自動化技術在機械設計與制造中的應用

董金華， 陸輝仲， 付 龍

（共享裝備股份有限公司， 寧夏 銀川 750021）

引言

所謂自動化技術只在沒有人或較少人參與的情況下實現自動運行生產的技術，使人們的工作方式和生活方式發生了巨大的改變。該技術在機械設計和制造中的應用能夠有效地減少人力成本的投入，提高生產效率，提高資源的利用率，促進機械制造行業的長足發展。

1 機械設計與制造中應用自動化技術的優點

1.1 提升生產效率和產品質量

自動化技術在機械制造中應用，可以提升制造的精細化程度和智能化水平，生產效率無需受到人力的制約，生產效率和生產質量都得到提升，提高企業的核心競爭力。同時，借助自動化技術，可以改進機械生產中的設計，彌補傳統機械設計中的缺陷，使生產效率得到優化和提升。

1.2 降低資源成本和人力成本

在傳統的機械生產和制造中，多是采用粗放的生產模式，過分地依賴人工，生產效率較為低下，且需要浪費大量的物料，制造企業成本較高，嚴重制約了制造企業的發展。而自動化技術的良好應用，可以對生產物料達到精細化的控制，廢料率較少，進而降低了生產成本，提高了企業的效益。還可以對生產廢料經過重新處理后再加工成產品，投放市場，可以降低成本，減少廢料的污染[1-2]。

除此之外，隨著自動化技術的引用，減少流水線上人力的使用，而人力可以有更多的精力根據實際情況對機械制造的各個環節進行優化，減少勞動成本和勞動費用的支出。

1.3 實現精準化操作

在機械設計和制造產業中，對生產數據是極為敏感的，只有控制好生產數據才能保證生產的質量和生產的經濟價值，使機械設備的價值得到充分的發揮。而自動化技術的運用就可以很好地解決這一問題，首先，自動化技術可以利用計算機對機械設備下達精細化的指令；其次，自動化技術可以嚴密監視整個流程的執行情況，并進行科學的分析，及時發現流程中存在的問題，并針對問題可以設置改進方案，以減少經濟損失。除此之外，通過自動化技術還可以對機械設備的運行情況進行實時的監控，對可能存在故障的設備進行及時的排查和維修，提高機械設備的使用壽命。

1.4 擁有較高安全性

自動化技術融合了多種學科，在系統設計的過程中考慮了多方面的因素，具備自動診斷、自動報警等安全性能。在實際生產中，機械設備難免出現故障問題，而自動化技術可以自動識別這些故障，并對故障進行檢修。發生故障時，其會自動控制程序停止生產活動，起到保護設備和人員安全的目的。在生產過程中，利用自動化技術控制全過程的運行，可避免人為的失誤而造成設備的損壞或者釀成安全事故，提高了生產過程中的安全性[3]。

1.5 具有較強的適應性

自動化技術可以跳出單產品，單功能的制約，利用復合技術和功能實現自動化控制，自動檢驗等多種功能，可以應用于不同產品，不同場合，滿足客戶的不同需求，具有較好的應變性。

2 機械技術和制造中自動化技術的應用

2.1 集成化技術

所謂集成化技術，就是將信息系統技術應用于機械設計和制造中，在信息化的指導下，實現整個機械設計和制造過程的優化。利用集成化技術可以實現生產制造過程中涉及的生產流程、生產設備、管理流程等的集成。而要想實現高度集成，對設備參數和人員素質都有較高要求，若設備參數與性能不符合要求容易造成生產產品不符合要求或者設備損壞的情況，所以需要對設備進行考核，并記錄機器設備的原始數據，通過數據的支持，才能提升機械設計制造的水平與質量。除此之外，機械設計制造是一個復雜的過程，需要綜合考慮各方面的因素，如設備、物料、人力等等，關注好生產中的各個細節，以確?？梢约皶r完成生產制造的需求[4-5]。

