自动化技术在机械设计中的应用

2022-08-23哈尔滨华德学院苏军

数字技术与应用 2022年8期

哈尔滨华德学院苏军

在工业2.0背景下，我国有中国制造向中国创造转型，新技术、新方法、新材料、新手段在现代工业中的应用，促进了我国现代工业的发展。自动化技术在机械设计中的应用对促进机械设计的更新起到技术支持作用，对机械相关企业的发展起到促进作用。基于此，本文探讨了机械自动化设计制造，分析了机械设计中自动化设计应用优势，研究了自动化技术在机械设计中的应用，希望为研究机械设计的学者提供理论参考依据。

机械化作为工业生产中的重要环节，利用机械化生产设备替代传统人工，极大提高生产效率，降低企业的运营成本，且伴随着先进科学技术的不断更新与完善，机械生产制造行业逐渐贴向于自动化与智能化方向，以强大的技术资源、经济资源作为支撑点，助力工业产业的转型。从基层工业生产企业来讲，机械自动化技术的实现，是其在机械行业中的一个竞争点，在精密化、智能化的调控之下，保证机械设计及其制造工艺的实现是符合企业发展规律的。

1 机械自动化设计制造概述

机械设计自动化的实现时，借助计算机设备以及集成系统，完成对整个机械生产的自主调试。从现有的机械生产工业讲，高精尖的发展模式，已经将传统的机械设计真正带入到智能化的控制模式中，通过理论设计与实践生产之间的精准对接，强化机械设计及其生产效能。其实我们从机械生产发展规律来讲，总线化控制转变为网络化控制、集成化控制，则是系统驱动中的变革点，期间机械设计自动化的实现将自动化理念融合到框架式的机械生产模式之内，利用生产驱动及其调节措施，转变既定生产工艺的，这样无论是在基础环节还是在大体量的生产环节，均可为各项机械操控点提供详细的数据支撑，令整个生产环节更加具体化与规范化，提高工业产业的生产实力。

2 机械设计中自动化设计应用优势

传统的机械设计方式不适合现代机械企业发展的需要，在现代工业发展的进程中，自动化技术在机械设计中的应用对提升机械设计的质量起到重要作用，同时也为现代企业的发展起到促进作用。在机械设计环节中，自动化技术的应用主要是通过自动控制功能，完成对机械设计及生产的关联处理，其起到的优势如下。

2.1 提高机械领域生产效率

机械设计及其生产制造方面的机械生产控制效能是与其前期准备工作相关联的，例如，在机械设计层面中，需要综合分析产品质量以及零部件在生产加工中可能造成的影响因素，令不同设计参数之间的匹配是符合零部件生产需求的，增强其生产效率及生产质量。但是前期所需要的准备时间较长，如果存在设计延误问题的话，将加大实际耗能。在自动化技术的应用下，可提供自主生产平台，利用控制功能对前期机械设计文件进行自主化确定，如图1所示，为自动化生产线的具体流程，不同模块驱动处理下，增强机械设计的联动性，提高生产效率。

图1 自动化生产线流程Fig.1 Automated production line process

2.2 节约设计资源费用

机械设计具有复杂性与综合性，前期耗用的资源相对较多，特别是对部分零部件复杂区域来讲，需深度分析不同加工形式可能产生的干预问题，结合高精密的算法提高设计的规范性。自动化技术的应用在一定程度上简化设计流程，通过不同区域以及模块的生产，进行规划处理，整个资源集中属性最大程度节约前期成本耗用。

2.3 完善设备工况

自动化技术驱动形式作为主控系统下的智能协控模块，具体驱动中，可按照不同场景完成数据信息的匹配处理。技术机制作为驱动点，可以充分体现机械生产设备的工艺性。机械设备运行中自动化技术也可实现与终端集控参数为核心的自主化调整，例如，设备参数或设备在生产过程中外界信息的反馈参数等，对于设计人员来讲，可通过一系列的数据反馈，分析不同区位下数据信息的集成结果以及设计参数在实践过程中所产生的生产效果，为后期设计工作的开展提供数据支撑。

3 自动化技术在机械设计中的应用

3.1 集成化应用

自动化在机械设计体系中的应用，通过集成系统完成对不同驱动部件的整合化处理，其类似于传统总线控制机制，只是在控制过程中通过网络系统完成对不同模块终端的分化处理，整个处理过程中以数据双向反馈信息为核心，经由主平台界定，从不同驱动部件产生的实际生产关系作为驱动指令，在制造系统的主协调功能下，按照既定设计模式进行生产与规划处理，且不同模块终端之间匹配机制是存在协调性与互补性的，这样在机械设计与生产过程中，整项生产体系是按照前期图纸文件进行智能化调配处理的。计算机系统运行过程中，以离散性的驱动机制，将生产系统与设计系统进行关联，设计形式不再局限于传统图纸文件或者是计算机软件之中，而是通过一体化的生产机制在不同模块或者是市场中进行数据采集与比对，最终按照既定的驱动形式对各类零部件进行分析与处理，且整个过程的复杂性可以通过计算机强大的处理功能进行解析，无需人员进行计算处理，此过程简化实际操控流程。以机械式立体停车设备车盘边梁设计与制造为例，在自动化技术的支撑下，通过集成系统可对控制程序进行关联处理，在不同驱动终端中，例如，切割床以及自动夹具，可按照既定工序进行逻辑性的操作，且生产过程具有衔接性，保证前期机械设计与生产切割形成精准对接，提高生产质量。

