机械设计制造及其自动化的设计原则及发展趋势

李　琪（西京学院,西安　710123）



机械设计制造及其自动化的设计原则及发展趋势

李琪
（西京学院,西安710123）

摘 要：机械技术随着国民经济的飞速发展应用领域越来越广，为满足当前产品及工程的多元化需求，机械设计制造行业必须加快自动化进程，充分利用先进的网络技术和信息交互技术，实现机械设备的智能化和网络化。本文简单介绍了机械自动化的设计原则和突出优势，结合当前机械设计制造行业的现状指出未来机械自动化的发展趋势。

关键词：机械设计制造；自动化技术；设计原则；发展趋势

0　引言

我国的机械设备主要运用于各个工业领域，故又通常将机械设计制造称作工业机械，不断向各个行业输送各类技术装备，促进我国工业的快速发展。传统机械制造业存在工作强度大、生产效率低下和产品质量不高的明显不足，必须加快机械制造业的自动化进程，将原有设备改善得更为高效、节能和多功能。自动化技术不能局限于机械的简单重复动作，应该从源头上设定相关程序来使机械智能化，在系统出现问题时能够自我诊断和维护，根据实际情况调整操作以准确完成任务。

1　机械自动化的设计原则

1.1满足设备需求

任何机械设备的设计初衷都是为了满足人们的需求，不同产品会因不同需求而有其核心性能，如吊车的中心性能就是起重和紧急救援。人们在机械制造业应用自动化技术时，一定充分考虑用户的核心需求，将产品信息和功能体现出来，以满足人们的不同需求。

1.2操作方便

传统机械设备往往存在可操作性不强的缺陷，缺乏人性化设计的考虑，如设备体型庞大、操作步骤复杂等。自动化技术不仅仅是将各项功能整合在同一设备，还要将其有机融合起来，成为一个功能完整、操作简单的机械设备。

1.3提升产品品质

人工操作往往存在精度不高、品质难以控制的缺点，这于生产效率和产品质量是很不利的。机械自动化必须提高设备的精准度，能够稳定、连续的运行，可将操作工人从繁杂的流水线工作中解放出来，大大节省人力和物力。同时，系统自动化实现对生产全流程的控制，提高了产品的生产精度和生产效率，整体提升产品品质。

1.4利用先进技术

充分利用优异措施可大大提高机械生产和自动化的水平，提高产品及系统的性能，充分体现现代设备的智能化和人性化。（1）各式生产设施。利用机床和各式生产设施，改革机器之前的形状和结构，以增加输出物质和提升商品的性能。（2）信息处置机器。利用常见的资料处置机器如电脑和传真设备等办公设备，将输入的各种资料进行汇总处置得到想要的资料。这些信息设备具有强大的信息处置功能，能够将图片、文字等较直观的资料呈现给人们。（3）能量交换机器。能量交换是动力设备运行的基础，如内燃设备、水轮设备和电动设备等。

2　机械自动化的发展现状

2.1机械设计方法

发达国家特别重视机械设计方面的设计准则，不断更新行业相关领域的数据，尤其是新型设计方法的采用。CAD（计算机辅助设计）作为图形设计和图形编辑应用最广的技术，在机械设计领域应用十分普遍，一些发达国家推进无纸化设计工作，很多大中型工业企业基本实现了无纸化设计生产。而国内CAD技术的应用还处于起步阶段，很多企业仍坚信人力生产才是机械设计的主要手段，这与发达国家存在较大的应用差距。

2.2机械制造工艺

机械设备制造工艺一定程度决定了产品的质量，不断改善原有机械制造工艺、推进新型加工方法的应用是提升机械自动化水平的重要途径。发达国家投入大量科研人员和资金用于新型加工方法的研发和应用推广，开创了复合加工技术、激光加工技术和电磁加工技术等高科技水平含量的生产技术。然而，我国对于新型制造工艺与技术的关注度不够，高科技制造工艺的普及覆盖率极低，严重制约了我国机械制造业的发展，不利于提升机械自动化水平。