2.2 數字化技術

傳統的生產制度模式多是使用大量的人工，生產效率低下、精準度較差，且由普通工向熟練工轉變需要大量的時間積累。而借助自動化技術，通過數控技術作為支撐，可以極大地提高制造的精準度，進而提升效率。數字化技術是控制技術和數字技術融合的一種新型技術，操作人員只需要在計算機界面對數據和流程進行設置，就可以實現機械設備的自動運行。目前，此種技術已經得到廣泛的應用，只需要專人負責設置機械操作流程、控制操作數據、管理相關設備，就能實現機械制造的平穩運行。

2.3 組裝自動化技術

在機械設計生產中，一個機械成品的完成需要各個零件進行組裝，如汽車就包含發動機、轉向裝置、制動裝置、儀表裝置等。在機械中應用組裝制動化技術，可以很大程度上提高組裝的效率和質量，減少由于人工組裝造成的失誤。組裝技術主要包括自動傳送和自動組裝等。所謂自動傳送，就是將各個零部件傳送到需要組裝的位置上，而自動組裝是將需要組裝的零部件進行清洗、分類、篩選、裝入、測試等。組裝自動化技術可以使產品組裝速度和精度得到大幅度的提升，促進企業提高自身的核心競爭力。

2.4 柔性自動化技術

所謂柔性自動化技術是一種可以實現多種產品，多批量產品的加工、制造、測試等工作的生產技術。柔性自動化技術可以提高機械制造過程中的應變能力，可以根據市場需求進行柔性處理的機械產品。除此之外，可以通過信息技術對柔性制動化設備進行調節和控制，提高生產線的可控性，從而對機械制造的產品進行改進和優化，使其符合客戶的需求和市場的預期。

2.5 自動化故障診斷

我國當前自動化模式和半自動化模式是最常見的兩種模式，前者具有更明顯的優勢，生產過程更加穩定，故障檢修難度也會降低，可以利用自動化診斷系統實現在線診斷的目的，減少因故障停工的狀況。除此之外，半自動化模式還是需要投入大量的人力，資金投入也會增加，市場競爭力就會降低。充分利用自動化技術，不僅可以提高生產效率，還可以幫助企業在較短的時間內完成檢測工作，保證生產制造的穩定運行，提高了運行中的安全性。

3 機械技術和制造中自動化技術的發展方向

3.1 智能化

自動化技術的延伸正朝著智能化的方向發展。智能化是指機械設備具有思考、分析、與判斷的能力，使制造的各個環節均能實現自動化操作。我們可以根據生產制造的實際情況，合理地采用智能化技術，使機械設備安裝相關程序指令完成相關的任務。我們可以利用人工智能系統，通過高端的設備和軟件，對機械制造的過程進行科學的掌控，從而充分發揮智能化的優勢?，F在智能化技術已經在智能物流、智能機器人、GPS 定位、傳感技術等方面得到運用，但是對機械制造行業運用還不廣泛，這是機械制造行業未來的發展趨勢。

3.2 虛擬化

所謂虛擬化是指利用計算機技術中的仿真技術，對生產制造過程進行情景模擬，發現生產制造中的不足并加以改進，保證整個生產過程的順利進行。傳統的自動化技術必須要進行生產才能發現程序設置中的問題和不足，使用虛擬化技術將這一過程提前，不僅能夠及時發現問題，進行仔細的分析，并進行及時糾正，能更好地把握生產過程中的特征，減少生產過程中物料的浪費，減少經濟損失，為生產制造保駕護航。

3.3 網絡化

自動化技術在實際應用中需要通過網絡建立連接，利用網絡開放性、便捷性的優點可以簡化機械設計和制造的流程，為自動化技術提供更為優化的方案。但是我們需要注意的是，在機械制造中實現網絡價的應用，需要專業人員進行設置，以保證其合理性和有效性，使網絡化得到最大限度的應用。除此之外，在系統進行升級優化的時候，應當結合實際情況進行構建，以實現網絡化在機械設計與制造中得到合理的運用。

