機械自動化在機械制造中的應用研究

劉鵬 李雙成

摘要：機械自動化，就是指在機械制造業中運用現代自動化技術。隨著經濟的大力發展和社會進程的加快，自動化技術也有了新的發展趨勢，在機械設計中發揮了巨大的作用。自動化技術在機械設計中的廣泛應用可以說是科學技術不斷發展的必然趨勢。機械自動化技術的普遍應用以及大力發展，是改造機械制造業的主要手段，也是技術發展的方向。本文在此背景下對自動化技術與機械設計的有效結合進行了研究，對自動化技術在機械設計中的應用進行了詳細地探討。

關鍵詞：自動化技術;機械設計;應用;三維平臺;復雜機械系統

引言：機械自動化技術在機械制造業快速發展的今天也有了長足的發展。機械自動化主要指的就是在機械的設計、制造中使用自動化技術，實現機械生產、加工的全自動化，加快加工形成速度和生產材料的流動速度，使得生產過程實現全自動化。機械制造水平的高低，不僅關系到機械制造業自身的發展，同時還對我國的國民經濟有著相當重要的影響。作為機械制造重中之重的機械設計就更加重要了。

一、 從創新角度研究自動化技術與機械設計

創新是當今時代的主流，不斷提高產品的創新設計能力，不僅關系到企業在經濟競爭大環境下的生存發展，還關系到國家的生存與發展。美國工程設計委員會就將創新設計作為優先資助領域，認為創新是企業乃至國家發展進步的關鍵因素。創新設計是增加就業機會、關系到我國未來企業發展的核心競爭力。快速多變的經濟競爭市場和個性化發展趨勢也對當今企業的發展提出了挑戰。企業必須在經濟市場激烈競爭中準確掌握市場動態，具備良好的市場嗅覺能力，以市場需求為導向，能夠在第一時間開發出滿足市場需求的產品，贏得市場的青睞，進而獲得豐厚的利潤回報。而在產品開發的過程中，快速創新能力則非常重要，是決定企業生存發展的關鍵因素，同時快速性和創新性也是二十一世紀工程設計學科的主要發展方向。將創新理念引入機械產品的設計階段，首先從產品的概念設計階段著手。產品的概念設計階段，也被叫做產品的原理方案設計階段，是運用創新手段的關鍵環節。從不同的思維角度看待同一問題，得到針對同一問題的不同解，并組成解空間，然后經過比較分析后，選擇解空間中那些相對具有創新性和新穎力的產品設計方案，這就是一個較為完整的產品創新設計過程。也只有這樣的設計，才是特定生產條件和特定市場需求環境下的最具有創新性和設計感的可行性產品設計方案，才更加適應市場的需求，在經濟市場中更加具有競爭價值。因此，機械產品的設計不是僅僅局限于追尋問題的一個最佳解，而在于在特有的物質條件下獲得最具有競爭力、創新價值的產品。

機械產品的概念設計是人腦抽象思維和形象思維的綜合結果，與人腦的思維能力有關。由于人的創新思維和知識有一定的局限性，創新也不是隨時隨地都會有的，具有一定的隨機性，不能做出非常肯定的保證，在任何給定的時間和給定的條件下都能創造出具有創新性的機械產品設計方案。這就與快速發展的經濟市場相脫軌，使得機械產品往往跟不上市場發展、進步的節奏，容易引發企業危機。這使得如何快速地拿出滿足市場需求的產品設計成為了現實性的問題，在研究解決這個問題的基礎上，人們開始將目光集中于計算機信息技術，經過不斷實踐后發現，將計算機信息技術引入到機械產品創新設計中能夠實現產品的快速創新設計，是唯一可行的一種方法。

二、自動化技術在機械設計中的應用

從機構學的廣義角度來說，任何包含控制、機、電等的機電一體化系統都可以看成由控制、機、電組成的廣義傳動結構和廣義傳動結構載體。機電一體化系統的創新實質上指的是廣義機構的創新。本文在此基礎上提出了一種基于三維平臺的較為復雜的機械系統創新設計和自動化設計方法。主要圍繞機械概念設計方案以及機械概念設計方案的虛擬樣機自動表達進行了詳細地論述。

復雜機械系統的創新性設計和機械的相對應的自動化系統主要包括能夠在產品設計方案中的三維虛擬樣機的裝配和仿真的自動化建模中加以直接支持，能對形成的較為復雜的機械系統符號進行自動化仿真、裝配以及建模。并能夠提供2種計算機化方法，且確保這2種計算機化方法能夠適應復雜機械創新設計且具有較強的創新設計能力。在此設計中，創新和快速是最關鍵的因素。

在機械產品概念設計階段，此基于三維平臺的系統提供了2種由計算機進行輔助的產品創新設計方法，第一種就是在設計規則之下的機械產品創新設計;第二種就是在改良機械產品的基礎上的功能重組與分解的機械創新設計方法。不管是在設計規則之下的機械產品創新設計，還是在設計規則之下的機械產品創新設計，最終都會采取符號方案的方式加以表示。針對機械產品設計概念階段的這種采用符號進行表達的產品設計方案，最后都會被自動分解為基本機構以及與其連接關系。針對其中的已經被識別出來的基本機構，采取基本機構運動分析方法對基本機構的內部各個構件加以分析，最終得出基本機構各構件的平面運動數據的相關分析。在這個過程中，為了加快機械產品的研發速度，可以采取面向對象技術設計基本機構的機構設計。基本機構的快速虛擬的建模問題的解決可以通過對三維平臺采取數據庫驅動、特征控制參數等措施進行2次開發，能夠實現選用少量特征來進行控制參數驅動整個基本機構的三維造型設計過程。

按照基本機構之間的相互連接關系以及基本機構的空間占據大小，采取最優布局算法，對每一個基本機構在空間的具體位置加以確定，盡量使得復雜機械系統實現占據空間位置最小，這不僅是工藝美學設計的要求，同時也提高了機械產品的運動剛度，可謂一舉兩得。運用“后臺預置”的裝配方式，按照基本機構的運動分析數據以及最終布局結果，在特定的布局空間放置基本機構的三維虛擬模型。與機械概念設計符號方案相對應的復雜機械系統的虛擬樣機可以通過驅動構件位置的連續變換來獲得。

在機械概念設計階段獲得的符號設計方案能夠在一定條件下自動轉化為和其相對應的二維虛擬樣機，然后再接著進行虛擬仿真。這一過程的設計，就可以實現由機械產品的概念設計階段的評價直接轉化為對虛擬樣機階段的定量的行為評價，進而綜合評價機械產品的設計方案，能夠在三維虛擬樣機的層面上，實現從眾多機械產品設計方案中快速選出最具有創新性的性能優秀的產品設計方案。從以上論述中我們可以看到，自動化技術在復雜機械系統設計中的運用，不僅有利于機械產品的創新設計，同時還有效提高了機械產品的研發速度。

結語：

我國機械制造業的發展進程隨著經濟和科學技術的發展也得到了相應程度的發展，尤其是自動化技術在機械設計中的運用，以國際先進水平為基準，起點較高，包括了各種見效快、較為靈活且成本相對較低的自動化技術。本文從創新角度研究了自動化技術與機械設計，并在此基礎上對基于三維平臺的較為復雜的機械系統創新設計以及自動化方法進行了詳細地論述，希望能給予相關人士一些建設性的意見以及建議。

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