提高機械設計制造及其自動化水平的有效途徑

茅洪菊 韓飛飛

摘 要：機械化生產方式的出現與推廣，使現代生產中應用多種類型的機械設備，并推動機械設計制造工藝的發展加速。在自動化技術出現后，突破了機械設計制造的技術局限，進一步提高了機械設計制造效率與質量。為不斷提高機械設計制造及其自動化水平，本文分析其優勢，并從結合先進科技、創新思維、環保理念與完善配套設施、應用現代技術角度探究提高發展水平的有效途徑，最后從性能與功能兩方面總結機械設計制造及其自動化未來發展方向，以期為機械制造行業提供借鑒。

關鍵詞：機械設計制造；自動化；發展途徑

1 前言

隨著工業發展水平的提高，對用于工業生產中的機械設備質量、性能有了更高的要求，并在保證生產高效性、安全性基礎上，要求降低機械設備能耗。基于此，機械設計制造企業需要加速技術更新，以嶄新的技術手段提高機械設計制造水平、升級自動化系統功能，從而滿足現代工業發展對機械設備、產品的要求。因此，還需不斷探索提高機械設計制造及其自動化水平的有效途徑。

2機械設計制造及其自動化的優勢

2.1優化生產模式

由于傳統技術條件與工藝相對落后，機械設計制造中難以生產出性能高、功能完善的機械產品。而進入信息時代后，越來越多先進科技手段的應用，使機械設計制造技術水平大幅提高，生產模式也發生改變。如在機械產品設計制造中應用自動化技術革新生產模式，可以減少生產過程中人工控制，提高機械制造的精度與效率。

2.2提高生產安全性

機械設計制造及其自動化使機械設備、產品的設計、制造、運行控制均以自動化手段完成，減少機械設備與產品生產過程中的危險性因素，可以降低安全事故發生率；且發現異常后可以及時發出提示信息，即使存在安全隱患也能夠得到快速處理，提高安全風險防范能力。

2.3提升工業智能化水平

隨著現代科技的發展，越來越多的先進技術與機械設計制造及其自動化結合，機械設備與產品的設計、制造、運行控制得到進一步優化，目前可以自主掌握工況，實現智能化控制與調節；且在機械設備控制中計算機可以模擬大腦神經網，對設備展開更高端的智能控制，從而有效提高工業智能化水平[1]。

3提高機械設計制造及其自動化水平的有效途徑

3.1利用先進科技與創新思維實現現代化發展

機械設計制造及其自動化發展過程中，應不斷引進更多先進的科技手段，并樹立創新思維，創新技術應用方式，從而使工業機械獲得持續發展的技術力量，朝著現代化方向穩定前進。例如，自CAD軟件技術誕生以來，在機械設備或產品的設計中大力推廣，其集成多種設計功能，且軟件不斷更新、性能不斷優化，可以更高效、更便捷地完成機械設備、產品設計。同時，也應利用信息技術手段消化與吸收先進科技，如逆向工程，其是實現先進科技信息化應用的典型代表，機械設計人員需要提前了解機械產品的背景、模型，將產品設計過程利用信息技術再現，從而了解產品的處理流程、基本組織結構等關鍵設計要素，再利用CAD軟件、重構思維展開設計，形成功能相近但性質完全不同的機械產品加工模型[2]。

3.2結合生態環保理念實現可持續化發展

為了實現機械設計制造行業的可持續發展，在不斷提高技術水平的同時，也要考慮機械產品與設備設計、制造、運行控制過程中的環保性，采取合理的手段與方式降低能耗、減少污染、控制資源浪費。目前，國家針對機械設計制造行業的發展制定了一系列法律法規，其中也明確對生態環保做出規定，在提高機械設計制造及其自動化水平過程中要始終依照法律要求，不斷突出行業的節能環保特點。同時，要不斷更新技術，積極運用具有環保性的新型資源、新型工藝，減少浪費與污染，提高整個設計、制造、運行控制過程的環保性。例如，在機械制造環節，基于環保理念應采取用干切削技術，在機械制造中切削難度最大的工件材料為超硬合金，采用干切削技術可以預防材料與刀具之間出現“咬焊”式粘連情況；同時，啟動高速切削模式后，產生的95%～98%的切削熱均直接傳給切削，在與刀具前刀面接觸時一部分熱量已經被消耗，從而可以有效預防切削瘤，提高超硬合金材料的加工質量，避免頻繁出現質量問題導致的資源浪費，也減少能源消耗，對實現“綠色制造”有著重要意義[3]。

