制造及其自動化技術應用進程中所考慮的關鍵問題之一，涉及機械設備安全和人員安全及產品質量安全。中國機械制造發展至今，機械設備操作相關事故頻發，造成了巨大的人身傷害和財產損失。缺少先進技術支撐的情況下，為保障機械設備正常運作，往往需要更多的人力干預生產制造過程，增加了安全預防難度和人身安全風險。但是在機械設計制造過程中引入更多先進技術，逐漸實現生產制造自動化，構建完備系統性生產體系，優化機械設備運行過程，逐步降低設備運行安全和人員安全威脅。當前，部分機械制造系統能夠實現實時監測，面對設備和人員突發安全事故能自動鎖止，提升機械設計制造及其自動化生產效率和生產安全。

（二）實現生產節能發展

機械設計制造及其自動化是現代化生產的重要基礎作，其本質是生產資本的轉化過程，在原材料設計加工過程中會產生大量廢料、廢氣，排污到周邊環境中易導致生態環境失衡。具體的，工業廢水若不經處理，將嚴重污染流經產地的水流，破壞水質。工業廢棄物不論是堆放還是掩埋，均會一定程度上污染土質，影響農作物或其他植被正常生長。鑒于此，對機械設計制造及其自動化技術提出了更高的優化要求，自動化程度高的機械設計制造過程往往具備較高的原材料利用率和排污處理能力，有效減免資源浪費，進一步保護生產制造地的生態環境，符合生產節能的工業規律。

（三）有效提升生產效率

生產制造系統的自動化程度是衡量機械設計制造及其自動化技術的應用程度和發展水平的標準。傳統生產制造模式嚴重依賴于人力判斷和操控，人工干預程度高，所輸出產品受人工選擇影響，不可避免的存在質量同一性差的問題。應用先進的機械設計制造及其自動化技術到工業生產中，可以憑借其自動化監測和控制技術，精確預測或處理生產的各個環節，保障了生產環節的穩定性、高效率及安全性。自動化生產避免了人工選擇的誤差，能夠穩定地以預先設置自動化執行生產，實現產品規模化制造，同時滿足產品設計質量要求和生產進度規劃。

三、我國機械設計制造及其自動化的發展方向分析

（一）機電一體化

機械設計制造自動化是電子通信技術和機械制造相結合的產物，電子信息通信設備的引入，實現了機械設計制造監測、反饋、預測、控制等功能，形成工業自動化體系。當下，機電一體化已經廣泛應用于工業生產制造的各個環節中，在滿足生產標準的前提下提升了生產效率，極大程度地壓縮了設計制造時間，增進了生產效益，為產品設計和制造技術革新提供了上升空間。因此，機電一體化不但已經在當前的工業生產活動中取得了顯著成績，還將是機械設計制造及其自動化未來發展的主要趨勢。

（二）數字化方向

落后的工業設計制造模式往往依賴人工信息采集和計算設計，所設計樣品需要經歷繁雜實驗驗證，產品精度也難以把握。而借助數字化手段，能夠以數據統計分析的形式將制造需求和應用情況有機結合起來，簡化了信息采集和實驗測試流程。同時，數字化手段能夠以給定規則自主完成產品設計和制造優化，實現對制造系統和產品質量的評估，保障了產品高精度制造。數字化還便于完成多制造設備和產品的綜合分析，分析報告是產品和制造技術進一步革新的重要基礎。

（三）虛擬化

當前，在機械設計制造進程中，工程圖仍是體現設計思想、指導產品生產的重要工具。設計人員在工程圖內描述產品特點和產品功能，通過生產實踐不斷迭代直至滿足設計要求和生產能力才能正式投入量產，設計生產周期冗長。即使在現存眾多計算機輔助設計和計算機輔助工程技術的支撐下，產品從設計到投入生產也需要經歷低效率的驗證和監測環節，不僅消耗大量人力和生產資源，還難以保障產品質量。隨著科學技術的進步和不斷發展，產品設計到投入生產的過程有望實現虛擬化，借助監測控制設備或其他計算手段，僅需要輸入少量邊界參數和產品標準參數，便能實現產品的虛擬設計和產品虛擬驗證環節。而現有實驗反饋于設計的迭代過程也能虛擬地在自動化設計制造系統內自主完成，有效提升設計驗證和設計變現效率，節約時間和資源成本。

（四）產品網絡化、微型化發展

互聯網信息技術已經滲透到眾多社會生活生產活動中，帶來了翻天覆地的變化。在這樣的時代背景下，機械設計制造行業也需緊跟潮流，在工業生產系統內不斷引入互聯網信息技術，在經濟全球化的環境下，提升國家工業核心競爭力。產品網絡化不僅代表著互聯網技術的應用，也表現為產品制造標準、銷售流通的國際化。同時，由于科學技術的進步，允許集成多重功能于一身，微納米技術的進步帶動著機械設計制造產品向微型化方向發展。

（五）環保化

過去為滿足人們生活需求的增長，大肆發展工業生產，過渡追求生產效率，隨之而來的是生態環境遭到嚴重威脅，甚至威脅人類生命財產安全，對人們的生活質量帶來負面影響。鑒于此，要求機械設計及其自動化未來要朝著低污染、無污染方向發展。基于無污染生產標準，優化機械設計制造各環節的材料利用情況和污染物凈化處理能力，嚴格控制工業生產過程中對生態環境的影響，進一步改善人們生產生活的環境。

四、結語

機械設計制造及其自動化技術是優化當前工業體系、提升生產效率的重要基礎。在互聯網新技術的推動下，工業生產自動化水平不斷提升，為進一步提升工業生產效率、保障設備人員安全及維護生態環境，械設計制造及其自動化呈現出向機電一體化、智能化、數字化、虛擬化、網絡化以及無污染化等方向發展。

參考文獻

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基金項目：2020年湖南省教育廳科學研究項目“兆瓦級風力發電機組齒輪箱低溫啟動技術研究”（編號20C1226）。