自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用研究

喻士松

摘要：隨著我國經(jīng)濟和科學(xué)實力的飛速發(fā)展，制造業(yè)的強大成為了首要目標，所以機械自動化的目標也更加明確，本文主要探討自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的應(yīng)用，首先介紹了自動化技術(shù)的概念，其次分四個種類介紹了自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的實際應(yīng)用，旨在分析強調(diào)自動化技術(shù)對于機械制造的重要作用。

關(guān)鍵詞：機械自動化；組成；應(yīng)用；綠色

自動化技術(shù)和機械設(shè)計制造緊密相連，互相聯(lián)系，推動著工業(yè)的發(fā)展。以往的機械設(shè)計制造技術(shù)只是單純的繪制圖紙、設(shè)計工藝流程、加工制造、裝配、生產(chǎn)，但是隨著上個世紀半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展，計算機技術(shù)得以發(fā)展，機械設(shè)計制造已經(jīng)不再停留在傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造領(lǐng)域，其升級轉(zhuǎn)型成為了機械自動化，自動化技術(shù)在機械行業(yè)發(fā)揮出了強大的優(yōu)勢，推動著機械設(shè)計制造行業(yè)迅速前進，因此，機械設(shè)計制造行業(yè)中也涌現(xiàn)出了一批批新興名詞，如先進制造技術(shù)、柔性制造、集成制造等，這些詞匯都體現(xiàn)了自動化技術(shù)在機械行業(yè)的應(yīng)用，而且是機械設(shè)計制造發(fā)展的方向，制造業(yè)是一個國家的支柱，所以自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造行業(yè)的應(yīng)用非常重要，本文也是結(jié)合我國的實際情況加以分析。

1 概述機械自動化及其組成部分

1.1 機械自動化的概述

機械自動化技術(shù)在當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)中隨處可見，最常見的是流水線式生產(chǎn)，以往的流水線生產(chǎn)需要很多工人站在各個工位進行手工操作，但是目前一條流水線幾乎不需要人工，產(chǎn)品的生產(chǎn)和運輸全部由計算機自動操作和決策，其中可編程邏輯控制器（簡稱PLC）在自動化生產(chǎn)線中就起到了很重要的作用，因此大大提高了效率。

機械自動化通俗易懂地說就是讓機械設(shè)備能夠在沒有人工干預(yù)的情況下自動運行，根據(jù)人工事先設(shè)置好的程序命令等進行操作和生產(chǎn)。自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造行業(yè)的應(yīng)用主要就是體現(xiàn)在自動化控制和管理方面，相比于傳統(tǒng)機械制造大大提高了科學(xué)性和可用性，對于整個行業(yè)的生產(chǎn)都是具有里程碑式的意義的。

自動化技術(shù)應(yīng)用于機械設(shè)計制造行業(yè)帶來的優(yōu)勢也非常多，如提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量、降低產(chǎn)品生產(chǎn)周期、產(chǎn)品的更新?lián)Q代時間更短、人工的勞動強度大大降低、工作環(huán)境也更加安全和衛(wèi)生等。自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的應(yīng)用是一個重要的不可改變的方向，對于機械行業(yè)的發(fā)展不可缺失。

1.2 機械自動化技術(shù)的組成

機械自動化技術(shù)的控制核心是自動化單元，自動化技術(shù)的發(fā)展也是基于計算機技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，當(dāng)人類發(fā)明計算機之后，人們進行計算的速度大大提高，因此也能夠?qū)崿F(xiàn)機器代人進行計算和控制，后續(xù)在上世紀末，各種控制芯片，例如單片機、微機、PLC等均出現(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域，大大提高了機械設(shè)計制造的自動化程度，而這些芯片就是自動化單元，其涉及到很多學(xué)科的知識，主要包括以下幾個部分：（1）傳感器，傳感器的作用就相當(dāng)于人體的感覺器官，主要作用是搜集外部信號，而在機械自動化中所體現(xiàn)的作用即監(jiān)測外部信號以及機器自身的各個部分的信號，信號種類多樣，如角位移、角速度、角加速度、振動等。（2）作用單元，其相當(dāng)于人類的執(zhí)行器，如手臂等，直接進行任務(wù)和工作的執(zhí)行。（3）程序單元，程序在計算機內(nèi)部是指令和數(shù)據(jù)的集合，程序是人事先賦予計算機的，作用是告訴計算機進行什么樣的控制，做一件事分為哪幾步，程序的好壞很重要，直接決定了計算機執(zhí)行的效率，因此程序是核心。（4）控制單元，控制單元作用主要是調(diào)節(jié)作用單元按照程序指令進行相應(yīng)的動作，此外還需要結(jié)合傳感器傳來的信號進行控制，其相當(dāng)于整個計算機的司令部，是整個機器的“大腦”。（5）制定單元，制定單元與傳感器直接連接，負責(zé)處理傳感器的信號，然后傳遞給控制單元，，其在整個計算機中也是體現(xiàn)著不可替代的作用。

