机械设计制造中自动化技术的应用

林 斌

（浙江跃岭股份有限公司，浙江温岭 317500）

自动化技术紧密联系着控制论、信息论、计算机技术等，目前在工业生产中得到十分广泛的应用。基于自动化技术的支持，高危险、高频率的人力行为可以被自动设备所取代，在提升生产效率的基础上，保证生产安全。随着自动化技术的日益成熟，对机械设计制造领域也产生了深远的影响。通过在机械设计制造中引入信息化技术，可显著降低机械设计制造成本，提高机械设计制造效率，进而推动机械设计制造业的整体发展。

1.1 机械自动化概述

机械自动化指的是提前设置相应的程序或指令，让机械依据程序、指令等自动作业。通过应用机械自动化技术，企业的人工生产成本得到缩减，生产效率与操作精密度得到提升。西方发达国家在机械自动化发展方面起步较早，具有相对较高的自动化技术水平。我国虽然研发时间较晚，但目前已经取得十分显著的成果，与国外发达国家之间的差距不断缩短。机械自动化将诸多学科与技术融合起来，具有综合性、系统性特点。通常情况下，可从这些方面划分机械自动化的组成：

（1）传感系统。此部分的主要功能是接收信号，属于基础系统。

（2）操作系统。此部分是对传感系统接收到的数据信息进行分析，设定相应的操作程序。

（3）处理系统。此部分是对数据信息进行处理，向下一个系统发布指令程序。

（4）传输系统。此部分负责二次传输信息，保证能够将可靠的信息传递给下一系统。

（5）指令系统。此部分负责发布指令，为系统操作活动的实施提供依据[1]。

1.2 应用价值

自动化技术在很大程度上推动了机械设计制造业的发展，通常情况下，可从这些方面分析自动化技术的应用价值。

（1）机械设计水平提高。过去主要依据设计图纸开展机械制造活动，绘图师负责设计机械图纸。由于缺乏相应的技术支持，难免会出现计算错误等问题，严重影响到机械设计质量。而通过在机械设计领域应用自动化技术，可利用现代智能系统验证相关设计数据与方案，且依托软件系统高精度地控制机械，促使设计水平、生产效率等得到提高。

（2）机械设计制造成本降低。现阶段，大部分机械设计制造企业已经将全自动生产线建设起来，传统人工生产被自动化流水线所代替，这样可以缩减车间生产岗位数量，大幅降低企业人力资源方面的支出。同时，利用自动化生产线开展制造活动，可对复杂的生产过程进行简化处理，再借助于大数据等先进技术高效、精确地计算机械设备生产所需要的原材料，可更加合理地调配使用原材料，减少原材料浪费问题，促使机械生产成本减低[2]。

（3）机械生产事故隐患得到规避。机械制造过程中的安全风险较多，如人员不规范操作、设备运行故障等。而通过应用自动化技术，可全面动态监管机械制造过程，可视化管理得到实现。如果有设备故障、人员操作不规范等情况出现，能够自动发出预警信息，有效降低安全事故的发生概率。同时，部分生产岗位的安全风险较大，可依托自动化技术实现自动生产。

2.1 集成化应用

集成化是自动化技术的重要应用优势，其能够将统一的技术指导提供出来，在设计制造、经营管理等活动中全面贯彻以人为本的原则，通过简化机械设计制造的流程与机构，促使企业生产及经营效率得到大幅提升。通常情况下，可从这些方面进行分析：①利用自动化技术建设信息系统，能够动态控制机械设计制造全过程，促使各部门、各工序之间的信息交互得到顺利实现。信息系统能够对各部门、各环节需求的信息数据等进行集成，如设计数据、生产标准等。依据实际生产需求和系统存储的数据信息，高效调配技术人员、生产人员等，切实提升设计制造效率[3]。例如，依托集成信息系统，研发人员和设计人员能够对产品结构设计、工艺优化等方面的问题进行在线高效处理，有助于提升工作效率。②通过应用自动化技术，全过程的自动化管理调度可以得到实现。自动化技术在机械生产制造领域的应用关键点为计划设计、调控与优化，需依托信息系统对生产管理及其他相关工作进行合理调度，通过优化与调整全过程调度计划，向生产方案中嵌入自动化技术，促使机械生产管理水平得到提升。

2.2 数字化应用

数字化应用指的是依托自动化技术实现机械设计制造过程的机械生产设备控制数字化，以及操作程序设定数字化，完全脱离传统人工操作，促使机械加工制造的生产误差得到最大限度地减少，改善机械设备的运行状态。同时，借助于计算机技术操作控制机械制造，依据生产状态与环境条件将相关程序指令及时发送给前端设备，可避免机械生产效率受到不良因素的影响。一般来讲，可从这些方面分析数字化机械加工的操作要点。

（1）全面分析机械生产指导流程，依据各环节标准化生产需求制定相应的控制指令，以便精准、高效地生产复杂机械零部件，促使机械生产制造控制效率得到提升。

（2）当一个周期的生产制造任务完成后，数控程序会重新回到周期原点，这样下一周期的生产工作能够自动重复进行，避免产生额外的工作量。

（3）基于自动化技术的支持，机械生产设备能够依据前期设计模型自动生产相关的元件部件，不但工作效率得到提升，作业人员的劳动压力也显著减轻[4]。

2.3 虚拟化应用

虚拟化应用指的是依托自动化技术、大数据技术等将前期设计、中期制造、后期检验等环节的虚拟数据模型建立起来，虚拟化管理机械设计制造过程。虚拟化应用的实现，能够打破现实不良条件的制约，有助于提升机械设计制造管理水平。在具体实践中，可利用大数据信息模型对机械小零件、小部件等进行模拟，且于虚拟化条件下全面评估局部机械设计制造状况，促使自动化技术的应用效果得到保证。同时，将自动化技术深入应用于机械设计、制造以及操作等各个环节，对设计制造结构进行分析与评估，集成管理相关的信息数据。最后模拟分析经过改造与调整的机械制造结构，促使机械零部件设计制造的直观性得到提升[5]。近年来，随着自动化等先进技术的快速发展，操作人员与虚拟环境之间的实时交互已经实现，基于传感器的支持，能够将全仿真的生产环境创造出来，有助于控制企业机械生产成本，提升企业生产制造效率。

