機械設計與機械制造技術分析

摘 要：為解決機械設計與制造方面的技術問題，通過理論分析方法重點探究了機械設計與制造技術。以機械設計與制造技術的發展現狀作為出發點，闡述了機械設計、制造技術類型及應用情況，指出了傳統的機械設計、制造技術所存在的問題，表明了現代化機械設計、制造技術的優勢及推廣的必要性、重要性。

關鍵詞：機械設計；機械制造；數字化

中圖分類號：TH-4" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）04-0052-03

0 引言

現階段許多企業都實現了機械化生產，機械設備成為了關鍵的生產要素。傳統的機械設計與制造技術在當下暴露了諸多問題，為符合現代化發展趨勢，機械設計與制造方面需積極引入新技術，創新技術類型、優化技術路徑。

機械設計與制造的復雜性較高，為提高設計與制造水平，有關人員必須了解機械設計、制造方面的技術發展歷程、現狀、未來趨勢等，積極參與創新機械設計及制造技術的行動中。研究表明，機械設計與制造方面的自動化、數字化、智能化為大勢所趨，在面對機械設計與制造任務時有關人員需著力推廣人工智能、數控技術、虛擬技術，以提高設計與制造效率、效益。

1 機械設計與制造技術的發展現狀

1.1 機械設計現狀

隨著機械設備在生產領域的地位變化，機械設計越發引起了人們的關注。綜合當下的機械設計現狀，由于大量吸收了國外經驗，許多機械設計方案尚未形成獨有的設計思想。因此，我國機械設計要達到現代化水平，還要經歷很長時間。目前，機械設計行業有較大的發展潛力，許多設計企業開始了更多的自主研究，以形成獨有的設計技術與路徑。

1.2 機械制造技術現狀

在制造各種復雜性機械設備時，自主研發技術相對較少，很多核心技術依賴于國外，技術成本較高。因為在機械制造時對外國技術的依賴性，導致高端機械產品少之又少，難以保持在國際上的競爭力[1]。

因此，有關人員必須改變機械制造技術，有關企業需增大在機械制造方面的技術研發投入，不斷引進新技術，用新技術取代舊技術。隨著當下國內外市場的變化，再加上新技術的出現，機械制造行業發生了顯著變化，陸續進行了技術研發，并嘗試了現代化技術，提高了制造效率及效益。未來的機械制造中有關人員需繼續研究新技術，加速行業的現代化發展。

2 機械設計與制造的相關技術

2.1 人工智能技術

信息時代到來后人工智能技術的應用范圍顯著擴大。在機械設計與制造中利用人工智能技術，有關人員應根據技術特點來合理分配任務。綜合人工智能理論和經驗，主要體現在模糊推理、神經網絡、故障診斷、自動識別等方面。

2.1.1 模糊推理技術

其中人工智能為關鍵技術，智能化模塊可自動識別和處理模糊的、相對不準確的數據，通過篩選信息來得到可靠結論，以輔助判斷及決策。機械設計與制造方面采用模糊推理技術，能快速分析海量數據，并將復雜數據簡單化，以數據為參考設計和制造機械。

2.1.2 神經網絡技術

人工智能技術方面的一大成果為神經網絡。按照相關理論建立神經網絡，能在該網絡中傳輸、保存和共享數據。在機械設計與制造環節有關人員可直接利用神經網絡中的數據，完成分析、計算及決策，全面提高設計與制造水平[2]。

2.1.3 故障診斷技術

人工智能在應用于各個方面的過程中經常需進行故障診斷，現階段形成了以人工智能理論為基礎的故障診斷技術。不同于傳統的診斷技術，在故障診斷技術下所建立的診斷系統中包含典型故障案例庫、故障類型推理庫等，在這些數據庫中集成了各種類型故障的各種信息。在機械設計與制造過程中通過調取故障庫中的信息，可改進機械設計與制造的細節，以預防故障，降低機械故障率。

2.1.4 自動識別技術

目前，機械設計與制造中也成功應用了自動識別技術，此類技術中也有人工智能的相關理論。當在機械中采用了自動識別系統后，即可自動評估機械設備的風險，并及時預防與控制，如在機械設備的相關部位安裝傳感器、信號指示器，在識別到異常信息后發送預警，提醒相關人員處理問題。

2.2 柔性化技術

柔性自動化技術誕生于英國，當時相關學者將此技術作為成組技術的一種。結合成組技術的相關理論，具體的工作中能自動分析加工對象，并按照相應的工作目標來選定最優的組合方式，保障加工對象的組合科學且合理，為后續選擇加工設備創造良好的前提條件，以發揮設備優勢、提高加工效率。

