信息技術背景下機械設計制造及其自動化研究

張 軍

（山東綠葉制藥有限公司，山東 煙臺 264003）

傳統的機械設計制造過程中，存在著很多的問題與不足，比如：效率低、成本高、精度差等，這些都是由于人們的思想觀念落后造成的；同時，隨著計算機的普及和應用，許多新的概念被提出，這也是導致我國機械制造業出現一系列的瓶頸現象的原因之一。因此要想實現對機械設備的有效控制，就需要對其進行創新，進而促進其自動化的進程以及生產力的進一步增長。

1 研究綜述

1.1 研究背景

隨著社會經濟的不斷發展，機械設備在人們的生產生活中的地位越來越重要，而在實際的工作中，機械設計制造的水平也成了衡量一個國家制造業的綜合實力的標準之一，因此，對機械設計制造的自動化進行研究具有非常重大的意義和作用。我國的機械行業起步較晚，但是經過改革開放的洗禮和技術的進步，以及市場的需求等方面的因素影響下，已經有了很大的提高和改善，并且伴著科學技術的飛速提升，使得機械的自動化程度有了顯著的增長趨勢，這主要體現在自動化的控制能力、智能化的操作、高精度的分析檢測等多個方向。在過去的一段時間里，由于工業的快速成長，很多企業的產品都需要大量的人力物力，這就導致許多的人工勞動力過剩，而且效率低下，嚴重制約著企業的進一步發展。

1.2 課題的提出及目的

在當今的時代中，隨著科學技術的不斷發展，對于機械設計制造的要求也越來越高，傳統制造業已經不能滿足社會的需求了，所以需要對機械設計制造的各個環節進行優化，從而提高生產效率。但是，由于我國的機械行業起步較晚，在技術上還存在很多的不足之處，因此導致了國內的許多企業都無法達到預期的目標和效果，這就使得大部分的機械設備都處于閑置的狀態甚至是完全癱瘓的情況下。而在這種狀況下，自動化水平的高低就決定著一個國家的經濟實力，而自動化的程度又關系到整個國民經濟的穩定運行。本文的目的就是通過對計算機的相關知識的學習和應用，分析出影響機械自動化的因素，以及如何更好地控制這些問題，并且提出建議，希望能夠為以后的工作提供幫助，同時也為其他的科研人員起到一定的參考作用。另外，也能給大家帶來啟發，讓他們更容易地去了解到自身的優點與缺點，并結合實際的案例來研究出一套適合于本學科的理論體系。

1.3 研究內容和文章思路

本文的研究主要是基于計算機輔助的機械設計制造的應用技術，在傳統的制造業中，機械設計制造的工作量大、效率低，而且在生產過程中需要人為干預，存在一定的危險性和風險性。而利用信息技術來實現機械設計的自動化，則可以有效地避免人工操作帶來的危險與危害，提高了產品的質量和產量，減少了資源的浪費率。本課題的研究內容是：（1）對當前的社會發展現狀進行分析，了解到目前我國的機械行業的整體水平還處于一個較低的狀態；（2）針對現有的機械制造的特點以及所面臨的問題提出相應的解決方案；（3）對未來的信息化時代的工業自動化的發展方向做出展望。

2 信息技術與機械設計制造概述

計算機技術的發展和應用為機械設計制造的現代化提供了重要的理論基礎，在機械設計制造的過程中，利用現代的科學技術手段，可以提高產品的生產效率，降低了企業的成本投入，促進社會經濟的快速增長。在傳統的機械設計制造的工作中，由于缺乏對機械結構的合理分析，導致整個系統的性能較差，影響到后期的裝配和維修，嚴重制約著制造業的進一步推廣。基于上述情況，本文提出一種新的思路：將先進的信息技術與機械設計制造的各個環節相結合，通過對現有的信息資源進行整合，實現對機械的自動化控制，并結合相關的知識來解決實際的問題。這樣不僅能夠有效地提升我國的工業水平，而且還能推動國民經濟的持續健康發展；同時，這種新的思維方式也能給我們的科學研究帶來很大的幫助；另外，這也是本課題的創新點。目前，國內外對于這一領域的研究已經取得很多的成果，并且有一定的研究成果可供參考，但是這些研究大多數都是針對某一個行業，而不是從整體的角度來開展的研究活動。

