机械设计制造及其自动化的发展方向研究

刘顺堂

（宝鸡中车时代工程机械有限公司，陕西宝鸡 721003）

在机械制造与设计中，最基本的目的就是实现机械生产自动化。在机械自动化生产中，将现代科技融入其中十分重要，把两者结合起来形成一个整体，能够更好地服务于人类。目前，科技发展推动机械制造自动化已成为一个重要趋势，与我国的实际情况及整体发展状况相一致。

1 机械设计制造与自动化的特点

在机械制造中，将各种工艺技术与生产相结合，成为一个全面、统一的自动化生产工艺。从目前的机械设计思想观察发现，要从根本上实现自动化，应当做到实现智能化。在机械设计与自动化的结合中，最基本的就是机械性能，任何一种产品，都会对性能产生一定的影响。为使机械制造中实现自动化，必须注重机械的功能作用，详细地提出对机械的需求，并将其与目标功能相联系，从而实现自动化。在现代科技不断发展的今天，必须将机械的主要功能特性与之相联系，实现机械制造自动化。在进行系统的整体设计时，应将其与机电一体化相融合，并着重于关键技术的研发[1]。

2 机械设计自动化的设计原则

在机械设计中，必须遵守客观规律，按照项目双方的原则进行规划。机械设计自动化涉及范围非常广泛，需要各个方面之间的协调配合，所以它的第一要务就是协调，要将机械设计自动化视为一个部分，让它与其它的系统融为一体。机械设计与制造不但可以与自动化技术相结合，极大地降低了人力，使资源得到有效的利用，而且可以推动我国各行各业的发展，机械设计制造自动化已被越来越多地应用在各个地方，并呈现出一种多样化的趋势[2]。机械自动化系统必须具有对输入的物质、能量和信息进行某种处理，从而输出具有所需特性的物质、能量、信息的功能。如图1所示。

图1 机械自动化系统功能示意图

3 机械自动化发展具有的优势

3.1 提升了工作效率与工作质量

机械自动化的最大优点在于它具有较高的处理效率和自动控制。在实现机械自动化制造的过程中，采用许多新技术，不仅使设备实现了自动化，而且也使智能得以实现。机械自动化不仅可以大大提升工作效率，节省大量的人工费用，而且还可以保证产品的品质。所以，利用机械自动化可以提高机械制造率，例如利用CNC 设备实现对整个制造流程监控，并能对员工进行合理的分配，从而实现机械的数量和人员的分配达到最佳配比[3]。

3.2 机械自动化具有更高的安全性与可靠性

在机械自动化制造中，当发生故障时，能够自动地解决问题，并能及时地制定相应的防护措施，使整个制造流程按照实际状况得到完全的保证。将一些人性化的设计融入到机械的自动化制造中，这也是自动化制造的智能化表现，在机械自动化的过程中，要做到故障诊断、处理、保护等各个环节的自动化，尽可能地减少运用人力工作，并将故障的几率降到最低。同时，机械自动化制造具有很高的灵敏度，因此在实际的制造过程中，要保证它的安全和稳定。

3.3 自动化机械操作更加简便

在机械自动化流程中，要根据整个控制系统的功能，对其工作模式进行优化与改善，而无需改变零件，仅需对其在程序方面进行相应修改，并可根据不同的控制程式，进行自动操作。由于工序的差异，产品的加工方式也不相同，所以要有很好的自动化检测能力，能够发现问题，并能对整个制造流程进行及时的防护。在自动化制造中，由于采用程序控制方法，使得整个制造过程更加高效、便捷，从而可以简化制造工艺，并对各种工艺进行调整和优化，从本质上达成自动化[4]。

3.4 机械自动化具有更为广阔的适用范围

要使机械实现自动化制造，应当将使用过程中所涉及到各种技术有机地结合起来，使各种技术得以最大限度地体现。机械自动化控制，调节，保护等功能能够得到相互补充，提高整体稳定性。根据使用人员要求进行归纳时，要将其与具体功能相联系，以达到自动化的目的[5]。

4 机械设计制造及其自动化的发展方向

4.1 机械设计的发展方向分析

在进行机械设计时，按其发展潜能进行分类，远程遥控是一个重要的发展趋势。目前，在国内远程设计还处在初级发展的时期，其发展既是多个领域的结合，又是多个领域的综合发展，涵盖的内容非常广泛。在进行设计时候，要根据自身的发展趋势来建立产品模式，并对产品进行持续的优化与完善。随着电脑技术的飞速发展，我们必须加大对自动化的研发力度，充实和改进现有的设计资源，在现有的互联网系统中进行相应设计，及时地处理各种问题，提高工作质量，减少设计投资。所以，在进行机械设计的时候，必须从设计成本、工作效率和时间效率等方面找出合理的发展思路[6]。

4.2 机械制造技术的发展方向

4.2.1 网络发展趋势分析

在现代科学技术发展的今天，我们必须充分运用互联网技术，通过互联网，在任何时候，任何地点，对产品制造、材料选择、市场开发等问题进行解决。随着计算机技术的不断发展，信息化程度不断提高，机械制造技术也不断向方便、高效的方向迈进。