2 自動化技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用

自動化技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用非常廣泛，本文主要將這些應(yīng)用分為四類進行敘述，即高度集成化的應(yīng)用、智能機械制造的應(yīng)用、柔性自動化的應(yīng)用、虛擬化的應(yīng)用。

2.1 高度集成化的應(yīng)用

機械制造現(xiàn)在追求一種高度集成化，即集成制造，集成制造即將一個產(chǎn)品進行設(shè)計制造的全生命周期的各個階段都整合起來，結(jié)合計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，讓整個產(chǎn)品的設(shè)計制造高度集成化，各個生命周期聯(lián)系更為緊密，便于進行修改和開發(fā)，也提高了產(chǎn)品的更新?lián)Q代效率，相比于之前各個階段單獨進行設(shè)計制造能夠讓各個生產(chǎn)階段不再過度獨立。高度集成化的主要體現(xiàn)就是計算機輔助技術(shù)，如計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP）、計算機輔助測試（CAT）、計算機輔助質(zhì)量控制（CAQ）等，這些計算機輔助技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)管理，通過計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把企業(yè)的生產(chǎn)、營銷和售后聯(lián)系在一起，使產(chǎn)品更加能夠抵制市場變化，整個企業(yè)也成為了一個大的系統(tǒng)，將機械制造企業(yè)的所有生產(chǎn)要素和信息數(shù)據(jù)、經(jīng)營管理工作等科學(xué)的集成為一個整體。

2.2 智能機械制造的應(yīng)用

隨著目前計算機技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人工智能也成為了研究的熱點，智能化成為了各行各業(yè)的一個目標，特別是機械行業(yè)，智能機械制造這個名詞也出現(xiàn)在了這一領(lǐng)域，成為這一領(lǐng)域的前進目標和方向。這一方向涉及眾多學(xué)科，如控制學(xué)、數(shù)學(xué)、人工智能技術(shù)、信息技術(shù)等，學(xué)科和學(xué)科之間額交叉滲透能夠?qū)崿F(xiàn)很多創(chuàng)新，目前人工智能技術(shù)已經(jīng)達到了比較高的水平，如阿爾法狗、小度機器人等，這些人工智能產(chǎn)品的體現(xiàn)為機械制造領(lǐng)域融入智能化的因素提供了方向，更多的機械制造和生產(chǎn)都在往這個方向發(fā)展，如機器人搬運、焊接等，機器在進行運行的時候由一定的算法可以自我進行推理和運算，最后自我決策，這樣省去了更多的人力，讓機械制造生產(chǎn)的出錯率更低，而且生產(chǎn)制造更加安全。

2.3 柔性自動化應(yīng)用

柔性自動化，通過字面進行解釋即自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的應(yīng)用能夠讓機械產(chǎn)品的設(shè)計制造更加柔性靈活，能夠方面隨時對一些特殊情況做出反應(yīng)，如機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程中客戶突然需要更換結(jié)構(gòu)或者新增功能等，此時，若是傳統(tǒng)機械設(shè)計制造行業(yè)，則需要全部重新進行設(shè)計制造，這樣費時費力還不經(jīng)濟，但是對于柔性自動化系統(tǒng)，這些問題都迎刃而解，機械產(chǎn)品的生產(chǎn)制造得以柔性化，其在生命周期中能夠被科學(xué)優(yōu)化和調(diào)整，因此柔性自動化對于機械設(shè)計制造有著很重要的作用。

柔性自動化系統(tǒng)需要結(jié)合計算機技術(shù)、信息技術(shù)等對整個產(chǎn)品的信息進行處理，將產(chǎn)品信息管理得當(dāng)，加上合適的人工管理，進而更好的確保產(chǎn)品質(zhì)量，滿足客戶和市場需求。

2.4 虛擬化的應(yīng)用

虛擬化的應(yīng)用可以簡稱為仿真，機械設(shè)計制造產(chǎn)品進行實際制造之前，為了節(jié)省財力物力，通常利用計算機軟件進行產(chǎn)品的仿真驗證，如飛機在制造之前進行虛擬風(fēng)洞實驗，機器在進行實際制造之前進行力學(xué)仿真分析等，這樣的仿真技術(shù)可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)制造周期，還可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的錯誤并及時改正，減少損失。

3 結(jié)束語

自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，其不僅降低了成本，還提高了生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，讓機械行業(yè)更進一步發(fā)展，營造更加安全和可靠的工作環(huán)境，降低工人勞動強度，也提高了企業(yè)的經(jīng)濟實力，自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的應(yīng)用將不斷發(fā)展，不斷進步。

參考文獻

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（作者單位：淮安市計量測試中心）