計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用中的重要性分析

邱國棟

[摘? ? 要]機(jī)械設(shè)計(jì)制造是指利用機(jī)械設(shè)備完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造等工作，計(jì)算機(jī)技術(shù)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的核心技術(shù)?；诖耍恼聫挠?jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用入手，結(jié)合制造企業(yè)設(shè)計(jì)制造工作實(shí)踐，總結(jié)如何應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)全面發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)的重要作用，推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

[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

[中圖分類號(hào)]TH122;TH164 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）01–00–02

Analysis of the Importance of Computer Technology in the Field

of Mechanical Design and Manufacturing and Automation

Qiu Guo-dong

[Abstract]Mechanical design and manufacturing refers to the use of mechanical equipment to complete product design， manufacturing and other work， computer technology is the core technology of mechanical design and manufacturing and its automation. Based on this， this paper starts with the importance of computer technology in the field of mechanical design and manufacturing and its automation， combined with the design and manufacturing practice of manufacturing enterprises， summarizes how to apply computer technology， give full play to the important role of computer technology， and promote the high-quality development of the industry.

[Keywords]computer technology; mechanical design and manufacturing; automation

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造由工作人員通過人工手段實(shí)施，存在效率低、依賴人力、成本高等問題，不滿足新時(shí)期對(duì)制造行業(yè)的發(fā)展要求。為實(shí)現(xiàn)制造行業(yè)的發(fā)展目標(biāo)，專家學(xué)者提出機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化概念，引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化水平，制造企業(yè)應(yīng)認(rèn)識(shí)其重要性，合理開發(fā)利用。

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化應(yīng)用中的重要性

和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造相比，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化具有系統(tǒng)性、綜合性特點(diǎn)，生產(chǎn)精度和可維護(hù)性更高，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)后，進(jìn)一步拓展機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的科學(xué)化、智能化、高效化、環(huán)保化發(fā)展。

1.1 提高設(shè)計(jì)科學(xué)性

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，可改善傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)的復(fù)雜問題，由機(jī)械設(shè)備及軟件系統(tǒng)替代人工操作，完成數(shù)據(jù)計(jì)算、材料分析、繪圖等工作，規(guī)避人為因素對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案更為科學(xué)。同時(shí)，在完成設(shè)計(jì)方案后，可利用虛擬仿真技術(shù)模擬設(shè)計(jì)方案的生產(chǎn)過程，設(shè)計(jì)人員能夠直觀分析生產(chǎn)過程，明確設(shè)計(jì)方案存在的不足，實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性及可靠性，為后續(xù)產(chǎn)品制造生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的科學(xué)化發(fā)展。

1.2 實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域，大部分制造企業(yè)建造了自動(dòng)化產(chǎn)品生產(chǎn)線，初步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，可進(jìn)一步提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，行業(yè)專家基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，研發(fā)出多種設(shè)計(jì)軟件，內(nèi)置多種設(shè)計(jì)模型，協(xié)助設(shè)計(jì)人員完成產(chǎn)品及零部件設(shè)計(jì)，使機(jī)械設(shè)計(jì)制造更為便捷、智能。例如，基于3D打印技術(shù)，行業(yè)專家提供多種三維數(shù)字模型，存儲(chǔ)于云數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)人員可登錄云數(shù)據(jù)庫獲取不同材料設(shè)計(jì)方案與模型，自動(dòng)完成材料設(shè)計(jì)。

在制造環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造生產(chǎn)的全過程監(jiān)控，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，并進(jìn)行智能調(diào)控，使機(jī)械設(shè)備具有自愈功能，及時(shí)處理機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)的小故障，避免生產(chǎn)線出現(xiàn)大型機(jī)械故障，提高產(chǎn)品制造的智能化水平。

1.3 提升綜合效益

通過上述分析可知，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，可提高設(shè)計(jì)科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，可有效提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造的效率，減少制造環(huán)節(jié)的材料浪費(fèi)，進(jìn)而提高制造企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)降本增效的目的。同時(shí)，在科學(xué)化設(shè)計(jì)背景下，設(shè)計(jì)人員可優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)方案，綜合考慮產(chǎn)品加工工藝的經(jīng)濟(jì)性、綠色性等要素，降低產(chǎn)品生產(chǎn)的污染與能耗，提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造的環(huán)保性，從而提升制造企業(yè)的綜合效益。

