機(jī)械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展方向

郭永鳳

摘要： 機(jī)械設(shè)計、制造及其自動化是最近十幾年來一門新潮的技術(shù)。經(jīng)過不斷地發(fā)展和實(shí)踐探索，其已有了趨近成熟的以自動化、信息化為主要特征的技術(shù)特點(diǎn)，這大大提高了機(jī)械設(shè)備的工作效率，讓加工設(shè)備更接近人類的思維方式。自動化和信息化技術(shù)同時提高了機(jī)械加工設(shè)備的可靠性，提高了企業(yè)的效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，減少了人力依賴。本文主要闡述機(jī)械制造的觀念、特征、機(jī)械設(shè)計過程以及機(jī)械制造融合了自動化技術(shù)之后可能的發(fā)展方向。

Abstract： Mechanical design， manufacturing and automation are a trendy technology in the past ten years. After continuous development and practical exploration， it has become mature with automation and information technology as the main characteristics， which greatly improves the working efficiency of mechanical equipment and makes processing equipment closer to the way of human thinking. Automation and information technology at the same time improve the reliability of mechanical processing equipment， improve the efficiency of enterprises， save production costs， and reduce human dependence. This article mainly elaborates the concept， characteristics， mechanical design process and possible development direction of mechanical manufacturing after the integration of automation technology in mechanical manufacturing.

關(guān)鍵詞： 機(jī)械;自動化;發(fā)展方向;設(shè)計制造

Key words： machinery;automation;development direction;design and manufacture

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）20-0187-02

0  引言

機(jī)械制造行業(yè)是我國的支柱性行業(yè)，也是我國所有生產(chǎn)生活中所用到的儀器、設(shè)備的來源，這有利于我國工業(yè)體系的不斷完善。企業(yè)可以使用前衛(wèi)的設(shè)計理念和制造技術(shù)進(jìn)行加工制造，使機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行過程更合理可靠，效率方面更加突出。此外，這還可以使機(jī)械設(shè)備相較于傳統(tǒng)設(shè)備更具競爭力。在機(jī)械制造領(lǐng)域，自動化技術(shù)的加入不僅僅提升了勞動生產(chǎn)率，減少必要勞動時間，還吹響了整個行業(yè)大變革的號角。自動化技術(shù)已逐漸成為機(jī)械設(shè)計與制造行業(yè)的龍頭發(fā)展，目標(biāo)。其進(jìn)一步發(fā)展并不斷地完善創(chuàng)新，這將使其適用范圍更廣、使用更方便。在企業(yè)的生產(chǎn)流程中，自動化技術(shù)將直接生成為生產(chǎn)力，提高企業(yè)的實(shí)際收益，因此設(shè)備的自動化程度是機(jī)械制造行業(yè)里的核心競爭力。機(jī)械自動化是一門新興炙手可熱的技術(shù)，它基于計算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)等其它技術(shù)的有效結(jié)合。機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)由自動控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時控制和監(jiān)測。經(jīng)過不斷發(fā)展和實(shí)踐探索，已逐步形成了以自動化為主要特征的技術(shù)體系。機(jī)械設(shè)備的自動化進(jìn)程提升了了機(jī)械設(shè)備的工作效率，直接導(dǎo)致企業(yè)效益的提升，同時省下人力和物料成本。經(jīng)過近些年的行業(yè)自省和深耕，盡管還存在一些難以攻克的問題，但整體來看，機(jī)械行業(yè)所使用的自動化技術(shù)已趨成熟，并仍在進(jìn)一步完善之中。在其發(fā)展過程中，涉及到一些關(guān)鍵的技術(shù)類型，它們之間是緊密聯(lián)系、相互滲透的。因此，我們應(yīng)該積極探索和尋求機(jī)械制造業(yè)新的發(fā)展目標(biāo)。

