智能制造背景下機械設計及自動化技術發展方向

蔡佳麗　蔡麗娟

摘 要：智能制造作為信息化技術衍生的產物，是我國工業制造的發展方向，受到了全社會的廣泛關注與各行業的重視。為了滿足現代社會日漸增長的生產需求，也為了推動我國工業制造的可持續發展，有必要將傳統的工業制造與現代科學技術密切結合，實現我國制造業的成功轉型升級，提升工業制造水平。基于此，本文將立足智能制造時代背景，對機械設計及自動化技術的應用進行分析，并對機械設計及自動化技術的發展方向展開討論。

關鍵詞：智能制造 機械設計 自動化技術

Development Direction of Mechanical Design and Automation Technology under the Background of Intelligent Manufacturing

Cai Jiali，Cai Lijuan

Abstract：As a product derived from information technology， intelligent manufacturing is the development direction of China's industrial manufacturing， and has received extensive attention from the whole society and various industries. In order to meet the increasing production demands of modern society and to promote the sustainable development of the industrial manufacturing， it is necessary to closely combine traditional industrial manufacturing with modern science and technology to achieve the successful transformation and upgrading of the manufacturing industry and improve the level of industrial manufacturing. Based on this， this paper will analyze the application of mechanical design and automation technology under the background of the era of intelligent manufacturing， and discuss the development direction of mechanical design and automation technology.

Key words：intelligent manufacturing， mechanical design， automation technology

1 引言

機械設計作為我國工業制造行業的重要經濟來源，除了能夠為我國的工業制造帶來強大的技術支持基礎外，同時也能全面提升國民生產效率。而隨著時代的發展，越來越多更先進的智能化技術應用到傳統的機械設計制造行業中，有效改善了以往勞動力投入過大、勞動強度過高等不足，實現了機械設計的自動化與智能化制造[1]。在如今的智能制造時代背景下，我國近年來的機械設計行業對自動化技術的研究取得了長足進步，不過相對于技術起步更早且更加成熟的發達國家而言還存在一定差距，所以有必要探明我國機械設計及自動化技術的未來發展方向，持續推動我國工業制造行業的健康發展。

2 自動化技術在機械設計的實際應用

智能制造背景下的機械設計會應用到智能集成化技術、智能柔性自動化技術、虛擬自動化技術等，涉及的技術內容極為豐富。下文便以應用自動化技術的多功能調試臺控制系統為例，對其在機械設計中的實際應用展開分析[2]。

2.1 多功能調試臺

利用多功能調試臺構建的穩定支撐試驗平臺，具備多旋轉功能，基本用在繼電保護設備的組裝與調試生產中。將智能自動化技術應用其中，能夠顯著縮小電機體積與重量，進而提升設備運行的安全穩定性。此外，在對多功能調試臺的自動化技術設計中加入自動化控制程序（PLC），便可實現對系統性能的實時化試驗與調試，保障系統運行的整體可靠性。

2.2 基于多功能調試臺的機械設計

采用了自動化技術的多功能調試臺控制系統，將其應用在機械設計當中，主要借助于調試臺的持續性升降功能，保證位于不一樣高度的繼電保護裝置能夠配備到位，并且能實現對功能的測試效果。在此過程中，應當全面分析系統故障檢測及隔離保護功能。在多功能調試臺控制系統的設計過程中，應采取多元化控制方式以及應用智能自動化技術，借助PLC編程邏輯控制，構建單片機控制體系，確保工業控制機能夠控制到位[3]。在全方位考量控制要求之后，應構建多功能調試臺控制系統，確保PLC控制模式能實現。

多功能調試臺控制系統的構建過程中，需要重視多模塊的組建，其中包含控制、通信、檢測及輸出等模塊，同時畫出詳細的系統構架圖。該控制系統主要應用自動化檢測技術對機械設計展開測量，分為直接測量與間接測量。其中，直接測量能夠測得所設計機械設備的規格尺寸，結合參數變化達到控制機床技術模塊的效果;而間接測量則是利用控制模塊中的刀具去建立刀具部件運行機制，比如根據待測表面的差異，對待測裝置的斷續表層、平面等多項參數予以檢測，具體如圖1所示。

我們以圖1中的輸出與檢測兩大主要模塊舉例，起初需要借助輸出模塊對伺服驅動電路進行分析，構建自動化編碼與框架系統，并且預先設計故障預警電路，主要應用PLC輸出接口對伺服驅動電路予以控制，同步傳輸電機轉動的脈沖控制量，保證伺服電機的轉動速度、轉動方向更加精準。同時，還應構建起基于信息反饋的閉環控制機制以及智能自動化框架系統，保證框架的高度、水平度都能精準調位，對整個系統的故障內容予以分析。自動化技術在其中的應用能夠實現對框架高度、水平度的合理控制，保證一旦系統發生故障，PLC仍然能夠保證警報信號輸出的正常[4]。此外便是檢測模塊，在該模塊中包含位移與傾角兩類傳感器，PLC模擬量輸入模塊接口能夠保證傾角傳感器的信號正常傳送，對位置閉環控制的參考量予以優化。

