智能制造在機械設計技術中的應用研究

吳公平

摘 要：智能制造是機械制造業的發展方向，是建設制造強國的重要渠道，能夠變更生產流程，優化產業結構，帶動高新技術產業的發展，加快國家的現代化進程。機械設計技術是機械制造業的核心技術，是機械性能的決定因素，能夠提高機械設備的精密度與安全性，提高生產效率，提高制造業的整體利潤。進入新時代以后，智能制造開始應用到機械設計技術中，信息整合、資源分類、新型應用材料等機械技術開始提高，機械設計與制造行業開始走向系統化、自動化、節能化、高效化、專業化的發展道路。

關鍵詞：智能制造 機械設計 創新應用

1 前言

當前機械制造業正面臨著前所未有的挑戰，一方面，高新技術不斷取得突破，自動化智能技術開始與機械設計技術相融合，制造業的行業壁壘開始消失。另一方面，中國開始調整經濟發展模式，大力發展高新技術產業，機械制造業的發展空間開始減少，行業紅利開始轉移。在當前的社會形勢下，機械制造業必須緊跟時代發展的腳步，抓住轉型的關鍵階段，積極推進智能制造的應用，加快機械設計技術的更新換代，提高機械設計技術的科技含量，為機械制造業開創新的發展模式[1]。

2 智能制造的特點

智能制造是機械制造的最新發展模式，能夠實現機械制造的全方位系統化管理，具有鮮明的特質。首先，智能制造具有融合性，能夠進行跨區域的經營管理。在智能制造的管理過程中，人員、車間、部門、分公司、總公司之間有明確的信息傳遞渠道，可以建立上下級或平級之間的信息聯系，方便企業進行的層級管理，建立跨區域的發展模式。其次，智能制造具有安全性，在智能制造的管理過程中，計算機會監控機械的每一個指標，當指標超出正常范圍后，計算機可以直接切斷機械的電源，讓機械直接停止運作，降低機械故障帶來的負面影響。最后，智能制造具有低耗性，智能制造有建模系統，可以在仿真環境下模擬機械制造的全部流程，發現流程中存在的問題，避免真實生產過程中出現錯誤。與此同時，智能制造可以根據真實環境調整機械指標，舉一個例子，智能制造可以根據實際環境調整變壓器的電流，減少電流流過線圈產生的熱量，降低變壓器的耗電量。

3 智能制造的現狀

隨著科學技術的發展，我國的智能制造有了長足的進步，已經形成了完整的產業體系，擁有了許多技術專利，但我國智能制造的研發時間比較短，制作工藝比較粗糙，在設計細節與管理方面存在較大的問題。

3.1 容易發生故障

智能制造是高精度的機械制造體系，零部件比較多，操作流程比較復雜，容易發生故障。目前，智能制造主要有三種故障類型，首先，智能制造可能會出現機械故障，舉一個例子，在機械運轉的過程中，可能有石子或者其他比較硬的物質掉入齒輪內，導致齒輪無法轉動，機械只能被迫停止運行。機械故障具有偶然性與突發性，很難提前進行防范。其次，智能制造可能會出現操作故障，在機械運轉的過程中，工作人員需要點擊操作面板，更改操作流程或操作指標，但智能制造的功能按鍵比較多，工作人員很可能會誤觸。操作故障是最常見的故障，需要制定嚴格的操作流程，降低操作故障發生的概率。最后，智能制造可能會出現保養故障，在長時間的運轉下，機械可能會出現損傷，影響機械的正常運轉。舉一個例子，在機械運轉的過程中，機械零件會互相摩擦，釋放大量的熱量，可能會讓零件產生形變，降低機械的精度。

智能制造的故障基本都是細節上的故障，因此，我國需要重視機械設計的細節問題，增加機械設計的考慮因素，提高機械設計的專業水平，減少智能制造的故障，降低智能制造的負面影響[2]。

3.2 發展環境比較差

進入新時代以后，我國經濟開始由高速增長模式轉向高質發展模式，制造業的市場風口開始消失，行業已經飽和，企業之間的競爭開始加大，企業的凈利潤開始減少。在當前的市場環境下，大型的機械制造公司可以拿出足夠的科研資金，進行智能制造的研發，小企業只能繼續使用老舊的機械制造設備，沒有更新換代的能力。隨著時間的推移，大企業會吞并小企業的市場份額，行業的活力會減弱，競爭創新意識會降低，智能制造會進入停滯發展階段。智能制造不是一朝一夕的事情，需要長時間的堅持，在發展期間，國家要加大對小企業的扶持力度，鼓勵企業進行科技研發，改善智能制造的市場環境，促進行業向智能制造方向轉變。

