自动化技术在机械设计中的应用探析

2023-01-19殷晓伟

科学与信息化 2022年6期

殷晓伟

中航工程集成设备有限公司北京 102206

引言

经济的发展和时代的进步使得机械设计制造及自动化技术成为制造业发展的组成部分，现代社会人们对生产生活物质的需求不断增加，而高科技的机械设计制造及自动化技术发展，成为提高人们生活水平、实现现代化建设的重要途径。在这种情况下，认真研究机械设计制造及自动化发展方向，稳步推进制造业的不断发展，提升技术水平成为人们关注的重点。机械设计制造及自动化技术对于制造业的发展起着重要的作用。

1 自动化技术概述

自动化技术指的是让机器设备根据提前编码好的程序在没有人工干预的前提下进行自我操作与控制的一种技术，这种技术能够让机器设备代替部分或全部人工操作，在保证工作效率的同时对人力劳动进行了解放，从根本上推动了相关行业的快速发展。随着自动化技术的愈加成熟，其所能够应用的范围也是逐渐增加，不仅在农业、交通运输以及医疗等居民生活方面有所应用，还在工业、军业等较重要的行业占据着较大的应用比例，因此自动化技术的发展能够有力地推动社会整体经济的发展。

2 机械设计中存在的问题

2.1 设计工作具有局限性

在市场经济快速发展的社会背景当中，机械制造行业需要面临的市场压力逐渐提升，因此在行业企内企业制定发展战略的阶段，应该优先考虑行业科技水平提升方面的要求，在深入掌握市场发展和行业需求的格局之后，还能够实现合理的全流程一体化格局，在这一阶段当中，企业需要注意的内容有两个方面，一方面就是不能放松引进专业技术人员，另一方面就是要加大自动化系统的推广以及发展力度，确保工作细节能够满足行业企业在创新性方面的要求，以此促使机械自动化与实际制造之间形成更深入的融合。

2.2 制造工艺不完善

在我国的现代制造行业发展规划落实的过程当中，机械自动化技术也能够注入各行业企业的生产以及运营过程中，但这种技术的推广，实际上始终没有达到预期的落实效果。简而言之就是制造工艺不完善以及生产粗放等问题始终存在，若从细节着手分析，一部分机械制造企业比较看重短期的经济效益，导致自身发展的自动化难以从长远的角度入手规划，后续发展效果也不好[1]。同时，部分机械制造企业还存在明显的产品结构单一，以及生产方式缺乏交替性等问题。在实际工作落实的阶段，任何一个环节产生问题，都有可能影响最终的生产和制造效果。此外需要注意解决的就是制造工艺本身不够完善的问题，企业若是想尝试新的技术手段，为保障生产工作稳定落实，还需要具备自动化技术相应的管理策略，尤其是要避免产生交叉管理的情况，将体制不健全的问题完全暴露出来影响企业日常生产工作。这方面的问题也是机械制造企业在较长一段时间内需要解决的关键，若能取得良好的成果，还能够为自动化技术和机械工程的融合构建更加适宜的环境。

3 自动化技术在机械设计中的应用

3.1 运用电子化图纸

图纸是产品设计的基础只有先设计出图纸才能够开展后续的指导工作，但是在传统工作模式下，一般都是采用纸质版的图纸。但是随着社会对机械设计制造产品的需求量越来越多，并且还出现了很多定制化的产品，所以如果依靠纸质版的图纸，工作效率相对较低，与此同时纸质化的图纸还存在着以下弊端。首先，纸质版的图纸携带不方便[2]。部分机械制造产品涉及的图纸张数较多，所以工作人员在用纸质版图纸进行制造时会不太方便，与此同时纸质图纸还会涉及破损、污染、丢失等问题。再加上部分机械设计制造的环境相对较差，所以携带纸质版的设计图纸并不方便。其次，更改难度较大。由于市场上涌现出很多定制化的产品，如果用户的需求发生改变，设计人员就要对设计图纸进行修改，但是纸质版的图纸容易被涂抹，而且部分图纸纸张较大，无法实现随时随地的更改。最后，部分机械设计制造产品的设计图纸要进行存档和保留，但是纸质版图纸在保留过程中容易受潮而腐烂。因此在智能制造时代背景下，要运用电子化的图纸完成设计工作。

