王志亮

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，開(kāi)啟了信息革命的新紀(jì)元。以計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)為核心的現(xiàn)代化信息技術(shù)已經(jīng)逐漸融入社會(huì)生產(chǎn)生活的方方面面、邊邊角角。對(duì)機(jī)械加工制造企業(yè)而言，現(xiàn)代化信息技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的有效應(yīng)用，提高了機(jī)械設(shè)備的加工效率和加工精度，使機(jī)械設(shè)計(jì)及其制造更加智能化、數(shù)字化，也為機(jī)械加工制造企業(yè)降低了人工成本。全面推進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的有效應(yīng)用，已經(jīng)成為新時(shí)期機(jī)械加工制造企業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的發(fā)展大勢(shì)，也將會(huì)逐步成為機(jī)械加工制造企業(yè)進(jìn)行市場(chǎng)角逐核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要組成部分。圍繞這一話題，分析計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)了其未來(lái)的發(fā)展方向。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?計(jì)算機(jī)技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì)制造;自動(dòng)化;應(yīng)用現(xiàn)狀

[中圖分類(lèi)號(hào)] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2019）25-0264-02

一、引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)工業(yè)化發(fā)展取得了突破性的進(jìn)步。進(jìn)入信息時(shí)代以后，計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛使用，又為我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)激發(fā)了新的活力。就目前計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的應(yīng)用情況來(lái)看，主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助功能、計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)與計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床技術(shù)、計(jì)算機(jī)3D技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等。這些現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造行業(yè)內(nèi)的有效應(yīng)用提高了企業(yè)的生產(chǎn)制造效率和產(chǎn)品加工精度，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)制作周期，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械加工及制造企業(yè)產(chǎn)品的革命性變化。而且，由于新興計(jì)算機(jī)技術(shù)更具有智能化的特征，大幅減少了企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的人力成本投入，為企業(yè)帶來(lái)了更多的間接經(jīng)濟(jì)效益。加快機(jī)械加工制造企業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用步伐，全面優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為當(dāng)下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的大勢(shì)所趨。

二、計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助功能的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助功能主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)制圖軟件的繪圖功能、文字編輯軟件的編輯功能、程序語(yǔ)言編譯功能以及在存儲(chǔ)保藏電子檔案信息上的有效應(yīng)用。結(jié)合現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)輔助功能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的應(yīng)用情況，計(jì)算機(jī)輔助功能的應(yīng)用情況主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）計(jì)算機(jī)輔助功能革新了傳統(tǒng)的人工分析模式。傳統(tǒng)的機(jī)械加工制造行業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)大都是依靠人工進(jìn)行質(zhì)檢，人工質(zhì)檢精度低、效率慢，且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)漏檢、錯(cuò)檢的情況。應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)及數(shù)字化分析檢驗(yàn)系統(tǒng)能夠科學(xué)合理地對(duì)產(chǎn)品特性及質(zhì)量做出精準(zhǔn)測(cè)評(píng)，從而及時(shí)剔除不合格樣品。（2）計(jì)算機(jī)繪圖軟件為機(jī)械制圖的合理設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)布局提供了技術(shù)可能。運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件制圖比傳統(tǒng)的手工制圖更加高效快捷，可以反復(fù)修改，而且易于保藏，能夠迅速實(shí)現(xiàn)彼此間的圖形語(yǔ)言信息交流與共享，全面提高了機(jī)械制圖的清晰度、精確度、共享性與靈活性。（3）實(shí)現(xiàn)了程序語(yǔ)言對(duì)機(jī)械設(shè)備的智能化指導(dǎo)。計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言發(fā)展到今天，其應(yīng)用機(jī)制十分完善。利用計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言編譯的程序代碼，實(shí)現(xiàn)了電子系統(tǒng)和機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備之間的控制與交流，這也是機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化發(fā)展的基礎(chǔ)。（4）為機(jī)械加工制造行業(yè)的檔案信息管理帶來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)。機(jī)械加工制造企業(yè)大都是大型重工業(yè)，例如汽車(chē)制造、船舶制造等行業(yè)都離不開(kāi)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造。由于行業(yè)涉及面的廣泛性和自身理論技術(shù)體系的深刻性，機(jī)械加工及制造企業(yè)在日常運(yùn)營(yíng)中涉及大量的圖紙檔案、合同檔案、組織管理檔案等這些都必須依托計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造企業(yè)檔案信息的數(shù)字化、信息化管理，才能使之更好地匹配機(jī)械制造企業(yè)自身的發(fā)展。