2.3机械自动化技术

发达国家的工业机械经过多年的积累，机械设备设计制造集成化水平和智能化水平已经很高，很多工业企业利用数控机床技术和FMS（柔性制造系统）技术，实现机械制造自动化的柔性技术。而我国的机械自动化水平还处于单机自动化和刚性自动化的发展阶段，少数大型企业逐渐引进柔性制造系统和制造单元，大力推进机械自动化的柔性技术应用，但同发达国家的差距也不容忽视。

3　机械自动化的发展趋势

3.1微型化

机械制造微型化是未来发展的主流方向之一，通过微米技术和纳米技术缩减产品体积，将物料成本和生产成本降低，提高设备的装配、使用灵活度。将纳米技术这一先进手段应用于产品制造过程，能够显著提高产品的精度和性能。此外，模块化也是机械自动化的一大发展趋势，主要用于结构复杂、安装难度高的生产工程中。各生产厂家所出厂的产品种类繁多，机械设备标准难以统一，进行接口单元设计就显得十分重要。模块化发展能为机械设计制造提供便利，促进整个行业的发展，同时也提升了自己的市场竞争力。

3.2网络化

计算机技术发展至今，网络技术在各行各业都广泛应用，加强互联网技术的应用，促进机械制造自动化技术与网络技术的融合，是未来机电设备一体化发展的必然要求。在网络技术条件的支持下，利用远程控制技术和监视技术对机械制造业进行全过程的控制和管理。远程控制技术可以控制机械产品的生产过程，同时利用监视技术管理生产过程，从而实现对机械生产制造全过程的监管与控制。可见，机械制造自动化技术与网络技术的结合，能从根本上改变人们的生产方式，将工人从生产线上解放出来，通过网络信息系统和监控系统来全过程监管生产线的生产情况，大大降低了人力、物力的投入。

3.3智能化

机械自动化技术的核心是实际应用性，自动化技术发展要从企业的实际需求和客观条件出发，最终目的是利用自动化技术实现经济效益最大化。因此，基于网络技术的发展，机械自动化技术要大力发展设备智能化，对传统机械制造技术进行改革创新与发展。现代技术发展具体体现在机械制造控制系统与控制中心，运用生理学、心理学和运筹学进行人工智能模拟，使系统能够实现自动编程和人机对话功能，用智能技术取代人脑判断，以提高决策的速度和精准性。

3.4绿色化

能源短缺和生态环境恶化，这就必然要求机械自动化朝着绿色经济方向发展，符合可持续发展战略和集约型社会号召，真正体现我国发展绿色经济的决心。这就要求对传统机械制造技术进行改革和创新，改变传统高能源消耗的制造模式。绿色化发展是机械生产制造全流程的创新，包括制造材料、产品设计、制造工艺、生产管理、产品包装和产品销售等方面的绿色创新，同时加强产品的回收利用，提高机械产品的使用率与可回收率，优化资源的配置。

3.5光机电一体化

光机电一体化是指光学技术、计算机技术与微电子技术的融合，该技术能提高机械产品的附加值，将传感检测技术、激光技术和光能驱动技术协调发展。

4　结束语

传统机械设计制造业的水平还停留在初级发展阶段，存在工作强度大、生产效率低下和产品质量不高的缺陷，必须加快机械制造业的自动化进程，将原有设备改善得更为高效、节能和多功能。我国机械自动化的发展现状不容乐观，机械设计方法还处于人力生产阶段，CAD技术等无纸化设计工作应用面很窄，新型机械制造工艺和新型加工方法方面的投入远远不够，机械自动化水平还处于单机自动化和刚性自动化的发展阶段。而机械自动化的主要发展方向是微型化、网络化、智能化、绿色化和光机电一体化，在原有机械自动化的基础上进行改革和发展，为提升我国机械制造水平做贡献。

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.019