第一，电子化图纸的设计效率高。在智能制造时代背景下，出现了很多智能设计软件。这些软件本身就有一定的设计模板，所以在此基础上进行产品设计效率更高。与此同时利用智能设计软件在绘制图形时精准度会更高，因为智能设计软件受外部环境的影响较小，所以随时随地可以对图纸进行修改。

第二，电子化图纸更方便携带和保留。手机和电脑已经成为当下办公的主要工具，在智能制造时代背景下手机和电脑也可以完成图纸设计工作，当用户出现相对紧急的需求，要求对产品的图纸进行更改时，相关的设计人员可以在手机或电脑上直接完成图纸更改问题，与此同时还可以直接导出设计图给用户观看，用户可以根据图纸内容提出自己的想法和修改意见。电子画图纸可以通过存档的方式进行保留，与此同时，电子化图纸不需要实际的保存空间，一般都是保存到某个网络平台或者是某个终端。除此之外，在智能制造时代，很多机械制造企业都有自己的网络平台和自己的内网，所以安全性也相对较高，可以通过技术手段去保障电子化图纸的安全性。

3.2 应用计算机辅助设计软件

随着计算机技术的诞生，一些复杂的计算、实验数据计算可以依靠计算机进行处理。而随着信息化时代的到来，计算机技术实现了更大的突破，基于计算机平台的工业设计、生产软件出现，实现了计算机辅助设计和制造，工艺规划，测试，质量控制等内容，这些技术的作用为高端机械设计与制造提供了重要的生产基础。虽然基于计算机平台的这些技术可以有效降低人力、物力成本，提高设计的精准度，但在提高机械设计与制造的生产效率上并不突出。因此，随着计算机技术的不断提升，在高端的机械制造领域，出现了更为先进的计算机集成制造系统,而这种制造系统就结合了计算机辅助技术功能并实现数据的统一化，数据的参数化，为制设计制造人员提供更全面的模型数据，并且可以实现每一个单一的有效沟通协调。在高端的机械设计与制造领域，全面性提高了设计的效率与精准度，实现更高难度功能的整合。而在应用计算机集成制造技术的过程中,现代机械设备在研发、设计领域中也积极尝试更先进的材料与前卫的功能设计，充分集成计算机运算平台，并配合更先进的电子信息技术、网络技术、自动化生产技术，实现机械制造生产的自动化、智能化。

3.3 融合数字化机械设计形式

第一，利用数字化机械设计形式实现信息共享。机械设计制造的流程相对较多，所以几乎所有的机械设计制造产品都是跨部门生产，比如涉及材料采购部门，制造监督部门和生产部门，在传统工作模式下都是以人力生产为主，所以很多信息都需要部门之间的对接人进行沟通共享。这种沟通共享方式虽然支持了机械制造产品的发展，但是由于要人为进行沟通，所以效率相对较低。与此同时，在沟通过程中，部分部门的对接人会对信息进行二次加工和主观改造，所以在一定程度上会造成信息失真问题，因此信息共享和信息准确度成为阻碍机械设计制造的重要难题[3]。但是在引入数字化机械设计形式之后，可以借助该技术，实现信息共享。首先，在机械设计制造过程中，自动化技术会捕捉相关的制造信息，并将信息转化成数据，上传到某个平台上，这种上传方式避免了人员对信息主观加工的问题，在一定程度上能够保证信息的精准度。与此同时将信息上传到某个信息平台，相关部门的人员都可以登录这一信息平台，获取信息无须进行线下一对一沟通。这种信息沟通方式缩短了信息沟通的环节，提高了信息沟通的效率。其次，对于自动化技术无法识别的数据信息，工作人员可以进行手动更新。虽然目前在智能时代背景下，机械设计制造及其自动化技术已经日趋成熟，但是部分数据自动化技术还是无法捕捉和识别，对于此类信息相关部门的人员可以手动将其更新到信息平台上，并对其进行标注，其他部门人员可在信息平台上查看此信息，并对标注问题进行探讨和反馈。

