自动化技术在机械设计及制造领域的应用研究

摘要：自动化技术因其具有的先进性，在机械设计及制造领域得到广泛应用，并创造了巨大的价值，对其进一步研究和优化显然有着重要意义。基于此，本文以汽车制造行业为例，从多个角度详细探讨了自动化领域如何在机械设计制造中得以有效应用，并对其未来发展进行了展望。

关键词：自动化;机械设计;机械制造

中图分类号：TP3;TB4                                    文献标识码：A                                文章編号：1674-957X（2021）09-0214-02

0  引言

近年来，随着科学技术的不断发展，机械领域已经基本全面普及了自动化技术，这项技术的应用，使得机械相关的企业获得了更高的经济效益。为此，作为企业而言，必须根据自身的实际情况，来对现有的机械设计制造自动化技术进一步研发和创新，确保企业能够拥有更大的发展空间，进而不断提高企业产品的生产效率和生产质量。

1  自动化技术在机械设计及制造领域中应用的重要性

1.1 降低资源成本

在自动化技术普及之前，传统的机械设计制造领域的粗放现象极为常见，造成大量资源的无端浪费，不仅不符合可持续发展理念，而且也造成企业成本居高不下，对于资源节约和企业发展都较为不利。而自动化技术的推广应用则克服了这一问题，其不仅能够提高机械设计和制造中的精确度，还能实现生产废料的重新利用，有效降低了以往浪费程度高和成本高的问题[1]。

1.2 提高生产效率

随着我国经济社会的不断发展，现如今，各行各业对于机械设计与制造领域都有着越来越高的需求和要求，由此，在机械设计制造领域中应用自动化技术已成为大势所趋[2]。自动化技术的应用，能够显著提高生产效率和生产质量，从而提高企业在市场中的竞争力，推进企业更好发展。

1.3 推动产业结构升级

随着自动化技术的不断推广应用，以往机械设计制造中大量采用人工操作的情况已不复存在，企业由劳动密集型向技术密集型的方向转变，如今的机械设计制造领域的竞争点也相应转变为技术水平上的竞争。由此，机械领域开始着力提高设备的精密度。虽然这看似仅仅是一方面的技术在发展和升级，但实际上，这项技术的不断发展，带动了整个机械设计制造行业的产业优化转型和升级，在此基础上，更多的技术壁垒也将在未来被逐个击破。

2  自动化在机械设计及制造领域的发展现状

2.1 制造工艺现状

机械的制造工艺水平是机械产品品质的根本保证，从目前来看，虽然自动化技术已经在我国绝大多数机械制造企业当中得以普及，但各企业之间的普及程度却参差不齐，一部分企业的自动化技术应用尚处于初级阶段，在精细化和智能化上的发展还较为欠缺，相较于国内外的一些先进企业而言，还有着明显的差距。除此之外，这些企业在激光加工、复合加工和纳米加工等方向也往往存在诸多不足之处，对于这些方面的技术仍需要进一步提升，在未来的相关研究中，这些也将成为重要的研究方向[3]。

2.2 自动化技术的现状

目前，自动化技术已经贯穿于机械设计和机械产品生产的全过程，特别是在机械产品设计的环节当中，采用自动化技术，能够为新产品的设计增添灵感，并能够从不同的维度整理相关的设计信息，不断推陈出新，满足企业和用户多方面的实际需求。

3  以汽车制造领域为例浅析自动化在机械设计制造中的应用发展

3.1 集成化应用

目前，机械设计与制造领域已经与各种新技术实现了一定程度的融合，在这一背景之下，原有的自动化技术得以不断提升，在汽车制造领域中，通过自动化技术的集成应用，有效突破了传统汽车结构的局限性。目前，一部分汽车制造企业应用这方面的技术，已经实现了集成生产的自主化制造系统，能够更好满足实际的生产需求，乃至部分客户的个性化定制需求[4]。

3.2 智能化应用

在汽车领域的机械设计制造工作当中，自动化技术的智能化应用得到了较为明显的体现。在自动化控制系统中，安全防护的技术水平得到了很大进步，汽车制造的流程得到了进一步的优化，这是以往人工操作模式下所不具备的。具体来看，自动化技术应用的关键则体现在自动化系统、机械制造系统和人工智能三部分，机械设计制造及自动化中的智能化应用则主要用于将各种先进的信息技术融合到机械设计和制造的环节当中，使得生产流水线能够按照预定好的程序来完成生产任务，在机械制造的过程中，通过智能化技术，能够对生产流水线的情况进行实时的准确分析，并随时进行调整。就目前而言，在国内的机械设计制造领域，自动化技术已经在一定程度上具有了智能化的特点，这显著提高了机械产品的生产质量和生产效率。与此同时，智能化技术也能够实时监控和协调生产过程中的各个参数，及时纠正生产过程中发生的错误，并针对不足之处进行改善，将可能出现的隐患及时清除。

3.3虚拟化应用

在过去的汽车机械部件设计中，通常需要先确认基本方案，而后再使用CAD进行图纸的绘制，这一过程不但非常繁琐，而且也很容易因微小的失误导致功亏一篑。如果能够将自动化技术有效应用其中，就可以进行汽车机械产品的虚拟化设计，避免以往设计工作中可能出现误差的问题，从而缩短设计时间，提升产品质量[5-6]。目前，在这一设计过程中，传统的CAD技术与近年来新兴的CAPP等计算机技术得到了有机结合，其利用计算机进行虚拟化和智能化的设计，实现了自动化的绘图，如在绘图过程中发现失误，则会及时提醒设计人员修正，避免错误问题的累积，实现更为精确的设计图纸。整体来看，使用该项技术后，其不仅能够获得更为精确的产品设计尺寸和设计质量，还能有效降低汽车机械部件设计环节的成本开支，提高企业的经济效益。

