提高机械设计制造及其自动化水平的有效途径

刘 鹏

（方盛车桥（柳州）有限公司，柳州 545006）

现阶段，机械设备已经成为了生产领域关键性的生产要素。机械产品的性能和质量关乎着生产的安全性、高效性。随着机械产品的使用范围日渐扩大，机械设计和制造企业都要在积极推进设计制造技术的更新，用崭新的机械设计制造要求和自动化技术来提升机械产品的功能，使机械设备具有更高的自动化水平。目前，自动化技术已经在机械设计和制造中得到了大范围的应用，而机械设计制造自动化仍然有着巨大的发展潜力。

1 机械设计制造自动化的优势

1.1 优化传统生产模式

在传统的技术条件下，由于技术工艺相对落后，在机械设计制造的过程中常常会存在方法、模式的滞后性，导致所设计制造的机械产品性能低下、功能不足。信息时代到来以后，计算机等现代化技术发展迅猛，使机械设计制造有了更多的技术选择性，且改变了原有的生产模式。例如，自动化技术在机械设计制造中的应用，实现了机械设计制造中生产模式的全面革新和优化[1]。自动化技术与机械设计制造的高度结合，可在机械制造的过程中形成自动化生产模式，从而降低工作人员的工作强度，提高机械制造精度。

1.2 提高安全性

机械设计制造的专业性突出，在传统的设计制造过程中，大部分工作都是由专业人员来完成的。这样的生产模式人员的工作量大且需要考虑的因素较多，不论是设计环节还是制造环节，往往都需要消耗较长的时间，而且机械设计制造的过程中会存在很多的安全风险，易诱发安全事故。自动化技术在设计制造中的应用可大大提高安全性，减少设计制造环节的各类安全风险，降低安全事故的发生概率。即使在设计制造中出现了安全事故，自动化控制系统也能够快速进行相应的问题处理。

1.3 提升工业智能化程度

2 机械设计制造中的自动化技术应用

2.1 充分运用配套发展模式

随着工业化进程的加快，机械设计制造企业逐步意识到了自动化技术具有的优势，并积极开展了自动化方面的技术探索和创新，在大量的机械设计制造中认识到了人和物流要素的作用。随着自动化技术的不断进步，设计制造人员已经逐渐树立了自动化观念，如针对机械产品开展了理性分析并引入配套发展模式。另外，这些企业在内部推行了集群发展模式，结合机械产品的功能和性能要求，加强了设计和制造中不同环节之间的学科知识整合，将局部监控技术、计算机技术和自动化技术都应用到了机械设计制造中，从而促进了机械制造行业的快速发展。

2.2 注重与环境的协调发展

随着现代化技术的发展，生活中出现了严重的环境污染问题，如土壤和空气污染等，给人们的和谐健康生活环境带来了巨大挑战。因此，环境保护已经成为行业发展中关注的热点议题。对机械设计制造行业的发展而言，在各种设计和制造任务的实施过程中，同样要注重环境保护，积极将环保理念应用在设计制造中，从而在促进行业整体进步的同时提高机械产品的环保性能。虽然自动化技术在机械设计制造中凸显了其优势，但是若在自动化技术的应用过程中缺乏考虑环保因素，将对行业的发展起到一定的阻碍作用。因此，在时代变革的背景下，机械设计制造中的自动化技术应用应注重与环境的协调发展，加强节能技术和环保材料的应用，将环保技术与其他的机械设计制造技术有效结合，从而提升机械产品的绿色环保性能[2]。

机械产品的体积庞大、结构复杂，在制造过程中涉及到切割等作业，会造成一定的环境污染。随着自动化技术不断进步，同样要在设计制造的全过程中开展自动化监测，利用自动化装置来监控制造过程，以监测关键指标是否处于正常范围内。若发现污染物超标的情况，自动化装置应立即启动预警，将污染信息反馈给有关模块，使机械产品设计制造时的各项污染物排放均可满足国家标准，从而减轻环境工作的压力。

2.3 加强自动化与计算机网络技术的应用

随着机械设计制造水平明显提高，自动化技术需与其他技术高度结合，以形成崭新的设计制造流程和模式。由于在机械设计制造的全过程中涉及的流程及资源较多，为保障设计制造的总体水平，需利用计算机技术、自动化技术来实现信息和资源的智能化交换，以形成自动化生产模式。针对机械设计，现阶段已经出现了各种计算机绘图软件，如使用较多的CAD软件等。这些软件的出现，可使人们在设计时不需要再采用人工画图的方式，而且软件中的工具调用可提升设计的自动化水平。一些设计工作完全可自动完成，设计效率得到了很大提高。若在后续的设计中需变更设计方案，只需在软件内进行即可，变更方式比手工绘图更加方便[3]。另外，部分软件中虚拟技术的应用，使所得到的设计方案可以由三维效果呈现出来，使机械产品设计制造具有更强的直观性。

2.4 加强网络技术的应用

互联网时代到来后，我国的网络技术迅速发展，目前已被应用到了各个领域。在机械设计制造中，网络技术也是不可或缺的技术。随着机械设计制造自动化水平明显提高，网络技术的作用越来越突出。目前，部分机械设计制造企业已经应用了大数据信息技术来整合机械设计制造中的全部数据和信息，并在这些信息分析的基础上开展了三维模拟，通过将模拟结果以3D模型的方式呈现，将模拟结果与实际设计结果进行对比，从而判定设计制造方面所存在的不足，并及时采取相应的优化和改进措施[4]。自动化在机械设计制造中的应用，对数据的依赖性更高。为使不同流程之间可以互相融合，在开展设计工作制造时应加强网络技术的应用，从而在网络技术的支持下顺利完成数据的采集、存储和利用，并构建专门的数据库来整合各种机械数据，最终达到数据共享的目标，同时能够将这些数据作为设计和制造的依据。

