提高机械设计制造及其自动化水平的有效途径

茅洪菊 韩飞飞

摘 要：机械化生产方式的出现与推广，使现代生产中应用多种类型的机械设备，并推动机械设计制造工艺的发展加速。在自动化技术出现后，突破了机械设计制造的技术局限，进一步提高了机械设计制造效率与质量。为不断提高机械设计制造及其自动化水平，本文分析其优势，并从结合先进科技、创新思维、环保理念与完善配套设施、应用现代技术角度探究提高发展水平的有效途径，最后从性能与功能两方面总结机械设计制造及其自动化未来发展方向，以期为机械制造行业提供借鉴。

关键词：机械设计制造；自动化；发展途径

1 前言

随着工业发展水平的提高，对用于工业生产中的机械设备质量、性能有了更高的要求，并在保证生产高效性、安全性基础上，要求降低机械设备能耗。基于此，机械设计制造企业需要加速技术更新，以崭新的技术手段提高机械设计制造水平、升级自动化系统功能，从而满足現代工业发展对机械设备、产品的要求。因此，还需不断探索提高机械设计制造及其自动化水平的有效途径。

2机械设计制造及其自动化的优势

2.1优化生产模式

由于传统技术条件与工艺相对落后，机械设计制造中难以生产出性能高、功能完善的机械产品。而进入信息时代后，越来越多先进科技手段的应用，使机械设计制造技术水平大幅提高，生产模式也发生改变。如在机械产品设计制造中应用自动化技术革新生产模式，可以减少生产过程中人工控制，提高机械制造的精度与效率。

2.2提高生产安全性

机械设计制造及其自动化使机械设备、产品的设计、制造、运行控制均以自动化手段完成，减少机械设备与产品生产过程中的危险性因素，可以降低安全事故发生率；且发现异常后可以及时发出提示信息，即使存在安全隐患也能够得到快速处理，提高安全风险防范能力。

2.3提升工业智能化水平

随着现代科技的发展，越来越多的先进技术与机械设计制造及其自动化结合，机械设备与产品的设计、制造、运行控制得到进一步优化，目前可以自主掌握工况，实现智能化控制与调节；且在机械设备控制中计算机可以模拟大脑神经网，对设备展开更高端的智能控制，从而有效提高工业智能化水平[1]。

3提高机械设计制造及其自动化水平的有效途径

3.1利用先进科技与创新思维实现现代化发展

机械设计制造及其自动化发展过程中，应不断引进更多先进的科技手段，并树立创新思维，创新技术应用方式，从而使工业机械获得持续发展的技术力量，朝着现代化方向稳定前进。例如，自CAD软件技术诞生以来，在机械设备或产品的设计中大力推广，其集成多种设计功能，且软件不断更新、性能不断优化，可以更高效、更便捷地完成机械设备、产品设计。同时，也应利用信息技术手段消化与吸收先进科技，如逆向工程，其是实现先进科技信息化应用的典型代表，机械设计人员需要提前了解机械产品的背景、模型，将产品设计过程利用信息技术再现，从而了解产品的处理流程、基本组织结构等关键设计要素，再利用CAD软件、重构思维展开设计，形成功能相近但性质完全不同的机械产品加工模型[2]。

3.2结合生态环保理念实现可持续化发展

为了实现机械设计制造行业的可持续发展，在不断提高技术水平的同时，也要考虑机械产品与设备设计、制造、运行控制过程中的环保性，采取合理的手段与方式降低能耗、减少污染、控制资源浪费。目前，国家针对机械设计制造行业的发展制定了一系列法律法规，其中也明确对生态环保做出规定，在提高机械设计制造及其自动化水平过程中要始终依照法律要求，不断突出行业的节能环保特点。同时，要不断更新技术，积极运用具有环保性的新型资源、新型工艺，减少浪费与污染，提高整个设计、制造、运行控制过程的环保性。例如，在机械制造环节，基于环保理念应采取用干切削技术，在机械制造中切削难度最大的工件材料为超硬合金，采用干切削技术可以预防材料与刀具之间出现“咬焊”式粘连情况；同时，启动高速切削模式后，产生的95%～98%的切削热均直接传给切削，在与刀具前刀面接触时一部分热量已经被消耗，从而可以有效预防切削瘤，提高超硬合金材料的加工质量，避免频繁出现质量问题导致的资源浪费，也减少能源消耗，对实现“绿色制造”有着重要意义[3]。