第二，数字化机械设计形式具有信息归纳和整理功能。机械设计制造产品的制造流程较多，产生的数据量也比较大，在传统工作模式下，都是人为对制造流程进行记录。这种人为记录方式一方面是效率低，另一方面是由于人员会容易受到外部环境的影响，所以在记录过程中可能会出现记录误差，造成数据不准确，进而影响后续的产品生产。但是在引入数字化机械设计形式之后，该技术能够对信息进行自动收集和整理，同时工作人员可以在智能化系统中录入相关的指令，那么该系统就能够在信息收集完毕之后，将信息发放到指定的部门，并提醒他相关人员观看。总之，在智能制造时代融合数字化机械设计形式，对于提高信息处理效率，促进信息沟通具有重要作用。

3.4 应用智能自动化技术

在机器制造过程中实现自动化生产，可以避免人工失误，生产出高质量的产品，提高整体生产效率。早期的机器制造并没有实现整个过程的自动化，自动化技术只能应用于产品的一部分过程，一些复杂的过程还需要人工操作。现在自动化技术已经体现在设计阶段，可以依靠CIMS、CAD等技术完成更复杂的建模和计算，还可以对加工过程进行仿真实验或仿真加工。自动化机械不浪费材料，甚至可以节省时间。近年来，机器制造和自动化已广泛应用于与机器设计相关的各个行业。依托大数据技术、挖掘技术、精密算法等人工智能系统的扩展，为我国的机械制造和自动化产业拓展更宽阔的发展渠道。目前，人工智能和计算机技术在机器制造和自动化的进步中已经不同程度地渗透。例如，技术人员在制定机器制造的框架时，离不开已经成为制造核心的智能操作程序的支持。同时，内部信息全控，整个工作机制连通[4]。中央处理系统负责分发这些信息，使系统内的各种设备都能正常工作。自动化机械还可以根据工作情况自动优化和调整工作模式。目前的机械制造业基于控制理论，实现了融合人工智能、心理学、力学等相关知识的智能模拟。在给出指令时，计算机用于模拟人类的思想和动作，并将这些指令发送给负责执行任务的机器人或机械臂。这种自动化和智能化可以体现在机械制造的诸多领域，有效降低成本，替代劳动力，因此智能化的发展潜力比较大。同时，“私人定制”也越来越受到人们的欢迎，也为智能化生产和发展奠定了基础。可以根据用户的订单要求，确定生产工艺和原材料，生产出让用户满意的个性化产品。销售商品并不意味着生产经营的结束，这些智能产品可以将设备的数据状态收集、整理并发送到工厂，企业可以据此了解产品和设备的使用和运行情况，数据和工作协同信息服务奠定了基础。

3.5 合理应用仿真技术

仿真技术在机械设计制造及自动化的应用目前，仿真技术在航天、航空、汽车、船舶制造领域应用广泛，这是一种更为先进的虚拟技术，实现对产生更全方位的模拟，对目前的机械设计制造而言，有着重要的意义。仿真技术可以借助虚拟技术、计算机扫描技术对产品数据、轮廓进行掌握，在借助计算机庞大的数据运算处理能力，通过仿真软件对产品进行模拟调试并修改。对于目前的机械制造与自动化技术而言，是一门综合性很高的学科，这其中涉及的知识广，需要结合计算机技术、电子集成技术、控制技术共同参与，才能满足产品的设计与研发。