3.4 与大数据技术结合应用

在大数据技术和云计算等一系列先进技术不断发展的大背景之下，机械设计制造的自动化技术也开始与大数据技术之间进行结合应用。大数据技术的融入，显著提高了机械设计制造及自动化技术中的数据收集、数据分析和处理等方面的能力，特别是在车用传感器、仪表和网络等方面，大数据分析技术的应用使得这些部件的智能化程度更高。目前新兴的无人驾驶汽车就是一个典型的案例，无人驾驶汽车是在大数据、自动化技术和人工智能技术等基础上发展起来的，其应用这些技术，将传感器、监控视频和GPS定位技术等有机结合，通过大数据分析，合理规划行进路线，达到无人驾驶的目的。

3.5 实际应用案例

目前，随着电动汽车领域的发展，自动化技术在电动汽车的机械设计制造领域也得以广泛应用。在电动汽车中，电机驱动系统是其最为核心的关键部件之一，其主要作用是将蓄电池的电能转换为动能，来驱动汽车行进，同时，电机驱动系统也能将汽车制动时产生的能量重新转换为电能传输给蓄电池，完成整个电气部分的自动化控制任务。由此可见，在电机驱动系统的设计中，其复杂性较为突出，对其进行自动化控制也需要涵盖大量的硬件模块。具体来看，其包括油门踏板信号控制电路、电池电压信息调理电路、电机电流信号电路、DSP电源电路、DSP通信电路、以及ROM晶振电路等。

除了硬件方面的设计之外，自动化控制还需要软件方面的支撑，其控制软件主要分为主程序、中断程序和其他程序三部分，涵盖了系统初始化、位置检测、速度检测、故障保护、换向调节和转速计算等多方面的内容。

在整体的电动汽车电气自动化控制系统中，主程序中“系统初始化”的作用在于对系统参数、中断逻辑等内容进行设置，同时，主程序需要与控制面板之间建立可靠的通信协议，确保能够及时获取电机转速和转向等关键数据信息。中断程序主要针对系统服务出现中断故障后的具体情况进行收集和分析，为后续进行故障排除操作提供重要依据。其他程序模块中，电机转速测量是相对较为重要的环节。随着电动汽车领域的不断发展，传统的燃油车辆将逐渐被取代，而这种电机在未来也就随之得到更广泛的发展。

3.6 未来发展趋势

3.6.1 汽车机械设计及制造领域将更为智能

随着自动化技术在汽车机械设计及制造领域的不断深入应用，汽车行业未来必将有着更高的智能化程度，汽车机械设计制造领域将具有更高的技术含量，与此同时，用户在操作车辆的过程中，也将更为简便快捷。自动化技术在汽车机械设计及制造中的应用，能够逐步颠覆传统汽车制造领域中的思维定式，让整体的汽车制造不断朝向智能化的方向發展。当然，从目前来看，国内仍有一部分汽车企业在智能化发展方面有所欠缺，在实际操作中，仍有相当一部分岗位需要人工操作。在这种情况之下，仍需要企业内的技术人员积极创新，不断加强最新技术在汽车制造中的应用。

3.6.2 未来的自动化技术将朝着高端方向发展

虽然当前的自动化技术在汽车机械设计与制造领域体现出诸多优势，但其带来的一些弊端问题也在所难免。针对这种情况，对自动化技术进行改进则是有必要的，通过对自动化技术的不断优化改进，以往的问题将逐步得到解决，汽车产品的生产效率和产品质量也必将得到显著提升。由此可见，未来自动化技术在汽车制造领域的应用，必将朝着更加高端的方向发展，从而推进汽车性能不断提升，满足公众的更高需求。

3.6.3 由“线性自动化”转向“模块自动化”

目前，随着环保理念在世界各国的不断深入人心，新能源汽车行业不断发展，而在新能源汽车当中，占比最高的莫过于电动汽车，其在很多国家的保有量都在不断上升，随着电动汽车的大量普及和传统燃油车辆的逐渐减少，作为能源补充设施，加油站也将逐渐为充电桩所取代。预计，随着自动化技术的不断发展，未来的汽车设计中，将以模块化设计为主要设计形式，而在能源补充上，也很可能会采取模块化的能源替换形式，以解决现存的“充电焦虑”问题。由此可见，自动化技术也会随之更具备灵活可调的性能，以满足更高的发展需求。

4  结束语

总的来看，自动化领域在机械设计及制造领域中发挥着举足轻重的作用，对于推动相关领域的发展有着重要的现实意义。为此，相关的企事业单位工作人员都应当对此给于足够的重视，及时关注行业内的最新前沿动态，对现有的技术不断优化创新，实现自身行业的更好发展。

参考文献：

[1]谭浩男，顾明君.自动化技术在机械设计及制造领域的应用[J].科技风，2021（05）：189-190.

[2]陈亮.机械设计制造及其自动化的发展趋势探讨[J].内燃机与配件，2021（03）：152-153.

[3]张鑫.提升机械设计制造及其自动化的有效路径分析[J].数码世界，2021（02）：272-273.

[4]王红雨.机械自动化设计与制造存在的问题及改进方法[J].内燃机与配件，2021（02）：152-153.

[5]宗晓霞.简析机械设计制造及其自动化技术要点[J].内燃机与配件，2021（02）：191-192.

[6]张小红.机械设计制造中自动化技术研究[J].南方农机，2021，52（02）：112-113.

作者简介：马洪德（1967-），男，黑龙江绥化人，机电系主任，高级工程师，本科，研究方向为机械制造设计及自动化。