探析机电产品计算机辅助一体化设计技术

2022-01-01杨宏

科教导刊·电子版 2021年29期

杨宏

（武汉铁路职业技术学院湖北·武汉 430205）

0 引言

在当前工厂制造设备与工程建设机械的设计领域，机电一体化设计为设备和技术的发展提供了新的思路，将机械工程和电子工程的理论结合起来，实现设备自动化运行的设计理念。随着机电一体化技术的不断改革与发展，为我国各项生产、建设技术的提高提供了良好的技术支撑。在这项技术的发展过程中，计算机辅助技术的应用更是将一体化设计所带来的价值抬上提到了新的高度。因此，今后的产业研究中，对一体化技术中的计算机辅助技术开展研究，具有非常大的实践意义。

1 机电产品计算机辅助一体化设计技术综述

1.1 机电一体化技术发展概况

机械电子产品是现代化机械工程和信息工程飞速发展的产物，是满足人们生产、生活需要的高端科技产品。机电一体化设计是当今科技领域的开拓性课题，也是世界各国积极研究的高端科学领域。伴随着电子工程技术的更新迭代，传统的机械设计理念和方法已经难以满足人们的需求，使得机电产品的发展已经达到了一个瓶颈阶段。而计算机辅助技术的应用和发展为机电产品设计开拓了新的方向，使得机电一体化设计成为可能，也为机电一体化提供了广阔的发展空间。

1.2 机电一体化的实质和特点

机电设备运行时，其本质主要是通过计算机来实现对各种机械零部件的控制，从而实现对设备的全面控制。从另一个角度来看，计算机辅助技术、机电一体化的融合实际上就是将各种形式的信息进行融合、交流的过程。这种信息融合主要是对信息执行特定的操作，发挥其各种功能。在执行操作时，要对信息数据的来源以及传输通道上进行匹配，这就需要建立信息传输系统。信息传输系统依赖于传感器、接口以及驱动程序，传输系统将收集到的各种信息转换为电信号，然后通过其他系统进行储存或者运算，并经由传输系统将电信号输出至制定的机电设备端，由其执行相应的机械操作。随着IT的发展，计算机辅助技术被越来越多的应用于机电设备。目前，计算机辅助技术在机电一体化中的发展已较为综合、全面，在生产过程中主要作为机电设备运行的控制技术而存在。

机电一体化技术的推广与应用，主要得益于其在企业发展过程中的应用特点与优势。所以，在研究机电一体化技术时，可以从如下特点来入手：（1）机电一体化技术能提供很高的安全性。相对于其它落后技术，机电一体化技术在故障监测和诊断方面更具有优势。当设备在运行过程中出现断电或其它错误时，可以实现自动断电，对机电设备进行较好的保护，避免设备安全故障所引发的人身财产安全问题。（2）在操作模式上，如今，机电设备变得更易掌控，所需要的专业化程度较低，更显人性化。随着相关技术的发展，人们只需较少的步骤就可以实现掌握大型机电设备，操作简洁，也使得对相关操作人员的培训更简单、快捷。（3）机电一体化技术的生产效率很高，科学技术是第一生产力，因现在所用的设备和技术非常先进，其性能遥遥领先于其它传统设备。并且，机电一体化系统能够以自动化程序来确保实际的生产过程符合生产标准，这就保证了在高工作效率的情况下，工作质量也有更进一步的提升。

2 计算机辅助技术在机电一体化设计中的应用

2.1 辅助设计技术的应用

计算机辅助设计（CAD）技术的开发是机电一体化设计中不可缺少的技术支撑内容。即在工程和产品的设计阶段，设计人员利用计算机进行计算、比较与分析，绘图、模型制作，信息管理与储存等工作。在实践研究中，它包括狭义和广义两个层面的含义。在狭义层面，CAD主要侧重于在图形和模型设计软件的应用，包括软件开发、服装设计、建筑设计等独立的设计过程。在广义层面上的CAD除了平面、模型的设计之外，还包括设计过程中的辅助功能；例如设计资料、图纸的制作、检索、计算与分析、修改等管理性工作，一体化设计方案的规划，建筑工程过程的管理等。

