機械設計制造及其自動化的特點與優勢

戴廣志

（江蘇師范大學科文學院，江蘇 徐州 221132）

將自動化納入機械設計過程對整個機械行業具有跨時代意義，并從展望和發展角度分析近年來開發和使用的一些新技術設備，如3D打印技術和電子商務。自動化是機械設計未來發展的主要途徑，需要進行多層次、多角度的分析，以預測機械設計和自動化的未來發展，從而對機械設計行業產生積極影響。

1 機械設計制造及其自動化的特點

（1）與機械生產的協調，確保功能和適當性。隨著科技的發展，傳統的機械設計已不再能滿足社會和市場的需要，而機械制造及其自動化則建立在傳統機械設計行業的基礎上，該行業將新的現代技術與機械制造的自動化和智能相結合，從而提高生產效率和控制能力，整合多層次和多因素分析機器所需的功能，并結合各種技術以滿足功能需求，確保機械制造及其自動化設計的完整性和獨立性，確保機器的完整性和準確性。

（2）機械設計和模型的制作及其自動化涉及廣泛的技術領域。由于機械制造及其自動化需要更高的設計技術和更廣泛的設計技術，需要各種設備和設備技術才能實現自動化，而且機械制造及其自動化需要一定的能量來維持運作，因此通常需要電動馬達或內燃機。例如需要電動馬達和螺旋槳來將電力轉換成機械能源從而產生動力或推進機械操作的農業無人駕駛飛機。最后，機械制造及其自動化需要根據設計的程序或輸入的參數自動存儲信息，輸入數據參數，然后進行機械操作。

2 機械設計制造及其自動化的優勢

（1）效率高。機械設計效率的提高和關鍵特性的自動化也是優點之一。與傳統制造業相比，機械設計和自動化所需人員編制大大減少，但生產過程更加有序，沒有人為因素造成的延誤，從而大大提高了機械生產力基于機器自動生產的機械模型制造和自動化可以改善這種情況。啟用機器后，可以通過預定義的程序快速高效地進行生產，這將使生產作業標準化，減少人工成本和生產時間，并有效提高機械自動化的生產率。

（2）安全性。機械和手動工藝是傳統機械設計中使用的主要手段。在實踐中，如果出現人為錯誤，企業面臨嚴重的經濟損失和更大的風險。機械設計和自動化結合現代和科學的生產技術可以改善這種情況。工作人員不需要手動或機械操作，而是需要使用計算機程序遠程控制機器，從而實現自動化機械生產。工作人員的工作條件得到改善，安全狀況得到改善。盡管在機械設計和開發過程中可能會發生事故，但查明安全風險，并在發生事故時及時采取適當行動予以糾正，工作人員直接接觸生產設備的機會大大減少，從而有效地確保了安全。

（3）機械設計的安全系數。傳統的機械制造模式有許多缺點，其中最重要的是安全問題，因為傳統的機械設計主要側重于人力資源開發，安全風險是不可避免的。使用自動化技術提供一定程度的安全性，其主要成果是：智能自檢自動化技術。在機械制造過程中，從控制系統到機械設備測試功能的自動化技術得到了更新，人類必須依靠自動化技術進行自我測試和故障修復，利用現代技術最有效地解決機械制造過程中的問題。

（4）提高機械制造的操作效率。即使在傳統機械設計中有大量工人，工作量和生產效率也與效率不成比例。自動化技術的目的是優化機械設計的生產標準，減少勞動力，提高機械設計產品的質量。

（5）機械設計機械維修。合理利用機動技術在監測機械設計和制造用于維修測試機器的方面發揮著重要作用。自動化定期測試設備的運行狀態，掃描分析可以確保設備處于最佳運行狀態。只有機械設備的質量保證才能保證機械設計過程中的安全指數和產品質量。

（6）提高產品生產力。機械設計的機械制造及其自動化使機械制造自動化，并提高了傳統機械制造的生產水平和缺陷。機械制造及其自動化可以減少工人的勞動強度和工作量，實現大規模機械生產，縮短機械制造時間，提高產品質量和生產率。機械設計和自動化制造產品使用機械設備，提高機械生產精度，防止出現不合格產品。

（7）降低機械生產成本。隨著科學技術的不斷發展，已經開發了節能結構，并將其應用于自動化機械生產設備，從而大大減少了機械制造的能耗和各種材料的使用，從而降低了機械產品的生產成本。機器制造過程中能源和資源的減少可以提高機器制造商的經濟效益。

