计算机技术在机械设计制造及其自动化领域应用中的重要性分析

邱国栋

[摘    要]机械设计制造是指利用机械设备完成产品设计、制造等工作，计算机技术是机械设计制造及其自动化的核心技术。基于此，文章从计算机技术在机械设计制造及其自动化领域应用入手，结合制造企业设计制造工作实践，总结如何应用计算机技术全面发挥计算机技术的重要作用，推动行业高质量发展。

[关键词]计算机技术;机械设计制造;自动化

[中图分类号]TH122;TH164 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–00–02

Analysis of the Importance of Computer Technology in the Field

of Mechanical Design and Manufacturing and Automation

Qiu Guo-dong

[Abstract]Mechanical design and manufacturing refers to the use of mechanical equipment to complete product design， manufacturing and other work， computer technology is the core technology of mechanical design and manufacturing and its automation. Based on this， this paper starts with the importance of computer technology in the field of mechanical design and manufacturing and its automation， combined with the design and manufacturing practice of manufacturing enterprises， summarizes how to apply computer technology， give full play to the important role of computer technology， and promote the high-quality development of the industry.

[Keywords]computer technology; mechanical design and manufacturing; automation

传统机械设计制造由工作人员通过人工手段实施，存在效率低、依赖人力、成本高等问题，不满足新时期对制造行业的发展要求。为实现制造行业的发展目标，专家学者提出机械设计制造自动化概念，引入计算机技术，进一步推动机械设计制造的自动化水平，制造企业应认识其重要性，合理开发利用。

1 计算机技术在机械设计制造及其自动化应用中的重要性

和传统设计制造相比，机械设计制造及其自动化具有系统性、综合性特点，生产精度和可维护性更高，应用计算机技术后，进一步拓展机械设计制造及其自动化的优势，实现机械设计制造的科学化、智能化、高效化、环保化发展。

1.1 提高设计科学性

在机械设计制造及其自动化领域，计算机技术的应用，可改善传统人工设计的复杂问题，由机械设备及软件系统替代人工操作，完成数据计算、材料分析、绘图等工作，规避人为因素对产品设计的影响，使产品设计方案更为科学。同时，在完成设计方案后，可利用虚拟仿真技术模拟设计方案的生产过程，设计人员能够直观分析生产过程，明确设计方案存在的不足，实施优化设计，进而提高设计的科学性及可靠性，为后续产品制造生产奠定基础，推动机械设计制造及其自动化的科学化发展。

1.2 实现智能化生产

在机械设计制造及其自动化领域，大部分制造企业建造了自动化产品生产线，初步实现自动化生产。计算机技术的应用，可进一步提高生产自动化水平，实现智能化生产。

在设计环节，行业专家基于计算机技术，研发出多种设计软件，内置多种设计模型，协助设计人员完成产品及零部件设计，使机械设计制造更为便捷、智能。例如，基于3D打印技术，行业专家提供多种三维数字模型，存储于云数据库，设计人员可登录云数据库获取不同材料设计方案与模型，自动完成材料设计。

在制造环节，计算机技术的应用可实现产品制造生产的全过程监控，实时获取设备的运行参数，并进行智能調控，使机械设备具有自愈功能，及时处理机械设备出现的小故障，避免生产线出现大型机械故障，提高产品制造的智能化水平。

1.3 提升综合效益

通过上述分析可知，在机械设计制造及其自动化领域，计算机技术的应用，可提高设计科学性，实现智能化生产，可有效提高机械设计制造的效率，减少制造环节的材料浪费，进而提高制造企业的产品产量，降低产品生产成本，实现降本增效的目的。同时，在科学化设计背景下，设计人员可优化调整设计方案，综合考虑产品加工工艺的经济性、绿色性等要素，降低产品生产的污染与能耗，提高机械设计制造的环保性，从而提升制造企业的综合效益。

2 计算机技术在机械设计制造及其自动化应用实践

基于计算机技术在机械设计制造及其自动化领域的应用重要性，制造企业应提高对计算机技术的重视，根据产品设计、制造特点及要求引进合适的计算机技术，实现设计科学化、生产智能化、提升综合效益等目标。本文结合制造企业生产实践，总结计算机技术的实践应用策略，以供参考。

2.1 数控机床技术的应用

在机械设计制造及其自动化中，数控机床技术是优化自动化生产线的关键，其核心在于数控编程与数控软件。技术人员可利用数控软件进行数控编程，优化设置机械设备的运行流程与参数，提高机械加工制造的精度。以某制造企业为例，数控机床技术的应用包括以下3种。

（1）数控车。在该制造企业的生产实践中，基于数控机床技术，配置与企业产品生产要求相符的数控车床，技术人员参照产品加工图纸，利用CAM软件或数控机床数控系统进行数控编程，合理选择产品生产的刀具，优化设计刀具安装，优化设计刀偏参数，实现IT6级精度及以上回转体工件的生产与加工，提升产品精度与质量。

（2）数控铣。在该制造企业的生产实践中，基于数控机床技术，配置相应的数控铣床作为加工中心，实施产品工件切削加工操作，技术人员参照加工图纸，编制程序指令，控制数控铣床调控刀具参数，完成工件的切削，配置电主轴、直驱马达等硬件设备，以车代磨，切削精度与效率均有所提升。

