机械设计制造及其自动化的特点与优势

宋沛宇，胡志斌

[摘    要]随着科学技术和国家经济的飞速发展，很多传统行业与时俱进，逐步向新兴产业领域发展过渡。在此背景下，机械设计制造行业拔地而起，发展迅猛。机械设计制造及其自动化的发展水平是每个国家工业生产力水平的重要体现。当下，传统机械设计及其制造行业存在较大弊端，以计算机技术、网络技术和人工智能技术为核心的机械自动化在各个领域被广泛应用，普遍提升了用户使用体验，顺应了当下的发展潮流。本文将重点分析机械设计制造及其自动化的特点与优势，并对该技术未来的发展趋势进行分析。

[关键词]机械设计制造;自动化;特点;优势

[中图分类号]TH122 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）12–00–02

Characteristics and Advantages of Mechanical Design， Manufacturing and Automation

Song Pei-yu，Hu Zhi-bin

[Abstract]With the rapid development of science and technology and national economy， many traditional industries keep pace with the times and gradually transition to the field of emerging industries. In this context， the mechanical design and manufacturing industry has sprung up and developed rapidly. The development level of mechanical design， manufacturing and automation is an important embodiment of the level of industrial productivity in each country. At present， there are great disadvantages in the traditional mechanical design and manufacturing industry. Mechanical automation with computer technology， network technology and artificial intelligence technology as the core is widely used in various fields， which generally improves the user experience and conforms to the current development trend. This paper will focus on the characteristics and advantages of mechanical design and manufacturing and its automation， and analyze the future development trend of this technology.

[Keywords]mechanical design and manufacturing; automation; characteristic; advantage

随着经济全球化和世界经济一体化趋势的不断加强，各国经济总体上呈现全面快速发展的盛况。全球合作的同时也伴随激烈的全球竞争，这就对科学技术的发展速度与先进性做出要求。机械制造产业在提升生产效率、改善产品质量方面起到了不可忽视的作用，另外它作为我国国民经济发展过程中的支柱性产业直接影响着我国的核心竞争力。机械设计制造过程中融入自动化对整个机械行业有着跨时代的意义，通过实践诸多新型技术设备在近几年研发成功并投入使用，如3D打印技术、无人机技术、扫地机器人等，用前瞻性思维和发展性眼光来分析看待，自动化是机械设计制造未来发展的主要方向，需要从多角度多层次分析来对未来机械设计制造及其自动化发展进行预判前瞻，这对机械设计制造产业有着积极的影响。推动机械设计制造行业朝着自动化方向进军是全体中国人民的美好愿望。目前我国十分重视机械设计制造及其自动化的研发进度，在此领域投入很大成本和资源，不断加强相关技术人员的自主创新工作能力，提倡科研学者在此领域深耕，为我国在该领域的国际地位打下了良好的人员基础。

1 机械设计制造及其自动化的特点分析

与传统机械设计制造相比，现代机械设计制造具备完善的体系，降低了对专业人员的需求量和依赖度，一改传统制造模式，最大限度地节省了时间和人员成本。用一系列自动化设备批量替代传统的大量工人和手工劳动，大大提高了生产效率和工作过程中的安全系数，降低了因人为因素出现残次品的概率。机械设计制造及其自动化涉及多个学科领域的技术知识，当然这并不是简单的技术累加，而是对跨学科知识的有效结合以及对多项技术的综合应用。正是由于这种高端性，机械设计制造及其自动化被广泛应用于生产生活中的各个领域，极大地提升了人们的幸福指数。其中，体积小、能源消耗少等微型特点在其应用性方面做出了巨大的贡献。

1.1 与机械生产保持协调保证功能性和适配性

随着时代的发展科技的进步，传统的机械设计制造逐渐乏力无法满足社会的要求和市场的需求，而机械设计制造及其自动化是以传统机械设计制造产业为基础，结合多种现代化新型技术赋予机械设计制造自动化和智慧化，进而提升生产效率提升可操作性和可控制性，从多层次多维度分析机器所需的功能进而结合多种技术来满足功能需求，在机械设计制造及其自动化设计过程中需要满足整体性和独立性，保证机械的整體性，而针对机械生产作业需求保证功能的独立性。例如，在农业无人机结构设计中需要保证飞行器、地面遥控系统、喷洒结构有机结合互相协调同时要保证满足各自的功能性，进而实现功能需求协调整体设计适配。

1.2 机械设计制造及其自动化涉及的技术领域广泛

机械设计制造及其自动化的技术要求较高且设计技术领域较为广泛，需要多种设备技术综合才能实现自动化。机械设计制造及其自动化需要一定的能量来维持运行，所以要电动机或者内燃机来将其他能量转换为机械能，如农业无人机需要电动机和螺旋桨来将电能转换为机械能进而产生升力或者推进力实现机械运行。最后，机械设计制造及其自动化需要信息传输存储来实现自动化，将数据参数导入，随后机械按照设计的程序或者输入的参数进行作业。

2 机械设计制造及其自动化优势分析

2.1 有利于提升机械的作业效率

机械设计制造及其自动化在作业过程中可以避免很多外界因素的干扰，保证外部环境基本维持在理想状态进而可以大幅度提升作业的效率，例如农业无人机借助自动化来对周围环境进行分析并通过传感系统分析周围可能造成作业影响的因素并及时做出反馈进而保证作业过程中的安全性，相比于传统的作业方式效率表现更为优质，且可以通过程序设定针对不同作业要求进行不同状态切换，大大减少了各种资源的投入。

