探究机械设计与制造及其自动化技术

2021-04-03刘隽宏

现代制造技术与装备 2021年12期

关键词：机械设计图纸加工

刘隽宏

（桂林理工大学机械与控制工程学院，桂林 541006）

关健词：设计科技化；信息化；综合化

1 设计科技化、信息化、综合化

1.1 设计科技化、信息化

21世纪以来，科学技术得到了比以往更快的发展，特别是以互联网、大数据、云计算等为代表的现代信息技术，更是得到了空前的发展[1]。在机械设计制造及其自动化技术方面，随着网络与信息技术的快速发展，研究人员将人脑智慧融汇于物理设备与电脑网络中，使机械设计制造及其自动化技术更加成熟。

在机械图纸设计时，充分利用现代计算机技术，从互联网获取所需的信息，并运用云计算、3D技术、仿真技术等现代化技术充分分析将要生产的产品，经过各方面充分详细计算，在设定产品的各种参数、数据后，使用图纸设计软件（如CAM、CAD等构图软件），结合3D技术、仿真技术更加直观地了解机器设备的各项参数，能够方便设计人员及时发现应用过程中存在的问题，通过对信息展开分析，及时修正和规避各种风险，从而设计出满足各方面要求的图纸。这充分体现了现代机械设计制造及其自动化技术的科技化和信息化。

以沈阳机床厂2012年研制成功的“I5”系列智能数控机床为例，I5是沈阳机床厂对其开发的数控系统的命名，其字义来自5个英文单词：Industry（工业）、Information（信息）、Internet（互联网）、Intelligence（智汇）和Integration（集成）。该系列机床是世界上第一个智能、互联数控系统，独特性能是“智能、互联”，使机床在加工产品的同时能够生成可通过互联网实时传送的数据。通过可分析和存储大数据的云平台，就能进行生产任务调配、成本核算、远程操控、远程工艺支持及产品定制等一系列服务[2]。

1.2 综合化

机械设计制造及其自动化技术，在其发展过程中已建立了强大的工程体系。作为多种技术拼接的综合性技术，其技术拼接过程需要使用特殊的内在逻辑。这些技术综合应用时都需要经过相关的设计环节，通过科学合理的设计达成规范合理的相关技术要求[3]。在这种技术体系中，通过创新与改进各种技术（如得到应用的信息技术、遥感技术等）将各种信息技术与相应的机械技术结合，并同步作用到设备中，能够满足精确性产品生产的需要。它解决了人工设计时存在的诸多困难，既规避了生产时存在的风险，又节约了生产成本，而且提高了生产效率。

2 制造智能化、数控化、精细化

2.1 智能化

随着网络信息技术的快速发展，人脑智慧逐渐融汇于物化设备与电脑网络，从而促进整合了先进技术的人工智能技术应用到机械设计制造及其自动化行业中[4]。智能制造技术与多种现代科学技术进行智能化组合后，在机械设计制造及其自动化技术中发挥了重要的技术革新作用。使用这种技术加工产品的同时，可通过互联网实时传送数据。通过可以存储和分析大数据的云平台，就能够在智能化终端远程操控设备或进行生产和产品质量监控，而且能提供生产任务调配、产品定制、远程工艺支持及成本核算等一系列服务，从而提升了整个机械设计制造及其自动化过程的效率。

2006年9月，在IMTS展会上展出的日本MAZAK公司研发制造的智能机床，已经能够实现对自身的监控，而且可自行分析众多与机床、加工状态、环境有关的信息及其他因素，从而自行采取应对措施来保证最优化的加工。由此可知，MAZAK公司研发的机床已经能够发出信息和进行思考，还能够自行适应柔性和高效生产系统的要求。

2.2 数控化

当今时代是一个数字化信息时代，数字技术作为现代化科学技术发展的主要标志，在机械设计制造及其自动化技术中主要体现在产品图纸的设计和存储模式、设备参数的改变以及生产加工过程中各种数据、参数的控制等[5]。数字化的优势在信息传播上表现得尤为明显，能够将信息精准、快速整合并传播，通过把该技术与机械设计制造及其自动化技术结合，促使了数控技术的出现。数控技术是数字化技术在机械制造业应用的高新技术，是借助数字化信息控制机械运动及加工过程的方法。数控系统是指为实现数字控制功能而设计的一套解决方案，由控制、伺服和位置测量三大系统组成。在机械设备生产加工过程中，机器人、数控机床应用越来越广泛。在用这些设备生产加工时，要求根据设计图纸、参数等信息先提前设置程序，然后再加工产品。工作人员通过输入设备把所需要的命令输入机器人或数控机床等加工设备，使机械生产和加工过程严格按照产品的要求和参数进行生产。这种方式大大提升了机械设备的生产效率和产品精度，使机械设计制造及其自动化技术得到了进步。

