我国机械设计制造及其自动化发展方向探析

胡琴

摘要：日新月异的科学技术带动着生产生活各个领域的发展，其中机械制造领域在科学技术更迭的基础上发生了多次行业变革。特别是互联网信息技术的兴起，极大程度地改变了机械设计制造模式。智能制造、自动化生产模式的应用不仅解放了人力，还大幅提升了设计生产效率。机械设计制造及其自动化成为当前社会生产领域中的重要一环，本文以机械设计制造及其自动化为研究对象，详细分析该学科技术的特征属性和独有优势，总结应用规律，以此为基础探究其未来发展方向和趋势，旨在促进机械制造行业进一步发展。

关键词：机械设计制造及其自动化;应用特征;发展方向

社会经济的发展和人民生活水平的提升，对现代工业的生产效率和质量提出了更高的要求，随着科学技术的不断进步，现代工业逐渐实现了机械设计制造自动化。机械自动化是跨学科的综合性新兴技术，其原理是基于计算机技术、互联网技术、信息技术、机械技术、电气技术、测控技术等众多学科，借助自动控制系统完成对机械设备和部件的精确控制。机械自动化相比传统制造模式，不仅提升了制造质量同一性，还大幅提升了生产效率和生产能力，与社会经济对现代工业生产的要求相匹配，是推动现代工业快速进步和发展的主要动力。历经多年发展，机械自动化发展趋于成熟，仅在部分问题上存在一定不足，几年随人工智能等技术的出现，机械自动化技术又迎来崭新的发展和应用。

一、我国机械设计制造及其自动化特性

（一）系统性

机械设计制造及其自动化在不断发展中形成完备的工程体系，在体系框架下获得长足发展，不断更新迭代相关技术。例如，包括信息技术、控制技术、传感技术等时下研发应用热点，作为辅助控制环节在系统内保障其运行稳定性，同时得到检验和发展，高新技术的应用也展现了机械设计制造及其自动化当下发展水平。系统内机械原型设计、生产设备制造及工艺加工等多个环节应用进程中，众多技术价值得到充分展现，促进了技术组织管理体系的完善。

（二）综合性

机械设计制造及其自动化最显著的特性是综合性，纵观其发展历程可见，其不但涉及工业产品的多学科设计与制造体系，而且会涉及经济社会发展与行业竞争等问题。例如，发展迅猛、应用广泛的机械制造及其自动化项目，必然被用于与相关企业的近似项目以优胜劣汰的准则相比较，改变现存行业体系。当然这样的正向对比利大于弊，有助于充分发挥机械设计制造及其自动化的价值，还能促进国家科技进步和综合国力提升。另外，综合性还促进了其他领域和所涉及学科的发展，在追求效益和进步的过程中，不断优化现有技术和工业制造体系。

（三）科学性

机械设计制造业是由多类学科、多种技术有机结合而成的，各个环节科学联通、协同作用。一项技术的投入应用都需要经过科学设计后与现有体系相匹配，满足规范合理性技术要求，才能对系统提升具备有益效果，增进机械设备系统使用价值和生产效能，拓展机械行业发展空间。

（四）智能性

智能性是机械设计制造及其自动化另一重要特性，当前智能性逐渐渗透至众多领域。人工智能和智能制造的引入促进了机械设计制造行业的进一步发展，整合人工智能技术在机械制造中能够充分发挥机械优势并提升制造效率。多类学科的设计理念和技术基础在现代工业领域智能结合，优化了机械设计制造体系框架，最终实现生产质量和效率的大幅提升。

（五）前沿性

由于机械设计制造及其自动化是跨学科、包容性强的技术，新兴技术往往能够快速应用于机械设计制造行业，经过改良组合，优化机械设计制造系统某一特性，在提升生产效率的基础上，同时满足时代流行的机械设计制造习惯。

二、机械设计制造及其自动化的应用优势

（一）保障生产过程安全

安全问题是机械设计制造及其自动化技术应用进程中所考虑的关键问题之一，涉及机械设备安全和人员安全及产品质量安全。中国机械制造发展至今，机械设备操作相关事故频发，造成了巨大的人身伤害和财产损失。缺少先进技术支撑的情况下，为保障机械设备正常运作，往往需要更多的人力干预生产制造过程，增加了安全预防难度和人身安全风险。但是在机械设计制造过程中引入更多先进技术，逐渐实现生产制造自动化，构建完备系统性生产体系，优化机械设备运行过程，逐步降低设备运行安全和人员安全威胁。当前，部分机械制造系统能够实现实时监测，面对设备和人员突发安全事故能自动锁止，提升机械设计制造及其自动化生产效率和生产安全。

