關于智能制造時代機械設計制造及其自動化技術的探討

余凱敏，祝貴萍

（三川智慧科技股份有限公司，江西 鷹潭 335200）

全球工業生產逐漸進入智能制造時代，智能制造作為一種新型生產方式，已成為各國實現產業升級、提高國際競爭力的重要手段。在這一背景下，機械設計制造及其自動化技術得到了前所未有的關注。智能制造時代的機械設計制造及其自動化技術，能夠在保障生產的同時實現綠色、可持續發展。因此，研究智能制造時代機械設計制造及其自動化技術具有重要意義。

1 智能制造時代機械設計制造及其自動化技術的應用優勢

1.1 提高生產建設效率

在智能制造的時代背景下，機械設計制造及其自動化技術可以借助信息科技的自動化、數字化和智能化優勢，實現了生產全流程、全天候的自動運行。相較于過去的機械設計制造過程，自動化技術的應用使得生產更加智能化、自動化。同時，自動化技術還能夠實時采集、分析和處理生產數據，為生產過程提供科學、精準的決策支持，進一步提高了生產效率和產品質量。

除此之外，自動化技術的應用還有助于持續優化機械設計制造的生產流程。通過對生產數據的實時監測和分析，及時進行調整和優化，進一步提高生產效率[1]。

1.2 保障生產質量性能

在智能制造的時代背景下，自動化技術的廣泛應用使得機械設備的啟動、原料運輸和產品制造等環節得以自動化實現，不僅消除了人為操作的誤差，減少了產品的不規范現象，也進一步提高了產品的精度和性能。在自動化技術的幫助下，實現機械設備的自動化啟動，無需人工干預即可完成設備的啟動過程，還能確保原料準確無誤地送達生產線。在產品制造環節，無論是復雜的零件加工還是精密的裝配工作，自動化設備都能夠快速準確地完成，大大提高了生產效率和產品質量。

除了自動化技術，數據信息反饋與綜合對比系統也是保障機械設計制造高效進行的重要手段。通過實時監控機械設備的運行狀態，當故障現象出現時，綜合對比系統能夠迅速識別并給出相應的預警，使得維修人員能夠在第一時間進行處理，確保設備的正常運行。

1.3 落實節能環保理念

目前，我國正在堅定地推動綠色、低碳、節能和環保的理念，積極尋找與自然和諧共生的發展路徑。隨著科技的進步與創新，智能制造提供了一種全新的解決方案。

在智能制造時代，機械設計人員借助虛擬現實技術、綠色技術等創新手段，為傳統制造業注入了新的活力。它們不再受限于傳統的設計與制造流程，而是能夠在虛擬環境中進行模擬與優化，實現對產品設計制造的簡化與增效。這種方式通過二次利用報廢產品和采用新型綠色技術能夠降低生產過程中的能源消耗，有助于保護環境，更是對制造業可持續發展的有力支撐[2]。

2 機械設計制造及其自動化技術分析

2.1 數字化設計技術

數字化設計技術在機械設計制造及其自動化領域扮演著至關重要的角色，它不僅是對傳統設計方法的顛覆性創新，也是一種高效、精準的現代技術。

數字化設計技術能夠迅速、準確地進行數據分析，確保機械設計制造及其自動化過程中的數據信息得到高效傳遞與共享，使得機械設計制造及其自動化的工作效率得以顯著提升。

與此同時，數字化設計技術還能有效減少人為操作失誤，降低出錯率，從而進一步提高工作的準確性和質量。

在實際生產中，數字化設計技術的應用帶來的不僅僅是效率的提升，通過采用這種先進技術，也可以有效地降低生產成本。例如，在機床部件的設計階段，工作人員可以利用三維建模軟件對部件進行精確建模和分析，并利用相關軟件將部件模型導入計算機，再根據實際需求選擇合適的軟件進行數據處理和分析。

