智能机械制造设计技术的问题分析

韩东 杨海峰

摘要：目前，智能化技术取得了突飞猛进的发展，在机械制造领域，智能化设计也越来越得到人们的高度重视和进一步关注。基于此，本文有针对性的分析和探究智能制造时代机械设计技术的相关内容，希望通过本文的简要论述，可以为相关从业者提供参考和借鉴。

Abstract： At present， intelligent technology has achieved rapid development. In the field of mechanical manufacturing， intelligent design has also received more and more attention and further attention. Based on this， this article analyzes and explores the relevant content of mechanical design technology in the era of intelligent manufacturing， and hope that through the brief discussion of this article， it can provide reference for relevant practitioners.

關键词：智能;机械;设计;制造;技术

Key words： intelligence;machinery;design;manufacturing;technology

中图分类号：TH122                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）10-0237-02

1  智能机械制造设计技术简介

智能机械制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。智能机械制造优势明显，不但能够有效缩短产品研制周期，从而提高生产效率和产品质量、降低运营成本和资源能源消耗，并促进基于互联网的众创、众包、众筹新业态、新模式的孕育发展。智能机械制造通常以智能工厂为载体，通过对关键制造环节智能化的改造，以端到端数据流为基础、以网络互联为支撑等特征。

在我国的发展中，智能机械制造同样占据着重要的角色，具备促进国家经济转型、提升我国制造整体水平、提升企业运营效率、降低操作者工作强度等优势。在我国科学技术发展迅速的今天，智能机械制造技术的发展起着无可替代的作用，是推动我国社会发展的主要动力。通过对智能机械设计技术的应用，促进机械制造行业同步发展，是我国经济转型的重要部署，也是相关企业发展的必然趋势。

2  我国智能机械制造设计存在问题

现阶段，我国的智能机械施工技术还有很多问题等待解决，进而导致了成本问题无法控制。所以就目前情况来看只有创新生产电气控制系统和机械元器件，从而组合出满足自己需求的设备。

2.1 智能机械制造工艺基础较弱

智能机械制造设计技术是基于现有制造工艺基础上发展而来的，我国目前在工艺制造上比较落后，机械自动化方面尚处在单机的自动化、刚性的自动化的阶段，且未真正掌握核心技术，进而无法自己生产控制系统，只能从国外购买先进的设备来加工机械元件。相比较而言，而世界机械制造工艺水平发达的国家已经采用高精度加工，微型机械和微米/纳米技术、复合加工技术等先进工艺，实现了柔性自动化生产，为产品设计性能的实现奠定基础。工业发达国家早已普遍使用计算机辅助设计技术（CAD），目前覆盖率已经超过60%，但是在中国CAD的覆盖率目前仅为5%左在。还有发达国家在六十年代初就已经普遍使用优质高效低耗的工艺及设备，而中国的很多企业还是在采用落后的工艺设备进行着生产，而优质高效并且低耗的先进工艺的普及程度还不足10%。

2.2 缺乏核心芯片技术，开发成本较大

目前我国智能机械制造的发展停留在以机械设计为基准的初级阶段，通常以单片机为核心的硬件技术和以计算机编程为突破点的软件技术结合进行智能机械制造，但是所用技术较为初级，智能技术的优势未能充分发挥。在5G时代来临之际，如何借助5G更好的网络环境的实现产品制造，实现物联网的功能，是未来智能机械设计技术发展的趋势。

从生产企业的发展来看，由于核心技术没有掌握，一些电气控制系统和机械元器件不得不从国外购买，进而导致了成本问题无法控制。同时，随着我国对环境问题、安全问题的逐步重视，操作人员工程部进一步降低、远程操作技术、数据即时采集技术等需求逐渐增多，造机械制造过程中与智能网络信息化技术的结合是企业稳步发展的主要手段，在产品制造的同时，还能整合出科学合理化的方案，以程序为主，智能解析设计人员可以根据系统内部设置，检测制造机械，从而来确定产品性能是否达标的一整套智能机械制造流程将是未来生产制造型企业主要的转型方向。

2.3 人机工程理念尚处在初级阶段

人机工程学是由波兰学者雅斯特莱鲍夫斯基提出来的新兴的边缘科学，是目前世界机械设计技术中一门新兴的边缘科学。它起源于欧洲，形成和发展于美国，近几年在中国、日本等国家广泛接受。人机工程学在欧洲称为Ergonomics，这名称最早是由波兰学者雅斯特莱鲍夫斯基提出来的，是一门多学科的交叉学科，研究的核心问题是不同的作业中人、机器及环境三者间的协调。设计者通过对人体测量学、人体反应时间、操作反应速度、无条件反射、环境因素和人员心理状态等因素的考量，进行数据化、细节化设计。

人机工程理念是确保人机配合高契合度的保障。受我国整体行业发展的影响，智能机械制造设计人员在进行设计时，往往仅从设备功能性及实用性来进行设计，而忽略了设备在生产环境中实际情况，未形成把人-机-环境系统的思维，很多细节上的设计落后先进国家较多，通常企业都委派大量的客户服务人员到现场进行多次调试，造成人力资源上的浪费。目前我国人机工程理论下处于探索阶段，在未来的机械制造中，方便、舒适、可靠、价值、安全和效率等指标将更受用户的重视。如何更好的满足用户体验感，是智能机械制造设计的发展方向之一。

