計算機輔助技術(shù)與機械制造的融合

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摘要：在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當代，機械設(shè)計制造與社會生產(chǎn)力的發(fā)展息息相關(guān)。計算機輔助技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用，對提高機械系統(tǒng)性能、運行效率及功能性，有重要的價值。本文概述了機械設(shè)計制造以及計算機輔助技術(shù)的基本概念，分析了兩者融合的重要性和意義，從三維模擬、圖形符號應(yīng)用、設(shè)計圖紙繪制等角度，對計算機輔助技術(shù)在機械設(shè)計制造中的具體應(yīng)用進行了探究。

關(guān)鍵詞：計算機輔助技術(shù)；機械設(shè)計；機械制造；融合研究

機械設(shè)計與制造是實現(xiàn)機械化生產(chǎn)活動的基本前提，在機械化技術(shù)不斷進步的當代，更多先進的技術(shù)被應(yīng)用于機械設(shè)計制造環(huán)節(jié)。隨著計算機、信息化、大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，機械設(shè)計制造環(huán)節(jié)中計算機輔助技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊?？紤]到現(xiàn)今機械設(shè)計與制造面臨的要求越來越多樣化，有必要對計算機輔助技術(shù)的具體應(yīng)用進行深入研究。

1機械設(shè)計制造與計算機輔助技術(shù)概述

1.1機械設(shè)計制造

顧名思義，機械設(shè)計制造主要包括設(shè)計與制造兩個部分，機械設(shè)計是基于現(xiàn)有的技術(shù)資源條件，為滿足相關(guān)生產(chǎn)活動需求，對機械系統(tǒng)進行合理化設(shè)計的過程。機械設(shè)計不僅要對基本的機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，還要對相關(guān)系統(tǒng)功能、運行方式、操作管理模式進行設(shè)計。而機械制造則是利用先進、成熟的工藝技術(shù)和資源，將機械設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)化為實際機械系統(tǒng)的過程。機械制造工藝水平，將直接決定機械系統(tǒng)的整體質(zhì)量和運行效果[1]。在當代機械設(shè)計制造行業(yè)當中，數(shù)控自動化、虛擬化技術(shù)的應(yīng)用尤為重要，而這些技術(shù)都要通過計算機輔助技術(shù)來實現(xiàn)，所以關(guān)于計算機輔助技術(shù)的研究，對機械設(shè)計制造行業(yè)十分重要。1.2計算機輔助技術(shù)計算機輔助技術(shù)主要是指以計算機為主要工具，廣泛利用基于計算機平臺的軟件開發(fā)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化等技術(shù)，幫助人們在相關(guān)領(lǐng)域中完成既定工作的技術(shù)。傳統(tǒng)的機械設(shè)計與制造都要大量依賴人力，在時代不斷發(fā)展的情況下，傳統(tǒng)模式中效率低、準確性低以及自動化水平低的缺陷逐漸暴露出來。而計算機輔助技術(shù)的應(yīng)用，是進一步拓展機械設(shè)計思維、提高設(shè)計水平的關(guān)鍵，同時也是實現(xiàn)精密化、規(guī)?；瘷C械制造以及提高機械制造質(zhì)量的有效途徑。

2計算機輔助技術(shù)和機械設(shè)計制造融合的意義

2.1提高設(shè)計制造效率和質(zhì)量

在機械設(shè)計過程中，涉及到大量的幾何圖形組合，同時需要進行三維空間的結(jié)構(gòu)設(shè)計。傳統(tǒng)的設(shè)計方法下專業(yè)人員的設(shè)計壓力較大，并且需要進行大量的分析，才能得出最優(yōu)的設(shè)計方案。而計算機輔助設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，可以利用計算機軟件，批量處理大量的幾何圖形，同時完成可視化的三維設(shè)計與模擬，極大提高了設(shè)計效率和各方面數(shù)據(jù)的準確性。從機械制造的角度來講，傳統(tǒng)的機械制造環(huán)節(jié)開始之前，需要組織相關(guān)人員對大量的設(shè)計圖紙進行會審，明確各方面的數(shù)值、參數(shù)，如果圖紙、數(shù)值存在誤差，將會嚴重影響制造質(zhì)量[2]。而計算機輔助技術(shù)的應(yīng)用，可以將圖紙會審、參數(shù)核對工作簡化，甚至可以直接通過計算機軟件，對機械系統(tǒng)運行模式、力學(xué)性能等參數(shù)進行模擬核算。當機械系統(tǒng)正式投入制造環(huán)節(jié)時，計算機輔助技術(shù)還可以對制造過程進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常，不僅有效規(guī)避了人工監(jiān)測存在的弊端，也提高了機械制造效率和質(zhì)量。