2.2 虛擬現實技術

虛擬現實技術是一種新型的人機交互技術，它利用計算機生成一種三維虛擬環境，讓用戶仿佛身臨其境。它的應用不僅增強了用戶的真實感，還為產品設計和生產帶來了巨大的改進。在機械設計制造及其自動化領域，虛擬現實技術與傳統生產模式的結合有助于提高產品質量和生產效率。

此外，虛擬現實技術能夠為用戶提供更為直觀、清晰的產品使用效果，使用戶對產品性能有更深入的了解。在實際應用中，機械設計制造及其自動化領域采用虛擬現實技術，可以有效地提高設計和制造的效率，同時降低成本和風險。例如，在數控機床生產過程中應用虛擬現實技術，用戶可以直觀地看到數控機床各部件的相互關系和使用過程中可能出現的問題，了解不同類型和結構的數控機床在使用過程中可能遇到的問題，從而提前采取預防措施，避免潛在的損失[3]。

2.3 智能制造技術

智能制造技術有效地結合了計算機網絡、電子通信等多種先進技術與生產設備，并利用信息系統來控制整個制造過程。這種技術的主要特征包括智能化、信息化和集成化，在實際生產中發揮著重要作用。

在數控機床的加工過程中，智能制造技術可以實時監控和管理機床各部件的運行狀態，從而提高數控機床的加工效率。此外，智能制造技術還有效地降低了機械設計制造過程中的人力資源成本，進一步提高了生產效率。

2.4 傳感器與測控技術

傳感器與測控技術在機械自動化技術中的主要功能是通過感知和測量各種物理量，將這些數據傳送到控制系統，從而實現對機械設備的實時監測和精確控制。傳感器是這一過程中的關鍵，它們能夠將機械設備所處環境的各種物理量（如溫度、壓力、位移等）轉換為電信號或其他形式的信息，以便于控制系統使用。傳感器的種類繁多，可以根據測量的物理量的不同進行分類，每種傳感器都有其獨特的工作原理和特性[4]。

測控技術是一種通過利用傳感器收集數據，并利用這些數據進行處理和控制的方法。這個過程主要包括三個關鍵步驟：

首先，通過傳感器收集信號，并進行信號調理、放大和濾波等預處理操作，以確保獲取到準確可靠的原始數據。

其次，對這些原始數據進行算法處理、信號分析和特征提取等處理，從而提取出更具價值的信息。

最后，根據處理后的信息，制定相應的控制策略并自動化控制機械設備，以實現預定的工作目標。

在智能制造領域，傳感器和測控技術的應用非常廣泛。它們能夠實時監測機械設備的工作狀態和環境變動，例如，在生產線上應用溫度傳感器，實時監控設備的熱量變化，防止設備因過熱而損壞。

此外，測控技術的運用也使機械設備的精確控制成為可能，有效提高生產效率和產品質量。例如，在機床加工過程中，位移傳感器能夠實時監測刀具位置，從而實現對切削深度的精準控制，進一步提升加工精度。

3 智能制造時代下機械設計制造及其自動化技術發展有效措施

3.1 以節能降耗為導向降低制造成本

機械生產行業應優先選擇可二次回收的原材料，并確保在生產后對其進行回收。這一步驟將確保原材料在生產過程中被有效利用，并通過二次利用減少廢棄物的排放。同時還能有效節約企業成本，提高企業的整體經濟效益。

在智能化生產模式下，設計師可增設污水排放處理環節，運用先進科技對廢水進行科學管理。例如，可以借助自動化技術可降低污水和廢水的產生量，還可以構建完善的污水回收系統，讓廢水再次進入循環系統，接受更為嚴格的處理。具體而言，可設置過濾篩、化學凈化環節，對回收的污水進行靜置沉淀，去除底層雜質，再通過化學凈化提升上層水質。凈化完成后，這部分水將用于實二次利用。

隨著智能化制造技術的應用，機械制造行業的自動化壓力逐漸緩解。企業應將關注點轉向生產過程的清潔性和環保性。為了實現這一目標，企業需要制定詳細的清潔生產策略，并在設計過程中嚴格把握細節。為此，企業應該在機械設計階段就聘請專業的工程師，制定并執行清潔生產計劃。同時，還需要加強對機械設計流程的管理，確保其效率和科學性。在設計過程中，員工應積極運用自動化技術，實現智能制造，從而將綠色環保和智能生產的理念有機地融合起來，推動機械設計生產行業的創新和發展。