立足設計全局視角來看，多功能調試臺控制系統構建的是一種驅動方案設計體系，既能計算重要參數，確保旋轉機構的合理性以及工作到位，同時也能避免過載情況發生。此外，還要重點考量驅動方案設計的所需因素，參考電機的體積、重量、功率等特性，構建負載旋轉機構以及對驅動裝置進行優化設計，構建具備框架大負載旋轉機構的驅動裝置，實現調整可回轉裝置組件及過渡件的效果，優選驅動電機且做好量化計算，比如對電機經由減速器且傳送到絲桿力矩位置的驅動力進行計算，保證驅動系統一直具備較高的冗余度。

3 智能制造背景下機械設計及自動化技術的發展方向

3.1 重視產品數據的收集與共享

在智能制造時代背景下，機械設計主要利用智能化手段完成，產品設計、制造與自動化技術之間的關系極為密切，因此在未來發展中需要提高對產品數據的收集與共享工作的重視度。一方面，利用智能系統對產品設計方法的合理性進行精準識別。對產品生產過程中產生的數據進行分析與模擬，形成資源共享平臺，通過智能化識別，機械制造控制系統能夠直接儲存與設計、生產相關的數據，同時也能根據生產批次的規格要求去分析操作狀態。如果生產過程中察覺出問題，在信號傳感器的加持下會第一時間發出預警信號，那么機械設計工作人員則會能通過對設計數據的排查找出問題所在。另一方面，借助機電控制模塊對產品質量進行分析，還可通過分析所采集的數據，對機器運行速度、生產狀態展開全面檢查，并且能通過模擬機械設計制造加工的過程，精準地判斷出操作狀態[5]。為了實現智能制造，需要高度重視產品設計制造與技術的結合，將智能數據共享中心設置為獨立監控設備，在各類傳感器的配置下做出動態化分析，然后借助網絡技術對所采集的數據予以共享，方便機械設計參數的及時調整。

3.2 重視節能環保

隨著科學技術與社會經濟水平的不斷提升，我國也逐漸邁進了經濟與產業結構轉型升級的關鍵時期。能源節約與環境保護現已成為企業實力的重要標準，尤其是在“碳中和”的時代背景下，企業要想實現健康的可持續發展，必定要在未來發展中不斷改革升級，擯棄用犧牲環境換取經濟效益的想法與做法。所以，在智能制造背景下，未來的機械設計及自動化技術發展要重視如下幾點：其一，加強對新材料的研發，機械設計不僅要滿足智能制造功能要求，而且要保證使用更加節能環保的材料;其二，做好機械設計制造過程中的噪音污染控制工作，盡量減少或舍棄噪音污染較大的機械設備;其三，要重視廢棄設備的回收利用。機械設備在工作一段時間后會因為達不到生產要求而被淘汰，但其回收價值依舊較高，需要做好資源的二次利用。

3.3 重視人工智能的引入

人工智能一定是未來工業制造領域的發展趨勢，能夠完成機械設計、生產制造過程中的復雜程度較高的工作。另外，隨著我國人口老齡化程度不斷加深，人口紅利逐漸消失，人工成本自然會不斷提升，通過人工智能技術的引入能夠冥想降低企業的生產成本，同時為產品質量提供更強大的保障。在機械設計領域，人工智能的引入需要注意如下幾點：其一，機械設計方案中的不同部件生命周期同樣需要展開智能化分析，通過大量方案的比較進行優選;其二，機械設計需要綜合考量對產品性能提出的要求，盡量進行模塊化設計;其三，機械設計過程中要關注產品使用壽命，關注可能需要拓展的模塊與性能，方便產品今后在功能與網絡方面的升級。

4 結語

綜上所述，智能制造作為工業制造的未來發展方向，應用自動化技術的機械設計生產不僅能夠提升生產可控性，降低人為干預誤差，同時也能收集到更多且精準的設計生產數據，實現設計制造的自動化與智能化。在今后的機械設計及自動化技術發展中，需要重點關注產品數據收集與共享、節能環保、人工智能的引入等方向。唯有將傳統的機械設計及自動化技術與智能制造有機結合，才能促使我國機械制造行業煥發新的活力以及實現技術層面的突破，推動我國工業制造行業的健康發展。

參考文獻：

[1]安仲舉.智能機械設計制造自動化特點與發展趨勢研究[J].中國設備工程，2020（06）：25-27.

[2]劉金鋒，朱鈺萍，田桂中，王筱蓉.面向智能制造的機械制造工藝裝備課程改革探討[J].教育現代化，2019，6（08）：46-48.

[3]蔡志容.智能制造時代機械設計制造及其自動化技術研究[J].內燃機與配件，2019（22）：195-196.

[4]白劍森.機械設計制造及其自動化的發展方向分析[J].內燃機與配件，2020（08）：226-227.

[5]李峰.智能制造背景下機械設計及自動化技術發展方向研究[J].農機使用與維修，2021（07）：45-46.