3.3通過完善配套設施提高市場競爭力

一方面，對于有著豐富機械設計制造及其自動化發展資源、能力的區域應給予資金、政策、人才方面的扶持，使其及時引進先進的生產技術、生產線，提高配套設施科技水平，有效提高機械設計制造及其自動化發展水平。例如，在我國東北等工業發達區域，工業產業起步較早，機械設計制造及其自動化發展上有著得天獨厚的優勢，但受市場形勢的影響，近年來東北地區機械制造行業發展速度變緩，得天獨厚的發展條件得不到有效利用，針對該情況，應在政策、人才、資金等方面提供支持，完善機械設計、制造以及自動化相關的配套設施，從而提高自主研發能力，開發高品質機械產品與設備。

另一方面，關注各個地區工業發展水平，在具備條件地區建設新型工業基地，并為具有技術基礎與外銷渠道的企業提供資金與政策方面的支持。例如，在我國諸多南方地區，經濟實力雄厚、水上與陸上交通條件便利，可以為機械產品與設備外銷開辟出通道，但仍存在工業發展不理想情況。因此，應分析原因，扶持優勢工業產品發展，如船舶制造業，加速扶持新型工業基地建設，使更多零部件設計加工企業的得以生存。

3.4合理應用現代技術提高綜合實力

在機械產品與設備的設計、制造、運行控制中合理應用現代技術，是提高生產力、自動化水平的關鍵。應用可編程邏輯控制器，該控制器可以對機械設計、制造等環節所需數據進行計算、分析，并基于經過處理的數據構建生產過程模型，在模型上可以及時發現加工工藝存在的問題，并自動調整設備運行參數，在無異常情況下設備自動運行、自動調節。由此可見，通過可編程邏輯控制器使生產與控制數據之間產生聯系，實現機械自動化與現代計算機技術的有效結合，將有效提高機械制造控制實效性。以某軸類機械產品制造為例，在車削環節利用可編程邏輯控制器進行控制，可以自動推進加工流程，并按照預先設定自動調節加工刀具參數，如在T0100-外輪廓粗加工時自動調整刀尖圓弧半徑為0.8mm、切深為2mm、進給速度為150mm/min、主軸轉速800r/min；并自動控制切削量，如進行直線與圓弧輪廓車削時，根據機械制造方案要求，粗車切削與精車切削速度分別為90m/min、120m/min，可編程控制器內可以自動通過公式（1）計算出粗車與精車的主軸轉速[4]。

Vc=πdn/1000? ?（1）

式（1）中Vc表示車削速度、d表示銑刀直徑、n表示刀具轉速。

應用無線與機械生產監控網絡，機械制造前，利用電腦與無線監控組成無線設備監控系統可以監控機械產品與設備的整個制造過程，并將監控獲取的數據、畫面及時傳遞給自動化控制系統。經過數據與圖像的分析，自動化控制系統可以自主識別生產中存在的問題，快速發出報警信息，從而減少機械制造中的安全風險，也降低工作壓力，大幅提高機械制造效率。而在監控系統與自動化控制系統傳輸數據過程中，無線網絡技術扮演著重要角色，實現5G網絡的覆蓋，可以高效、準確地傳遞信息，便于自動化控制系統及時掌握生產設備的運行狀態。

4機械設計制造及其自動化的未來發展方向

為充分實現機械設計制造及其自動化的使用價值，在確定提高其水平的有效路徑后，應沿著正確的方向推動機械設計制造及其自動化發展。

4.1性能的未來發展方向

4.1.1實現高速、高精度、高效發展

任何類型的機械產品與設備設計在制造期間，其速度、效率、精度均是重點關注的技術指標。而隨著現代科技發展，在提高自動化水平上有了更多手段，如利用高速芯片、帶高分辨率絕對式檢測元件交流數字伺服系統、智能芯片以及多控制系統等可以使自動化控制系統、設計軟件、制造系統的功能更加完善，并且高效、精準的控制下，有效提高機械產品與設備的設計精度、制造效率。

