机械设计制造及自动化发展方向

2019-02-17钱程

设备管理与维修 2019年22期

关键词：虚拟化机械设计领域

钱程

（无锡利欧锡泵制造有限公司，江苏无锡 214124）

0 引言

我国机械设计制造领域较一些欧美国家起步晚，但我国充分认识到此领域对经济发展的重要性，对该领域开发的资金支持不遗余力，相关人员也在尽全力进行研发。目前该领域的发展已经较为成熟，正在向自动化方向前进，已经使我国与欧美各国之间差距缩小甚至反超。

1 机械设计制造自动化的特点及原则

1.1 机械设计制造自动化的特点

机械设计自动化最主要的特点就是高效率和高质量。传统机械设计制造领域，多是由技术工人利用操作设备进行制造工作。由于部分劳动者的文化水平较低，在产品生产过程中对设备的操作技巧掌握程度不同，致使产品质量参差不齐，严重浪费包括时间、原料等在内的企业资源，并且具有一定安全隐患。利用自动化进行制造则可以有效避免上述难题。所谓自动化，实际上是利用提前编程、设计程序的方法用电脑对制造设备进行控制，极大地减少了在操作过程中人为因素的影响。一方面使产品的质量得到最大程度的统一，另一方面由于利用电脑控制制造设备可以进行不间断作业，使产品生产效率也得到提高。

1.2 机械设计制造自动化的原则

（1）实用性原则。一般在机械自动化设备中主要包括2 个方面的基本功能，分别是安全控制和设备信息控制。对这2 方面进行落实时务必要注意实用性原则，既要保证其安全措施能够不影响正常生产过程，使措施能够充分与生产过程相融合，又要保证对生产过程各部分的统筹兼顾，提高设备设计的综合效果，进而提高设备生产效率[1]。

（2）安全性与可靠性原则。在设备进行生产过程中，必须将此项原则贯穿始终，以保证设备能够在出现故障时得到最快速度处理，这就要求相关人员要对设备的运作原理进行充分细致了解。相关设计者要对设备的使用情况进行周期性调查，根据使用情况对设备进行不断更新升级，以满足制造设备对安全性和可靠性的需要。

（3）先进技术运用原则。由于提高设备的先进性的目的是为提高生产效率，因此先进技术自然而然地成为主要利用手段，这就要求必须要将现代化的应用作为提高设备属性的基础，提高设备自动化智能水平，实现设备在线升级。

2 机械设计制造自动化的发展方向

2.1 机电一体化

机电一体化实际是指将机械、电子、自动化等方面的技术根据产品需求进行有机结合，创造出能够与产品最为契合的生产设备，这是一种机械设计制造自动化更高层次的发展，使原本复杂的产品生产程序简单化。随着科学技术不断发展，机电一体化的发展也终将逐步走向成熟，与各企业的联合也一定会越来越紧密，帮助企业降低在生产过程中产生的失误频率、提高生产效率，并且能够大大提升企业内部监管运营的检验效率。

2.2 智能化

智能化是机械设计制造自动化的必然要求，也是其更深层次的发展方向。通过对生产设备进行智能化设计，已经有相当一部分工厂企业利用计算机科学技术、GPS 技术等电子科技技术与机械制造的结合，将人类的生产模式经过优化与改良输入到电脑程序当中，使之具备与人类相比更为优秀的推理、判断、分析、操作等能力，实现无人守候的生产模式，大幅度提高生产质量与生产效率。并且对于一些危险性较高的操作过程，由机器代替人类能够有效地降低安全事故发生频率，保证人类安全健康，减轻工人操作负担[2]。以青岛无人码头为例，该码头为亚洲首个全自动化码头，在船舶靠岸之前，码头便能够根据船舶信息，提前设置出作业计划并下达作业指令，集装箱吊转、拆卸锁垫、集装箱搬运，全部都由机械手臂或无人驾驶的引导车等自动化设备完成，全程无人参与，人力投入减少70%，工作效率提高30%，成为世界上自动化程度最高，装卸效率最快的码头。相信在日后机械设计制造自动化中智能化发展道路上，一定会表现出更多优势与特点，为经济发展做出更为巨大贡献。

