智能机械设计制造的自动化特点及其发展趋势

宋跃茹，孙瑶龙，梁青良，张伯洪

（1.浙江万丰奥威汽轮股份有限公司，浙江绍兴 312500；2.新昌县弘悦机械有限公司，浙江绍兴 312500）

1 智能机械制造概述

相对传统的机械设计与机械制造，智能机械设计制造的流程相对更有条理，不会因人为原因造成人工延误，同时因传统制造业对员工实操规范的培训与监督导致人工成本增大，且工人从培训到上岗实操需要很长的时间，这也会影响生产效率，而自动化可以更高效、更快捷地完成相关生产任务，既能省时省力，又能规范操作，大幅提高了机械制造的效率。智能机械设计、制造和自动化的特点还包括安全方面，比较传统的半自动化机器在工艺设计和生产中，大多采用人工操作，最终成品的好坏与人工操作的水平息息相关，如果因为人工出现错误，可能会导致严重的安全事故。机械制造的工作复杂，技术磨合生产周期都比较长，从机械设计到制造生产流程存在着很多的必须注意的细节问题，而这些问题很容易被人忽视，由此引发一系列问题，导致在机械制造的过程中出现一些事故，并因为这些事故严重威胁生产人员的人身安全，但是在智能机械时代的背景下，机械设计和生产都依赖于智能机器和设备，可以通过监控和远程控制的协作，将设计环节与制造环节无缝连接，可以通过数据传输对生产行为进行实时控制，从而保证了整个生产过程的安全，降低了故障发生的可能性。采用智能机械制造的新型生产方式，弥补了人工操作的缺陷，并且由于其拥有的智能事故风险管控功能，在发生生产问题时还可以及时作出相应应急响应，使得生产过程中工人的安全可以得到进一步的保障。

2 智能机械制造的优势

2.1 提高生产效率

采用智能机械制造会对机械制造带来许多好处，其中之一便是提高生产效率，传统的生产方式其主要特点是劳动力需求量大、生产效率低、故障率高等问题，因此会对机械制造企业在产品生产的效率和质量方面产生不小的负面影响，而智能机械制造以机械设计和生产自动化为主，打破了传统的生产模式的局限，在提高劳动生产率的同时还降低了产品的误损率，在改变传统的手工生产模式的同时还优化提升了产品质量，大幅降低了企业在人工方面的支出。

2.2 提高生产过程的稳定性

智能机械设计制造和自动化生产可以显著提升工业生产的稳定性，变相提高了生产流程的安全性，利用先进的技术为依托，加强了设备的灵敏度，将机械生产的全流程进行对接，全方位掌控生产环节，如果出现生产问题，可以及时发出预警指令，给相关技术人员预留一定时间来采取适当的纠正措施，并提示相关人员采取措施的相关内容。

2.3 延长设备的使用寿命

无论是手工的生产方式还是机器的生产方式，都不可能改变机器实际的寿命，但是在作业方法节省的生产时间越多，在此基础上就越能获得更大的实用价值。使用智能机械制造的生产模式可以使工厂自动化生产产品，生产的过程也更加灵活。

2.4 优化机械自动化产品的性能

我国机械制造企业在自动化生产领域还有一定差距，在许多领域的生产环节仍是以半自动模式为主。采用全自动化智能的机械生产模式，有效减少了企业在生产过程中产生的物质资源浪费，尤其是在当前全球经济危机和竞争加剧的情况下，如何有效降低成本成为制造业提高竞争力的关键所在。智能机械设备通过自动控制系统控制相应设备的运行，具有自动诊断功能，还可以提供报警信息，并具备事故防控数据库，通过系统的定期更新，对产品的功能性和性能不断优化，来保障产品生产过程的科学性。

2.5 完善监控系统

智能机械自动化制造模式通过计算机信息技术的辅助，可以灵活高效地对产品的设计与生产环节所使用到的智能设备进行编程工作，通过程序的执行，逐渐简化设计和生产中较为复杂、难度系数较大的工作，减少人工控制的环节，从而尽量减少人工控制过程中可能出现的危害，确保整个生产过程的安全。例如在实际操作中，使用网络通信技术可以根据计算机的监控程序提前输入指令，来提高生产效率。很多较为传统的机器设计和制造对人力资源的依赖程度很高，因此在制造过程中也需要人工方法来执行相关操作，一些错误或告警也需要人工检测才能解决。自动化的智能机械制造模式可以彻底解决这些问题，自动化智能机械在设计和生产模式中，内部监控系统相对具有更显著的优势，因为内部监控可以及时检查和管理零件，可以在更短的时间内找到错误位置和具体原因，并且在找到问题的同时分析出可靠的解决途径，方面维护人员对其进行修复，确保生产项目的安全。