2.2有助于優(yōu)化設(shè)計和制造工藝

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當代，機械設(shè)計與制造技術(shù)需要及時更新和優(yōu)化，才能滿足不斷提高的市場需求。而計算機技術(shù)是引領(lǐng)時展的關(guān)鍵性技術(shù)，在機械設(shè)計與制造領(lǐng)域中應(yīng)用計算機輔助技術(shù)，將可以獲取當下行業(yè)中更先進的理念、技術(shù)及資源。從宏觀角度來講，計算機輔助技術(shù)的應(yīng)用，將能對多種技術(shù)與機械設(shè)計的融合前景進行模擬，分析其中的可行性和應(yīng)用價值。從微觀角度來講，計算機輔助技術(shù)可以對機械系統(tǒng)中的相關(guān)零部件配合狀況、運行參數(shù)進行計算、模擬，找到更優(yōu)的零部件組合運行方式。因此，計算機輔助技術(shù)與機械設(shè)計制造的有效融合，對進一步推動機械自動化產(chǎn)業(yè)乃至整個工業(yè)社會的發(fā)展，都有積極的意義[3]。

3計算機輔助技術(shù)與機械設(shè)計制造的融合策略

在機械設(shè)計制造環(huán)節(jié)當中，計算機輔助技術(shù)為設(shè)計工程師提供了很多資源和技術(shù)支持。目前，計算機輔助技術(shù)廣泛應(yīng)用于機械設(shè)計制造中，并且逐步成為推動機械自動化、智能化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。目前，計算機輔助技術(shù)和機械設(shè)計制造的融合主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1圖形及符號的應(yīng)用

傳統(tǒng)的機械設(shè)計環(huán)節(jié)中，設(shè)計工程師會使用大量不同的符號、圖形來代表相應(yīng)的機械部件、技術(shù)概念及參數(shù)信息，在機械系統(tǒng)越來越復(fù)雜的情況下，這樣的方式讓設(shè)計工作變得非常復(fù)雜，設(shè)計圖紙的可視化程度和可理解性大為降低。通過在機械設(shè)計環(huán)節(jié)中使用計算機輔助技術(shù)，可以利用計算機編程技術(shù)，對設(shè)計工程工程師需要用到的各類圖形、符號進行編程，再應(yīng)用到設(shè)計圖紙當中去。利用計算機輔助技術(shù)可以將機械系統(tǒng)涉及到的各類零部件的型號、參數(shù)、數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一，避免出現(xiàn)錯誤。計算機強大的信息處理和編程性能，將可以實現(xiàn)對機械設(shè)計流程的簡化，并提高設(shè)計圖紙的可視化程度[4]。

3.2圖形的繪制

在機械設(shè)計環(huán)節(jié)中，設(shè)計圖繪制是至關(guān)重要的工作。為了確保機械制造的結(jié)果符合行業(yè)標準和設(shè)計要求，需要保證設(shè)計圖紙中圖形、數(shù)據(jù)的準確性。傳統(tǒng)手繪的方式帶來的直接結(jié)果就是圖形數(shù)據(jù)準確度不足，影響后續(xù)機械制造質(zhì)量。此時，可以利用計算機輔助技術(shù)中的相關(guān)軟件，在計算機上對機械系統(tǒng)的圖紙進行繪制，繪制過程中軟件會自動生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)，設(shè)計人員再通過軟件的模擬功能，對設(shè)計圖紙的準確性、合理性進行核查[5]。如果圖紙繪制及審核過程中發(fā)現(xiàn)了問題，設(shè)計工程師在改動的時候還能對修改內(nèi)容進行說明，便于前后對比及多方信息溝通。尤其是對機械制造單位而言，基于計算機軟件的設(shè)計圖紙，將能讓其迅速明確機械系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、設(shè)計要求、材料類別、參數(shù)信息等，進而確保機械制造質(zhì)量。