3.3通过完善配套设施提高市场竞争力

一方面，对于有着丰富机械设计制造及其自动化发展资源、能力的区域应给予资金、政策、人才方面的扶持，使其及时引进先进的生产技术、生产线，提高配套设施科技水平，有效提高机械设计制造及其自动化发展水平。例如，在我国东北等工业发达区域，工业产业起步较早，机械设计制造及其自动化发展上有着得天独厚的优势，但受市场形势的影响，近年来东北地区机械制造行业发展速度变缓，得天独厚的发展条件得不到有效利用，针对该情况，应在政策、人才、资金等方面提供支持，完善机械设计、制造以及自动化相关的配套设施，从而提高自主研发能力，开发高品质机械产品与设备。

另一方面，关注各个地区工业发展水平，在具备条件地区建设新型工业基地，并为具有技术基础与外销渠道的企业提供资金与政策方面的支持。例如，在我国诸多南方地区，经济实力雄厚、水上与陆上交通条件便利，可以为机械产品与设备外销开辟出通道，但仍存在工业发展不理想情况。因此，应分析原因，扶持优势工业产品发展，如船舶制造业，加速扶持新型工业基地建设，使更多零部件设计加工企业的得以生存。

3.4合理应用现代技术提高综合实力

在机械产品与设备的设计、制造、运行控制中合理应用现代技术，是提高生产力、自动化水平的关键。应用可编程逻辑控制器，该控制器可以对机械设计、制造等环节所需数据进行计算、分析，并基于经过处理的数据构建生产过程模型，在模型上可以及时发现加工工艺存在的问题，并自动调整设备运行参数，在无异常情况下设备自动运行、自动调节。由此可见，通过可编程逻辑控制器使生产与控制数据之间产生联系，实现机械自动化与现代计算机技术的有效结合，将有效提高机械制造控制实效性。以某轴类机械产品制造为例，在车削环节利用可编程逻辑控制器进行控制，可以自动推进加工流程，并按照预先设定自动调节加工刀具参数，如在T0100-外轮廓粗加工时自动调整刀尖圆弧半径为0.8mm、切深为2mm、进给速度为150mm/min、主轴转速800r/min；并自动控制切削量，如进行直线与圆弧轮廓车削时，根据机械制造方案要求，粗车切削与精车切削速度分别为90m/min、120m/min，可编程控制器内可以自动通过公式（1）计算出粗车与精车的主轴转速[4]。

Vc=πdn/1000   （1）

式（1）中Vc表示车削速度、d表示铣刀直径、n表示刀具转速。

应用无线与机械生产监控网络，机械制造前，利用电脑与无线监控组成无线设备监控系统可以监控机械产品与设备的整个制造过程，并将监控获取的数据、画面及时传递给自动化控制系统。经过数据与图像的分析，自动化控制系统可以自主识别生产中存在的问题，快速发出报警信息，从而减少机械制造中的安全风险，也降低工作压力，大幅提高机械制造效率。而在监控系统与自动化控制系统传输数据过程中，无线网络技术扮演着重要角色，实现5G网络的覆盖，可以高效、准确地传递信息，便于自动化控制系统及时掌握生产设备的运行状态。

4机械设计制造及其自动化的未来发展方向

为充分实现机械设计制造及其自動化的使用价值，在确定提高其水平的有效路径后，应沿着正确的方向推动机械设计制造及其自动化发展。

4.1性能的未来发展方向

4.1.1实现高速、高精度、高效发展

任何类型的机械产品与设备设计在制造期间，其速度、效率、精度均是重点关注的技术指标。而随着现代科技发展，在提高自动化水平上有了更多手段，如利用高速芯片、带高分辨率绝对式检测元件交流数字伺服系统、智能芯片以及多控制系统等可以使自动化控制系统、设计软件、制造系统的功能更加完善，并且高效、精准的控制下，有效提高机械产品与设备的设计精度、制造效率。

4.1.2实现柔性化发展

为使机械设备性能得到优化，在设计制造环节还需不断引进先进的数控技术，增强数控系统的柔性。结合机械设备设计与生产需要，在数控系统的设计上应继续沿用模块化理念，其可以根据实际需求及时消除或增加某项功能模块，提升系统的可拓展性，从而更好地满足不同类型客户的个性化需求。同时，应用柔性化数控系统也可以提高群控系统的柔性，根据生产流程的实际需求设计控制程序，能够使数控系统功能最大程度发挥。