3  智能机械制造设计问题解决思路

3.1 以数据分析为突破，提升机械制造工艺水平

改造传统机械制造工艺模式，采用智能系统对机械制造工艺进行转型升级。通过控制器的标识单元进行全生产链的数据存储及数据分析，严格把控机械制造全流程。首先在计算机软件数據准确性的保障，进行制造工艺相关参数的设置，并按照设置好的步骤工序逐步实行，从而来确保机械制造的精确性。同时，制造装备通过传感器的使用也可以在第一时间找出制造过程中的问题，发出报警，为提升机械制造准确性提供双重保障。

3.2 利用5G网络环境，融合网络信息技术

在目前信息化5G系统全面实施的背景之下，智能机械制造通过工业自动化与信息技术（IT）的融合变得尤为重要。5G网络构建后，数据传输效率相对于传统蜂窝网络的传输效率将大大提升，同时也将为智能机械制造设计的发展搭建了良好的平台。为提升工厂的生产灵活性、节约能源、保护环境、降低成本、提高质量和人身安全，从而使工厂的生产效率和质量得到大幅度的优化提高。从目前机械制造行业的发展来看，可以从以下5个方面进行智能机械制造设计的开展。

3.2.1 加强识别技术集成

智能机械制造设备所有功能的实现都是基于识别技术基础之上发展而来的。从目前我国发展情况来看，识别技术主要通过射频原理结合三维图像开展工作，对设备缺陷的探伤识别、明确物体具体位置与方向起重要作用。在进行智能机械制造设计的时候，应该在原有机械设计基础之上，充分利用计算机科学和信息科学数据统计的优势，利用三维建模技术，识别物体几何情况。

3.2.2 加强实时定位跟踪功能

生产制造全流程把控，材料、零件、工具、设备状态的实时跟踪是目前生产制造行业发展的趋势。而良好的网络系统为智能机械设计提供了合适的运行环境。在进行智能机械制造设计时，需要充分结合设备所处的网络环境，了解产品生产流程，进行实时位置跟踪，方便客户使用。

3.2.3 改变传统制造业逻辑

在传统制造业中，设计者往往先进行设计，在装配过程中进行相应的修改。造成成本浪费。在智能机械制造中，应充分利用信息化技术，建立所有工件根据整体装配“虚拟网络-实体物理”生产系统。在这样的系统中，一个工件就能算出自己需要哪些服务，实现生产制造数字化升级。

3.2.4 实现多系统融合

在5G发展的今天，为智能机械制造者提出了更高的要求，机械制造设计应该以工程化思维，充分考虑自动化系统整体方案设计技术、安装调试技术、统一操作界面和工程工具的设计技术、统一事件序列和报警处理技术、一体化资产管理技术各自的特点，保障产品功能实现。

3.3 加强市场了解，融合人机工程理念

智能机械制造设计的根本目的就是短产品设计周期，降低使用者劳动强度，提升企业生产效率。这就需要机械设计者，时刻掌握时代的主体，了解市场要求，充分发挥创造性思维，保持竞争力，有竞争优势设计技术，做到以客户需求为核心，改善在机械设计过程中遇到的问题，进行专属设计，不断累积经验，落实人机工程理念，增加用户体验愉悦感，避免“闭门造车”的瓶颈。

人机工程理念以数据分析为基准的理念与智能机械制造理念相吻合，根据现场实际情况，进行最优设计的判断。智能机械制造设计者在设计时，应通过对相关数据的提取，进行相关机构及部件的匹配。比如工业机器人就是可以实现直接操控机器人或通过模拟制造系统来间接实施生产或加工的产品，作为设计者，首要任务就是根据用户实际情况预设一个生产策略或加工工艺路线，进行工艺建模。设备的自主或自治生产过程中实时按照“工艺建模”中的数据进行，而人对生产的监督也以“工艺建模”的数据为标准，当生产的数据与预先设定的数据之间出现偏差时，线体会自动报警或出现相关提升，人机交互的纠错的过程，更是人机相互协调的过程。

4  结语

随着科学技术的不断发展，智能化产品已经成为日常生活中我们不可缺少的一部分，无论是工作还是生活，智能机械产品都会给我们提供极大的便利及舒适。于此同时，人们对制造技术水平及智能机械的使用要求越来越高，既是机遇也是挑战，作为机械设计者，应不畏艰难，改善在机械设计过程中遇到的问题。制造型企业也必须制定明确的战略发展规划，发展以技术为核心的智能制造基地。同时，应该放开视野，积极接触国外先进技术，将从国外引进的先进技术和现有的技术相结合，以创新的思维进行智能机械制造设计，不断督促机械设计技术的整体化改造，达到理想的效果。

参考文献：

[1]赵秀粉，王时龙，简毅，刘飞.基于智能代理的机械制造系统的动态建模[J].机械设计与制造工程，2002（4）：52-54.

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