（8）提高機械制造中的安全性。在機械設計和制造中使用電子技術及其自動化可大大提高機械設備的靈敏度。產品制造失敗時，機械設備會自動發出報警，并采取自我保護措施。一旦工人聽到警報，就會及時采取適當措施糾正故障，從而避免事故發生，這保證了工人的生命安全和機器制造過程的安全。所有機械制造廠都必須遵守以人為本的安全生產原則。

（9）對提高機器運作效率的貢獻。機械設計和自動化有助于在操作過程中避免許多外部因素，并確保外部環境基本保持最佳狀態，從而大大提高操作效率。例如，農業無人駕駛飛機使用自動化技術，通過傳感器系統分析環境和分析可能影響活動的因素，并及時提供信息，以確保活動的安全。

（10）確保機器繼續承擔最科學的責任。負載和負載的調整主要是在傳統機器上手動進行的，但過度負載通常會降低工作效率并損壞機器本身，而且容易導致機械故障，并且過度負載會導致能源浪費。 雖然機械制造及其自動化可以根據實際生產需要進行調整，以滿足各種生產作業的需要，但通過計算機程序對不同類型的作業進行分析而進口有針對性的程序，自動化技術則可使機器發揮復制功能，可以通過自動化提供一定的內存和智能，并通過傳感器或數據分析來適應最佳負載，從而確保能效和生產效率，同時避免因過載而導致的機械故障。

（11）應用廣泛。隨著時代的發展和工業化的進步，產品生產效率越來越高，這也意味著傳統的工業生產模式不再滿足當代的生產需要。這預示著機械制造自動化的趨勢越來越明顯。與傳統生產相比，目前的機械制造逐漸擴大了其范圍。

（12）設計人性化。傳統的生產方法主要是勞動力，因此，對于一線工人來說，加班是最常見的。但是，機械設計的自動化取代了舊的手工模式，不僅降低了工作人員效率低下和工傷事故，而且在一定程度上保護了工作人員，減少了工作時間。雖然機械設計的自動化還不能完全避免錯誤，但通過建立事故預警系統和采取適當的補救措施，可以大大降低事故風險和錯誤率。對機械自動化的使用及其運作情況的分析表明，機械制造的自動化在某種程度上符合人類設計，以機械取代人類，并強調設計人類特征。

（13）環境保護。機械制造自動化是自然環境和自然資源管理程序設計過程的一部分。這些管制程序旨在管制所有制造活動，并有效減少資源浪費和環境污染。同時，生產過程中的資源浪費是一種非環境現象，可能導致資源浪費和環境污染。機械制造自動化可以降低生產過程中產生殘留物的可能性，節省生產資源和時間符合科學發展。因此，機械制造自動化具有一定的環境保護。

（14）便利設備維修。機械制造自動化通常不需要在制造過程中定期更換特定部件，而只需要在機械制造過程中選擇新的自動化程序。也就是說在生產時設備維護通過調整設備和采用自動化技術實現，可以提高生產效率和質量。

（15）監測能力強。機械設計及其自動化使用網絡計算來控制操作，而傳統機械設計則不同。在這一階段，網絡的巨大數據分析和計算能力確保了對機器狀況的實時分析，并確保了科學可行的業務反饋，而這種反饋與傳統機器完全不同。

（16）有效減少行動期間的安全風險。雖然機械設備一般會因機械本身等外部因素和人為環境因素而造成操作風險，但確實能夠減少與機械設備操作有關的風險，避免因存在大量機械設備而造成的安全風險。

（17）比傳統機器更智能的自動化。智力處于前沿——目前科學技術的守護者，從發展的角度分析未來的發展趨勢，并進行前瞻性思考。智能和自動化是未來發展的兩個必然結果和主要方向。智能自動化與機械設計和制造相結合，提高了多級機械設備的功能，大大減少了人力資源投入，并在一定程度上節約了能源和保護了環境。

（18）機械故障的預防和處理。機械生產過程中的故障是不可避免的，通常會影響生產過程。自動化機械設備可以避免一些故障，通過計算機實時監控和分析參數和機器運行狀況，以及在數據參數發生波動或異常時進行實時分析和報警，并制定切合實際的維修和保養方案，大大延長了機器的使用壽命。