（二）实现生产节能发展

机械设计制造及其自动化是现代化生产的重要基础作，其本质是生产资本的转化过程，在原材料设计加工过程中会产生大量废料、废气，排污到周边环境中易导致生态环境失衡。具体的，工业废水若不经处理，将严重污染流经产地的水流，破坏水质。工业废弃物不论是堆放还是掩埋，均会一定程度上污染土质，影响农作物或其他植被正常生长。鉴于此，对机械设计制造及其自动化技术提出了更高的优化要求，自动化程度高的机械设计制造过程往往具备较高的原材料利用率和排污处理能力，有效减免资源浪费，进一步保护生产制造地的生态环境，符合生产节能的工业规律。

（三）有效提升生产效率

生产制造系统的自动化程度是衡量机械设计制造及其自動化技术的应用程度和发展水平的标准。传统生产制造模式严重依赖于人力判断和操控，人工干预程度高，所输出产品受人工选择影响，不可避免的存在质量同一性差的问题。应用先进的机械设计制造及其自动化技术到工业生产中，可以凭借其自动化监测和控制技术，精确预测或处理生产的各个环节，保障了生产环节的稳定性、高效率及安全性。自动化生产避免了人工选择的误差，能够稳定地以预先设置自动化执行生产，实现产品规模化制造，同时满足产品设计质量要求和生产进度规划。

三、我国机械设计制造及其自动化的发展方向分析

（一）机电一体化

机械设计制造自动化是电子通信技术和机械制造相结合的产物，电子信息通信设备的引入，实现了机械设计制造监测、反馈、预测、控制等功能，形成工业自动化体系。当下，机电一体化已经广泛应用于工业生产制造的各个环节中，在满足生产标准的前提下提升了生产效率，极大程度地压缩了设计制造时间，增进了生产效益，为产品设计和制造技术革新提供了上升空间。因此，机电一体化不但已经在当前的工业生产活动中取得了显著成绩，还将是机械设计制造及其自动化未来发展的主要趋势。

（二）数字化方向

落后的工业设计制造模式往往依赖人工信息采集和计算设计，所设计样品需要经历繁杂实验验证，产品精度也难以把握。而借助数字化手段，能够以数据统计分析的形式将制造需求和应用情况有机结合起来，简化了信息采集和实验测试流程。同时，数字化手段能够以给定规则自主完成产品设计和制造优化，实现对制造系统和产品质量的评估，保障了产品高精度制造。数字化还便于完成多制造设备和产品的综合分析，分析报告是产品和制造技术进一步革新的重要基础。

（三）虚拟化

当前，在机械设计制造进程中，工程图仍是体现设计思想、指导产品生产的重要工具。设计人员在工程图内描述产品特点和产品功能，通过生产实践不断迭代直至满足设计要求和生产能力才能正式投入量产，设计生产周期冗长。即使在现存众多计算机辅助设计和计算机辅助工程技术的支撑下，产品从设计到投入生产也需要经历低效率的验证和监测环节，不仅消耗大量人力和生产资源，还难以保障产品质量。随着科学技术的进步和不断发展，产品设计到投入生产的过程有望实现虚拟化，借助监测控制设备或其他计算手段，仅需要输入少量边界参数和产品标准参数，便能实现产品的虚拟设计和产品虚拟验证环节。而现有实验反馈于设计的迭代过程也能虚拟地在自动化设计制造系统内自主完成，有效提升设计验证和设计变现效率，节约时间和资源成本。

（四）产品网络化、微型化发展

互联网信息技术已经渗透到眾多社会生活生产活动中，带来了翻天覆地的变化。在这样的时代背景下，机械设计制造行业也需紧跟潮流，在工业生产系统内不断引入互联网信息技术，在经济全球化的环境下，提升国家工业核心竞争力。产品网络化不仅代表着互联网技术的应用，也表现为产品制造标准、销售流通的国际化。同时，由于科学技术的进步，允许集成多重功能于一身，微纳米技术的进步带动着机械设计制造产品向微型化方向发展。

（五）环保化

过去为满足人们生活需求的增长，大肆发展工业生产，过渡追求生产效率，随之而来的是生态环境遭到严重威胁，甚至威胁人类生命财产安全，对人们的生活质量带来负面影响。鉴于此，要求机械设计及其自动化未来要朝着低污染、无污染方向发展。基于无污染生产标准，优化机械设计制造各环节的材料利用情况和污染物净化处理能力，严格控制工业生产过程中对生态环境的影响，进一步改善人们生产生活的环境。

四、结语

机械设计制造及其自动化技术是优化当前工业体系、提升生产效率的重要基础。在互联网新技术的推动下，工业生产自动化水平不断提升，为进一步提升工业生产效率、保障设备人员安全及维护生态环境，械设计制造及其自动化呈现出向机电一体化、智能化、数字化、虚拟化、网络化以及无污染化等方向发展。

参考文献

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[2]张鹏等.浅谈我国机械自动化发展现状与前景[J].南方农机，2019，50（09），120.

基金项目：2020年湖南省教育厅科学研究项目“兆瓦级风力发电机组齿轮箱低温启动技术研究”（编号20C1226）。