3.4 節能化

機械制造行業的發展不應當只注重效率的提升，還應當考慮環境的保護和資源的節約，謀求可持續發展，人與自然和諧共存，這也是現代的發展趨勢和需要我們關注的問題。在機械制造的材料方面，要盡量地節省原材料，使其可以得到最大的利用率，還需要盡量減少污染物的排放，如工業廢水、廢棄、廢渣等。

3.5 機電一體化

機電一體化是指由計算機技術、傳感技術、光學技術、控制技術、電子技術等相融合的一門交叉學科。其幫助機械制造企業實現產品的智能化、網絡化、微型化、系統化等，提升產品的精確性和生產效率，提升企業核心競爭力。機電一體化的應用是目前機械制造行業發展的新趨勢，機電一體化在機械制造領域有很大的發展空間，幫助產品設計更加合理。

3.6 機械視覺技術

所謂機械視覺技術就是使用網絡技術和電子技術相結合，用計算機信號對人體視覺進行模擬，借助精密測量和智能監控，為制造提供準確的數據，制定監測方案，幫助數據校對。

1）產品監測。由于監測員能力存在差異，且長時間的監測容易產生視覺疲勞，監測的質量容易受到檢測員狀態的影響，導致機械零器件可能存在細微的差異。有效利用機械視覺技術，可以解決人工監測精確性不足的問題，通過控制相關的參數，可以有效地對系統零部件進行精確的監測，保證監測結果的準確性。除此之外，此技術的應用可以準確地反應測試數據，為生產過程提供準確的參考，幫助企業提高生產質量。

2）工件測量。通過視覺技術的應用對零部件與基準材料進行比較，可以對零部件進行精確測量，其中使用到了相機、計算機和光學系統。其使用原理就是利用光束的投影，用顯微鏡顯示零件的構造，并利用計算機獲取精確的成像數據。因為流水線上的部件產品都是在移動的，需要其完全暴露在鏡頭下，以確保測量的準確。

3）預調方案。傳統的預調方案是利用光學進行投影進行定位，進行數據測量和讀取。這種方案的缺點就是需要人力資源較多，工作效率低，使用新型的預調測量技術，添加了自動控制程序和計算機系統處理程序，在傳統視覺技術的基礎上增加了光柵技術，通過立體成像使流程更加簡化，準確性也得到相應的提高。

3.7 數字化

隨著信息技術的發展，自動化技術更趨向于數字化發展，很多工作需要與計算機技術結合，運用數字化技術作為支撐，利用計算機技術進行信息數字化處理。數字化的發展可以使機械制造行業整體效率得到提升，提高產品的綜合競爭力，使產品更加精確，靈活的滿足客戶物品。

3.8 微型化

隨著機械制造自動化的發展，微型化是其很重要的發展趨勢，生產產品的體積越來越小，且在節能，靈敏度等方面有很大的提升。針對微型化的發展特點，可以有效的降低設備與技術投入，在資源節約方面也發揮了積極的作用。

3.9 全球化

所謂全球化是指生產一個產品往往需要很多國家分工協作才能完成，機械自動化也在朝著全球化的方向發展。生產全球化推動著信息技術全球化的發展，借助網絡信息全球化，可以實現生產制造不間斷，對機械過程高效融合，實現生產效率的提高。

4 國內自動化技術的發展

我國是生產制造的大國，擁有完整的工業體系，我國在吸收國外自動化生產經驗的同時，立足本國國情，進行自主研發，由低到高、由簡入繁，逐步發展建立一套擁有中國特色的自動化系統。在不斷適應市場需求的過程中，實現由原始單元，傳統機械生產到計算機、人工智能化、微型化、數字化的過渡，建立了一套擁有核心技術的自動化生產系統，并得到了良好的運用。

5 結語

隨著我國科技水平的提升，自動化技術已經在機械設計和制造行業得到了廣泛的應用，不僅提高了生產效率，提高了生產的精確性，而且節約了資源成本和人工成本，幫助企業獲取了更多的經濟效益，實現了良性發展。自動化技術的應用也是一個國家科技化、智能化的體現，同時各項新型技術和功能應用于傳統的機械設計和制造行業，也符合我國可持續發展的理念。