机械自动化在机械制造中的应用研究

刘鹏 李双成

摘要：机械自动化，就是指在机械制造业中运用现代自动化技术。随着经济的大力发展和社会进程的加快，自动化技术也有了新的发展趋势，在机械设计中发挥了巨大的作用。自动化技术在机械设计中的广泛应用可以说是科学技术不断发展的必然趋势。机械自动化技术的普遍应用以及大力发展，是改造机械制造业的主要手段，也是技术发展的方向。本文在此背景下对自动化技术与机械设计的有效结合进行了研究，对自动化技术在机械设计中的应用进行了详细地探讨。

关键词：自动化技术;机械设计;应用;三维平台;复杂机械系统

引言：机械自动化技术在机械制造业快速发展的今天也有了长足的发展。机械自动化主要指的就是在机械的设计、制造中使用自动化技术，实现机械生产、加工的全自动化，加快加工形成速度和生产材料的流动速度，使得生产过程实现全自动化。机械制造水平的高低，不仅关系到机械制造业自身的发展，同时还对我国的国民经济有着相当重要的影响。作为机械制造重中之重的机械设计就更加重要了。

一、 从创新角度研究自动化技术与机械设计

创新是当今时代的主流，不断提高产品的创新设计能力，不仅关系到企业在经济竞争大环境下的生存发展，还关系到国家的生存与发展。美国工程设计委员会就将创新设计作为优先资助领域，认为创新是企业乃至国家发展进步的关键因素。创新设计是增加就业机会、关系到我国未来企业发展的核心竞争力。快速多变的经济竞争市场和个性化发展趋势也对当今企业的发展提出了挑战。企业必须在经济市场激烈竞争中准确掌握市场动态，具备良好的市场嗅觉能力，以市场需求为导向，能够在第一时间开发出满足市场需求的产品，赢得市场的青睐，进而获得丰厚的利润回报。而在产品开发的过程中，快速创新能力则非常重要，是决定企业生存发展的关键因素，同时快速性和创新性也是二十一世纪工程设计学科的主要发展方向。将创新理念引入机械产品的设计阶段，首先从产品的概念设计阶段着手。产品的概念设计阶段，也被叫做产品的原理方案设计阶段，是运用创新手段的关键环节。从不同的思维角度看待同一问题，得到针对同一问题的不同解，并组成解空间，然后经过比较分析后，选择解空间中那些相对具有创新性和新颖力的产品设计方案，这就是一个较为完整的产品创新设计过程。也只有这样的设计，才是特定生产条件和特定市场需求环境下的最具有创新性和设计感的可行性产品设计方案，才更加适应市场的需求，在经济市场中更加具有竞争价值。因此，机械产品的设计不是仅仅局限于追寻问题的一个最佳解，而在于在特有的物质条件下获得最具有竞争力、创新价值的产品。

机械产品的概念设计是人脑抽象思维和形象思维的综合结果，与人脑的思维能力有关。由于人的创新思维和知识有一定的局限性，创新也不是随时随地都会有的，具有一定的随机性，不能做出非常肯定的保证，在任何给定的时间和给定的条件下都能创造出具有创新性的机械产品设计方案。这就与快速发展的经济市场相脱轨，使得机械产品往往跟不上市场发展、进步的节奏，容易引发企业危机。这使得如何快速地拿出满足市场需求的产品设计成为了现实性的问题，在研究解决这个问题的基础上，人们开始将目光集中于计算机信息技术，经过不断实践后发现，将计算机信息技术引入到机械产品创新设计中能够实现产品的快速创新设计，是唯一可行的一种方法。

二、自动化技术在机械设计中的应用

从机构学的广义角度来说，任何包含控制、机、电等的机电一体化系统都可以看成由控制、机、电组成的广义传动结构和广义传动结构载体。机电一体化系统的创新实质上指的是广义机构的创新。本文在此基础上提出了一种基于三维平台的较为复杂的机械系统创新设计和自动化设计方法。主要围绕机械概念设计方案以及机械概念设计方案的虚拟样机自动表达进行了详细地论述。

复杂机械系统的创新性设计和机械的相对应的自动化系统主要包括能够在产品设计方案中的三维虚拟样机的装配和仿真的自动化建模中加以直接支持，能对形成的较为复杂的机械系统符号进行自动化仿真、装配以及建模。并能够提供2种计算机化方法，且确保这2种计算机化方法能够适应复杂机械创新设计且具有较强的创新设计能力。在此设计中，创新和快速是最关键的因素。

在机械产品概念设计阶段，此基于三维平台的系统提供了2种由计算机进行辅助的产品创新设计方法，第一种就是在设计规则之下的机械产品创新设计;第二种就是在改良机械产品的基础上的功能重组与分解的机械创新设计方法。不管是在设计规则之下的机械产品创新设计，还是在设计规则之下的机械产品创新设计，最终都会采取符号方案的方式加以表示。针对机械产品设计概念阶段的这种采用符号进行表达的产品设计方案，最后都会被自动分解为基本机构以及与其连接关系。针对其中的已经被识别出来的基本机构，采取基本机构运动分析方法对基本机构的内部各个构件加以分析，最终得出基本机构各构件的平面运动数据的相关分析。在这个过程中，为了加快机械产品的研发速度，可以采取面向对象技术设计基本机构的机构设计。基本机构的快速虚拟的建模问题的解决可以通过对三维平台采取数据库驱动、特征控制参数等措施进行2次开发，能够实现选用少量特征来进行控制参数驱动整个基本机构的三维造型设计过程。

按照基本机构之间的相互连接关系以及基本机构的空间占据大小，采取最优布局算法，对每一个基本机构在空间的具体位置加以确定，尽量使得复杂机械系统实现占据空间位置最小，这不仅是工艺美学设计的要求，同时也提高了机械产品的运动刚度，可谓一举两得。运用“后台预置”的装配方式，按照基本机构的运动分析数据以及最终布局结果，在特定的布局空间放置基本机构的三维虚拟模型。与机械概念设计符号方案相对应的复杂机械系统的虚拟样机可以通过驱动构件位置的连续变换来获得。

在机械概念设计阶段获得的符号设计方案能够在一定条件下自动转化为和其相对应的二维虚拟样机，然后再接着进行虚拟仿真。这一过程的设计，就可以实现由机械产品的概念设计阶段的评价直接转化为对虚拟样机阶段的定量的行为评价，进而综合评价机械产品的设计方案，能够在三维虚拟样机的层面上，实现从众多机械产品设计方案中快速选出最具有创新性的性能优秀的产品设计方案。从以上论述中我们可以看到，自动化技术在复杂机械系统设计中的运用，不仅有利于机械产品的创新设计，同时还有效提高了机械产品的研发速度。

结语：

我国机械制造业的发展进程随着经济和科学技术的发展也得到了相应程度的发展，尤其是自动化技术在机械设计中的运用，以国际先进水平为基准，起点较高，包括了各种见效快、较为灵活且成本相对较低的自动化技术。本文从创新角度研究了自动化技术与机械设计，并在此基础上对基于三维平台的较为复杂的机械系统创新设计以及自动化方法进行了详细地论述，希望能给予相关人士一些建设性的意见以及建议。

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