2.5 加强自动化和智能化的融合

现阶段的自动化技术已经逐渐呈现出深层次发展的趋势，为有效发挥自动化技术在机械设计制造中的作用，同样要使自动化与智能化技术高度融合[5]。从行业整体的发展水平来看，机械设计制造的自动化发展已经取得了明显的成效，但智能化水平还相对较低。因此，在当前发展的趋势下，智能化技术与自动化技术的融合已经成为重点的方向。目前，数字控制的发展已经越发成熟，但由于我国技术存在一定的局限性，智能控制系统的自主研发遇到了很多的困难，如智能化的技术标准不统一或存在缺失、成本投资较高，因此未来还有着巨大的发展潜力。

3 机械设计制造自动化未来的发展方向

3.1 性能发展方向

3.1.1 高速、高精度、高效化发展

在任何机械设备的设计和制造过程中，速度、精度和效率都是关键性的考核指标。随着自动化技术的不断进步，市场上逐渐出现了高速芯片、智能芯片、多控制系统、带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统等。在开展设备设计和制造的过程中，可将带有自动化特性和功能的元件、系统应用在机械结构内，以提高机械的运行效率和精度。

3.1.2 柔性化

5.1.3 竞赛教学法更利于创造活跃、积极的课堂氛围。在实验过程中，通过对实验班和对照班的学生课堂表现作为对照，发现实验班的学生在课堂上的表现比对照班的学生更为活跃，学生更能积极主动地去完成教师规定的各项任务，并严格按照教师规定完成课堂竞赛活动，并力争所在小组取得竞赛的胜利。在整个实验的上课过程中，实验班学生的课堂积极性明显高于对照班，学生的课堂参与度也高于对照班。

为优化机械设备的性能，在设计制造环节同样要加大对数控技术的应用，以保持数控系统的柔性。数控系统总体上实施模块化设计的概念，能够确保功能的可拓展性，从而满足用户的个性化需求。除此之外，数控系统的柔性化也体现在群控系统的柔性上。为达到这一标准，需要在同一群控系统内满足多种生产流程的切实需求，以确保机械设备能够最大程度发挥全控系统的效能。

3.1.3 工艺复合性与多轴化

市场上出现的各种机械设备主要是为了满足生产加工的需求。随着自动化技术不断发展，人们对复合加工提出了更高的标准。由于复合加工的工序更少、时间更短，通过多种自动化技术的结合，可保持功能的多轴化、多系列发展。以数控技术的工艺复合化为例，工件在一台机床上一次装夹以后，经过自动换刀、旋转主轴头等方式，可达到多工序、多表面复合加工的目标。

3.1.4 实时智能化

在自动化技术出现的早期阶段，机械设备的实时系统多面向相对简单的环境，主要是为了满足任务调度的需求，以确保各项任务能够在规定的时间内高质量完成。随着自动化技术向更深层次发展，人工智能技术出现后，实时系统表现出了智能化的特征，可通过计算模型来模拟人类智能行为。在实时系统与人工智能高度融合后，人工智能在未来将表现出更强的实时响应能力，而且实时系统也将表现出更强的智能化水平。

3.2 功能发展方向

3.2.1 用户界面图形化

在机械设计和制造领域，数控系统的应用相对较多。数控系统与用户之间的对话接口，即用户界面，可以立足于用户的需求进行相应的设计，以确保机械设计制造站在用户的角度进行相应的设计。另外，由于每个用户对界面的需求有所不同，从自动化技术中衍生出来的虚拟现实技术、可视化技术、多媒体技术，使得机械设计制造过程中都需要重视用户界面的科学设计。图形用户界面一经出现，就受到了非专业用户的欢迎，人们能够直接通过窗口和菜单，完成对应的操作控制。与传统的用户界面不同，图形用户界面兼具蓝图编辑、快速编程及三维彩色立体动态图形显示等功能。

3.2.2 科学计算可视化

可视化也属于自动化技术发展的一大表现。在机械设计制造中的科学计算实现可视化，可在机械设计、制造和运行中高效地进行各类数据的处理和解释，打破了传统单一的信息交流方式，不再只局限于常规的文字和语言表达上，还可通过图形、图像、动画等可视化信息来完成相应的信息交流。将可视化技术与虚拟环境技术有效融合后，可使机械设计制造实现创新，从而达到无图纸设计。通过使用这些技术大大缩短了机械设计制造的周期，而且其成本也得到了有效的控制。数控技术领域，可视化技术在各种三维设计软件中的应用优势突出，通过自动编程设计、参数自动设定，解决了传统设计制造方面的技术难题。

3.2.3 插补和补偿方式多样化

自动化背景下，直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补以及NANO插补等都是可选择的插补方式。补偿功能也同样在自动化技术条件下表现出了多样性，如可选择间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿和温度补偿等。

3.2.4 内装高性能PLC

机械设计制造中PLC技术的应用，有效改变了控制方式，使控制系统具备了自动控制的功能。另外，在数控系统中采用PLC控制模块，可直接用梯形圈或者高级语言来完成编程，从而使系统具备在线调试、在线帮助等多种功能。在利用PLC模块开展自动化设计制造时，直接根据需求修改控制程序即可。

4 结语

自动化技术在机械设计制造中有着多方面的优势，不仅可以克服传统设计制造技术的不足，从而带动行业进步，也给各个设计和制造企业创造了巨大效益。然而，自动化技术在机械设计制造中的应用还存在着巨大的发展空间，因此专业的设计和制造企业应结合各种机械产品的配置要求，加强自动化技术的创新。