2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化應(yīng)用實(shí)踐

基于計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用重要性，制造企業(yè)應(yīng)提高對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的重視，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造特點(diǎn)及要求引進(jìn)合適的計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)科學(xué)化、生產(chǎn)智能化、提升綜合效益等目標(biāo)。本文結(jié)合制造企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，總結(jié)計(jì)算機(jī)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用策略，以供參考。

2.1 數(shù)控機(jī)床技術(shù)的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中，數(shù)控機(jī)床技術(shù)是優(yōu)化自動(dòng)化生產(chǎn)線的關(guān)鍵，其核心在于數(shù)控編程與數(shù)控軟件。技術(shù)人員可利用數(shù)控軟件進(jìn)行數(shù)控編程，優(yōu)化設(shè)置機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行流程與參數(shù)，提高機(jī)械加工制造的精度。以某制造企業(yè)為例，數(shù)控機(jī)床技術(shù)的應(yīng)用包括以下3種。

（1）數(shù)控車。在該制造企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中，基于數(shù)控機(jī)床技術(shù)，配置與企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)要求相符的數(shù)控車床，技術(shù)人員參照產(chǎn)品加工圖紙，利用CAM軟件或數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程，合理選擇產(chǎn)品生產(chǎn)的刀具，優(yōu)化設(shè)計(jì)刀具安裝，優(yōu)化設(shè)計(jì)刀偏參數(shù)，實(shí)現(xiàn)IT6級(jí)精度及以上回轉(zhuǎn)體工件的生產(chǎn)與加工，提升產(chǎn)品精度與質(zhì)量。

（2）數(shù)控銑。在該制造企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中，基于數(shù)控機(jī)床技術(shù)，配置相應(yīng)的數(shù)控銑床作為加工中心，實(shí)施產(chǎn)品工件切削加工操作，技術(shù)人員參照加工圖紙，編制程序指令，控制數(shù)控銑床調(diào)控刀具參數(shù)，完成工件的切削，配置電主軸、直驅(qū)馬達(dá)等硬件設(shè)備，以車代磨，切削精度與效率均有所提升。

（3）自動(dòng)化生產(chǎn)。在該制造企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中，技術(shù)人員利用數(shù)控機(jī)床技術(shù)，自動(dòng)完成機(jī)械零部件的制造，結(jié)合技術(shù)圖紙要求，設(shè)計(jì)電路安裝流程、液壓與氣動(dòng)連接裝置，并配置PLC控制系統(tǒng)，自動(dòng)化完成機(jī)械產(chǎn)品的裝配，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

2.2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用

3D打印技術(shù)是指基于數(shù)字模型文件，應(yīng)用新型材料快速完成物體打印構(gòu)造的技術(shù)。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為全面自動(dòng)化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)提供條件，可用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造的全過程。以某汽車制造企業(yè)為例，3D打印技術(shù)的應(yīng)用方式及應(yīng)用效果如下。

（1）設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。根據(jù)汽車零部件的不同需求，最快可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成概念模型的制作，提高產(chǎn)品概念驗(yàn)證的效率，便于設(shè)計(jì)人員實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)，基于3D打印技術(shù)的多元材料選擇特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員在快速設(shè)計(jì)制作多個(gè)工具原型，不斷修正設(shè)計(jì)，合理選擇工裝夾具，降低錯(cuò)誤成本，進(jìn)而提升生產(chǎn)產(chǎn)能與產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）生產(chǎn)環(huán)節(jié)。該汽車制造企業(yè)利用水溶型內(nèi)芯、注塑成型等3D打印技術(shù)，在短時(shí)間內(nèi)完成小批量工具的生產(chǎn)，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，使企業(yè)獲取更高利潤。和傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)相比，3D打印技術(shù)使用的材料具備更高的熱塑性，零部件性能更強(qiáng)，延長零部件使用壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在該汽車制造企業(yè)生產(chǎn)中，3D打印技術(shù)的應(yīng)用使工具開發(fā)成本減少約90%，效益顯著。