3.3 理念高于技術

在“十二五”期間，國家開始將新一代信息技術列入戰略發展目標，信息技術等高科技產業開始成為國家重點關注的對象，高新技術理念開始在社會上蔓延開來。舉一個例子，在人工智能比較火的階段，深度學習、神經網絡、智能機器人等理念開始涌現。智能制造包含了許多高新技術理念，比如：電子標簽技術、云計算技術，是與高新技術息息相關的產業，是高新技術的具體應用，需要高新技術理念落實到工業制造層面。但在當前的科技水平下，高新技術理念還停留在實驗室研發階段，沒有大規模應用的方法，智能制造無法取得技術層面的突破，無法跟上智能制造理念的發展腳步。與此同時，高新技術理念有互相重疊的部分，功能分類不夠明確，智能制造企業很難分辨其中的差別，容易與錯誤理念進行融合。舉一個例子，在智能制造的發展過程中，企業需要增強機械的感知能力，虛擬現實技術與視覺模擬技術都是視覺相關的技術，都可以提高機械的視覺效果，在這樣的情況下，企業很難做出正確的抉擇。因此，國家要加大智能制造的科研力度，抓緊落實高新技術理念，細化高新技術的應用領域，提高智能制造的具體技術，讓智能制造的理念與技術同步發展[3]。

3.4 管理體系比較落后

我國在智能制造的技術層面取得了巨大的突破，但在智能制造的管理層面比較落后。首先，智能制造的管理方法比較粗糙，智能制造是依靠信息進行管理的系統，對數據有嚴重的依賴性，需要完善的數據傳輸與數據處理系統，但我國大部分企業沒有專業的數據開發平臺，無法形成閉環管理流程，無法發揮智能制造的管理優勢，無法加快企業的管理進程。其次，智能制造的裝備比較落后，智能制造是機械制造產業的上層管理體系，需要具體制造裝備的配合，但我國機械制造的機床比較落后，制造精度比較低，無法滿足智能制造的要求，無法推進機械制造產業的升級與更新。最后，智能制造的組織管理比較落后，在傳統的機械制造中，企業已經形成了成熟的管理模式，擁有了完善的組織管理體系，但智能制造加快了信息的流通速度，模糊了時間與地區的界限，改變了企業的管理方法，對舊有的組織管理體系造成了巨大的沖擊，企業的組織系統出現了滯后性，無法與智能制造管理相匹配。

目前，智能制造的管理體系已經嚴重阻礙了智能制造技術的發展，影響了機械制造的產業結構，影響了我國制造強國的建設，因此，我國要完善智能制造的管理體系，改善智能制造的組織管理方法，加大智能制造的管理深度，促使企業向智能管理方向轉變[4]。

4 智能制造在機械設計技術中的應用

在數字化、智能化的發展背景下，機械設計應該與智能制造相結合，機械制造行業應該增加智能制造的應用范圍，提高智能制造的應用水平，盡力提高機械設計與機械制造的核心競爭力，增加機械設計的行業利潤。

4.1 資源管理的應用

機械設計與機械制造包括許多的流程，這些流程環環相扣，相互聯系，對資源的要求很高，智能制造能夠辨別資源的類型，做好資源分類工作，提高機械設計與機械制造的資源利用率。智能制造在資源管理方面的應用有三點體現，首先，智能制造能夠進行資源的模擬，在機械設計的過程中，智能制造可以收集設計信息，提供模擬資源，監督模擬流程，建立機械設計的資源共享模型，實現機械設計的半自動化處理。舉一個例子，在機械設計的過程中，智能制造可以標記機械設計用到的具體資源，如果資源應用錯誤，智能制造就會報警，方便工作人員進行修改。其次，智能制造可以監管資源的使用情況，在機械制造的過程中，實際制造精度與設計制造精度經常存在差異，智能制造可以提供資源各方面的指標，方便工作人員判斷資源的具體使用情況，方便工作人員根據實際情況調整資源的配置與用量。最后，智能制造可以統計資源的數量與類型，在機械制造的過程中，產品在不同的階段需要用到不同的資源，智能制造可以收集不同過程的資源使用情況，通過大數據判斷產品的生產流程，為資源采購提供理論依據。