4.1.3实现实时智能化发展

最早研发自动化控制系统主要是为了满足机械产品、设备生产调度需求，避免出现规定时间内未完成生产任务情况。但随着自动化技术水平的提高，人工智能等先进科技的先后出现，可以构建智能化实时系统，基于计算模型对人类智能行为进行模拟，再将人工智能与实时系统融合在一起，提高自动化控制系统的实时响应能力，进而提高控制实效性，使机械设计与制造日益智能化。

4.1.4实现工艺复合性与多轴化发展

机械设备与产品设计制造是为了满足市场上工业加工生产需求，而当现代工业发展到一定水平后，对复合加工的要求更高。工业企业意在通过复合加工缩短生产时间、减少生产工序，使单位时间内生产出更多产品，创造更大效益。而复合加工则要结合多种自动化技术，需要保持自动化控制系统功能多系列、多轴化，因此，在未来应实现工艺复合性以及自动化控制功能多轴化。以数控技术为例，在机床上装夹一次工件后，可以自动完成换刀、主轴旋转，完成多道工序的加工任务。

4.2功能的未来发展方向

4.2.1用户界面实现图形化发展

机械设计制造领域中广泛应用数控系统，在数控系统当中与用户之间产生对话的接口则为用户界面。为了满足不同用户的个性化需求，应从用户的角度完善、优化用户界面设计，并在优化设计中合理应用可视化技术、虚拟显示技术等，使用户界面更加人性化、智能化[5]。而图形化用户界面是目前最新颖的设计方式，受到专业与非专业用户的广泛欢迎，其兼具快速编程、蓝图编辑等多种显示功能，也可以在窗口与菜单上直接选择对应图形操控系统、获得各项服务。

4.2.2科学计算实现可视化发展

可视化也是提高自动化技术发展水平的重要表现，在机械设计、制造、运行控制过程中通过可视化科学计算可以更高效地完成不同类型数据的处理、解释，解决信息交流方式过于单一问题，也使表达方式更加丰富，不再局限于语言与文字，可以利用动画、图像等可视化信息完成交流。可视化科学计算的实现可以提高交流效率，减少交流中的阻碍，也可以实现无图纸设计，缩短设计与制造周期。

4.2.3插补、补偿方式实现多样化发展

结合提高机械设计制造及其自动化水平路径，应利用更多元的插补与补偿方式。如插补可以采用直线、圆弧、援助、空间椭圆曲面、极坐标、螺纹、NANO等插补方式；补偿上可以采用温度、象限误差、间隙、垂直度等补偿方式。

4.2.4内装高性能可编程逻辑控制器

从上述内容可知，可编程逻辑控制器在提高机械设计制造及其自动化水平上有着重要价值，其改变了自动化控制系统的运行方式，也使其功能更加完善；且将控制器安装在数控系统当中，利用更高级的语言进行编程，可以不断开发新功能。因此，在未来应将高性能的可编程逻辑控制器安装在机械自动化控制系统中，支持其自动化设计制造，并在需要改变时直接在线修改控制程序。

5结论

综上所述，提高机械设计制造及其自动化水平对现代工业发展有着重要现实意义，但在路径选择上要谨慎，应根据机械产品与设备的设计、制造、运行控制需求应用先进科技、现代技术，并立足环保进行自动化技术革新，从而确定正确的发展方向，使机械业获得持续、健康发展的充足动力。

参考文献

[1]田义.提升机械设计制造及其自动化的有效路径分析[J].电脑知识与技术，2021，17（35）：108-109.

[2]翟勇波.关于提高机械设计制造及其自动化的有效途径探讨[J].内燃机与配件，2021（22）：190-191.

[3]刘鹏.提高机械设计制造及其自动化水平的有效途径[J].现代制造技术与装备，2021，57（11）：169-171.

[4]张绪勇.浅谈提高机械设计制造及其自动化的有效途径[J].中国设备工程，2021（19）：136-137.

[5]姚文力.机械设计制造及其自动化提升的有效途径[J].中国金属通报，2021（05）：90-91.