自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

譚贊賢

摘 要：隨著機(jī)械化社會(huì)使用率的不斷上升，自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械生產(chǎn)中的應(yīng)用更加廣泛，既能夠提高機(jī)械的工作效率，同時(shí)大大優(yōu)化了機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)化模式。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)，將能夠取代人工設(shè)計(jì)的繁瑣步驟，提高機(jī)械設(shè)計(jì)的統(tǒng)一性和標(biāo)準(zhǔn)化，并提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。本文就自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行概述，并就自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提出可行性建議。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化技術(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)；效率；標(biāo)準(zhǔn)化

1 自動(dòng)化技術(shù)概述

機(jī)械制造業(yè)作為當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一，在各國(guó)的發(fā)展過(guò)程中都得到重視，機(jī)械制造業(yè)也逐漸向集成化、規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。自動(dòng)化技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中的重要技術(shù)之一[1]，能夠通過(guò)電腦控制與程序設(shè)定，提高機(jī)械生產(chǎn)的效率，提高機(jī)械生產(chǎn)的水平，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，采用自動(dòng)化技術(shù)能夠降低人工勞動(dòng)成本，提高設(shè)計(jì)流程的規(guī)范化，并提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。

1.1 自動(dòng)化技術(shù)

自動(dòng)化技術(shù)是一種能夠替代人工操作而形成獨(dú)立、連續(xù)、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的技術(shù)，其基本原理是通過(guò)設(shè)定程序，通過(guò)電腦AI對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)[2]、生產(chǎn)過(guò)程做到全程自動(dòng)化流程，以高效率代替人力完成機(jī)械設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的批量與自動(dòng)化。

1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)采用自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)

自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用能夠充分提高機(jī)械設(shè)計(jì)的精確性，尤其是高精密度的機(jī)械，采用傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)所造成的誤差較大，會(huì)對(duì)機(jī)械本身的功能和使用等方面造成一定的影響，而機(jī)械設(shè)計(jì)采用自動(dòng)化程序，能夠充分減小誤差，從參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化與精確化角度對(duì)自動(dòng)化程序進(jìn)行編程，從而提高機(jī)械設(shè)計(jì)的精密度與可靠性；

自動(dòng)化技術(shù)能夠提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率，由于自動(dòng)化技術(shù)基于程序編碼，對(duì)于同類機(jī)械組件以及相應(yīng)部件的設(shè)計(jì)，只需要對(duì)編碼進(jìn)行重寫，甚至對(duì)原代碼只做局部修改，就可以進(jìn)行批量化機(jī)械設(shè)計(jì)，從而減少了機(jī)械設(shè)計(jì)所需的時(shí)間，提升了機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。

機(jī)械設(shè)計(jì)采用自動(dòng)化技術(shù)，能夠有效減少人為因素的干擾，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)在工程師設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于個(gè)人技術(shù)以及經(jīng)驗(yàn)問題，會(huì)造成設(shè)計(jì)精度以及設(shè)計(jì)方向出現(xiàn)偏差，在采用自動(dòng)化設(shè)計(jì)的同時(shí)，能夠有效避免人為主觀因素對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)造成的誤區(qū)，從而提高機(jī)械設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確率。

2 當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在當(dāng)前機(jī)械生產(chǎn)和設(shè)計(jì)過(guò)程中，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用非常普遍，在追求效率與經(jīng)濟(jì)效益的時(shí)代，對(duì)于機(jī)械生產(chǎn)與設(shè)計(jì)，自動(dòng)化技術(shù)向著更加智能化與簡(jiǎn)便化角度發(fā)展[3]，在機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際操作中，自動(dòng)化技術(shù)主要向集成化、數(shù)字化、柔性化、虛擬化水平發(fā)展。

2.1 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的集成化應(yīng)用

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的一大特點(diǎn)就是批量化與標(biāo)準(zhǔn)化，歸結(jié)起來(lái)統(tǒng)稱為機(jī)械設(shè)計(jì)的集成化。機(jī)械設(shè)計(jì)集成化是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)于機(jī)械需要大規(guī)模生產(chǎn)而不斷創(chuàng)新的技術(shù)手段，在采用自動(dòng)化技術(shù)的前提下，才能保障機(jī)械設(shè)計(jì)的品質(zhì)與數(shù)量達(dá)到理想化水平，實(shí)現(xiàn)集成化設(shè)計(jì)的根本目的。在計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)不斷融合的情況下，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的方法能夠使得機(jī)械設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)便和精確，并且對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的效果進(jìn)一步優(yōu)化，從而提升機(jī)械設(shè)計(jì)的理想水平，由于機(jī)械設(shè)計(jì)中對(duì)于各個(gè)零部件尺寸、數(shù)量、形狀等具有較為精確的要求，特別是高級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)與精密儀器設(shè)計(jì)中，需要從自動(dòng)化軟件中對(duì)產(chǎn)品的各個(gè)部分參數(shù)做到精確調(diào)整，從而提高機(jī)械本身的性能，確保產(chǎn)品品質(zhì)。

2.2 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的數(shù)字化應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床在當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，相對(duì)比傳統(tǒng)的人工控制，數(shù)字化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在設(shè)計(jì)整體的參數(shù)化方面，對(duì)于提高機(jī)械產(chǎn)品品質(zhì)具有關(guān)鍵影響。所謂數(shù)字化應(yīng)用，是機(jī)械設(shè)計(jì)在采用自動(dòng)化基礎(chǔ)上，通過(guò)電腦軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化分析，如產(chǎn)品樣本的尺寸、重量、形狀等特征能夠以數(shù)字的形式在電腦中表現(xiàn)，而設(shè)計(jì)人員對(duì)于產(chǎn)品的把握程度也是對(duì)于數(shù)字的概念的掌控，通過(guò)將設(shè)計(jì)概念數(shù)字化處理，能夠?qū)λO(shè)計(jì)部位的了解從宏觀到具體[4]。數(shù)字化應(yīng)用也是自動(dòng)化在機(jī)械設(shè)計(jì)中未來(lái)的發(fā)展方向，數(shù)字化程序能夠?qū)υO(shè)計(jì)方案本身進(jìn)行建模，并就設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行運(yùn)算及分析，從而提升機(jī)械設(shè)計(jì)的合理性與實(shí)用性。