2.3 数字化

数字化是指将设备生产的实际信息进行数字化，录入到电脑程序当中，根据电脑中运行的数据来对产品的生产过程进行操控与监控，优化产品生产程序。此项操作不仅能够大幅度减少流水线上的人力资源投入，还能够实现对操作车间的远程操控，提高工作便捷性，降低事故发生概率，减少设备护理成本。以东莞某家无人工厂为例，该工厂有60 台机械手臂，分成10 条生产线24 h 不间断打磨手机中的框结构件。每条生产线只有3 名工人负责看线和检查，极大地减少了对人力资源的需求，解放了工厂90%、近600 名生产力，从长远来看，不仅减少了人力成本的投入，而且使产品质量得到大幅度提高。

2.4 微型化

随着社会需求不断发展增加，原本体积大、运输不便的传统机械设计制造产品已经不符合时代发展的需求，需要对产品进行更新换代，在保证其质量与功能不变甚至提高的前提下，要求产品体积不断缩小，以提高产品的使用价值、减少运输成本。越来越多的老牌行业与新兴行业都对体积小、重量轻的微型机械产生了巨大需求，其中较为典型的就是微型管道作业、微型排爆作业等微型操作领域以及对纳米材料的广泛应用。正因为如此，我国的机械设计制造自动化正在朝着微型化发展并由此出现了多种学科分支，如微机构学、微构建材料力学等。但是目前针对此种发展趋势还有一些问题亟待解决，如对摩擦力还无法克服，这对高精尖设备的实际使用影响极大，使得很多此类设备还无法实现微型化。

2.5 模块化

模块化其实是指各企业之间的团结协作，由于很多工厂都只是生产一类产品中的某一种或某几种部件。如果从事同一产品不同部件的生产工作的企业之间没有形成模块、进行联合，自顾自进行生产，那么将会造成产品无法组装、更无法使用的情况发生。因此务必要在机械设计制造自动化的过程当中兼顾模块化的发展趋势，不同厂家的产品一定要在接口上相匹配，这要求某一领域中的各企业要设定出一种标准化参数，各企业按照参数标准实施生产，并且能够为新产品的研发与生产提供参考，以提高机械自动化企业的生产效率。

2.6 虚拟化

虚拟化是指由东南大学胡如夫首次提出的一种借助计算机和信息化技术，将机械产品的设计虚拟化的发展方向，是近几年新产生的一种技术。虚拟化主要体现在机械设计制造自动化的产品设计阶段，与传统手工绘图不同，虚拟化模式下的绘图主要是利用CAD 或CAPP 等新兴的电脑绘图软件，利用此种电脑程序进行绘图，有修改方便，易于保存，缩短绘图时间等优势，缩短产品设计周期，提高生产效率[3]。在此方面上，目前已经有了更为先进的机械设计虚拟化技术，即Remote APP，既保留原来的虚拟绘图软件的优势，又新增了通过云平台实现远程操控的新技能。

2.7 全球化

机械设计制造自动化领域的全球化是指在经济全球化的大背景下，不应只满足于利用本国的技术对本国农业、工业、军事、航空航天等领域进行服务，而是一方面要具有国际眼光，要利用此种技术服务于世界，另一方面还要吸收他国机械设计制造自动化技术，与他国进行合作，使此种技术应用迈上一个新的台阶。在这两点上，我国已经有了先进的发展眼光，一方面将此领域的相关产品出口，使世界各国人民都能享受到机械设计制造自动化带来的福利。如我国高铁列车向东南亚以及非洲多个国家出口，既帮助了他国，也促进中国与多个国家的经济贸易发展，为全球的经济发展做出巨大贡献；另一方面又积极与他国展开技术合作，如在航空机械方面，在发动机的制造上就与俄罗斯展开合作，共同促进航空机械的发展。

2.8 绿色化

目前，我国对环境保护越来越重视，环保观念已经融入到人们生产生活的方方面面，机械设计制造自动化自然也不例外。此领域中的环保主要体现在生产设备的维修和使用环节，在这两个环节上降低对能源的损耗以及工业废弃物的产生量。这是此领域在环境保护、绿色化方面将要进行的持续性改进，也是促进我国机械产业健康可持续发展的重要措施。