基于智能化的机械设备设计分析

贾瑞宽 王玉良

1.山东硕诚机械有限公司 山东 临沂 276000；2.山东临工工程机械有限公司 山东 临沂 276000

1 机械设备智能化设计策略

1.1 改进机械设备结构

部分智能化机械设备的结构复杂，结构使用功能单一，制造成本与使用成本较高。因此，在智能化机械设备设计阶段，设计人员需要从两方面着手。一方面，对机械设备使用用途与各部位使用情况进行综合分析，保留利用率较高部位，对剩余结构部位进行裁撤或是修改完善。另一方面，使用全新材料以替代原有材料，如配置智能元器件与传感元件等，这将起到完善机械设备使用功能的作用。

1.2 应用网络通信技术

在老旧型号机械设备使用期间，受到技术限制，需要采取人工操控方式，手工记录机械设备实时运行参数，采取目视检查法判断设备运行工况。在这一运行模式中，设备所产生信息数据存在滞后性，不利于设备控制与维护检修工作的开展，且企业需要投入大量人力资源组织开展设备现场巡查与参数记录等工作。因此，在智能化机械设备设计环节，为有效解决这一问题，应灵活运用网络通信技术，以突破空间与时间限制，依托信息化系统与互联网，实时将机械设备现场信号传输至控制系统，帮助管理人员掌握机械设备实时运行状况。同时，在机械设备中增设数据采集与处理模块，在无人工干预条件下，基于程序运行准则，自动对设备实时运行数据进行采集，并对数据进行运算处理，将数据处理结果反馈至控制系统，这将有效减小操作人员的实际工作量[1]。

1.3 应用传感技术

在传统机械设备实际使用期间，暴露出设备运行僵化问题，在外部环境发生变化时，难以在短时间内调整机械设备运行状态及负荷，不但造成了电力能源的浪费，在问题严重时，还容易出现设备运行故障。针对于此，在智能化机械设备设计阶段，可选择应用传感技术，在机械设备结构中增设传感元件，在设备运行期间，持续对周边环境情况进行感知，基于所获取感知信息来判断外部环境情况，并判断机械设备运行状态，如基于感知模块持续对机械臂运行轨迹进行监控，如果机械臂实际运行轨迹与预期不符，则表明机械设备处于异常运行状态。同时，还需要赋予机械设备自动控制功能，将传感信息为主要依据，准确判断外部环境情况与设备运行状态，在必要情况下，控制系统将自动对机械设备运行模式进行调整，如自动校正与自动定位，消除机械臂等部件的偏移量，恢复机械设备正常运行状态。

1.4 构建自诊断系统

目前来看，多数型号机械设备的结构精密复杂，且生产环境条件影响，在设备长时间运行过程中，受到环境与自身老化震动因素影响，容易产生运行故障，对设备运行状态造成影响。同时，需要操作人员前往现场开展设备检修工作，及时恢复设备正常运行状态。而在机械设备出现故障与检修工作期间存在时间差，在这一阶段内的生产效率将出现明显波动，对企业造成一定难度经济损失。

因此，在智能化机械设备设计阶段，为缩减甚至消除这一时间差，避免企业经济效益下降，应在智能化机械设备中构建自诊断系统，设置若干数量自检信号。在机械设备运行期间，自诊断系统将持续对设备运行状态进行监测，当监测到异常状态时，发出故障信号，自动开展设备故障诊断工作，将诊断结果为依据，执行相应控制措施，如切断故障设备与其他设备的连接，快速恢复机械设备正常运行状态，并减小设备故障所造成损失。

1.5 标准化设计

机械设备过程中受到生产工艺限制，需要配置不同型号的智能化机械设备，并将设备接入控制系统中。如果所配置智能化机械设备的兼容性较差，将会影响到设备控制效果与生产效率。同时，从机械设备检修层面来看，在机械设备运行期间出现故障问题后，如果配置非标智能化机械设备，需要企业配置特定型号尺寸的配备配件，加之缺乏这类非标设备的检修经验，不利于设备检修工作的开展。

因此，在保证机械设备满足实际使用需求与条件允许前提下，设计人员尽可量使用标准化零部件，遵循相关设计规范，以提高智能化机械设备的标准化与兼容性。而标准化设计的本质在于，具备共同视同和重复使用特点。例如，企业配置标准型号的备品备件，在各类机械设备出现运行故障后，都可以直接从备品备件库中领取所需备品，对设备破损部件进行直接更换，即可解决故障问题，恢复设备正常运行状态[2]。

2 智能化机械设备发展趋势

现阶段，根据智能化机械设备应用情况来看，多数企业秉持整体化设计理念，机械设备运行系统与各项使用功能之间保持密切联系。这不但加大了机械设备的设计难度，同时，在出现设备运行故障后，容易导致机械设备陷入运行瘫痪，造成严重损失，设备运行稳定性较差。因此，应推动智能化机械设备的模块化设计发展，基于使用需求，将机械设备运行机制划分为若干模块，如故障诊断模块、传感模块、自动控制模块等，分别开展各模块设计工作，再对多套设计方案进行整合处理，以此降低设计难度，缩减工作量。同时，机械设备各功能模块处于独立运行状态，相互之间互不统属，在任意模块出现运行故障后，并不会对其他功能模块与机械设备运行状态造成明显影响，以此保证机械设备的安全稳定运行。从设备维修层面来看，在基于模块化理念设计的机械设备出现运行故障后，维修人员仅需对机械设备故障模块进行更换或维修，即可解决故障问题，恢复设备正常运行，对机械设备实际运行效率的提升有着重要意义[3]。

3 结束语

综上所述，在全新时代背景下，为切实满足生产需求，解决机械设备使用期间面临的难题，企业必须加大智能化机械设备的设计力度，积极落实科学设计策略，树立一体化与模块化设计理念，更好地推进机械设备与智能化的融合。