3 機械設計及其自動化的未來發展分析

機械制造和自動化的未來方向圍繞四個方面：發展情報、使用數字技術、開發產品設計過程和環境方向。在現階段將情報納入機械制造需要不斷整合情報的社會和經濟價值，逐步形成固定的機械意識形態，形成反饋。數字化可以從整合海量數據和云計算開始，從而分析整個機械設計過程，例如在農業無人駕駛飛機投入使用后通過移動網絡端口進行環境水文和干濕度分析，并通過以下方式提高機械功能。

在產品設計中使用BIM技術可以整合每個網面中的資料，并透過模擬實驗分析產品效能和缺點，從而提供最佳化產品創新和最佳化的建設性建議。積極利用可再生和清潔能源作為環境保護的一部分，對產品創新和優化產生了積極影響。例如，“農業替代農業”（agricultural alternative agriculture）可用于分析照明以實現能源轉換，使用太陽電磁板進行能量凝結和再生，從而實現能源節約。

（1）機電一體化。機械設計和制造及其自動化的未來趨勢之一也是對其進行電氣化，主要是機械設計系統的升級和自動化以及技術的改進。目前，電子技術已在某些行業開始應用，并取得了很好的成果。機械理論是以機械設計及其自動化為基礎的，能夠有效地將電子設備與機械設備相結合，從而使機械設備處于電子控制之下，形成了一個智能化、自動化的電子機械制造系統。在某種程度上，機電技術是機械設計及其自動化的延伸，為其未來發展提供了不可避免的動力。

（2）數字化。機械制造和數字化自動化可以大大提高生產效率和生產能力。數字化應用在工業發展中發揮著重要作用，因為它統一了聲音、數據、技能、圖像等復雜信息在數字信息中，因此，可以利用數字技術分析和處理這些信息，然后使用數字化模型模擬產品的所有設計、制造和生產過程，這有助于提前發現問題，避免因設計和制造錯誤而造成的重大業務損失，同時提高整體生產力和生產能力。

（3）虛擬化。在當前的機械設計過程中，通常需要使用圖形來完成產品設計。在制造產品之前，設計師必須通過圖形展示產品的特性和功能，然后從圖形中生成樣例，并在檢查后開始批量生產。機械設計完成并自動化后，必須在圖面上執行設計，然后使用CAD軟件完成設計。當核查沒有問題時，生產要求被引入自動控制系統，生產開始。這種做法造成大量人力和物力資源的消耗，并不能充分保證產品的質量。因此，機械設計及其自動化必須隨著虛擬化的發展而發展。如果發現產品設計有缺陷，可以直接對計算機進行改進，如果沒有問題，則將其引入自動控制系統。

（4）機械設備總體優化。鑒于我國目前機器制造的發展環境，國家的鼓勵和支持使機器和設備制造部門取得了進步。因此，優化機械設計設備是未來發展的主要手段之一，由于目前機械制造的自動化和市場要求，大多數機械設備主要是大型機械，使得機械設備難以在運行過程中進行更換、改進和維護，破壞了機械設計公司的成本構成部分，充分應用現代信息技術有助于優化機械設計設備上的機器尺寸，并減少今后操作中不必要的困難，特別是維修方面的困難。

（5）機械設計的健康發展。在我國的工業發展中，機械材料的生產在提高我國經濟水平和社會影響方面發揮著重要作用。機械設計目前被認為是社會發展的主要任務，同時加劇了目前生活環境的惡化，造成了嚴重的環境污染和接連不斷的災害。鑒于目前的環境狀況，必須對機械制造工藝進行適當的改進，無論是由于設備操作造成的空氣污染還是主要資源的污染，以確保采用無害環境的工藝并減少相關的污染。

（6）實現信息化。信息時代，計算機化正在普及，使企業能夠接觸更多的分銷渠道，在網絡上傳播產品信息，從而使世界各地的客戶能夠足不出戶掌握產品的優勢和特點，并使企業能夠提高知名度。此外，信息技術允許對整個產品生產過程進行嚴格監測，如果出現影響生產速度的情況，有關人員可以通過遠程方式處理問題，查明問題的根本原因，并采取有效措施減少經濟損失。

4 總結

機械設備現階段在操作效率、安全、控制、操作和故障預警處理方面具有明顯的優勢。所以需要不斷擴大機械自動化的智能利用空間，深化智能自動化的社會和經濟價值，并展望未來機械制造的發展方向。