（二）計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用

所謂計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)是一種新興的生物仿真科學(xué)技術(shù)。利用計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)，將其應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)及制造中去，形成了當(dāng)下應(yīng)用很廣泛的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)。該技術(shù)能夠像人的眼睛一樣，具備畫(huà)面信息搜集、信息甄別、信息處理、信息合成的一體化功能。機(jī)械視覺(jué)技術(shù)通過(guò)內(nèi)置的CCD攝像機(jī)來(lái)捕捉獲取外界圖像信息，并將獲取的圖像信息經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換生成相應(yīng)的數(shù)字化信息，該數(shù)字化信息經(jīng)過(guò)分析系統(tǒng)分析后，就能夠準(zhǔn)確評(píng)估外界圖像的線條、顏色、布局等輪廓特征。值得一提的是，在完成上述一系列圖像解析的過(guò)程中，機(jī)械視覺(jué)組件所需要的反應(yīng)時(shí)間不足0.1秒。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化中較為成熟的應(yīng)用主要體現(xiàn)在檢測(cè)測(cè)量和機(jī)械定位兩大方向。在機(jī)械制造檢測(cè)測(cè)量上，依托機(jī)械視覺(jué)技術(shù)能夠自主獲取、合成、分析、處理外部信息這一技術(shù)性能，經(jīng)常用它來(lái)檢測(cè)機(jī)械制造技術(shù)的產(chǎn)品外觀質(zhì)量是否合格達(dá)標(biāo)。在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，只需要提前在計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)中輸入設(shè)定好的產(chǎn)品誤差精度，一旦出現(xiàn)加工精度不合格的產(chǎn)品，機(jī)械視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)就會(huì)向生產(chǎn)監(jiān)管人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)產(chǎn)品，防止其流入市場(chǎng)環(huán)境。機(jī)械視覺(jué)技術(shù)的定位功能是通過(guò)安裝在它上面的微型攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)的，其研發(fā)方向大都是為了進(jìn)一步提高機(jī)床車(chē)床生產(chǎn)加工的自動(dòng)化和智能化水平。例如我國(guó)成都的金大立科技有限公司自主研發(fā)的PCB全自動(dòng)V槽切割機(jī)，借助于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了PCB板在切割機(jī)上自主精確定位、上料、下料以及自動(dòng)旋轉(zhuǎn)切割。

（三）計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)控軟件及數(shù)控編輯是當(dāng)前計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的主要應(yīng)用形式。運(yùn)用計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際要求，編譯符合要求的計(jì)算機(jī)程序，并將其導(dǎo)入機(jī)械加工制造設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械生產(chǎn)加工制造的數(shù)字化管理與控制，特別是對(duì)一些加工難度大、加工精度要求高的機(jī)械產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)，常常需要使用計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床技術(shù)。近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言體系的進(jìn)一步完善，計(jì)算機(jī)編程與數(shù)控編程之間的關(guān)系越來(lái)越緊密，數(shù)控編程在未來(lái)極有可能會(huì)成為計(jì)算機(jī)編程方面的一門(mén)必修課程，這也是二者未來(lái)的發(fā)展走勢(shì)。就目前計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的應(yīng)用情況而言，主要體現(xiàn)在航空工業(yè)、船舶制造工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、發(fā)電工業(yè)四大領(lǐng)域。對(duì)航空工業(yè)來(lái)說(shuō)，由于其使用的機(jī)械部件大都是形狀復(fù)雜、理化性能優(yōu)良、成本昂貴的新型薄壁結(jié)構(gòu)材料，在使用這些材料加工航空器用機(jī)械部件時(shí)，就需要用到激光熔覆數(shù)控機(jī)床、精密數(shù)控車(chē)床、大型數(shù)控精密立式車(chē)削中心等設(shè)備。對(duì)船舶制造工業(yè)而言，其核心加工部件主要包括機(jī)座、氣缸體、氣缸缸蓋、活塞拉桿、曲軸、減速箱、舵軸、推進(jìn)器等。這些部件的加工都離不開(kāi)數(shù)控重型龍門(mén)銑床、數(shù)控重型落地鏜、數(shù)控多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床、超重型數(shù)控專門(mén)機(jī)床等數(shù)控設(shè)備。除此之外，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)制造中需要用到高速臥式加工中心、數(shù)控車(chē)床、數(shù)控磨床等數(shù)控設(shè)備來(lái)提高精度，提高其CMK值指標(biāo)。電力工業(yè)中數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用主要體現(xiàn)在核電站所用機(jī)械部件上，如大型數(shù)控立式車(chē)床、大型數(shù)控臥式車(chē)床、數(shù)控落地銑床鏜床鉆床等，這些機(jī)械設(shè)備規(guī)模大、剛度高、性能優(yōu)越、精度高。

