新时期自动化技术在机械设计制造中的应用研究

孙瑞光

（山西铁道职业技术学院 山西 太原 030013）

1 引言

21世纪以来，我国计算机科学技术飞速发展，控制论与信息论逐步完善，自动化及智能化设备大量普及，自动化智能控制的应用对各行各产的发展和国民的生产生活所发挥的作用也越来越重要。自动化技术通过计算机辅助工业设计制造，采用自动化仪器仪表实现智能控制，极大地满足了工业连续生产过程自动化的需求，同时也在很大程度上提高了劳动生产率，促进了现代工业的发展和工业自动化的实现[1]。而对于机械设计制造行业企业而言，身处现代工业自动化发展的时期，合理应用自动化技术来革新生产工艺、改变生产模式、加强监管检测，是其提升制造精度、提高生产效率、降低生产成本的必由之路。然而，由于国内工业自动化发展较晚，机械自动化技术的研究与应用也较落后，自动化技术人才不足、相关配套设施缺乏、设备管理水平有限，导致自动化技术在机械设计制造中的应用推广受限。基于此，本文通过探讨自动化技术在机械设计制造中的应用优势及发展方向，分析当前观察到的机械设计制造行业企业在自动化技术应用中存在的问题并给出了相关建议，旨在与本领域相关企业及行业专家实现沟通，为加快推动国内机械自动化发展提供支持。

2 机械自动化的概念与组成

2.1 机械自动化技术的含义

自动化技术是以计算机信息技术为支撑，通过融合机械、微电子、仿生学、传感器等多学科的先进技术实现机器设备或机械装备在无人或较少人员参与操作的情况下，可以按照生产需求在预先设定的程序或命令下能自动监测生产过程，分析判断实时状况，并自行生产作业的现代化技术[2]。在机械设计制造行业领域，机械自动化技术即通过相关硬件设备和软件程序使得机械设计及制造过程实现自动化控制的技术。

2.2 机械自动化系统的组成

机械设计制造行业领域对生产环节、产品精度等要求较高，机械自动化技术的应用在降本增效的同时，还需兼顾产品质量。目前，国内机械设计制造领域的自动化系统主要由操作系统、传感系统、通信系统、信息处理及指令系统等五部分组成，其中操作系统具体执行操纵控制生产作业过程；传感系统监控监测自动化设备实时的运行状态；通信传输系统接收相关信息并传输系统指令；信息处理系统分析处理接收的系统信息并形成应对的指令；指令系统则与信息传输系统一并将指令下达到实施环节。在机械自动化设计制造中，上述各个系统只有相互协作，才能保障机械自动化控制系统的良好运行，实现应用自动化生产的目的[3]。

3 自动化技术在机械设计制造中的应用优势及发展方向

3.1 机械自动化的应用优势

传统的机械设计制造生产模式需要较多人员参与产品模型建立及机器制造过程，生产效率较低，成本投入较高，且机械设计制造工序繁多、结构复杂，过度依赖人工的生产模式受人员操作水平影响以致产品质量不高，能源浪费也较严重。目前，自动化技术在机械设计制造领域的应用主要集中体现在数字控制技术、柔性化生产模式及自动检测技术应用等几方面，机械自动化的应用具有以下优势。

第一，提升制造精度，机械自动化设计制造生产流程中，工作人员只需规范运用生产线，由计算机系统自动控制生产过程并进行质量检测，可以实现高精度生产，使得设计与制造质量大大提升；第二，提高生产效率，应用自动化技术打破了传统机械设计制造工艺的束缚，消除了人工生产模式存在的限制，通过整合各个生产阶段削减了冗余操作，使得生产流水线能高效快速运转；第三，降低生产成本，机械自动化设计制造减少了人力资源的投入，提升了生产资料的利用率，同时通过自动监测生产实时状态也提高了机械设计制造过程的安全性能，减少了设备损坏和安全事故的风险，降本增效成效十分显著[4]。

