自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用淺析

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摘要：機(jī)械制造在工業(yè)發(fā)展中占據(jù)十分重要的位置，同時(shí)對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也具有重要意義。新形勢(shì)下，機(jī)械制造不但在工業(yè)發(fā)展中起到?jīng)Q定性作用，并且與高新技術(shù)及農(nóng)業(yè)發(fā)展具有較為密切的關(guān)聯(lián)，尤其是自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，更是將機(jī)械制造推向了一個(gè)新的發(fā)展高度。基于此，筆者分析了自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的作用，研究了該技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)，僅供參考。

關(guān)鍵詞：新形勢(shì)；機(jī)械設(shè)計(jì)制造；自動(dòng)化技術(shù)

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了比較普遍的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用改變了人們的生活、學(xué)習(xí)與工作方式，極大地促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。尤其是在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用程度的高低儼然成為機(jī)械生產(chǎn)加工企業(yè)自身競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)弱的重要象征。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以縮減企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時(shí)可以提高企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，給企業(yè)創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。所以，當(dāng)前眾多科研人員致力于該領(lǐng)域的研究，確保機(jī)械設(shè)計(jì)制造和自動(dòng)化技術(shù)有效融合，充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)計(jì)制造的作用，并使之更好地服務(wù)于社會(huì)。

1機(jī)械設(shè)計(jì)制造中自動(dòng)化技術(shù)的作用

1.1縮減生產(chǎn)成本

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)應(yīng)用盡管十分廣泛，但是會(huì)導(dǎo)致部分生產(chǎn)加工材料的浪費(fèi)，加大機(jī)械制造成本的投入，對(duì)于企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展十分不利[1]。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，能夠確保機(jī)械設(shè)計(jì)制造各道工序更加符合精細(xì)化的發(fā)展要求，例如，針對(duì)機(jī)械制造加工中出現(xiàn)的廢料，可以予以合理應(yīng)用，這樣可以縮減制造加工成本，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。另外，合理應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，能夠改善機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的一些不合理環(huán)節(jié)，保證機(jī)械原材料有更加良好的適應(yīng)性，有效減少原材料產(chǎn)生的廢棄物。因此，自動(dòng)化技術(shù)不僅可以有效減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還可以有效節(jié)約能源。

1.2提升生產(chǎn)效率

在機(jī)械生產(chǎn)加工中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，可以顯著提升機(jī)械制造的智能化水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量與工作效率，增強(qiáng)企業(yè)自身競(jìng)爭(zhēng)力，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，為企業(yè)的良好發(fā)展提供助力。在機(jī)械生產(chǎn)加工中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，可以優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)和制造流程，有效彌補(bǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中存在的不足，提高和改善產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)用效果較為明顯。

1.3改善機(jī)械使用情況

將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，針對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控及管理，能夠使機(jī)械設(shè)備的使用狀況得到一定的改善，推動(dòng)企業(yè)的快速發(fā)展，提升企業(yè)工作效率。一方面，自動(dòng)化技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)作為基礎(chǔ)，能夠利用程序的設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械裝置操作的有效控制。從某種意義上講，這樣能夠規(guī)避機(jī)械的人工性損傷，有效延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命，縮減機(jī)械設(shè)備的加工制造成本，明顯提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[2]。另一方面，科學(xué)應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)能夠強(qiáng)化對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造流程的監(jiān)管，借助于對(duì)相關(guān)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息的細(xì)致分析，能夠確保機(jī)械設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的良好維護(hù)。