1? 機(jī)械設(shè)計及其自動化

1.1 提高工作效率和質(zhì)量

雖然機(jī)械設(shè)計、制造及機(jī)械自動化是是一門綜合性的學(xué)問，但它絕非簡單的技術(shù)堆砌。根據(jù)不同的現(xiàn)實(shí)情境，不同的技術(shù)方法都會在機(jī)械設(shè)計制造中涉及到。對于機(jī)械自動化來說，它完全不同于傳統(tǒng)的機(jī)械制造，也不同于過去的老舊制造業(yè)理念。機(jī)械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一是可以從本質(zhì)上優(yōu)化冗雜多變的操作程序和過程，減少設(shè)備操作的上手難度，極大地簡化機(jī)械設(shè)計制造的工業(yè)流程，并解放寶貴的人力資源。舉例來說，汽車工業(yè)已經(jīng)在自動化的道路上走了幾十年。汽車制造商和供應(yīng)商正在轉(zhuǎn)向使用協(xié)作機(jī)器人，此類設(shè)備通常更小、更靈活，并且可以與操作員一起部署在工廠里。更重要的是，該行業(yè)還希望擴(kuò)大3D打印機(jī)的使用范圍。福特汽車公司和寶馬公司等業(yè)內(nèi)制造商正在直接與3D打印機(jī)制造商合作相關(guān)技術(shù)。在未來，這些公司還將利用虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)來解決制造問題。而且，與許多其他制造商的情況一樣，汽車行業(yè)希望從工業(yè)4.0中獲得最大收益，在工業(yè)4.0中，“聯(lián)網(wǎng)”機(jī)器彼此之間以及與操作員之間進(jìn)行通信。

機(jī)械設(shè)計、制造和自動化的研究突出了系統(tǒng)性和復(fù)雜性，對精細(xì)化也提出了新的挑戰(zhàn)，這從根本上保證了機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在用戶需求不斷變化的過程中，現(xiàn)有的機(jī)械自動化技術(shù)顯然已讓企業(yè)力不從心。機(jī)電一體化技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械自動化技術(shù)的延伸，計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得機(jī)械自動化產(chǎn)品可以根據(jù)不同的需要進(jìn)行個性化定制，以生產(chǎn)不同場景下所需的產(chǎn)品。每種產(chǎn)品都有自己用戶（企業(yè)）獨(dú)特的要求，這也是企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)中的主要考量所在。機(jī)械設(shè)計制造的任務(wù)之一是在保證產(chǎn)品質(zhì)量并滿足用戶需求的同時按時完成產(chǎn)品的設(shè)計和制造。

1.2 更高的工作穩(wěn)定性和可靠性

在產(chǎn)品設(shè)計流程中，企業(yè)需要先設(shè)計相應(yīng)圖紙，接著依圖紙制造產(chǎn)品，最后采用數(shù)控技術(shù)、信息處理技術(shù)等相關(guān)技術(shù)手段制造出產(chǎn)品，在這個流程下設(shè)計出的產(chǎn)品才能滿足用戶（企業(yè)）的要求。自動化技術(shù)可以使機(jī)械操作更加接近智能化，更好地按照我們的要求實(shí)施生產(chǎn)活動。明確機(jī)械設(shè)計制造和自動化的發(fā)展趨勢和方向，對整個機(jī)械制造業(yè)的未來具有重要意義。

每種自動化設(shè)備都需要保證該設(shè)備保有一定的存儲功能，并且對其中所有存儲的數(shù)據(jù)都要上傳至云端備份。如果應(yīng)用程序發(fā)生了故障，就可以調(diào)用云端所存儲的內(nèi)容來自動修復(fù)設(shè)備。實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計制造的人工智能化、自動化，將有助于避免設(shè)計制造中錯誤事件的發(fā)生。如果將傳輸線轉(zhuǎn)換成電話線，則只需將電信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，接著再轉(zhuǎn)換回來即可，這樣就可以使用傳輸線。對于所有節(jié)點(diǎn)完全并發(fā)且沒有網(wǎng)絡(luò)競爭的最佳情況。在所有節(jié)點(diǎn)的通信序列發(fā)生的最壞情況下，等效串行通信的數(shù)量等于每個節(jié)點(diǎn)中實(shí)際通信的總和。

