自动化技术在机械设计的运用初探

瞿 忠

（南京理工大学紫金学院，江苏 南京210023）

自动化技术是指利用数据控制、分析技术，通过信号网络的数据传输功能，实现对设备的智能控制。自动化技术在我国工业领域、生活领域被广泛应用，且发挥着巨大的应用价值，但在实际应用过程中，仍存在虚拟化程度不足、机械集成度不高等问题，应进一步加强自动化技术在机械设计中的科学应用，提高机械运作效率。

1 自动化技术概述

自动化技术具有综合性特点，包括控制理论、计算机集成技术、电子信息学等。自动化技术在工业、民生领域应用比较广泛，且功能更加多元、控制更加精准。计算机知识、编程控制理论是机械自动化运行基础，电气一体化、功能多元化、智能化是机械运作发展方向，通过编程语言拟定的控制程序实现发出控制指令，与硬件设备建立动态控制关系，实现对机械设备自动控制。

基于自动化技术应用的机械设备具有运行效率高、失误率低、操作简单等优点，将安全预警系统、风险阻断技术与系统融合，构建新的生产方式，建立新的生产目标。将自动化技术应用到机械设计中，改善传统设备运行环境、运行情况，减少人工操作投入，根据工作要求变更相应参数，增加系统运行灵活性，生产效率、生产质量均得到一定程度提升，进而实现行业智能化、技术自动化。

目前，我国自动化技术应用比较广泛，但设备大都从国外进口，我国自主研发的数控技术应用较少，在整体自动化转型应用过程中，技术水平、自动化水平均无法满足日常工作需要，与发达国家之间存在一定差距[1]。

2 自动化技术在机械设计中应用原则

2.1 功能原则

将自动化技术与机械设计结合，应尽可能满足机械功能需求。不同类型机械所应用范围、内容均不相同。因此，将自动化技术与机械设计结合，不可以盲目将智能技术作为根本，需要结合设备具体应用环境、功能模块、实际情况，确保其最基础功能准确。具体设计期间根据功能需求，保障自动化产品在工业制造、零件加工领域中被广泛应用，避免出现盲目应用自动化技术情况。

2.2 全面性原则

全面性原则是指在应用自动化技术时，对机械整体运作情况具有全面、深入了解，将设计需求与实际操作需求结合，通过对设计理念合理应用，把握智能设计方法，确保设计效果全面性。若应用自动化技术不考虑实际操作情况，忽视整体运行效率提升，则会造成极其严重的资源成本浪费，无法保障机械设计整体效益。

3 自动化技术在机械设计中具体应用

3.1 智能集成技术应用

自动化理论与自动化技术经过数十年发展，已经渗透进入到人类日常生产、生活之中，小到红绿灯控制、大到系统运行建设，均拥有自动化的影子。科学技术的快速发展推动自动化技术进一步应用，并发挥着不同的控制作用以及功能。集成技术在机械设计中应用比较广泛，且具有强大控制功能。集成化设计为满足机械设计需求，将多种信息技术手段与资源整合运用，形成一套系统化、规范化的运行体系。集成系统通过不同结构模块之间的搭配，实现所有功能体系建设，应用该技术减少机械设计中的接口部件，实现对工业设备、机械设备连续控制以及逻辑控制。集成技术是一组动态编程，借助数据库统一管理功能，实现多种控制功能协调运作。该技术应用数据库管理技术，统一规范数据内容编制，将信息系统组合在数据库中，同一组程序数据可控制不同组机械组件，设备实现统一数据管理，系统运行期间自动提存数据资料，降低数据运行出错率，为机械设备设计提供安全、可靠性支持。集成化技术在机械设计中以高度统一标准、统一集成组态和编程，实现对机械控制系统通信连接，实现对系统科学控制。基于集成技术在机械设计中的应用，在产品上接入以太网接口，将以太网输入到现场，实现元件、组件自动化控制，并应用开发式TIA，对现有的机械结构进行优化[2]。