2.2 可以保证机械始终处于最科学的负荷状态

传统的机械对自身荷载和负荷的调整基本上全部依靠人工，但是很多时候负荷过大导致工作效率下降且对机械自身有一定的损害，很容易造成机械故障，负荷过小则造成能源浪费，而机械设计制造及其自动化可以在设计过程中结合生产实际需求，针对性进行设计以满足各种生产作业的需求，通过计算机程序分析不同作业类型的不同生产方向，进而针对性地进行程序导入，而自动化技术可以赋予机械设备仿生功能和数据存储功能。因此，机械在自动化加持下有一定的记忆性且更为智能，通过传感器或者数据分析多种方式来对自身进行调整，保证机器始终处于最佳负荷状态进而保障能源利用率和生产效率的同时避免过载超负荷造成的机械故障。

2.3 可控性可操作性强

机械设计制造及其自动化借助网络信息化技术来进行操作控制，相比于传统的机械设计制造，现阶段通过网络计算机庞大的数据分析能力和计算能力可以保证对机械进行实时状态监管分析，并制定科学可行的操作反馈，在整体操作控制表现上完全不是传统机械可比的。

2.4 可以有效降低作业过程中存在的安全风险

机械设备在运行过程中普遍存在一定的风险，风险主要来源于機械自身和人为因素环境因素等外界因素，但是机械自动化设备可以有效降低运行过程中存在的风险，避免很多人为操作造成的安全隐患且对外部各种因素的影响进行精准分析，进而提升机械自动化设备运行过程中的安全系数。

2.5 机械故障的预防和处理

在机械生产作业过程中难免会有故障发生，这些故障普遍会对生产作业产生一定的影响，传统机械故障是最让人头痛的问题，但是机械自动化设备可以最大限度地避免故障问题发生，在机械运行过程中由计算机对机械运行参数和运行状态进行实时监测分析，一旦数据参数发生波动或者异常机器就会及时进行分析反馈并发出警报，并对数据信息做出分析给出相对科学的故障分析来协助工作人员进行故障维修，结合实际情况制定维修养护方案，进而大幅度延长机械的使用寿命。

2.6 提高生产效率

现代机械设计制造已实现了工艺流程的自动化、一体化。统一、规范、流程化的工作流程大大提高了生产效率，同时降低了人为因素造成的操作失误，对产品质量有了更高的保证。一方面，程序化生产节省了人工更换不同生产工艺流程上机器零件的时间，只需要更改电脑程序，自动化机器设备就能完成不同生产线上的操作，大量节约了时间成本。另一方面，去除人工更换零部件的步骤还减少了机械磨损，有利于延长机器的使用寿命。机械生产自动化使一线工人从复杂繁琐的手工劳动中解脱出来，用其代替人工，用更少的时间就可以完成产品的批量制入研究。

2.7 减少资源浪费

常规机械设备体积大，不易存放和移动，最重要的是能耗高。但是，现代自动化机器的设计和制造所使用的机械设备相对较小，占用空间小，可以节省一些空间资源。机器自动化便捷并简化了生产流程。现代化的工厂生产车间不再需要许多一线生产工人，这就减少了人力资源的浪费。此外，由于能耗较低，具有节能环保运行的优点，机械设计制造和自动化产生的污染物被释放到我们赖以生存的大片区域空气、海洋和土壤中，对生态系统造成严重破坏。将机械设计制造及其自动化技术同步到生成制作环节中可以有效减轻污染物排放量过大的情况，促使有毒物质程度性降解，保护生产环境，达到我国现阶段的排污和生产节能标准。

2.8 相比于传统机械更智能化自动化

智能化是现阶段科学技术的最前沿，用前瞻性的眼光和前瞻性的思维分析和展望未来的发展趋势，智能化和自动化是未来发展的必然趋势和主要发展方向，在进行机械设计制造过程中将智能化自动化有机结合可从多方面多层次提升机械自动化设备的功能，大大降低了人力资源的投入并在一定程度上实现节能环保。

3 机械设计制造及其自动化未来的发展方向分析

机械设计制造及其自动化的未来发展方向主要是从4个方面着手：智能化的开发、数字化技术的利用、产品设计过程的开发、绿色环保方向的研究。智能化现阶段在机械设计制造方面的融入程度不高，还需要不断挖掘智能化的社会价值和经济价值提升融合程度，逐渐赋予机械固定的意识形态并形成下意识反馈。

在数字化方面可以从大数据和云计算方面着手进行融合，进而对机械整个设计运行过程进行分析。例如，在农业无人机投入使用后可以通过网络移动端口借助大数据和云计算对周围环境气候水文和干湿度进行分析，并对多种目标进行跟踪定位进而提升机械的功能。

在产品设计过程中可以借助BIM技术对各个环节的数据进行捕捉梳理整合分类，并根据数据反馈进行建模，通过模拟实验来分析产品的性能和缺陷，进而提出建设性的优化建议，对产品创新和优化都有着积极的作用。在绿色环保方面需要积极利用可再生清洁能源实现充能和产品续航能力，如农业无人机可以通过光感系统分析光照状态进行能源切换，利用太阳能电磁板进行充能和续航进而实现能源节约，通过对清洁可再生能源的利用来保证绿色环保，进而实现可持续发展。

4 结束语

现阶段，相比于传统机械设计制造，机械自动化设备在运行效率、安全性、可控性、可操作性以及故障预警处理方面都有着明显的优势，需要不断拓展机械自动化智能化利用空间，深度发掘自动化智能化的社会价值和经济价值，并用发展性眼观来对机械设计制造未来发展方向进行预测，提高了生产效率，节省了资源成本并提升了安全性能。未来将朝着网络化、智能化、虚拟化、数字化、微型化等更先进的方向推进，具有广阔的消费市场和发展前景。进而从多方向多渠道来对机械设计制造行业进行改革创新以促进机械行业稳定健康的发展。

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