2.2 辅助制造技术的应用

辅助制造技术（CAM）指在制造业中，利用计算机通过各种信息、数值来控制生产、加工机床和设备，实现全自动的制造过程。作为CAD的制造技术支撑的CAM，能够保证在机电一体化的设计与制造过程中的自动化和信息化水平。比如，在机电设备生产中，技术人员将计算机智能系统应用于产品设计与制造，使一体化设备在制造过程中实现生产、安装和测试等过程的自动控制。实际的研究表明，在机电一体化设计中采用这种辅助制造技术，可以显著提升企业产品质量，提升生产效率，降低管理成本。

2.3 辅助工艺设计技术的应用

计算机辅助工艺设计（CAPP）是设计环节的重要组成部分。在设计过程中，工艺设计主要是关于制造过程的工艺、技术等进行管理、优化以及合理配置。CAPP就是完成产品设计信息向制造信息传递的过程，通过计算机系统对生产规划以及实际的生产情况进行工艺分析，合理地配置原材料、生产设备、工艺顺序等生产工艺方面的因素，在达到技术指标的前提下，实现工艺效益的最大化。在实际生产过程中，CAPP的应用对于提高机电一体化设备的生产效率和质量具有非常重要的意义。

3 一体化设计集成系统应用

3.1 计算机集成制造系统

在一体化机电设备设计中，计算机集成制造系统（CIMS）也是计算机辅助技术的主要应用。CIMS即综合利用三种辅助技术的优势，将辅助设计、辅助制造以及辅助工艺设计技术有机地结合起来，形成适用于多品种、大规模或小批量产品生产的智能化制造系统，保证了一体化设计的技术含量。

3.2 柔性制造系统

柔性制造系统是当前一体化设计集成系统技术发展的一大趋势。这一计算机辅助技术的应用对促进集成制造系统的灵活性和智能化程度的提升起着重要作用。其主要原因在于柔性制造系统就是利用信息化分析处理技术，来处理各种设备生产过程中的实际信息与数据，掌握生产过程中的各项柔性因素，提升柔性系数，实现初步的智能化生产。在生产设备和技术更细迭代较快的高新制造业，如电子产品等，通过采用柔性制造系统，可使生产线能尽快完成工业革新与技术转换等工作，提高生产的效率。

3.3 柔性集成制造系统

在一体化设计领域，技术人员常常将集成系统与柔性制造系统相结合来发展自动化生产设备的控制技术，完成计算机辅助一体化生产系统的开发、研究与应用，实现从产品设计、制造到成型全过程的信息化，充分发挥计算机辅助技术的优势。

4 机电产品计算机辅助一体化技术设计的发展趋势

4.1 高度集成化、智能化

随着科技的发展，机电一体化的集成程度将会不断提升。实际上，集成化本是指计算机辅助技术、机械工程、电子工程、电气设备管理等领域相互融合、统一，充分利用各领域的优势，实现管理生产过程中的生产、加工、装配、包装、检验等环节的集成化与标准化，降低生产成本，提高产品质量。在计算机信息技术越来越发达的今天，5G、超大规模集成电路等技术均已用在机电一体化领域，实现更全面、更精细、更高效的生产过程管理。

4.2 智能化

智能化是计算机辅助一体化技术发展的必然趋势。通过开发人工智能（AI）技术，AI技术与机电控制系统相结合，赋予机电设备类人脑的能力，使其具有人类思维，能够通过大数据进行学习，进行独立判断和自主选择。随着AI软件系统和智能机器人等AI技术的不断发展，智能化生产将会全面取代传统人工操作的生产模式，全面解放生产力。