2.3 精细化

机械设计制造及其自动化技术本身是多种现代化技术的高度集合技术，是多领域现代高新技术（如计算机技术、信息技术、遥感技术、位置测量技术等）相互交织的现代化高新技术。在利用智能化、微型化、仿真技术、3D技术等进行产品设计的过程中，应用先进的机械设计制造及其自动化技术可以提高产品的设计质量，使产品满足精确性要求。通过精确计算自动化生产处理的各个环节，使智能化机械设备按照图纸中的参数要求稳定地进行生产操作，既能加工很多尺寸很小、精度很高（如微米级、纳米级）的产品，又能保证产品的质量稳定性，提高产品的生产速度和生产效率。

当前，我国的机械制造水平与西方发达国家还有一定差距，其关键在于制造精度较低。然而，许多精密和超精密加工设备要想依靠自动化技术达到预期指标，必须依赖于精密加工才能实现。两者相互支持、相互依靠，对现代化制造技术具有决定性的作用，是先进制造技术的支柱。

3 过程节能化、环保化、高效化

随着现代科学技术的发展，大量信息科学技术在机械设计制造及其自动化领域的应用促进了整个行业的发展。在机械设计与制造的过程中，通过对传统生产环节和生产流程进行全面精简，可以推动产品生产与技术的创新，从整体上缩短相关生产流程的单位运行时间，充分体现了节约原材料、节约时间、产品绿色环保、提高生产效率等现代化工业生产所追求的发展理念。

在设计图纸时，传统工艺中一个机械设计流程要经过绘画图纸、查询标准等多种烦琐的步骤才能完成，而且一个完整的工艺过程又包括多种独立的工序，其中任何一个环节出现错误，都会导致实际结果出现偏差。现代化的机械设计制造及其自动化技术在生产活动中的应用，通过利用互联网、大数据、云计算、3D技术以及仿真技术等现代的高新技术，解决了人工设计图纸时存在的图纸绘制困难等问题，有效规避了产品质量不合格的风险，而且节约了人力、物力，提高了生产效率。

在产品生产加工过程中，传统机械设计与制造的生产方式劳动强度大、所需加工人员多、加工周转次数多，而且产品的加工精度不高、生产用时长、生产效率较低。此外，由于每个加工人员的技术水平不同，导致了批量产品的加工质量不稳定。智能制造将人脑智慧与网络技术、物理设备融为一体，将设计与制造紧密结合，通过机器人、数控机床等设备精准地按照设计要求和各个参数进行生产加工。其产品产量和质量都很稳定，规避了传统生产中产量不稳、质量不一的风险，而且节省了人力和时间成本，减少了废品率，提高了生产效率。

随着当今社会环境污染问题日益突出，在满足人们日益增长的物质生活需求的同时，如何保护生态环境，避免环境污染与生产资源浪费，成为了机械设计制造及其自动化技术面对的新问题，也是必需要解决的问题。就我国现阶段的工业发展而言，在满足人们日益增长的物质生活、促进经济水平和技术水平发展的同时，大面积环境的破环严重影响了我国的生态平衡，如何应对越来越严峻的生态环境恶化和生产资源流失，已影响到了人们的生存和发展。但是，随着我国的节能环保意识越来越强，全国都在奉行绿水青山就是金山银山这一理念。尽力减少废气废物的排放，加强资源的回收再利用，使资源的到充分利用，大力推进风能、水能、光能等可再生资源的应用，使绿色可持续发展成为可能。

传统机械工业受科学技术发展水平的限制，其生产工艺和生产方式较为落后，对生产资源浪费严重，且对环境的污染较大，如排放的废气对空气环境的污染、排放的废水对水环境的污染、产生的噪声污染以及固体废物污染等。现代化机械设计制造及其自动化技术，通过在设计和生产加工过程中应用大量新技术、新方法、新工艺、新材料，达到了少排甚至不排工业废气、废水，降低了生产过程中产生的噪声，减少了原有材料对环境的污染和固体废物的产生。这也是现代机械设计制造及自动化持续发展的新方向。

随着机械技术、微电子技术、自动化设计与控制技术、计算机技术以及现代信息技术等现代科学技术的发展，现代机械设计制造及其自动化技术得到了快速发展。同时，生产效率的提高在产品设计、产品生产加工等各个环节都得到了充分体现。与传统生产工艺相比，应用现代科学技术后的生产效率是以往的百倍甚至千倍，从根本上改变了人们的生产和生活方式，促进了人类社会的进步。