3.2 融合數字化機械設計形式

目前，數學化信息技術已經逐漸滲透到各行各業。企業為了保持競爭力，必須緊跟技術發展的步伐，將數學化信息技術與機械設計相結合，以推動智能化生產的不斷向前發展。數字化信息技術具有信息傳播速度快的優勢，這種優勢使得信息可以在最短的時間內被整理歸納并傳播出去，大大提高了工作效率。

在機械設計過程中，通過運用數字化技術，企業可以迅速地將設計理念轉化為具體的產品模型，從而在實際工作中避免了大量繁瑣的計算和模擬，提高了設計的準確性和可靠性。

例如，通過數字化模擬和仿真技術，可以在產品設計階段就對生產過程進行全面的分析和評估，從而確保生產過程的順利進行[5]。

3.3 應用電子化圖紙

在機械設計、生產和制造的每一個環節，以及企業的其他項目工程中，預先設計好的機械生產圖紙都是不可或缺的關鍵文件。它們詳細地描繪了產品的構造、尺寸和生產要求，為實際的生產操作提供了清晰的指導和依據。圖紙的內容是否準確無誤，直接關系到下一環節操作的順利與否，甚至影響到整個項目的進度和質量。在過去，企業依賴于人工進行圖紙的測量和繪制，需要耗費大量的人力資源和時間。而且，人工操作往往難以保證圖紙內容的精準度，甚至引發安全問題。為了解決這些問題，企業積極引入電子化繪制技術。這種先進的技術不僅顯著提高了圖紙設計的效率，而且有效減少了時間和人力的浪費。通過專業的繪圖軟件，工程師們能夠快速、準確地完成圖紙的設計和繪制工作，確保圖紙內容的精準度和一致性。這種電子化繪制方式的優勢不僅僅在于提高效率和精度，更在于它直觀地展現了智能制造時代的優勢——智能化設計與數字化圖紙設計的完美融合。

在智能制造的背景下，機械設計和制造過程已經實現了高度的數字化和自動化，而數字化圖紙設計正是這一過程中不可或缺的一環。通過數字化圖紙設計，企業能夠確保設計、生產和制造的各個環節緊密銜接，從而實現整個生產流程的優化和升級。

3.4 加大科研投入，提升智能化水平

1.科研投入是推動技術創新和智能化發展的關鍵力量。在這一背景下，政府部門要積極引導和鼓勵企業、高校和科研機構加大對機械設計制造及其自動化技術研究的投入，推動技術創新和成果轉化。例如，可以通過設立專項基金、提供稅收優惠等政策措施，鼓勵企業增加研發投入，提升自主創新能力。同時，還可以通過校企合作、產學研結合等方式，推動高校和科研機構的科研成果更好地服務于企業和產業發展。

2.通過引進和培育智能制造技術和人才，推動機械設計制造向智能化、數字化、網絡化方向發展。例如，可以通過推廣應用工業機器人、智能制造裝備等智能制造技術，提高生產效率和產品質量，還可以通過培育智能制造人才，推動智能制造技術的研發和應用。

3.加強智能制造技術的國際合作與交流。通過與國際先進企業和研究機構的合作與交流，可以學習借鑒他們在智能制造技術方面的先進經驗和技術成果，進一步提升我國在智能制造領域的國際競爭力。同時，也可以通過國際合作項目和交流活動，促進我國智能制造技術的國際化發展，為我國智能制造產業的可持續發展創造有利條件。

總之，智能制造時代機械設計制造及其自動化技術在提高生產效率、降低生產成本、實現綠色可持續發展等方面具有重要意義。通過深入研究智能制造時代機械設計制造及其自動化技術，可以為我國智能制造產業的發展提供理論和技術支持，助力我國制造產業不斷升級。