2機(jī)械設(shè)計(jì)制造中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

2.1集成化應(yīng)用

針對(duì)一些比較復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行加工，就可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)間的有效配合，各個(gè)級(jí)別的機(jī)械生產(chǎn)系統(tǒng)間可以相互配合完成對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)加工，從而優(yōu)化了機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程。當(dāng)前，在機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，使用計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的制造流程進(jìn)行綜合化生產(chǎn)管理，并通過對(duì)各種分散自動(dòng)化系統(tǒng)的高效整合，促成相對(duì)完善的生產(chǎn)制造體系，加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和營(yíng)銷管理等多個(gè)環(huán)節(jié)間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)市場(chǎng)調(diào)研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和銷售、機(jī)械加工等過程有關(guān)信息資料的收集，滿足整體生產(chǎn)過程物料流與信息流之間的統(tǒng)一化管理的要求[3]。針對(duì)機(jī)械部件的生產(chǎn)加工進(jìn)行舉例說明，根據(jù)NC代碼，需要把毛坯加工成符合相關(guān)尺寸和質(zhì)量要求的零件，接下來對(duì)零件進(jìn)行裝配，獲取相應(yīng)的機(jī)械部件。整體過程中包含眾多不同的環(huán)節(jié)，通過使用計(jì)算機(jī)集成化制造過程管理系統(tǒng)能夠完成對(duì)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息的有效采集，主要包括材料儲(chǔ)運(yùn)工作站、加工工作站、質(zhì)量測(cè)量工作站、刀具管理工作站等，之后設(shè)備信息流和物料流之間就會(huì)相互交叉，信息集中化并向管理部門進(jìn)行反映，從而針對(duì)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行集中性的管理和監(jiān)控。不同的智能化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，并彼此協(xié)同完成特定的生產(chǎn)任務(wù)。比如，在機(jī)械式立體停車裝置的車盤邊梁工藝制造流程中實(shí)現(xiàn)集成化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，由于車盤邊梁材料為高冷彎薄壁鋼材，需鉆大量的連續(xù)鉆孔，由激光切割器、自動(dòng)輸送線、電腦控制系統(tǒng)、自動(dòng)平板機(jī)等聯(lián)合組成了智能化生產(chǎn)線，計(jì)算機(jī)對(duì)各臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際操作時(shí)間加以協(xié)調(diào)，對(duì)材料進(jìn)料的響應(yīng)速度加以控制，降低了設(shè)計(jì)人員的工作壓力，減少了人力資源的投入，同時(shí)提升了生產(chǎn)效率。在機(jī)械制造中加強(qiáng)智能化技術(shù)的應(yīng)用，可以極大地提高機(jī)械制造的集成化程度，并且創(chuàng)新機(jī)器產(chǎn)品加工過程，從而使機(jī)器產(chǎn)品加工具有較高的智能化水平。

2.2數(shù)控化應(yīng)用

應(yīng)用相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件實(shí)施自動(dòng)編程過程，可以確保對(duì)數(shù)控加工生產(chǎn)過程的有效控制，滿足機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的要求。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助軟件，對(duì)數(shù)控仿真加以分析，并在虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境下針對(duì)各機(jī)械產(chǎn)品的尺寸、結(jié)構(gòu)和形狀等多方面實(shí)施直觀性展示，從而達(dá)到對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品特性的全面反映，這樣可為設(shè)計(jì)工作者圖紙的設(shè)計(jì)與修正提供一定的技術(shù)性支撐，進(jìn)而保證機(jī)械生產(chǎn)工作更加安全準(zhǔn)確。至于普通的二軸車床或三軸銑床，則可直接由數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置加以配置，僅需要針對(duì)刀具及其采用的裝夾方式與程序作一定的調(diào)整，便可以完成對(duì)于各種工件的批量加工。就機(jī)械控制層面來講，當(dāng)前通常應(yīng)用PLC確保其實(shí)現(xiàn)，因此通過該技術(shù)也可高效解決設(shè)備邏輯與開關(guān)間的控制問題，從而實(shí)現(xiàn)較高的加工精度與效果。機(jī)械設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程中，所使用的數(shù)控機(jī)床通常在結(jié)構(gòu)上存在一定差異，然而一般都包括數(shù)控機(jī)床、可編程單元、數(shù)控機(jī)床和控制中心等，當(dāng)輸入了一定的信號(hào)之后系統(tǒng)電路便會(huì)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)[4]。對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析處理之后，就可以獲取加工坐標(biāo)軸并輸入相應(yīng)分量，再經(jīng)過放大和轉(zhuǎn)換處理，在伺服電機(jī)等相應(yīng)控制設(shè)備中完成輸入，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)加工機(jī)床動(dòng)態(tài)的有效監(jiān)控。