3.2 虚拟化设计应用

将自动化技术应用到智能系统之中，主要目的是尽可能提高设备运行效率以及生产效率，确保机械生产质量，提高机械产品、零件生产合格率。数控机床应用自动化技术，将零件偏差控制在0.2mm以下，极大程度降低误差率。虚拟化技术在自动化机械设计中应用可以将实体资源抽象化转换，打破原有实体结构障碍，将资源以更加优质组态方式展现出来，可以得知，虚拟化技术是一种资源管理技术。虚拟化技术将机械系统、机械设备中的各类自语言组态化、透明化，实现对各类资料的储存、提取，机械设计方案拟定设备生产环境，解决机械设备物理硬件产能过剩、设备老旧等问题的重新组用，实现硬件系统功能价值最大化。

虚拟化技术与超线程技术不同，多个系统可以同时运行，且程序运行数量也满足标准，每个操作系统均在独立的主机上，并可以支持更加广泛的操作系统。硬件与软件是支撑系统运作的核心关键，抽象模拟设备真实运行环境，分配虚拟机数据结构，管理机械设备运行状态，其中包括虚拟处理器以及寄存器设备等。在机械设计过程中应用虚拟化技术，主要体现在两个方面，一是通过将虚拟技术与集成技术结合，实现对多个系统平台的优化控制；二是借助虚拟模拟功能，模拟机械设计内容，将实体设备抽象化，不断完善机械运行效果以及控制程度，实现自动化机械系统最优化[3]。

3.3 柔性设计应用

柔性自动化设计是指利用计算机技术实现对过程的监控，辅助应用计算机开展系统管理工作，尽可能提高管理有效性，实现提高机械运行效率以及生产效率目标。柔性制造系统就是由此产生，集信息控制、运输储存为一体，实现加工、控制，使其可以适用于多种功能之间变化，无需人工参与。FMS技术、成组技术是系统运行基础，按照功能对系统模块进行分类，确定不同加工对象以及操作对象，选择适应性比较强的数控工具，并经由计算机设备实现对工具调整以及优化。柔性就是指机械可以自动调整，并承担多种自动生产功能，尽可能满足市场需求。FMS具备加工、生产两种功能，将其应用到机械设计之中，可实现对系统功能、操作功能、控制功能的拓展，极大程度提高生产效率。从市场发展、实用需求两方面探讨，全面评估柔性化设计功能性，将计算机作为信息控制中心，检测机械具体运行状态，提高设备功能操作以及功能质量。柔性系统包括制造单元、制造系统、生产线三大部分，制造单元有加工单元工程，辅助各类加工、生产工具，制造系统适用于形状辅助、数量较多的零件生产，自动生产线需要调整多种机床，实现多品种、小批量生产。

3.4 检测系统应用

检测系统将安全保护与系统运行结合，尽可能确保系统运行安全性、可靠性，减少故障率以及容错率。机械设计自动化技术对人力要求较小，在检测、搜集情况下实现对技术系统的性能判断以及质量判断，方便机械系统生产以及管理，避免其在运行过程中出现故障情况。自动化检测系统具有数据传输、数据储存、数据分析功能，系统在运行过程中如若出现违规数据、系统卡顿等问题，则将数据反馈到控制中心系统之中，相关作业将会即时停止，且不会对生产线造成影响，将设备生产、运行所产生的故障问题降至最低，并尽可能实现对系统的优化，阻止风险事件发生，降低故障问题影响，这是基于自动化技术机械设计中的着重点。

4 结 语

自动化技术发展为机械设计、制造带来了新的机遇以及挑战，有关部门在深化自动化技术应用过程中，需要不断增加其在机械系统之 中适应性，探索自动化技术应用模式。然而，虚拟现实、人工智能技术进步与完善，为机械设计提供更多可能，也是机械未来设计主要发展方向，需要不断进行科研、试验，方能在机械运作中充分发挥自动化技术功能。