柔性自動化技術呈金字塔形狀，計算機為金字塔中的核心內容。通過配備計算機，設計科學的計算機系統，能精準控制機械設計與制造的全過程，及時發現設計與制造中的問題并進行一定的調整，使整個過程更為高效[3]。金字塔頂端的計算機能直接向上傳遞下層計算的狀態、過程及結果信息，而在此過程中底層計算十分重要，因為此步驟關乎機械設計及制造的過程。

2.3 虛擬化技術

近年來，在機械設計、制造方面大力推廣自動化技術，在這些技術深入發展的過程中，虛擬化技術將成為未來機械設計及制造方面必不可少的技術。綜合機械設計及制造經驗，傳統的技術下經常伴隨著資源與能源的浪費。為改變這一局面，保障機械設計與制造中的能源與資源利用率，有關人員需合理引入虛擬化技術。

與傳統的設計與制造技術不同，虛擬化技術的典型特點就是能實現三維仿真模擬，直觀呈現機械設計及制造的全過程，方便設計與制造人員發現問題，并進行改進，以提高資源與能源的綜合利用率。

2.4 數字化技術

經濟社會的全面發展帶動了機械行業的轉型，在新技術支持下機械行業的現代化趨勢越發明顯。在機械設計與制造中數字化技術廣受關注，此類技術不僅能改變機械設計方式，還能提高機械制造水平。數字化技術下相應模塊能取代人工工作，提高設計與制造的整體效率，保障機械設計與制造的質量，帶動行業的可持續發展。

數字化技術支持下所設計與制造的機械產品，其性能優越、功能多樣，基本可滿足生產生活領域的機械設備需求。數字化技術下有關人員可在設計之前全面分析市場需求，獲取更多信息，將這些作為設計與制造的參考。

2.5 并行化技術

目前我國很多領域都在推廣現代化管理形式，并且大范圍推廣了高新技術，這些管理理論與技術類型為機械設計、制造提供了新的可能，克服了傳統機械設計與制造技術的諸多限制。

機械設計與制造中也可采用并行化技術，簡化工作流程。實際上，并行化技術是高新技術與管理方式相整合的結果，機械設計與制造企業在應用并行化技術時，不應單純局限于設計、制造某一臺機械設備，還應該根據所需設計、制造機械產品的種類，完成分類，創造并行化設計與制造條件。

2.6 集成化技術

為提高機械設計與制造水平，有關人員也應該合理應用集成化技術，將實際條件、計算機測試、核查等充分融合，構成功能齊全的集成化系統。機械設計與制造本身為復雜性工作，常常包含了多種技術，工作流程多、要素多，為方便整合與調用資源，優化流程，集成工作十分重要。集成制造模式要在制造方面采用更多的先進技術，以優化工藝流程，完善技術路線，通過系統化思想形成新的制造模式，去除不必要的流程。在機械設計與制造過程中，需要將生產數據庫、生產需求、戰略目標等充分集成，搭建現代化生產系統，在系統中促進部門間、崗位間傳輸、共享信息，以信息為基準優化設計與制造過程，并強化過程監督，以凸顯各種資源的作用。

從集成化角度出發，為完成機械設計與制造任務，有關人員可將設計與制造過程當作一個整體，確保全部工作均在一個系統的前提下進行，無需多次在系統中輸入和輸出信息。為此，制造階段的工作中，相關人員需直接從集成化系統中調取設計數據，在有需要的情況下還需進行一定的調整。

集成化系統的運行期間，自動化技術必不可少，此技術為設計與制造的重要方面。通過創新自動化技術的形式與路徑，可發揮此技術在資源、效率、效益方面的作用，減少人工工作量，當綜合各種因素設定了參數、程序后，系統可自動執行程序，保持最佳的設計與制造狀態[4]。

針對機械設計與制造這一專業性任務，不同功能模塊之間的信息存在一定的交互性，能在自動環境下保持交互。基于電子單元的功能特點，集成化系統的相應模塊能依據實際需求自動調整設計、制造功能，圍繞設計與制造目標，設定工作程序。當程序運行后，系統能自動監督過程，及時發現在機械設計與制造中的安全、質量及技術問題。

在實現自動化技術集成化目標時，有關人員需以原先的功能模塊為依據，建立功能齊全、性能穩定的集成系統，以增加自動化技術應用的功能性，并減小此系統對其他系統的干擾。集成化設計與制造時，為最大程度上發揮自動化技術的優勢，相關人員應考慮原先的流程及控制模式，重新排列和執行指令程序。