2.3 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的柔性化應(yīng)用

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常會(huì)存在傳統(tǒng)工程師設(shè)計(jì)與自動(dòng)化設(shè)計(jì)同時(shí)存在的情況，而在采用智能化設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)上，能夠?qū)⑷斯ぴO(shè)計(jì)方案與電腦設(shè)計(jì)方案進(jìn)行柔性化采用，機(jī)械設(shè)計(jì)不再單獨(dú)采用一方設(shè)計(jì)方案，而是將雙方設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行融合使用，從而提高機(jī)械設(shè)計(jì)的靈活性。

2.4 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的虛擬化應(yīng)用

虛擬化應(yīng)用是機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化發(fā)展到一定水平的產(chǎn)物，通過(guò)將設(shè)計(jì)對(duì)象虛擬化，能夠提高設(shè)計(jì)工作中的可操作性。虛擬化應(yīng)用主要表現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程結(jié)束后，其設(shè)計(jì)方案并非直接應(yīng)用于機(jī)械制造，而是通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬成像技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行建模，對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象在使用過(guò)程中所能夠出現(xiàn)的各類極端條件進(jìn)行模擬，從而對(duì)可能存在的問題及隱患提出整改意見，最終能夠提升機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際使用效率，避免由于設(shè)計(jì)缺陷在機(jī)械使用過(guò)程中出現(xiàn)各類問題。在機(jī)械的實(shí)際生產(chǎn)與設(shè)計(jì)過(guò)程中，虛擬化使用已經(jīng)成為機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)必備的技術(shù)，一方面，機(jī)械設(shè)計(jì)采用自動(dòng)化虛擬技術(shù)能夠避免產(chǎn)品在大量生產(chǎn)后出現(xiàn)問題而出現(xiàn)召回、整改等事件，避免機(jī)械制造企業(yè)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)負(fù)擔(dān)，同時(shí)對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)的生產(chǎn)前虛擬化驗(yàn)證，也直接避免了問題產(chǎn)品流向社會(huì)。但目前虛擬化在自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用還未達(dá)到理想水平，尤其虛擬化建模需要的技術(shù)支持較高，且操作難度大，需要專業(yè)軟件人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，而參與機(jī)械設(shè)計(jì)的人員大部分都為機(jī)械工程師，對(duì)軟件使用以及虛擬化建模方面還存在較大的短板。

3 自動(dòng)化技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)的未來(lái)發(fā)展方向

雖然當(dāng)前時(shí)期機(jī)械設(shè)計(jì)已經(jīng)能夠普遍使用自動(dòng)化技術(shù)，但對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)而言，其發(fā)展水平參差不齊，應(yīng)用技術(shù)也存在較大的差距，這幾需要就自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)未來(lái)應(yīng)用中提出設(shè)想。

3.1 智能化發(fā)展

自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)從人為設(shè)定程序向多程序智能化選擇方面發(fā)展，甚至在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷深入條件下，自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)軟件能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)升級(jí)，并不斷擴(kuò)大其設(shè)計(jì)方案與設(shè)計(jì)構(gòu)想，做到人機(jī)交流互通，使設(shè)計(jì)方案更加趨于人性化理念。另一方面，自動(dòng)化技術(shù)的使用方面也更加智能化，主要指自動(dòng)化軟件的操作與使用，能夠讓專業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)師不再借助專業(yè)程序員進(jìn)行編碼設(shè)定，而是自主通過(guò)軟件設(shè)計(jì)出具有自己想法的產(chǎn)品。

3.2 便捷化發(fā)展

目前機(jī)械設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)所使用的流水線以及機(jī)床規(guī)模巨大，特別是參與機(jī)械設(shè)計(jì)的電腦與生產(chǎn)線基本處于同一平臺(tái)，對(duì)于新設(shè)計(jì)方案都需要花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行程序的重新設(shè)定，而未來(lái)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)中，將會(huì)向便捷化發(fā)展，在應(yīng)用以太網(wǎng)流水線管理的基礎(chǔ)上，能夠隨時(shí)將設(shè)計(jì)方案以及設(shè)計(jì)指令通過(guò)一般pc終端傳輸至流水線電腦中，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息傳輸?shù)谋憬莼l(fā)展。

3.3 成本集約化

在采用虛擬化自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)在未來(lái)發(fā)展中不斷完善虛擬建模軟件的功能與可操作性，降低其使用難度，所有產(chǎn)品在設(shè)計(jì)后均采用虛擬化建模的方式對(duì)各類特殊使用條件進(jìn)行分析，并根據(jù)其表現(xiàn)出的問題及時(shí)制定修改措施，從而提高機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)品質(zhì)，從根源上杜絕風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生，使機(jī)械設(shè)計(jì)與生產(chǎn)成本降低，效益有效提高。

4 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的使用非常普遍，而機(jī)械生產(chǎn)時(shí)當(dāng)今時(shí)代的重要經(jīng)濟(jì)支柱之一，在科學(xué)技術(shù)的不斷突飛猛進(jìn)的形勢(shì)下，更多優(yōu)秀的技術(shù)將不斷應(yīng)用于自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)之中，為機(jī)械設(shè)計(jì)與生產(chǎn)提供有力保障。

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