机械设计制造及其自动化发展方向探究

伍迪

摘 要：机械设计制造及其自动化是研究各种工业机械装备及机电产品从设计、制造、运行控制到生产过程的企业管理的综合技术学科。随着计算机和互联网的发展，信息技术与制造业深度融合，我国机械行业存在的问题已经阻碍了制造业的转型升级。在未来，材料、能源领域的突破性进展和工厂生产能力的商品化出售，将会引起工业领域的一场创新创业浪潮。该研究主要分析了目前我国机械设计制造及自动化存在的问题及未来的发展方向。

关键词：机械制造 自动化技术 发展

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（c）-0054-02

机械制造业是国民经济最重要的基础产业，而机械工业发展的动力源于机械制造技术的不断创新。几十年来，我国的机械制造业已具备了一定的规模和技术基础，但与发达国家相比，仍然存在诸多问题。在全球产业竞争格局急剧变化的今天，我国制造业面临发达国家和其他发展中国家“双向挤压”的严峻挑战，对此，政府实施“中国制造2025”战略，化挑战为机遇，推动我国由“制造大国”走向“制造强国”。

1 目前我国机械行业存在的问题

1.1 标准低，缺乏国际标准化意识

对制造业而言，机械行业标准的制定具有先进技术适应性和导向作用，在一定程度上引导了制造业的资金流动方向，在经济全球化的今天，行业标准的国际化是时代发展的必然趋势，推进机械行业标准国际化的效益不是短期的，是持久性的。

西方发达国家首先经历了以蒸汽机为标志的第一次工业革命，使得工业的前身手工业从农业里分离出来，得到人们的重视，而科学技术的突破性进展也推动了随之而来的第二次工业革命即电力的广泛应用，从此工业零部件和产品实现流水线式和大规模生产。科学技术开始同工业生产紧密结合，向着满足生产需求，推动生产力发展方面发展，机械行业标准也在这一时期得到制定和确立。由于我国没有这方面的历史积淀和技术积累，工业制造初期底子薄弱，我国的机械国家标准依靠翻译西方标准，大部分跟西方标准一样，只是在一些细微尺寸方面做了修改，这样一来导致标注时不能注明等同对象，或者不能等同代用，国内的机械工程师不仅要了解公制，还有英制，美制，带来很多不必要的额外工作。理论上讲，国家标准化管理委员会颁布的国家标准是标准的最低门坎，行业标准应比国家标准更严格。但是目前很多企业只追求满足国家标准，产品设计目标仅仅是为了能用，缺少对性能指标、技术要求和试验方法等方面的研究，不仅造成产品的设计缺陷，而且缺乏市场竞争力。以我国食品和包装机械的国家标准和行业标准为例，大约只能覆盖产品的20%，而80%的产品为企业标准，缺乏基础标准、方法标准、管理标准和安全标准等，严重制约了产品标准的适用性[1]。现在我国已经具有相当的制造经验，硬件设备也有了很大提升，具备了提升质量等级的条件，如果还是沿袭过去的草创标准，那未免有点不作为，不进取。总而言之，国际标准是国际贸易规则的重要组成部分，要想获得巨大的市场份额和经济利益，就必须树立国际标准化意识，占据国际标准主导权。

1.2 高端制造业不强

高端制造业具有技术含量高、附加值高、信息密集度高，产业控制力高、带动力较强的特点。其高附加值体现在研发成果、先进生产设备、品牌价值等多方面。虽然经过几十年的发展，我国已形成相当完备的机械制造体系，制造业规模位居全球第一，占据全球20%的市场份额，但是当前的机械制造技术正在沿着高度自动化和精密工程技术的方向发展，而我国的制造业依然饱受大而不强的诟病。我国的机械工业企业不仅在规模上落后国际同行不少，其技术水平和创新能力也有着很大的差距，特别是在工业机器人、医疗器械、大型数控机床，海洋工程装备等高端制造业几乎没有核心竞争力。以航天发动机为例，在军事工业领域，虽然我国擅长逆向仿制，也曾经取得过很多成就，填补了一些空白，但对于飞机发动机而言，没有足够的理论知识和经验，将发动机正确拆开都困难，更谈不上仿制了。在西方发达国家对我国进行严密技术封锁的情况下，仿制他国的新型发动机，所要花费的人力物力财力可能比自主研发还要多，而且也不一定能成功。还有我国某先进舰艇的传动系统零部件，是用一台昭和16年（1941）的立车，2台1956年日本援助中国的12 m卧车加工的。为了获得高附加值，高端制造企业必须集聚大批科研人员，支付高额研发费用，购买昂贵的实验仪器。可是在我国，以大企业为代表的行业自主创新能力严重不足，缺少世界级品牌，对行业发展至关重要的核心技术和关键零部件依然依靠国外进口。相比工业强国，我国的制造业工艺粗糙，现代化水平较低，计算机辅助设计技术和无纸化设计普及率低，尖端技术如精密加工、纳米技术、激光加工等新型技术手段尚在开发、掌握之中。在加上整个高端制造业产业链和国家扶持政策的不完善，都成为制约我国高端制造业发展的瓶颈。