當前，計算機技術已經在各個行業中得到了廣泛的應用和推廣，并且隨著科技的發展和進步，機械設計制造的自動化水平也在不斷地提高與完善。機械設計制造的自動化主要是指利用計算機的智能化，使整個生產過程實現自動化，從而達到降低人力勞動力的目的；還有就是運用網絡的優勢來進行信息的收集、處理以及傳輸，這樣就可以大大地減少人工成本，同時還能夠提升機械設計制造的效率；最后還能通過對機械結構的優化來完成產品質量上乘。目前，我國大部分企業都使用了計算機輔助系統，但是這些系統都存在著一定的局限性，比如說，如果需要對其進行改造，就必須要重新安裝或者更換，這不僅增加了工作量，而且還會影響到后期運行維護[1]。另外一個問題是，由于很多軟件都是基于傳統制造業而開發出來的，沒有考慮到市場需求，所以導致許多功能不能完全發揮，最終造成資源浪費。

3 信息技術背景下機械設計制造及其自動化應用路徑分析

3.1 信息技術與機械設計制造的組織機構

從機械設計制造的組織結構上來看，傳統意義上的設計制造主要是由技術人員進行的手工操作，在這種情況下，效率非常低下，并且容易出現失誤，所以在實際生產中，必須要采用先進的技術和設備，這樣才能夠保證機械設計制造的質量以及產量。但是隨著計算機的普及應用，通過計算機的輔助作用，機械設計制造業的人員可以更加輕松地進行自動化控制管理，從而提高了機械產品的加工速度，降低了企業的人工成本，同時也提升了工作的安全性與可靠性。從當前的角度分析，為了實現對機械的智能化、信息化，就需要引入新的科技手段，這也是一種趨勢。利用現有的科學技術來完成對自動化的改造和創新，不僅能有效地節約人力，還能減少資源的浪費；另外，還能促進我國的工業發展，使其朝著現代化的方向前進。

3.2 機械設計制造工藝

對于機械設計制造過程中的工藝流程，主要是指機械的結構設計以及機械的材料選擇。在進行機械的結構設計時，需要考慮不同的影響因素，比如說在進行零件的加工時，要保證其具有足夠的強度和剛度，同時還要確保其有一定的硬度和耐磨性。除此之外，還需注意到，在對機械的零部件進行組裝的時候，要對其表面的粗糙度有一個合理的控制要求，這樣才能夠使整個的操作更加的安全、穩定，并且還能提高產品的質量與生產效率[2]。另外，在對機械設備的整體參數的確定上，也應該充分地結合實際的情況，例如，如果是比較復雜的工作環境，那么就可以采用模塊化的方法來實現，而不是將所有的部件都集中在一起，從而達到簡化的目的；而當面對較為繁瑣的任務時，則可采取簡單的方式將那些不重要的部分去掉，然后再通過重新組合的形式來完成。

3.3 信息技術與機械設計質量保證

目前，我國在機械設計制造自動化方面的技術還比較落后，很多企業的生產效率和產品的質量都不能達到預期的目標要求，因此，需要引進國外的先進設備，來進行自主研發，從而提高機械的自動化程度，實現對機械的自動化控制。（1）在機械的設計制造過程中，要不斷地完善和改進現有的工藝流程，使其能夠滿足現代社會的需求；（2）要加強對計算機的應用與推廣，利用網絡的優勢來促進信息的傳輸與共享，使整個行業的信息化水平得到有效的提升；（3）要充分地發揮出計算機的作用以及特點，通過軟件的開發來完成對數據的處理工作，并將其應用于實際的操作當中，這樣可以大大地縮短工作人員對于故障診斷、維修等步驟，降低了錯誤率，也減少了不必要的浪費時間，同時也會增加人們對于機械使用的安全性及穩定性。總之，只有把信息技術融入機械設計制造中，才能真正意義上解決傳統工業所帶來的問題并取得更好的發展效果。

4 信息技術背景下機械設計制造及其自動化應用策略

4.1 信息技術與機械設計制造的基本要求

在計算機技術的幫助下，通過對現有的機械設備進行改造，使其更加智能化，并且能夠實現對不同的零部件之間的信息交流，從而提高整個系統的工作質量，降低了生產的成本以及勞動強度，同時也大大地縮短了產品從研發到批量的生產時間。

4.1.1 科學性

在進行機械設計制造的時候，需要根據機械設計的實際情況，來對其各個部分的工作原理和技術參數做出合理的選擇和優化，并且還要對機械的整體結構，以及零部件的具體性能作出分析，這樣才能使整個機械的質量得到保障。

4.1.2 系統性

在對計算機的應用上，要能夠實現數據的共享性，而且還能保證機器的運行效率，同時也能提高系統的穩定性和可靠性。所以，對于一個企業來說，必須要有一套完整的信息管理系統，只有這樣才可以確保產品的正常生產，從而促進制造業的發展與進步。