2.3柔性化應(yīng)用

機(jī)械生產(chǎn)加工中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，可以確保機(jī)械產(chǎn)品柔性化生產(chǎn)的有效實(shí)現(xiàn)，也就是將機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)化不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)，針對(duì)機(jī)械生產(chǎn)制造流程實(shí)施升級(jí)與優(yōu)化。當(dāng)前，很多機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)都已建設(shè)了相應(yīng)的柔性化生產(chǎn)線，通過使用電子凸輪和電子傳動(dòng)齒輪取代相關(guān)的機(jī)械零件，從而高效實(shí)現(xiàn)軸間柔性連接。應(yīng)用快速高精度伺服裝置管理技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)通信計(jì)算機(jī)控制，能夠提高生產(chǎn)線上各個(gè)工序段裝置之間的相互耦合，從而提高各個(gè)生產(chǎn)線之間的關(guān)聯(lián)。通過使用相對(duì)單獨(dú)的PLC伺服控制器，也能夠針對(duì)各工序段設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行更加高效的管理。應(yīng)用于集成控制器，能夠使各控制器之間實(shí)時(shí)地進(jìn)行與機(jī)械設(shè)計(jì)制造中產(chǎn)品有關(guān)數(shù)據(jù)的有效傳遞，這樣便能夠在第一時(shí)間獲取產(chǎn)品相應(yīng)的生產(chǎn)狀況，從而強(qiáng)化生產(chǎn)制造過程信息管理系統(tǒng)和產(chǎn)品關(guān)系模型信息庫間的雙向通信能力，使機(jī)械設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程的柔性化管理工作得以良好進(jìn)行。針對(duì)柔性化產(chǎn)品，則主要依靠于自動(dòng)化技術(shù)，但因?yàn)閱渭儜?yīng)用于機(jī)械零部件較易產(chǎn)生信號(hào)遲滯的缺陷，所以必須引入智能化裝置在瞬息間完成排產(chǎn)，以有效實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)格的調(diào)試，這樣整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)相應(yīng)的恢復(fù)時(shí)間便會(huì)縮短，從而保證連續(xù)性生產(chǎn)，完成生產(chǎn)目標(biāo)。例如，在機(jī)械式立體停車設(shè)備的鋼框架生產(chǎn)中，可以將柔性化制造技術(shù)融入其中，通過同樣的測(cè)量工位可以生產(chǎn)多個(gè)不同鋼梁和鋼板梁的產(chǎn)品。鋼框架的生產(chǎn)流程主要包括：將材料輸送至數(shù)控機(jī)床，然后按照?qǐng)D紙的尺寸加工鋸材，接下來在九軸三維鉆床中完成輸入，能夠一同進(jìn)行三種孔的鉆孔，完成對(duì)型鋼的固定。使用紅外線技術(shù)，針對(duì)型材的相關(guān)尺寸加以檢測(cè)，將0點(diǎn)定好，其中一只機(jī)械手執(zhí)行零件板的上料操作，能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過程，而且可以找到型鋼上板材的定位；另一只機(jī)械手的工作是自動(dòng)尋找等焊接點(diǎn)，進(jìn)行焊接工作。在柔性生產(chǎn)線中，針對(duì)連接板的定位都是利用機(jī)械手完成的。