1.3 從業(yè)人員情況

據(jù)國家統(tǒng)計局最新數(shù)據(jù)，年盈利規(guī)模超過1000萬元的主營業(yè)務(wù)和機(jī)械相關(guān)的企業(yè)共有8.53萬個，相關(guān)從業(yè)人員超1800萬。這之中一線技術(shù)工人占全體從業(yè)人員的比例平均為13.6%，一線設(shè)備操作員平均比例為16.7%，總計30.3%。現(xiàn)有的專業(yè)技術(shù)人員中的一半目前年齡普遍在40-50歲間，他們中的大部分專業(yè)知識扎實(shí)，工作勤懇，作風(fēng)踏實(shí)，是企業(yè)的頂梁柱。但隨著近幾年信息技術(shù)的發(fā)展，自動化技術(shù)已完全地融入到機(jī)械設(shè)計制造中，這部分技術(shù)人員已顯力不從心。

2? 機(jī)械自動化的發(fā)展前瞻

機(jī)械自動化技術(shù)的一個重要優(yōu)點(diǎn)在于它通過便捷高效的自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和相應(yīng)的處理技術(shù)，可以顯著增強(qiáng)機(jī)械的穩(wěn)定性，提升設(shè)備的工作效率。為了滿足不同用戶的要求，機(jī)械自動化技術(shù)必須與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，才能從根本上提高相關(guān)設(shè)備的信息化水準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械信息的共享。對于機(jī)械設(shè)計、制造和自動化來說，其深化和延伸的結(jié)果就是機(jī)電一體化。尤其是在計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的加持下，機(jī)電整體化進(jìn)展迅猛。如果生產(chǎn)中突然發(fā)生停電，可以快速切換到其他模式，同時切斷電路，防止發(fā)生大規(guī)模安全事故。人是機(jī)械自動化產(chǎn)品的主要目標(biāo)用戶，因此產(chǎn)品應(yīng)具有情感性、智能性和人性化。機(jī)械行業(yè)的模塊化發(fā)展將會滿足各類行業(yè)對機(jī)械類產(chǎn)品的個性化需求。在新產(chǎn)品的設(shè)計制造中，模塊化將會擴(kuò)大生產(chǎn)線的和標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品生產(chǎn)流程。它可以使機(jī)械操作更加智能化，并根據(jù)我們的要求執(zhí)行生產(chǎn)活動。認(rèn)清機(jī)械自動化的發(fā)展潮流和方向，對整個機(jī)械制造業(yè)的未來具有重要意義。目前，機(jī)械制造企業(yè)正在向著機(jī)電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、智能化、小型化的方向摸索，機(jī)械自動化技術(shù)的這些特征將是以后機(jī)械工業(yè)技術(shù)的發(fā)展趨勢。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的過程中，機(jī)械自動化技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的深度耦合也在成為現(xiàn)實(shí)。在機(jī)械制造業(yè)中，對環(huán)境的影響不容小覷，企業(yè)為了社會責(zé)任感，必須在設(shè)計、制造過程中詳盡考察肯恩的環(huán)境影響，實(shí)現(xiàn)無污染生產(chǎn)的綠色工藝。利用機(jī)電一體化技術(shù)，設(shè)計制造的機(jī)械設(shè)備不僅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定合理。與人工操作相比，機(jī)械操作在一定程度上可以更準(zhǔn)確地完成預(yù)定的過程，也可以避免因人工操作不當(dāng)而造成的相關(guān)損失。由于模塊化生產(chǎn)可以在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計時進(jìn)行分組工作，因此模塊化將是機(jī)械制造業(yè)及自動化技術(shù)未來的一大潮流，這將實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的體系化。機(jī)械設(shè)計對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量有著重要的影響。必須根據(jù)市場需求，科學(xué)合理地進(jìn)行機(jī)械設(shè)計。

