自动化技术在机械设计制造中的应用与发展

孟鑫　卢清波　姬耀锋

【摘    要】工业蒸汽时代传承下的简易机械、传统工业制造方式已被市场淘汰，应用自动化技术成为各行业保持生命力的必然趋势。随着科技的快速发展，自动化技术已被广泛应用于我国工业制造业，在机械设计与制造领域对制造方式进行了翻天覆地的革新。自动化技术的引入增加了经济效益和生产效率，确保了计算的精度，降低了误差率，提高了机械设计和制造行业的技术性和先进性。

【关键词】自动化技术  机械设计制造  应用与发展

中图分类号：G4      文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2021.12.149

一、机械设计制造及其自动化概述

近年来，科学技术的飞速发展使我国智能制造业迎来了难得的发展机遇，机械制造自动化技术是当前机械设计制造业十分关键的一项技术，在社会、工作、生活的许多领域均得到了广泛应用，如机械工程、制造业、医药、工业、农业、国防、军工、交通运输、电等民用领域，对我国未来的社会经济发展具有一定的推动与促进作用。国家在经济发展社会进步的同时也给机械制造提供了人才、资金和技术的支持，推动其向更先进的方向改进，全面提升了核心竞争力。

机械设计的发展经历了人工操作、动力操作、信息传输的过程。随着科技的发展，已将传统的人工解析指令或参数发展成设备自动化技术，其根据遥感技术、反馈原理、数据原理等技术，将预存数据生成可执行的指令程序，以替代人工输入程序。机械自动化就是让机械设备代替人设定程序以实现自动化控制，在整个过程中能自行进行检测、处理、分析。机械制造及其自动化的持续发展，更能满足现代社会对机械设计发展的需求，有利于提高机械设计制造的整体水平，朝更加高效、节能、智能的方向迈进，促进企业生产效率与质量不断提升，使企业在激烈的市场竞争中脱颖而出。

二、自动化技术的发展

“自动化”最早是由美国的一个机械工程师提出来的，经过不断的研究和升级，自动化已发展到现在十分高的水平。自动化技术发展初期多以传统的人工控制为主，其时效性差、效率低、精准度低，时常出现质量和人身安全问题。自动化技术是指在机器设备、仪表仪盘等设备中嵌入芯片，芯片会接收外界的程序或指令，设备会根据指令自行调节和加工，同时也会根据输入的参数调节设备参数的技术。机械设计制造及其自动化以传统机械设计制造为基础，综合运用微电子调控、计算机编程、智能化自动控制、传感检测、信息交换等手段，根据所要求达到的功能与特性，实现设备运行的自动化与智能化，以期达到企业高产、低耗的目标，使整个生产系统实现最优化。随着自动化控制的发展，机械设计领域和制造领域已彻底走向智能型发展，不仅能增加设备的时效性、提高生产效率、降低人工成本、降低人工操作的复杂性和危险性，将技术人员从复杂的工序中解脱出来，且自动化技术的作业精度远高于人工。机械设计制造及其自动化所涉猎的范围极广，既可以被应用到航天、航空等重要科研项目中，也可以被应用到导弹、战机等军事国防领域，在家电等民用领域为人民提供便捷。自动化技术能极大地改善机械性能，通过数据化控制、自动诊断、自动报警等技术优势，使机械的使用寿命增长无效做功减少，真正做到绿色高效生产。

三、自动化技术在机械设计制造中的应用

（一）数控技术

自动化技术的引进能有效抑制和解决生产方式过于滞后、效率不高、消耗诸多的资金和人力等问题，保障产品的整体质量提高。数控技术的应用不仅可对机械化程度进行提升，还能对生产的效率和质量进行更好的保障。数控技术主要对电脑程序进行编制，然后实现对机械运行的控制，而数字化技术是借助软件管理操作机械设备，采取预先设计的软件程序来监控机械生产环节，增强技術人员的专业能力，达到机械操作自动化运行的目标。当前，数控技术正在朝着智能化和开放化的方向发展，生产和管理人员对整个生产的流程和质量进行远程实时监控，通过这样的方式降低工人劳动强度，改善工人的工作环境，对工作效率进行有效提升。

（二）集成化技术

在机械制造自动化中集成化是非常重要的部分，所谓集成是指机械制造借助信息技术的作用开展，制造在集成环节能够促进生产环节中规范性加工制造，能运用计算机集成制造系统实现对生产环节的科学管控。集成相应的分散自动化系统，构建更加高效的生产控制系统，保证机械设计、制造以及运营等不同环节之间的紧密关联。同时，及时收集市场信息、制定生产计划方案、产品的开发与设计、加工和营销等环节的数据信息，完成信息流、物料流等方面的统一化管控任务。