2.4智能化應(yīng)用

2015年中國(guó)提出了“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略，2016年又發(fā)布了《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》，明確了機(jī)械制造智能化發(fā)展的方向。將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用其中，能夠在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)數(shù)控加工機(jī)床、傳感器等智能化相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行合理布設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠中物聯(lián)網(wǎng)的有效創(chuàng)建，這樣便可針對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制，完成智能化生產(chǎn)過程。隨著網(wǎng)絡(luò)智能化的逐漸發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)得到有效實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過強(qiáng)化不同模塊之間的關(guān)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)群控系統(tǒng)的有效創(chuàng)建，然后根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行智能化分析，編制合理的機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)方案，并針對(duì)相關(guān)生產(chǎn)資料與信息及時(shí)進(jìn)行調(diào)整[5]。例如，應(yīng)用自適應(yīng)技術(shù)，可以將自動(dòng)識(shí)別負(fù)載等相關(guān)參數(shù)變化作為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)前饋控制數(shù)據(jù)信息和電機(jī)參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)信息的自適應(yīng)運(yùn)算，接下來利用自動(dòng)編程對(duì)相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。將自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用作為基礎(chǔ)，可以針對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)施自動(dòng)采集、分析及處理，工作人員能夠結(jié)合系統(tǒng)所提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)果與圖像進(jìn)行分析，給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)制造方案，確?？蛻舻膫€(gè)性化需求得到滿足?？茖W(xué)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以確保不同生產(chǎn)設(shè)備控制端的有效連接，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的共享，同時(shí)可以針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程實(shí)施遠(yuǎn)程控制，確保了無人操作流程的有效實(shí)現(xiàn)，滿足智能化生產(chǎn)的相應(yīng)要求。

3新形勢(shì)下機(jī)械制造自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

3.1機(jī)械制造技術(shù)數(shù)字化

毋庸置疑，當(dāng)前是信息化時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)得到了快速發(fā)展，并在數(shù)字制造領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用，企業(yè)的生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)管理也因此產(chǎn)生了一定的變化。機(jī)械制造業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行公開，同時(shí)也借助網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行市場(chǎng)的開發(fā)。在數(shù)字制造環(huán)境條件下，機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)以及產(chǎn)品開發(fā)虛擬數(shù)字平臺(tái)，針對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)及加工進(jìn)行數(shù)字模擬，同時(shí)針對(duì)相關(guān)環(huán)節(jié)實(shí)施測(cè)試，這樣可以確保所產(chǎn)生出的產(chǎn)品具有更強(qiáng)的市場(chǎng)適應(yīng)性。

3.2虛擬技術(shù)水平提高

虛擬技術(shù)是21世紀(jì)誕生的一種重要技術(shù)，傳統(tǒng)的虛擬技術(shù)是將模擬當(dāng)作核心，對(duì)無限接近相應(yīng)工作條件的過程加以模擬，然后完成對(duì)具體生產(chǎn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)的問題的有效預(yù)測(cè)[6]。當(dāng)前，機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中虛擬技術(shù)的應(yīng)用，主要是預(yù)先對(duì)問題的原因加以分析，然后制定相關(guān)解決措施，有效規(guī)避故障問題，這樣可以保證更高的生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。然而，目前針對(duì)虛擬技術(shù)的研究依然不夠，各方面都有待改進(jìn)。因此，相關(guān)技術(shù)工作者應(yīng)從技術(shù)能力、理論基礎(chǔ)等多方面予以提升，并結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，盡可能降低人為因素在其中的干擾性影響[7-8]。

3.3機(jī)電一體化

機(jī)電一體化是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械生產(chǎn)加工技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)等多門學(xué)科交叉而形成的。應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以確保產(chǎn)品更加具有智能性、系統(tǒng)性和模塊化等多方面的特點(diǎn)。新形勢(shì)下，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)是當(dāng)前機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展的重要方向，機(jī)電一體化技術(shù)具有無限廣闊的發(fā)展空間，能夠使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更為科學(xué)，顯著提高企業(yè)的生產(chǎn)效率[9-10]。

4結(jié)束語

綜上所述，新的發(fā)展形勢(shì)下，機(jī)械設(shè)計(jì)制造和自動(dòng)化技術(shù)之間的有效融合，不但確保了生產(chǎn)的高質(zhì)量，而且從整體上優(yōu)化了機(jī)械制造流程，保證了技術(shù)的高水平應(yīng)用，同時(shí)降低了機(jī)械生產(chǎn)成本，對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的意義。借助先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)，經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)也會(huì)更加穩(wěn)定。人們的生活及生產(chǎn)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)之間存在著密切的關(guān)聯(lián)，為了保證機(jī)械制造行業(yè)能夠更加穩(wěn)定發(fā)展，應(yīng)對(duì)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

作者:王靜 單位:呂梁職業(yè)技術(shù)學(xué)院