4.2 智能化的應用

隨著產業結構的升級，機械設計與機械制造開始研究高附加值的產品，這些產品的生產工藝比較繁復，影響因素比較多，需要進行全方位的管理。智能制造可以規范生產流程，提高產品的品質，因此，機械制造要提高企業的智能化水平，降低企業的管理成本。首先，智能制造可以采集產品各方面的數據，分析產品各方面的性能，輔助企業進行產品設計與制造。舉一個例子，在機械設計的過程中，智能制造可以分析產品的誤差，明確產品的誤差范圍，調整機械制造的精度，避免制造出誤差范圍之外的產品。其次，智能制造可以調整機械制造的工序，提高生產流程的規范性與科學性。舉一個例子，同一個流程可能有不同的制造工具，智能制造可以根據產品的特性選擇合適的工具，提高機械制造的專業程度。最后，智能制造可以降低生產成本，智能制造可以精準地控制材料用量，避免材料的浪費。舉一個例子，產品生產需要用到0.5克的原材料，人工很難把握0.5克的重量，會增加原材料的用量，增加材料的損耗，而智能制造可以精準投下0.5克的原材料，提高材料的使用率[5]。

4.3 網絡技術的應用

為了提高機械設計與機械制造的效率，企業經常進行異地生產，智能制造可以將網絡技術應用到機械設計與機械制造中，搭建企業之間溝通的橋梁，加強企業的管控力度。首先，智能制造可以對遠程設備進行監控，了解廠家的生產進度與生產情況。其次，智能制造可以分析機械的各項參數，及時發現機械的異常情況，提供專業的解決方案。最后，網絡技術可以提高企業的靈活性，在機械設計與機械制造的過程中，不同地區的負責人可以召開網絡會議，方便企業調配資源，提高各部門的協調能力。

隨著社會的發展，跨區域的企業合作模式會越來越普遍，機械設計企業需要提高對網絡技術的重視程度，發揮網絡技術在企業管理中的作用，提高企業的生產效率[6]。

4.4 創新發展模式

近年來，國家開始倡導綠色發展理念，開展節能減排的生產活動，機械設計與機械制造是高能耗的產業，需要提高環保意識，建立低耗能的制造體系。智能制造可以創新發展模式，降低企業對環境的不良影響。首先，智能制造可以應用新型材料，開發新型材料的特性。舉一個例子，在機械設計的過程中，智能制造可以使用可降解的材料，提高產品的分解效率，減少工業生產的痕跡，減輕環境保護的壓力。與此同時，智能制造可以用新型材料提高產品的性能，兼顧產品的質量與環保特性。其次，智能制造可以改變企業的組織架構，智能制造可以細化機械設計與制造的流程，將大的部門分割成小的團隊，建立原子化的組織架構，提高企業的組織管理能力。最后，智能制造可以更改企業的發展理念，在智能制造的應用過程中，企業可以深刻了解科學技術是第一生產力的含義，企業會重視研發部門，提高研發部門的資金預算，加大企業研發的力度。久而久之，企業就會形成創新意識，提出更具前景的發展理念，開始引領行業的發展。

創新發展模式是企業領先的根本保證，能夠增加企業的活力，提高企業的管理效率。在激烈的市場競爭中，企業應該使用智能制造的管理手段，提高對市場的適應能力。

5 結束語

隨著社會的發展，智能制造開始成為機械設計與機械制造的主流發展方向，開始成為機械設計行業產業升級的標志，開始帶動機械制造行業的改革，開始加快國家的數字化進程。在當前的社會形勢下，機械設計應該積極推進智能制造的應用，做好機械設計的資源管理工作，提高機械設計的智能化水平，增加機械設計的網絡聯系，創新機械設計的產業發展模式，努力與國際接軌，實現機械設計的高速發展。

參考文獻：

[1]王麗霞，唐義玲.智能制造時代機械設計制造及其自動化技術研究[J].中國設備工程，2023（04）：33-35.

[2]呂成升.智能制造背景下機械設計及自動化技術發展方向研究[J].智慧中國，2022（11）：84-85.

[3]李洋.智能制造背景下機械設計制造及自動化技術發展趨勢分析[J].科技資訊，2022，20（18）：57-59.

[4]石鵬，鄧嫄媛，周黎明，宮霞霞.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.

[5]蔡佳麗，蔡麗娟.智能制造背景下機械設計及自動化技術發展方向[J].時代汽車，2022（11）：145-146.

[6]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.