4.1.2實現柔性化發展

為使機械設備性能得到優化，在設計制造環節還需不斷引進先進的數控技術，增強數控系統的柔性。結合機械設備設計與生產需要，在數控系統的設計上應繼續沿用模塊化理念，其可以根據實際需求及時消除或增加某項功能模塊，提升系統的可拓展性，從而更好地滿足不同類型客戶的個性化需求。同時，應用柔性化數控系統也可以提高群控系統的柔性，根據生產流程的實際需求設計控制程序，能夠使數控系統功能最大程度發揮。

4.1.3實現實時智能化發展

最早研發自動化控制系統主要是為了滿足機械產品、設備生產調度需求，避免出現規定時間內未完成生產任務情況。但隨著自動化技術水平的提高，人工智能等先進科技的先后出現，可以構建智能化實時系統，基于計算模型對人類智能行為進行模擬，再將人工智能與實時系統融合在一起，提高自動化控制系統的實時響應能力，進而提高控制實效性，使機械設計與制造日益智能化。

4.1.4實現工藝復合性與多軸化發展

機械設備與產品設計制造是為了滿足市場上工業加工生產需求，而當現代工業發展到一定水平后，對復合加工的要求更高。工業企業意在通過復合加工縮短生產時間、減少生產工序，使單位時間內生產出更多產品，創造更大效益。而復合加工則要結合多種自動化技術，需要保持自動化控制系統功能多系列、多軸化，因此，在未來應實現工藝復合性以及自動化控制功能多軸化。以數控技術為例，在機床上裝夾一次工件后，可以自動完成換刀、主軸旋轉，完成多道工序的加工任務。

4.2功能的未來發展方向

4.2.1用戶界面實現圖形化發展

機械設計制造領域中廣泛應用數控系統，在數控系統當中與用戶之間產生對話的接口則為用戶界面。為了滿足不同用戶的個性化需求，應從用戶的角度完善、優化用戶界面設計，并在優化設計中合理應用可視化技術、虛擬顯示技術等，使用戶界面更加人性化、智能化[5]。而圖形化用戶界面是目前最新穎的設計方式，受到專業與非專業用戶的廣泛歡迎，其兼具快速編程、藍圖編輯等多種顯示功能，也可以在窗口與菜單上直接選擇對應圖形操控系統、獲得各項服務。

4.2.2科學計算實現可視化發展

可視化也是提高自動化技術發展水平的重要表現，在機械設計、制造、運行控制過程中通過可視化科學計算可以更高效地完成不同類型數據的處理、解釋，解決信息交流方式過于單一問題，也使表達方式更加豐富，不再局限于語言與文字，可以利用動畫、圖像等可視化信息完成交流。可視化科學計算的實現可以提高交流效率，減少交流中的阻礙，也可以實現無圖紙設計，縮短設計與制造周期。

4.2.3插補、補償方式實現多樣化發展

結合提高機械設計制造及其自動化水平路徑，應利用更多元的插補與補償方式。如插補可以采用直線、圓弧、援助、空間橢圓曲面、極坐標、螺紋、NANO等插補方式；補償上可以采用溫度、象限誤差、間隙、垂直度等補償方式。

4.2.4內裝高性能可編程邏輯控制器

從上述內容可知，可編程邏輯控制器在提高機械設計制造及其自動化水平上有著重要價值，其改變了自動化控制系統的運行方式，也使其功能更加完善；且將控制器安裝在數控系統當中，利用更高級的語言進行編程，可以不斷開發新功能。因此，在未來應將高性能的可編程邏輯控制器安裝在機械自動化控制系統中，支持其自動化設計制造，并在需要改變時直接在線修改控制程序。

5結論

綜上所述，提高機械設計制造及其自動化水平對現代工業發展有著重要現實意義，但在路徑選擇上要謹慎，應根據機械產品與設備的設計、制造、運行控制需求應用先進科技、現代技術，并立足環保進行自動化技術革新，從而確定正確的發展方向，使機械業獲得持續、健康發展的充足動力。

參考文獻

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[2]翟勇波.關于提高機械設計制造及其自動化的有效途徑探討[J].內燃機與配件，2021（22）：190-191.

[3]劉鵬.提高機械設計制造及其自動化水平的有效途徑[J].現代制造技術與裝備，2021，57（11）：169-171.

[4]張緒勇.淺談提高機械設計制造及其自動化的有效途徑[J].中國設備工程，2021（19）：136-137.

[5]姚文力.機械設計制造及其自動化提升的有效途徑[J].中國金屬通報，2021（05）：90-91.