（三）虚拟化技术

为满足客户提出的要求选择与之相符的设备，工作者设计产品时可借助虚拟化技术实现针对相关机械设备的建模，设定准确的模拟参数，为客户制造出满意的产品。机械制造虚拟化是实施机械产品生产流程仿真工作，利用机械产品制造不同环节的仿真以及模拟，全面探究产品结构设计和生产制造期间存在的不足之处，减少机械自动化生产期间各项物料消耗过多现象的出现，从而达到模拟控制机械产品自动化生产的目的。虚拟技术的应用缩短了设计制造周期，使成本大幅度降低，同时虚拟化技术使小批量个性化定制成为可能。

（四）智能技术

智能技术是由多学科组成的，其中包含计算机技术、传感技术和定位技术等内容，它的核心就在于对相应程序的设定，使用这种方式对传统人工操作进行替代，能够更好地解决传统人工所无法完成的操作，提升机械制造设计和自动化的智能化程度。比如现在工厂中的智能制造加工单元，融合了机器人技术、数控技术、MES管理系统等，使零件从毛坯到成型入库全自动化智能化，并实现了物料追踪。在对一些生产难度比较高和精密度比较高的产品进行设计和生产时，要对智能化的技术进行积极的利用，对其中存在的问题进行更好的解决。

（五）计算机网络技术与故障诊断

在机械设计制造和自动化领域中经常涉及机械图绘制的内容，通过对CAD、CAM等计算机绘图软件进行利用，可实现降低人工绘图的复杂性，同时利用计算机网络技术可以让头脑中的图像得到立体化的展示，能利用软件对其进行一定的测试，让产品设计可以更加接近完美的状态。自动化技术会按照指定的程序通过传感器定时采集设备元件的信号和状态，再经由神经网络保存的特征库分析出元件的状态，特征库中保存了各元件的状态集合，根据模式匹配原理分析出元件当前是否正常工作。自动化技术类似于人类的专家系统，专家会凭借经验、视觉或设备检测等方式判断故障原因，自动化技术会通过神经元的学习和记忆调整当前的处理状态，采用合理维护的方法加以维修。

四、自动化技术在机械设计制造中的发展趋势

（一）网络化和智能化

通过网络建设的监测和控制系统可随时进行信息共享和监测，以防止各种突发情况发生，构建人工智能让其能够自己完成计算和决策等工作，实现机械设计制造的智能化。在实际生产中机械产品从设计初期到生产，最后到完工的过程都能实现智能化处理。智能化能有效避免设计生产中发生的质量问题，保证企业的经济效益与生产质量。随着5G技术的成熟，网络监测与智能控制会在机械设计制造行业得到进一步应用，通过实时监控实现远程生产加工，通过无线通讯实现远程调试维护。

（二）数字化与微型化

机械设计及自动化的重点在于数字化，企业通过数字化技术实现信息资料的收集后，利用虚拟现实、数据库和多媒体等技术对数据进行分析重组。同时该技术还能有效预警生产故障，形成稳定、安全的生产运行状态。微型化发展是机械设计制造及自动化生产的趋势，很多机械零件尺寸都变得很微小，大部分都朝着微米、纳米发展。

（三）机电一体化与模块化

机电一体化是指将机械技术、微电子技术、计算机技术、电控技术等综合起来形成的交叉型复杂综合性技术。该技术能将智能化、绿色化、模块化融合成一个有机整体，可以降低生产中能源消耗、减少各类污染物的排放，实现真正的绿色生产。模块化是一种管理方式，针对不同机床的特性以及用处进行分模块放置。对于程序，可将初始程序进行整合并设置高自由度的修改模式，形成机械设计及其自动化的“虚拟引擎”。将设备进行模块化处理，每个部分进行一项运算操作，这样不但能够很好地保证产品的质量，也使生产效率大大提高。

参考文献

[1]周文.简析自动化技术在机械设计制造中的应用[J].南方农机，2020，51（11）：132.

[2]于守澎.自动化技术在机械设计制造中的应用探讨[J].黑龙江科学，2016（1）：38.

[3]宋建鵬.机械设计制造及其自动化的特点，优势和发展趋势[J].南方农机，2019，050（016）：157.

[4]张宇.机械设计制造及其自动化应用发展探究[J].湖北农机化，2020，000（001）：14.

[5]吴春宇.机械设计制造及其自动化的发展趋势研究[J].科技创新导报，2018，000（008）：92，94.

[6]蔡志容.智能制造时代机械设计制造及其自动化技术研究[J].内燃机与配件，2019，000（022）：195-196.