2.4 智能化应用

近年来，在机械设计制造领域开始融合应用自动化技术与人工智能等先进技术，大幅提升了机械设计制造效率和质量。智能机械制造目前已成为研究和发展的重点，通过交叉应用计算机、自动化、人工智能等一系列先进技术，可持续优化智能化机械加工制造系统，将控制对象不必要的程序去除掉，避免机械加工制造受到意外因素的不利影响，促使提质增效的目标得到顺利实现。以汽车生产为例，企业可依托人工智能技术将专家思维录入到机械生产过程中，借助于智能芯片系统对机械制造过程进行控制，促使制造质量得到保证。同时，基于自动化智能化技术的支持，智能感应、智能分析也可顺利实现，进而高效、全面地监测机械制造过程，依据实际生产环境条件对生产参数进行动态调整[6]。

2.5 柔性化应用

柔性化应用指的是依据机械设计方案、生产技术等统筹管理机械生产制造的原材料储存运输系统、各类设备等，以便促使不同生产方案的实际需求得到满足。柔性化自动化生产技术的基础是成组技术，其可结合实际生产需求分组处理加工对象。基于成组技术的支持，柔性化系统能够高效调用各类加工材料，排列运输盒。通常情况，柔性信息系统具有倒三角形的信息控制结构，依托计算机设备高效处理、调用相关信息，动态监测机械制造过程，且依据生产数据信息对后续的生产计划进行及时调整。此外，柔性自动化存储系统能够拓展安置与运输粗加工零部件、生产制造设备、生产线废料等，利用工业机器人快速搬运上述材料，促使材料运输调配的自动化得到实现。

3.1 重视机械设备的引进和管理

为将自动化技术在机械设计制造领域的应用价值充分体现出来，需结合机械自动化设计制造需求，积极引进相应的机械设备，做好机械设备的管理工作，为机械设计制造自动化的顺利推进提供支持。其中，资金是顺利引进机械设备的基础。因此，机械设计制造企业要充分认识到自动化技术的应用优势，结合自身实际生产情况和发展需求，加大资金投入力度，对机械设备采购计划科学制定，以便有序、完善地配置相关设备。当完成机械设备采购活动后，企业要规范安装相应机械设备，对机械设备运行配套设施进行完善，以便顺利实施机械自动化设计制造工作。

3.2 加强专业人才的培养

现阶段，专业人才短缺是制约机械设计制造自动化发展的重要因素。因此，为推动我国机械设计制造业的整体发展，拓展自动化技术在机械设计制造领域的应用深度与广度，需切实加强专业人才培养工作，从人才角度促进自动化技术的研发与应用。在具体实践中，可从这些方面着手。

（1）积极联合地方高校，依据机械设计制造自动化发展对专业人才的需求，联合制定人才培养方案，将高校的师资资源、教学资源等充分利用起来，培养出符合机械设计制造自动化发展需求的高素质、高技能人才。

（2）积极联合科研机构，对科研结构的人才培养经验等进行学习和借鉴，及时更新和调整人才培养计划。在专业人才培养过程中，可将科研机构优秀研发人员邀请过来，对自动化技术在机械设计制造领域的应用要点、发展方向等进行详细讲解，逐步提升人员的能力水平。此外，要进一步健全奖励机制，引导其他社会企业等相关主体共同参与到人才培养中，促使机械自动化设计制造的研发、操作队伍不断壮大。

3.3 坚持绿色发展理念

机械产业的快速发展，虽然带动了国民经济的整体进步，但也造成了严重的环境污染与能源消耗问题。近年来，国家高度重视生态文明建设工作，深入落实产业转型升级方案，要求进一步降低机械设计制造过程的环境污染与能源消耗。因此，在机械设计制造自动化发展过程中，要深入贯彻绿色发展理念，不断提升节能环保水平。在自动化技术发展过程中，需着重研究如何减少材料消耗、控制生产污染等。通过融合自动化技术与环保理念，促使机械设计制造产业的绿色发展得到实现。

3.4 深入研发核心技术

与西方发达国家相比，我国在机械设计制造自动化方面还面临着核心技术支撑不足等问题，对机械设计制造产业的长远发展造成了不利影响。面对这种情况，要进一步加大核心技术研发力度，提高机械设计制造产业的综合竞争力。在具体实践中，要完善资源保障机制，投入充足的人力、财力以及物力等资源，为核心技术的研发提供支持，还要专门设立激励引导政策，鼓励相关企业、人员等深入参与进来。

自动化技术在提升生产效率、降低生产成本等方面具有较大的优势，可显著推动机械设计制造业的发展。现阶段，自动化技术在机械设计制造领域已得到深度应用，但在发展过程中也出现了诸多的问题。因此，要进一步深化对自动化技术的研究，不断拓展自动化技术的应用广度，促使我国机械设计制造产业的核心竞争力得到提升。

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