（3）自动化生产。在该制造企业的生产实践中，技术人员利用数控机床技术，自动完成机械零部件的制造，结合技术图纸要求，设计电路安装流程、液压与气动连接装置，并配置PLC控制系统，自动化完成机械产品的装配，实现智能化生产。

2.2 3D打印技术的应用

3D打印技术是指基于数字模型文件，应用新型材料快速完成物体打印构造的技术。在机械设计制造及其自动化领域，3D打印技术的出现为全面自动化生产的实现提供条件，可用于机械设计制造的全过程。以某汽车制造企业为例，3D打印技术的应用方式及应用效果如下。

（1）设计环节。根据汽车零部件的不同需求，最快可在数小时内完成概念模型的制作，提高产品概念验证的效率，便于设计人员实施优化设计。同时，基于3D打印技术的多元材料选择特点，设计人员在快速设计制作多个工具原型，不断修正设计，合理选择工装夹具，降低错误成本，进而提升生产产能与产品质量。

（2）生产环节。该汽车制造企业利用水溶型内芯、注塑成型等3D打印技术，在短时间内完成小批量工具的生产，提高产品生产效率，缩短产品上市时间，使企业获取更高利润。和传统生产技术相比，3D打印技术使用的材料具备更高的热塑性，零部件性能更强，延长零部件使用寿命，提高产品质量。在该汽车制造企业生产中，3D打印技术的应用使工具开发成本减少约90%，效益显著。

2.3 虚拟仿真技术的应用

在机械设计制造及其自动化领域，虚拟仿真技术的应用相对广泛，通过与其他计算机技术的配合应用，实现自动化、智能化生产目标。在设计环节，虚拟仿真技术通常与数控机床技术配合应用，利用CAM等软件完成设计后，对数控机床系统进行仿真模拟，按照数控机床的实际生产参数，在虚拟环境中配置机械设备，模拟产品设计方案的生产过程，基于虚拟仿真技术的可视化特点，呈现机械产品加工制造的全过程，及时发现设计方案的缺陷，优化调整设计方案，避免后续加工制造环节出现问题，造成材料浪费，影响制造企业产量与效益。

在制造环节，虚拟仿真技术通常与工业机器人技术配合应用，打造机器人生产线，实现智能化生产。以某制造企业为例，在生产线中配置工业机器人，可完成弧焊、点焊、搬运、喷涂等工作。为保障机器人的规范生产，提高各项工序的生产精度与效率，技术人员利用MotoSim EG-VRC软件进行虚拟仿真分析，明确工业机器人的配置要点。细化来说，该制造企业将工业机器人用于点焊焊接工序，技术人员利用MotoSim EG-VRC的虚拟仿真过程，明确工业机器人的接触速度、一次接触压力及生效设定等参数，并优化设计工业机器人的运行程序，同步实现机器人控制与伺服焊枪外部轴控制，高效完成点焊焊接工序。

2.4 计算机辅助技术的应用

在机械设计制造及其自动化领域，计算机辅助技术是指CAD、CAM、3D建模、机电一体化等技术，辅助设计人员与生产人员完成机械设计制造等工作，提高机械设计制造的效率与精度，进而提升制造企业的产能与质量。具体而言，计算机辅助技术是计算机技术在机械设计制造领域的应用基础，是实现机械设计制造自动化的关键，制造企业的技术人员均须掌握计算机辅助技术应用技能。以某制造企业为例，其计算机辅助技术的应用体现在以下2点。

在机械设计环节，设计人员利用计算机辅助设计CAD软件与CAM软件，完成零部件与产品的绘图工作，包括三视图、局部细节图、详细工程图纸等;利用三维打印机、三维扫描仪等设备，进行设计方案的仿真分析，获取产品的装配模型与工艺解决方案，为产品加工制造提供全面资料，发挥机械设计作用。和传统机械设计相比，计算机辅助技术应用后，设计人员的工作量显著减少，且绘图更为精准、细致，有助于零部件与产品质量的提升。

在机械制造环节，该制造企业实施机电一体化生产，技术人员可利用计算机辅助技术，完成气压工程、数控系统构建、数控编程、机器人开发等工作，以此设计、组装、调试自动化生产线，实现智能化生产。同时，在加工制造过程中，设计人员可利用传感器技术，实时观测生產线各个关键节点的运行参数，及时发现自动化生产线存在的故障，避免质量问题的出现。就目前技术发展水平而言，用于机械设计制造行业的计算机辅助技术更为多元，技术人员可引进人工智能技术，通过神经网络、大数据、语音识别等技术，加大机械设计制造智能化发展的广度与深度。

3 结论

综上所述，计算机在机械设计制造及其自动化领域中的应用，可提高设计的科学性，实现智能化生产，提升综合效益，有助于制造行业与企业可持续发展。通过本文的分析，制造企业可在机械设计制造中应用数控机床技术、3D打印技术、虚拟仿真技术及计算机辅助技术，实现发展目标。

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