在大多數(shù)機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，我們都會遇到人力無法控制和操作的情況。在這個情況下，人們可以用無人技術(shù)取代需要人力來操縱的老舊設(shè)備。大多數(shù)重復(fù)、單調(diào)和危險的任務(wù)都通過自動化得到了簡化。隨著機(jī)器人自主性和機(jī)器學(xué)習(xí)的進(jìn)步，一些工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)在使用類似視覺的傳感器技術(shù)來幫助他們執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)并適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。此外，協(xié)作機(jī)器人（協(xié)作機(jī)器人）正在與人類工作者一起完成許多仍需要人工交互的任務(wù)。汽車制造中的機(jī)器人自動化將在從內(nèi)燃機(jī)到電動汽車的轉(zhuǎn)變中發(fā)揮不可或缺的作用，因?yàn)闄C(jī)器人可以通過編程滿足更高的需求并在滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的同時發(fā)揮新的作用。這尤其會使公眾比過去更快地認(rèn)可更新的車輛和技術(shù)。

3? 結(jié)論

由于自動化及信息技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域具有高效率、高安全性的特點(diǎn)，因此，新興機(jī)械設(shè)備在未來的發(fā)展將越來越傾向于自動化和計算機(jī)技術(shù)的使用。本文論述了機(jī)械設(shè)計制造及其自動化的設(shè)計要求和自動化相對于傳統(tǒng)機(jī)械制造所擁有的優(yōu)勢，以及機(jī)械自動化、信息化未來的發(fā)展方向。未來的機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備不僅可以高效、準(zhǔn)確地完成相關(guān)工作，而且具有環(huán)境污染小、易于回收利用的特點(diǎn)。此外，汽車制造機(jī)器人為汽車公司提供了競爭優(yōu)勢。他們提高了質(zhì)量并降低了保修成本;提升產(chǎn)能，緩解瓶頸;保護(hù)工人免受骯臟、困難和危險的工作。汽車裝配廠僅使用機(jī)器人進(jìn)行點(diǎn)焊和噴漆，但在整個供應(yīng)鏈中還有許多其他機(jī)會使用機(jī)器人。原始設(shè)備制造商、一級供應(yīng)商和其他零部件生產(chǎn)商都將從在汽車制造業(yè)中使用機(jī)器人中獲益。

相關(guān)技術(shù)在機(jī)械自動化和信息化中的融合，推進(jìn)了機(jī)械設(shè)計和自動化的蓬勃發(fā)展。當(dāng)前，我國機(jī)械技術(shù)制造要攻克存在的技術(shù)難題，仍需不斷完善，適應(yīng)世界發(fā)展，加快發(fā)展機(jī)械制造業(yè)，樹立我國良好的國際形象。

機(jī)械制造的自動化是提高產(chǎn)業(yè)效率的最優(yōu)選擇。并且，在現(xiàn)有技術(shù)不斷完善和工業(yè)信息化水平不斷提升的助推下，機(jī)械制造的自動化也在不斷前進(jìn)且日臻完善。對于機(jī)械設(shè)計、制造和自動化的發(fā)展而言，其具有長板優(yōu)勢，與傳統(tǒng)機(jī)械制造相比效率更高，產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定。要成功破解機(jī)械制造的難題，明確機(jī)械制造自身特點(diǎn)，確保機(jī)械設(shè)計及制造過程符合人們的先前預(yù)期。隨著人們不斷進(jìn)步，未來運(yùn)用這門學(xué)科的知識將創(chuàng)造更強(qiáng)大的機(jī)器設(shè)備，為人類的發(fā)展和繁衍做出貢獻(xiàn)。

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