（四）計(jì)算機(jī)3D技術(shù)的應(yīng)用

近幾年來(lái)，3D技術(shù)在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的地位與作用日益凸顯出來(lái)。計(jì)算機(jī)3D技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的有效應(yīng)用極大地簡(jiǎn)化了機(jī)械制造加工企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)及質(zhì)檢工作流程，節(jié)約了人力成本，促進(jìn)了機(jī)械加工產(chǎn)品生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)步提升。3D技術(shù)在機(jī)械加工制造行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中，主要是用于全面分析待測(cè)產(chǎn)品的規(guī)格、尺寸、外觀結(jié)構(gòu)。而且3D技術(shù)可以為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員提供更為精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)模擬空間，幫助設(shè)計(jì)人員制定出更加詳細(xì)周密的設(shè)計(jì)方案。除此之外，3D技術(shù)在優(yōu)化機(jī)械加工制造產(chǎn)品的質(zhì)量上也具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在機(jī)械制造傳統(tǒng)行業(yè)中，通常是采用化學(xué)方法對(duì)待優(yōu)化的機(jī)械零部件產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，由于需要人工操作，整個(gè)產(chǎn)品檢測(cè)過(guò)程勢(shì)必會(huì)帶來(lái)諸多不可避免的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，這種產(chǎn)品優(yōu)化方法效率低下、出錯(cuò)率高，且最終優(yōu)化效果一般。采用3D技術(shù)后，由于對(duì)待優(yōu)化產(chǎn)品的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)的分析都是由預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成，具有操作簡(jiǎn)單、精確度高、產(chǎn)品最終優(yōu)化效果顯著等特點(diǎn)。

（五）計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)也稱之為“虛擬樣機(jī)技術(shù)”。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的開(kāi)發(fā)最大的功能就是進(jìn)行虛擬仿真模擬。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用一般要依托于計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)對(duì)機(jī)械加工制造過(guò)程中的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析，并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和物理模型，通過(guò)建立系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行虛擬模擬分析。目前常用的虛擬仿真模擬方法可以分為兩大類(lèi)，第一種是直接在真實(shí)的生產(chǎn)系統(tǒng)上進(jìn)行模擬，第二種是先建立模型，以模型的虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果類(lèi)比推測(cè)真實(shí)的試驗(yàn)情況，這也是現(xiàn)階段常用的虛擬仿真模擬方法。值得一提的是，虛擬仿真技術(shù)能夠貫穿于整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)的全部過(guò)程，設(shè)計(jì)師借助于虛擬仿真模擬軟件可以進(jìn)行概念論證、理論論證、模型論證、流程論證等。虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化中的廣泛使用大幅壓縮了機(jī)械產(chǎn)品的制造周期，優(yōu)化了機(jī)械產(chǎn)品的加工制造工藝流程，提高了機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)效率，降低了機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)成本。

三、計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的應(yīng)用展望

相對(duì)西方發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)起步較晚，雖然現(xiàn)階段工業(yè)信息化技術(shù)已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，并取得了諸多傲人成就，但是總體而言，還有許多關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，與其他發(fā)達(dá)國(guó)家之間還存在一定的差距。鑒于計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化運(yùn)用上具有如此高的優(yōu)越性，機(jī)械設(shè)計(jì)制造的信息化發(fā)展、智能化發(fā)展將會(huì)成為行業(yè)內(nèi)的大勢(shì)所趨。未來(lái)的機(jī)械加工制造行業(yè)中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用勢(shì)必會(huì)呈現(xiàn)出以下幾點(diǎn)趨勢(shì)。

（一）微型化

機(jī)械產(chǎn)品微型化發(fā)展要求機(jī)械產(chǎn)品在保障其原有優(yōu)越工業(yè)應(yīng)用性能不變的情況下，使其體積更小、更加便于攜帶運(yùn)輸，且能耗更低，從而節(jié)省更多的運(yùn)輸成本。

（二）智能化

隨著“人工智能”“物聯(lián)網(wǎng)”等新興信息化技術(shù)的蓬勃發(fā)展，未來(lái)的機(jī)械產(chǎn)品在加工制造過(guò)程中數(shù)字化、智能化會(huì)進(jìn)一步凸顯。機(jī)械設(shè)備不再是簡(jiǎn)單的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而是更具有靈活性、變通性、自主性與創(chuàng)造性。

（三）網(wǎng)絡(luò)化

伴隨著日益緊密的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的全面覆蓋，以新興計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，會(huì)促使機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)短期內(nèi)的全球化推廣應(yīng)用。

經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下，供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革已經(jīng)進(jìn)入深水區(qū)。國(guó)內(nèi)各行業(yè)的發(fā)展都必須在“三去、一降、一補(bǔ)”的政策背景下，由原來(lái)的投資驅(qū)動(dòng)、要素驅(qū)動(dòng)，逐步轉(zhuǎn)型升級(jí)為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)。現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)是企業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的有效載體，對(duì)機(jī)械加工制造及自動(dòng)化企業(yè)而言，要善于牢牢抓住這一行業(yè)發(fā)展契機(jī)，在企業(yè)內(nèi)部圍繞新興計(jì)算機(jī)技術(shù)的全面引入，掀起企業(yè)內(nèi)部技術(shù)革命新浪潮，以求帶動(dòng)企業(yè)從技術(shù)到產(chǎn)品的全面轉(zhuǎn)型升級(jí)，以技術(shù)創(chuàng)新為自身核心競(jìng)爭(zhēng)力的提高激發(fā)新活力、培育新動(dòng)能，確保自己在行業(yè)內(nèi)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中始終處于優(yōu)勢(shì)地位。

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編輯 陳鮮艷