4.2.2 自动化的发展趋势

机械制造自动化是一个不可避免的发展趋势，在进行自动化技术的探索时，必须根据发展的需要，选择系统、集成、人机一体化等各种技术，所以，实现机械自动化是未来发展的主要方向。我们要立足于现实，从基础上提高和发展机械制造技术，为发展机械制造和自动化打下坚实的基础[7]。

4.2.3 绿色环保的发展趋势

环保观念日益根植于人们心中，我们在发展机械工艺时，必须重视环保。所以在进行机械制造时，应从原料选择、制作过程中尽量做到环保，尽量降低污染。

4.2.4 智能化

当前无论是设计还是制造，都已经实现自动化。在机械制造中，实现自动化，可以减少人为误差，使产品品质得到改善，从而使总体工作效率得到提升。在过去，机械制造不能完全实现全流程的自动化，在某些制造工艺中由于过程较为复杂，必须要求手工完成。目前，自动化技术已进入设计流程中，通过CIMS、CAD 等技术，能够实现更加精密的模型与运算，并能通过模拟试验等。机械自动化不仅不会造成物料的损耗，而且还能节约大量时间。机械制造及自动化技术在机械设计领域中得到了广泛的运用。大数据技术、挖掘技术、精密算法等智能技术不断延伸，为我国的机械制造自动化行业开辟了更加广阔的发展空间。

如今，随着机械制造业与自动化技术的发展，人工智能与电脑技术都或多或少地渗入到了这一领域。比如，技术工作者在建立机械制造自动化的架构时，必须依靠智能化的作业程序来支撑。

实现信息全面控制，系统整体运行。中央处理系统是为保证各个机械在整个体系中的正常运行。自动化机械也能对工作方式进行优化和调节。当前的机械制造是以控制理论为基础，结合人工智能、心理学和力学等相关的知识进行智能仿真。在下达命令时，电脑是模仿人的思维和行为，并把它们传递到机器人或者机械手臂上。自动化和智能化在许多行业中得到应用，能够减少制造费用，取代人工，具有很大的发展空间。而“私人定制”也在日益流行，为智能化的发展打下坚实的基础，能够按照客户的需求来决定加工过程和原料，从而使客户得到满足。通过这种智能化的产品，可以将生成的数据收集、整理、发送到工厂，从而掌握其在实际应用中的运作状况，为资料与工作协作服务打下良好的基础[8]。

4.2.5 虚拟化方向

虚拟技术是机械设计与自动化的重要组成部分，其中包含各种自动化、电脑等技术，能够推动机械制造业的虚拟方向发展。在机械设计与制造自动化发展中，制造与加工场所不再限于工厂内，更多的依靠于网络作业与远程操控。技术人员可以在电脑上建立一个类似于制造现场的虚拟现实空间，在虚拟现实中，工作人员利用电脑上的数据，对虚拟现实中的仪器进行测试和操作，从而减少仪器的运行风险。虚拟技术已经成为当前的研究热点。

4.2.6 机电一体化方向

所谓的“机电一体化”，就是把“机械制造”和“电子信息技术”结合起来。当前，机电一体化技术已在工业制造和加工中得到普遍、稳定的运用，其实际的制造效果和质量均达到要求，大大减少产品的加工周期，节省大量的时间和空间，使机械制造效益得以提升。因此，机电一体化不但可以在当今的制造业中得到广泛的运用，而且也成为了当今的机械设计制造和自动化发展趋势。

4.2.7 数字化方向

在传统的机械设计制造中，仅仅依靠大量的手工操作，通过大量的试验来获得数据，精度并不高。而现代化的机械设计与制造，就是将制造要求与实际使用情况进行数字化的统计与处理，以数字方式导入到自动化制造系统中，利用计算机技术进行操作，就可以制作出高精密产品与设计图。在机械制造初期，通过对产品的全面、完整的分析，可以为产品的整体性能提供技术支撑。

4.2.8 模块化

目前由于机械自动化的产物多种多样，接口类型繁多且错综复杂。因此，必须加强对机械设计和制造的严格要求。在机械设计与制造中，不仅要保证其结构的模块化，而且要使其达到最初的设计需求。这样一来，机械的产量就会大幅度提升，而且还会节省大量的人力物力。现在许多企业都把模块化技术运用到了工业领域，效果显著，特别是电器产品，采用模块化技术，效果更显著。但是，完全应用一个模块化程序非常困难。一个不正确的应用程序会带来严重消极影响。所以，要把机械自动化制造的实际情况与模块化相融合，才能使机械的设计与自动化得到更广泛的应用。

5 结束语

综上所述，由于科学技术的发展，机械制造已经变得更加自动化，所以，机械设计制造自动化已经成为各国争夺的宝物，而在世界范围内，机械制造与设计自动化至关重要，国内的机械设计与自动化技术起点相对较晚，但是由于其发展速度快，已经在业内占有一席之地。在机械工业迅速发展的今天，各种类型的机械制造技术的普及和运用给机械设计制造与自动化带来发展机会，而这种发展趋势又与电子自动化紧密结合，促进了国内工业技术的创新，为国内的机械设计制造自动化的发展奠定了坚实的基础。