3.3三維建模

傳統(tǒng)的機械設(shè)計圖紙都是平面的，而機械系統(tǒng)本身是一個三維結(jié)構(gòu)體，平面圖紙無論是在可視化水平、可理解性，還是在制作的便捷性方面都存在較大的缺陷。計算機輔助技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用，可以通過相關(guān)軟件對設(shè)計內(nèi)容進行三維模擬，形成可視化的虛擬三維立體模型。設(shè)計人員、制造人員都可以通過操作計算機，對該三維模型進行旋轉(zhuǎn)、觀察，并獲取相關(guān)的參數(shù)、信息。三維建模是計算機輔助技術(shù)在機械設(shè)計制造應(yīng)用的過程中最具代表性的功能，更為關(guān)鍵的是，三維建模徹底解放了機械設(shè)計工程師的思維，可以實現(xiàn)其更多天馬行空的想法和構(gòu)思，同時也為提高機械制造效率、準確性打下了可靠的基礎(chǔ)[6]。例如，CAD軟件作為機械、工程行業(yè)中十分重要的設(shè)計繪圖軟件，具有操作便捷、可視化程度高等優(yōu)勢。在機械設(shè)計中對CAD軟件的有效應(yīng)用，不僅可以迅速完成各種機械結(jié)構(gòu)平面圖的精確繪制，更能對整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行三維模擬。

3.4數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

如今機械系統(tǒng)已經(jīng)成為與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)以及人們生活出行息息相關(guān)的主體，關(guān)于機械系統(tǒng)的管理、運行維護以及更新，是進一步挖掘機械系統(tǒng)價值的關(guān)鍵。而要做到這一點，對機械系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)以及運行管理中的數(shù)據(jù)進行收集、整理、處理和分析，至關(guān)重要[7]。尤其是在信息化、大數(shù)據(jù)時代背景下，關(guān)于任何機械系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，都是確保系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、安全運行，并逐步提升系統(tǒng)實用性的主要方法。而如果在機械設(shè)計制造環(huán)節(jié)中充分應(yīng)用了計算機輔助技術(shù)，那么將可以直接在設(shè)計制造階段獲取相應(yīng)的機械數(shù)據(jù)，構(gòu)成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)包括機械系統(tǒng)的功能參數(shù)、零部件參數(shù)、制造參數(shù)，而將計算機系統(tǒng)植入到機械系統(tǒng)當中，還可以在實現(xiàn)機械自動化控制的同時自動收集機械系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)。另外，機械系統(tǒng)的運行、維護、管理人員在執(zhí)行相關(guān)工作時，也可以將涉及到的相關(guān)數(shù)據(jù)進行上傳[8]。該數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，有助于讓管理維護人員明確系統(tǒng)狀態(tài)，分析預(yù)測系統(tǒng)故障風(fēng)險，并針對相關(guān)需求和技術(shù)發(fā)展趨勢，對機械系統(tǒng)進行升級和優(yōu)化。值得一提的是，基于計算機輔助技術(shù)的數(shù)據(jù)庫，也是實現(xiàn)機械系統(tǒng)智能化控制、故障診斷的基礎(chǔ)，對促進機械自動化水平的發(fā)展，有重要意義。

4結(jié)束語

綜上所述，機械設(shè)計與制造是維持和推動現(xiàn)代社會生產(chǎn)力發(fā)展的基礎(chǔ)，而隨著社會的進一步發(fā)展，機械系統(tǒng)的規(guī)模、復(fù)雜程度都在不斷提升。傳統(tǒng)的設(shè)計制造方式及理念，在效率性、準確性、可靠性方面存在的弊端逐步顯現(xiàn)，而通過將計算機輔助技術(shù)與機械設(shè)計制造進行有效融合，將有助于提高機械設(shè)計制造效率、質(zhì)量。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當深入研究當今社會對機械設(shè)計制造的具體要求，積極利用計算機輔助技術(shù)，全面提升機械設(shè)計制造水平，設(shè)計和制造出更穩(wěn)定、高效、可靠的機械系統(tǒng)，進一步實現(xiàn)機械系統(tǒng)的自動化、智能化發(fā)展。

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作者：閔友付 單位：江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院電氣工程學(xué)院