2.7 微機械技術

在許多生產產品規模較小的機械設備中，常常會應用微機械設備。在當下優化機械設計與制造技術時，有關人員通過應用微機械技術，放大微小產品，提高產品的精密化程度，以實現產品的質量、效益等目標?？傊?，機械領域應用微機械技術能精細化加工產品。

與精細化制造相比，微機械技術的精細化程度更高，適用于電腦芯片、手機芯片等高精尖產品的制造。當前市場上的電子產品需求逐年遞增，在各種電子產品中基本都包含高精度部件。利用機械生產這些精密部件時對機械設備的功能及性能有更為嚴苛的規定，而通過在機械設計與制造中引入微機械技術，能提升機械產品的制造能力，使其生產的產品可符合實際需求。

應用微機械技術能自動捕捉與產品有關的信息，保障所設計和制造的機械具有極強的反應能力，使機械設備能整合各類信息，發揮其功能優勢。應用微機械技術設計與制造的機械，還能在投入使用后及時、精確地檢測零部件，了解零部件的生產缺陷，自動調整相應的參數，使機械設備可生產出符合要求的產品。通過合理應用微機械技術，可科學把控機械設計與制造的每一環節，強化過程管理及監督，以保障相關問題發現及處理的及時性。

3 機械設計和制造技術的未來發展趨勢

3.1 全球化

進入21世紀以后，機械行業發生了顯著的變化，各種新技術被應用到了機械設計、制造等各個方面。正是因為機械設計與制造中采用了多種新型技術，大大提高了行業的發展水平，一些企業因為掌握了核心技術，在行業內保持了絕對優勢。

綜合機械設計、制造的發展現狀以及技術情況，未來必將朝著全球化邁進。在全球化背景下，我國與其他國家的經濟合作、技術交流等日漸增多，機械設計與制造方面為克服各種難題，也需要積極參與到全球化競爭浪潮中，以贏得更大的發展可能。

因此，機械設計與制造技術的未來發展中，全球化為一大趨勢，各企業、相關人員需抓住機會，從與其他國家的技術交流中吸取經驗。

3.2 三維化

我國的機械設計與制造經歷了漫長的發展階段。由于發展的初始階段相關技術較為落后，在設計方面主要為二維化方式，很難觀察到機械設計與制造的細節。隨著虛擬現實技術越發成熟，逐步被應用到更多領域。在機械設計與制造方面應用虛擬現實技術，可呈現機械產品的三維特點，方便相關人員掌握細節，保持人機交互。

因此，機械設計與制造必將進入三維化階段，相關人員需在設計與制造環節應合理應用虛擬現實技術，綜合已有的機械產品信息，構建三維動態模型，在該模型中進行模擬，以及時更改既有設計、制造方案，提高機械設計與制造效果，達到設計、制造的技術、安全、效益等目標。

3.3 智能化

在人工智能、云計算等技術的發展下，機械設計與制造必將呈現智能化特征。當前我國的機械設計與制造方面雖在智能化方面有所成就，但其智能化水平相對偏低，還存在諸多的技術、安全等問題。未來相關人員在機械設計與制造中應結合智能化現狀及目標，合理引入精密傳感、定位等技術，以提高設計與制造的智能化水平，由智能化模塊取代人工操作，確定總體的設計與制造方案，并比選多種方案，從經濟性、技術性、安全性等方面展開一系列分析，調整細節，得到最佳的機械設計與制造方案，減小誤差。

4 結束語

設計與制造是機械領域關注的核心問題，在設計與制造中引入新技術能提高工作效率。當前我國的機械設計與制造水平大大提高，但依舊存在一定的問題，有關人員在未來需結合實際情況，繼續研究機械設計、制造的新技術，提高機械設計與制造的技術水準。

參考文獻

[1] 石鵬，鄧嫄媛，周黎明，等.現代數字化設計制造技術在機械設計制造上的應用[J].南方農機，2022，53（14）：146-148.

[2] 趙廣杰.淺談機械設計與機械制造技術[J].電大理工，2022（2）： 23-27.

[3] 趙文娟.簡析機械設計與制造技術現狀及相關先進技術[J].大眾標準化，2022（4）：181-183.

[4] 王永耀.淺析工業設計及機械設計制造技術的應用[J].智慧中國，2022（1）：86-87.

收稿日期：2023-12-01

作者簡介：金鍔（1975—），男，遼寧沈陽人，本科，工程師，研究方向：機械設計制造。