2.3 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)廣泛，通過與其他計(jì)算機(jī)技術(shù)的配合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)目標(biāo)。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，虛擬仿真技術(shù)通常與數(shù)控機(jī)床技術(shù)配合應(yīng)用，利用CAM等軟件完成設(shè)計(jì)后，對(duì)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，按照數(shù)控機(jī)床的實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)，在虛擬環(huán)境中配置機(jī)械設(shè)備，模擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的生產(chǎn)過程，基于虛擬仿真技術(shù)的可視化特點(diǎn)，呈現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品加工制造的全過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的缺陷，優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)方案，避免后續(xù)加工制造環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，造成材料浪費(fèi)，影響制造企業(yè)產(chǎn)量與效益。

在制造環(huán)節(jié)，虛擬仿真技術(shù)通常與工業(yè)機(jī)器人技術(shù)配合應(yīng)用，打造機(jī)器人生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。以某制造企業(yè)為例，在生產(chǎn)線中配置工業(yè)機(jī)器人，可完成弧焊、點(diǎn)焊、搬運(yùn)、噴涂等工作。為保障機(jī)器人的規(guī)范生產(chǎn)，提高各項(xiàng)工序的生產(chǎn)精度與效率，技術(shù)人員利用MotoSim EG-VRC軟件進(jìn)行虛擬仿真分析，明確工業(yè)機(jī)器人的配置要點(diǎn)。細(xì)化來說，該制造企業(yè)將工業(yè)機(jī)器人用于點(diǎn)焊焊接工序，技術(shù)人員利用MotoSim EG-VRC的虛擬仿真過程，明確工業(yè)機(jī)器人的接觸速度、一次接觸壓力及生效設(shè)定等參數(shù)，并優(yōu)化設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行程序，同步實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制與伺服焊槍外部軸控制，高效完成點(diǎn)焊焊接工序。

2.4 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)是指CAD、CAM、3D建模、機(jī)電一體化等技術(shù)，輔助設(shè)計(jì)人員與生產(chǎn)人員完成機(jī)械設(shè)計(jì)制造等工作，提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造的效率與精度，進(jìn)而提升制造企業(yè)的產(chǎn)能與質(zhì)量。具體而言，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的關(guān)鍵，制造企業(yè)的技術(shù)人員均須掌握計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)應(yīng)用技能。以某制造企業(yè)為例，其計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)在以下2點(diǎn)。

在機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD軟件與CAM軟件，完成零部件與產(chǎn)品的繪圖工作，包括三視圖、局部細(xì)節(jié)圖、詳細(xì)工程圖紙等;利用三維打印機(jī)、三維掃描儀等設(shè)備，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的仿真分析，獲取產(chǎn)品的裝配模型與工藝解決方案，為產(chǎn)品加工制造提供全面資料，發(fā)揮機(jī)械設(shè)計(jì)作用。和傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)相比，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)應(yīng)用后，設(shè)計(jì)人員的工作量顯著減少，且繪圖更為精準(zhǔn)、細(xì)致，有助于零部件與產(chǎn)品質(zhì)量的提升。

在機(jī)械制造環(huán)節(jié)，該制造企業(yè)實(shí)施機(jī)電一體化生產(chǎn)，技術(shù)人員可利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，完成氣壓工程、數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)建、數(shù)控編程、機(jī)器人開發(fā)等工作，以此設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。同時(shí)，在加工制造過程中，設(shè)計(jì)人員可利用傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)觀測(cè)生產(chǎn)線各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線存在的故障，避免質(zhì)量問題的出現(xiàn)。就目前技術(shù)發(fā)展水平而言，用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)更為多元，技術(shù)人員可引進(jìn)人工智能技術(shù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、語音識(shí)別等技術(shù)，加大機(jī)械設(shè)計(jì)制造智能化發(fā)展的廣度與深度。

3 結(jié)論

綜上所述，計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用，可提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，提升綜合效益，有助于制造行業(yè)與企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。通過本文的分析，制造企業(yè)可在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)、3D打印技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)及計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬文濤.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用芻議[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（1）：213-214.

[2] 姜蘇.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)用分析[J].信息與電腦（理論版），2020，32（20）：14-16.

[3] 顧懂懂.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用及設(shè)計(jì)趨勢(shì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2020，56（8）：191-192.

[4] 馮陽.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展方向研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（19）：130.

[5] 劉金城.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化應(yīng)用分析[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2017（10）：150.