3.2 机械自动化的发展方向

机械设计制造作为国内工业制造行业的基础，工业自动化发展推动了机械自动化的发展，数字控制技术的应用提升了生产效率和制造质量，柔性化生产模式的应用促进了生产多样化和工艺多元化，自动检测技术的应用降低了机械故障率和生产成本。近年来，随着人工智能、物联网、虚拟技术等高新技术的发展及其在机械设计制造领域的渗透，使得机械自动化向着智能化、集成化、虚拟化的方向发展已成为一种趋势。

第一，智能化发展。人工智能是现代科技发展的重要方向之一，智能化与机械自动化技术的融合使得人类的思考方式能更好地贯穿于机械设计制造中，智能化的机械设计制造系统可以模仿人类的行为，可控性较强，且具备逻辑分析与推理判断能力，也能根据客户需求随时调整生产过程，还有助于优化生产工艺流程和机械运作效率。第二，集成化发展。集成技术是优化现代工业企业内部运行的技术之一，集成化与机械自动化技术的有机结合能够将机械自动化软件整合成一个完整系统，并将生产过程中的不合理因素重新排列组合，使得系统内部各个环节的协同性更强，每个生产环节运行得更为有序，同时也能满足机械自动化生产全过程的监控、管理和检测，有利于资源利用率的提升和生产成本控制。第三，虚拟化发展。虚拟技术是基于计算机技术进行仿真或建模的一种热门技术，虚拟技术应用于机械设计制造中可以建立机械制造的虚拟终端系统，提出生产中可能会遇到的问题，通过相应的模拟实验来寻求解决方案；也可以对构造复杂的机械产品进行3D建模，在模型上标注好相应的参数，并预测生产环节可能出现的情况，通过虚拟技术来降低研发和生产的风险，节省人力、物力，有效降低机械设计制造企业在研发环节的投入。

4 自动化技术在机械设计制造应用中存在的问题及应对策略

4.1 机械自动化应用存在的问题

从当前我国机械设计制造行业发展现状来看，自动化技术的应用主要存在以下三方面问题：第一，国内自动化技术兴起不久，要在机械设计制造领域深入渗透尚缺乏相关技术和专业人才的支持，许多机械设计制造企业投入大量资金从发达国家引进技术，但大多数企业工人整体素质偏低难以适应自动化生产，这两者都制约着机械自动化的发展。第二，国内机械自动化发展较为落后，大多数机械设计制造企业仍保留着传统的制造设备，自动化控制的配套设施还不完善，也缺乏有利于机械自动化发展的环境，导致部分已经引进的机械自动化技术难以发挥应有的作用。第三，大多数中小机械设计制造企业的管理人员还没有完全认识到新时期自动化技术应用的重要性，虽然引进自动化设备及技术，但管理人员重视程度不够、专业知识缺乏，使得设备管理方面缺乏规章制度和指导规范，管理水平的低下也成为制约机械设计制造行业降本增效的重要因素。

4.2 机械自动化应用问题的对策

结合国内自动化技术与机械设计制造的融合情况及机械自动化的发展趋势，针对自动化技术人才不足的问题，机械设计制造企业应重视企业内部人才的培养，在引进先进技术的同时，也要促进企业内部自动化技术应用的创新。各高等院校的机械工程专业也应结合新时期机械制造行业需求开设机械自动化方面的专业课程，为未来机械自动化发展培养人才。针对相关配套设施缺乏的问题，机械自动化行业协会应着力推动相关技术及软件系统的研发，各中小机械制造企业要重视自动化技术的应用，投入资金更新机械自动化制造设备，完善机械自动化相关配套设施，为机械自动化发展营造良好的环境。针对设备管理水平有限的问题，机械制造企业在引进专业人才的同时，管理人员也要认识到自动化技术的价值及其在机械设计制造中应用的趋势，在自动化设备管理方面健全完善规章制度和管理规范，以指导工作人员更好地使用维护设备，此外也可以在企业内部定期组织技术培训，提升设备管理与操作人员的水平，推动机械设计制造行业整体水平的提升。