2 机械设计制造及其自动化未来发展趋势

2.1 自动化和智能化

自动化包括设计的自动化和制造的自动化，机械产品的自动化生产不仅可以降低人工失误率，而且提高了生产效率和产品质量。机械设计的自动化以客户的要求和设计标准为基础，通过CAD以及CIMS等计算机技术完成复杂的建模和运算，以及加工过程的仿真处理和模拟实验，避免了时间和材料的浪费。早期的自动化系统通常只能在设计好的情况实现产品部分工序的自动化，绝大多数复杂工序依然要靠人去操作。而智能化指的是在控制理论的前提下，综合机器学习、心理学、运筹学、人工智能等的新方法对人类的智能进行模拟，让计算机来模拟人类的思想行为得出最优命令，然后由机械手臂或机器人去执行。随着机床硬件的不断改进，以及工艺多元化和复合化加工方法的采用，自动化和智能化系统已经可以相互结合，正朝着更复杂、更精确的方向发展[2]。

2.2 信息化和网络化

随着从用户到产品的互联沟通和快速、精准以及安全的通讯协议的建立，机械制造及其自动化将向着网络化和信息化的方向发展。一个传统制造企业按功能可大致分为生产部门和业务部门，生产部门依靠制造执行系统管理，业务部门依靠信息系统管理。现在很多企业基本实现了生产设备和控制器的相互连通，也就是说制造执行管理系统相对完善。也有一些企业建立了相对比较全面的信息管理系统，对供求关系和产品的整个生产过程有一个基本的把握。问题是很多企业这两个系统之间没有有效连通，生产过程中出现的偏差由于信息不通或传递不够及时，不能得到有效解决，导致生产指令和实际生产情况之间的矛盾。这在产能过剩和用户体验至上的今天是不可想象的，全球性的产能过剩在加剧竞争的同时也缩短了产品的生命周期，互联网的广泛应用使得越来越多用户的个性化需求得到放大，这就要求企业快速地生产出小批量和定制化的产品。当下，“私人订制”十分火热，这就暗示着机械设计制造及其自动化要向着智能生产方向发展，当用户下单的那一刻起，从原材料到工艺要求都是完全按照用户的要求进行。机械产品特别是高精尖机械零部件，一旦售出，并不意味着整个生产任务的结束，智能化的产品会不断地采集设备的数据和状态并将其发回工厂，这些数据不仅有利于企业对产品的使用情况进行分析以及售后维修保养，更重要的是，这些数据关系到整个设备的运行情况，使得企业可以利用这些数据进行信息化服务，实现工业模式的进化和产业转型。网络通讯技术的迅速发展和普及，使得企业从物料选择、零件制造、到市场开拓与产品销售等一系列生产经营活动都可以异地或跨越国界进行。不仅增进了技术交流和经营管理理念的学习，也推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。在不久的将来，自动化和人工智能将会代替人类的大部分体力劳动和脑力劳动，网络化和信息化将为机械设计制造及其自动化注入新的活力。

3 结语

现代化的机械制造及其自动化是一种面向21世纪的技术，与高新技术的结合是其不断发展更新的动力，在不久的将来，3D打印等新兴技术将会极大地引起制造方式的变革和机械制造领域的拓展，与此同时，物联网精准供应链管理也势必会重塑整个产业的价值链体系。

参考文献

[1] 谢宁.机械自动化技术发展中的要点分析[J].创新科技，2014（14）：101.

[2] 范荣鑫，左继成.先进机械制造技术的发展现状和发展趋势[J].机械设计与制造，2011（4）：10-12.