4.1.3 先進性、實用性

隨著時代的不斷前進，社會科技的飛速成長，人們已經逐漸步入了信息化的階段，而我們的國家也越來越多地使用智能化的設備來輔助人類的生活與學習，因此這就要求設計者們的思想更加的前衛、創新，并充分地利用現代的科學技術來幫助他們完成任務。

4.2 信息技術在機械設計制造的自動化方案

傳統的機械設計制造過程中，需要人工進行操作，這樣不僅浪費人力，而且效率低下，不利于生產的發展和進步。在這種情況下，為了提高機械設計的自動化程度，就必須要對機械設備的自動化水平不斷地提升和完善，通過計算機技術的應用可以有效地解決這一問題。

在實際的工作中，利用先進的傳感器、微電子等相關的科學技術來對機械的結構、尺寸等信息實現智能化的控制和管理，從而達到降低成本的目的；還能夠將數據傳輸到電腦上，使整個系統更加的穩定安全，并且還能保證機器的正常運行。目前，我國大部分的企業都已經使用了基于傳感網絡的虛擬化控制系統，但是這些方法都存在一定的弊端，主要是由于傳感網絡的復雜性能，使得其的可靠性較差，所以導致了其的推廣度較低。而隨著現代的科技以及互聯網的飛速發展，這也為工業自動化帶來了巨大的改變與突破，同時也為機械的自動化提供了一個良好的平臺環境。

4.3 機械設計制造規劃

機械設計制造的規劃主要是對機械設計方案進行選擇，在整個的設計過程中，需要對機械的整體布局和生產工藝等方面的內容有一定的了解并做出相應的調整方案，這樣才可以保證機械的順利運轉。

在實際的工作中，很多時候會出現一些問題，例如，會影響到產品的質量以及產量，甚至還會導致報廢。所以，要想實現良好的發展，就必須要制定合理的計劃來提高企業的經濟效益。對于機械的優化設計，首先就是要根據具體的情況來確定最優的設計方案；然后再通過不斷的分析和總結，找到最適合的一種方法，最后再將其運用到實踐當中[3]。在這個過程中，應該注意以下幾個原則：（1）科學性：即要求設計者能夠做到理論與技術的完美結合，并且還能正確地處理好各個環節的關系；（2）系統性：也就是說，每一個步驟都有其相對應的目的或者任務，只有將這些目標逐個落實，才能有效地提升機械的效率。

4.4 機械CAD 程序

計算機輔助系統是指利用現代的技術和工具，來進行機械的設計制造工作，在整個的設計過程中，需要對機械的結構、零件以及零部件的尺寸、形狀還有強度等方面的數據信息加以分析，并通過一定的處理方式，將這些參數轉換成機器可以識別的模型，然后再將其轉化為可識別的語言文件。

在實際的生產中，經常使用的方法有：（1）直接加工法。這種方法就是把機械設備的三維造型建立起來，再根據圖紙的要求對其進行修改，這樣就能實現產品的設計制造。（2）逆向開發法。這是一種比較先進的軟件操作的方法，它是指用一些新的機械部件，比如：裝配圖，運動原理的模擬仿真，從而得到理想的結果；也被稱為虛擬化的方法；也被叫做并行工程。（3）模塊化建模。這主要是因為CAD的功能非常的強大，它能夠把復雜的問題分解，并且還能使不同的對象之間的關系變得清晰明了，而且還能提高效率。

4.5 機械設計制造系統體系架構

整個機械設計制造系統體系架構的構建，主要是由以下幾個方面來實現的：（1）機械設計制造的信息管理平臺。這個軟件的作用就是能夠對機械設備的各個部分進行統一的數據化處理，并且通過對這些信息的分析和整合，可以為接下來的優化工作提供有效的支持和參考。（2）自動化控制系統。在自動化控制技術的基礎上，結合了計算機的智能化功能，利用網絡的優勢來完成對生產的監控以及調整，從而達到提高效率的目的；同時還需要借助先進的傳感器、微控制器等，使其在自動檢測的過程中，能及時地發現問題并做出相應的解決措施，保證產品質量。（3）工業機器人。隨著社會的發展與進步，人類開始逐漸地進入了“人機交互”的時代當中，這就促使著我們必須不斷地融入“人機協作”的行列之中，這樣才能更好地適應現階段的科技潮流。

5 結語

本論文主要研究了機械設計制造的信息化與自動化，通過對機械設計制造的各個環節進行分析，并結合當前社會的發展趨勢，提出了具有針對性的解決方案和方法，從而提高我國的機械設計制造水平，為促進國民經濟的快速穩定發展提供必要的幫助與支持。