3.2 数控化应用

从现有的机械设计与生产制造行业讲，通过计算机集成系统可对各类数据信息进行自主调控处理，例如，自动化编程、自动化制造等，每一类技术体系的实现，均是在既有设计体系之中完成数据信息的调控与仿真处理，此类仿真模型则是通过数据信息对当前驱动产品构设整项设计参数，在产品的最终模拟属性的界定下，综合分析多位参数，后期在产品设计以及参数界定过程中，可通过相对应的参数进行自主调控处理，保证加工生产的精确性。期间，自动化技术支撑下的数控化操作功能，体现在既有驱动模式之上，利用原有的编程系统或自动驱控软件，将主系统与终端机构相对接，有效降低人们的操作压力。

例如，三轴铣床中，通过数控系统在既定的机械设计及生产制造中进行自主编程处理，且整个自动化的生产模式可按照外界环境的变化进行相对应的变更。在更换刀具以及更换装夹方式时，均可以通过数控编程进行批量化的操作，在后期实际生产期间，换刀以及装夹形式的更改，无需人工进行操作，便可以由内部主控系统进行协调性的分配。除此之外，在实际生产设计期间，通过控制模块、编程模块、数控模块的多维分析，在主驱动指令的前提下进行多维分析与处理，即便是在输入不同数据参数时，数控机床本身的驱动模式也可以随时进行改变，保证生产加工的持续性。

3.3 柔性化应用

机械设计生产具有综合性特点，设计环节与生产制造环节应具有较高的衔接性，确保每一项数据信息凸显生产功能时，可按照既定程序进行一体化生产与加工，体现工艺生产的柔性化。传统机械设计及其制造，是按照固定的程序执行机械化操作，部分方面无法实现预期化操作，严重情况下，可能导致机械生产制造脱节的问题。自动化技术在机械设计柔性化方面的应用，将各项操作环节相关联，不同控制模块下，按照既定程序功能进行自动匹配处理，深度增强设计与生产之间的衔接性，在后期操作过程中，外界反馈信息则成为系统柔性化操作的一个基准数值，提高机械生产质量。

此外，机械设计及生产制造系统中，需要操作部件相关联，才可强化系统衔接效能，例如，伺服系统、联锁系统等，在综合控制体系中，需要不同环节之间的联合驱动，保证系统执行精度。PLC控制功能的实现，经过终端集成功能，确保不同驱动场景下，系统功能实现的独立性与交互性，即为在主系统操作模式下，各个分化模块是独立执行系统主驱动指令的，但是在主系统的控制下，也可将不同模块相关联，保证系统驱动的连贯性，人们在操作机械设备时，借助集成系统，更为充分了解到系统运行参数，为后期生产工作提供数据支撑。从系统驱动看，自动化技术的应用，可有效解决信息传输不对称的问题，在自动、可调控功能的支撑下，内部数据信息呈现效果是符合系统集成操作需求的，不同驱动场景下，功能界定与相关操作服务则成为系统故障的规避载体，即为不同操作环境下，自动化技术可为系统运行提供检索功能，一旦机械生产环节出现故障或数据表述异常的话，则自动化技术可起到智能调控作用，将系统操作顺序恢复到正常运行状态。以钢框架生产制造为例，基于自动化技术实现的柔性化操作，可运用到各项生产适配环节，将钢材切割、钻孔、焊接等进行关联，以前期图纸文件为核心点，保证系统运行参数下，钢框架生产的连续性与精准性。

3.4 智能化应用

智能化作为机械设计领域的主要发展方向，在工业发展规律、技术工艺的导向下，机械设计及其制造生产也应朝着智能化方向转变，提高企业的核心竞争力。从系统呈现功能看，不同设计与制造场景下，相关驱动组件的关联布设，可增强系统运行精度，且通过网络化控制，可提高操控系统的关联性。例如，建设物联网操作系统，将机械设计与生产制造中的各项载体进行关联，保证物联网驱动场景下，数据网络可按照不同驱动模式进行匹配设定，且智能操控体系下，网络智联模式，可增强系统处理效能。基于自动化技术实现的智能化运行体系，则是在主集成系统的驱动下，按照不同驱动部件功能进行模块处理，结合群控载体，分析机械设计与生产之间呈现的诉求点，利用网络平台，制定生产信息。例如，自适应平台中，数据呈现功能是按照不同驱动指标进行控制实现的，且系统运行需结合前端数据调控功能自主分配处理，提高后期数据驱动精准性。同时，在互联场景下，自驱动模式可按照既定设计功能实现数据匹配，增强产品制造精度。

3.5 组装化应用

自动化技术在机械设计体系中的实现，最重要特性是利用其既有的驱动功能将不同载体进行关联，且数据处理过程、核对功能等，是按照既定场景或数据参数进行匹配对接的，增强数据处理效能。基于自动化技术实现的组装化应用，则是指机械设计与生产体系中，不同结构的装配形式，可按照前期设定的信息进行自主可调控处理，例如，汽车生产中的精密切削技术，可通过自动化体系进行数据反馈与测定分析，降低系统操作过程中的误差问题。此外，在汽车流水线生产体系中，传统人工操作将消耗大量人力资源，且容易出现装配误差问题，在自动化技术的应用下，按照既定生产规格设定参数，便可完成一体匹配处理，增强机械生产能力。