2.6 环保性高

工业行业在制造相关产品时必须使用许多原材料，为了保证生产的效率，必须严格控制其制造质量，以避免出现大量低质量不合格的产品，导致原材料的过度消耗。传统机械设计和生产过程因其人为因素的制约以及工序的复杂，很容易造成人工和原材料的双重浪费，也不符合近年来我国所倡导绿色发展、循环发展的工业生产理念。自动化智能机械设计制造模式在生产过程中采用大量自动化控制技术，来避免因操作人员失误造成的生产误差，从而减少生产过程对生产质量的影响，降低生产过程中的原材料浪费。使用自动化生产技术，可大幅节省生产材料，此外机械加工过程消耗大量能源，在使用原材料时会释放废料，大量不合格产品的出现，不仅意味着生产成本的增加，还会导致能源消耗和废弃物排放量的增加，如果直接处理机器生产过程中产生的废物，将会对当地环境造成非常严重的污染问题，并造成一系列的间接损失。为保护当地自然环境，我国对工业生产行业出台了严格的环保规定，为此各厂商都投入了大量资金用于减少工业污染，自动化智能机械制造的生产模式不仅可以实现对产品生产的精确控制，还可以结合先进的绿色生产技术，实现生产污染的精确控制与管理，有效减少生产过程中的废物排放，实现节能减排的国家战略目标。

3 智能机械设计制造自动化存在的问题

（1）该类技术推广落实不彻底。总体上国内制造行业在积极转型，智能机械自动化制造业正在逐步取代传统的生产模式，就总体发展趋势而言，虽然覆盖面不断扩大，但实行的层次较浅。国内工厂自动化现代化更新进程还面临着不小的挑战，智能机械制造和工厂自动化在需求和重要性上，还没有全面有效地普及，一些工厂对提高经济社会发展的认知有限，导致新技术在推广过程中出现的问题更多，由于缺乏长期对新技术的接触，这些工厂在适应智能机械设计制造及其自动化方面还有不短的磨合期，在全自动化生产的关键领域，其技术还需要不断改进，因此国内智能机械设计制造自动化的发展速度低，也没有专业人才的支持，对合适资源的倾向还需要一段时间的熟悉。

（2）存在重大的技术差异。计算机辅助智能机械设计制造的先决条件是对现有制造设计和制造过程的全面直观地理解，通过洞悉影响生产效率的相互关系，借助反复试验试错过渡到自动化上，全面实现智能机械自动化后，企业的管理模式将会更加接近现代化，但由于企业面临的具体生产情况和应用机器的差异，以及企业自身的经验和经济实力的不同，导致企业之间的智能机械设计与工厂自动化技术的融合不能得出一个统一的标准。

（3）相关专家和技术人员数量较少。进行智能机械自动化生产转型需要一批领导能力强、对机械自动化设计生产有深刻理解、有一定工作经验、懂机械生产模式的专业团队来执行实际操作，目前我国在自动化领域培养专业技术人员的模式还不是很清楚，大学和企业在培养相关人才时，更多的是体验式，不会扩大投资的规模和范围，导致培养时间充足，具备专业技能的人才稀缺，往往跟不上技术发展的步伐。此外企业对这些人才的人力资源管理缺乏重视，导致受过培训的人才与现有的管理模式产生冲突，造成专业人才的大量流失。

4 机械设计制造及其自动化的发展趋势

4.1 技术改革，环保减排

机械设计制造及其自动化的发展应面向更节能更适用的方向优化，通过对机电一体化程度的加深，再利用机电一体化系统应用，逐步实现产品设计的虚拟化。现阶段我国机械设计生产及其自动化正在不断实现生产过程的系统化运作，但还需要朝着远程控制技术的方向不断优化。尽管智能机械生产的发展水平及其自动化技术都有了很大的提高，但现阶段环境污染问题并没有得到彻底解决，工业生产依旧会污染环境，严重威胁员工的身心健康，因此智能机械制造还需在这一方面不断整改完善。

4.2 更加智能

将自动化生产与AI 紧密结合，会更有效地处理制造过程中的错误，并减少检测和纠正错误的响应时间，借助智能技术提高对机械工程数据的分析和处理能力，为决策提供更有意义、更准确地分析结果。通过对人工智能、多功能与集成等技术的结合，机械制造业将能够减少生产流程，提高生产效率，进一步减轻企业的生产经营负担。

4.3 融合数字化机械设计形式

在智能制造时代，部分对接人员对信息进行二次加工和主观改造，会导致一定程度的信息失真，在引入数字化的机械设计之后，可以实现信息共享。在设计过程中，利用自动化技术收集相关制造信息并将信息转化为数据，上传到特定平台，利用这种数据上传的方式避免工作人员因主观因素来对信息进行处理，保证信息的准确性。相关部门的员工可以在信息平台上输入这些信息，使得获取信息不需要面对面的线下交流，缩短了信息传输路径，提高了信息通信效率。员工可以手动更新来使用自动化技术无法识别的数据，在当前智能化时代中，数字化形式具有汇总整理信息的功能，对于产品的机械设计制造来说，生产工序较多，这意味着即使采用传统的工作方式，处理数据量也比较大，并且难以整理，这样的记录方式效率低下的同时，由于工作人员容易受到外界环境的影响，在记录过程中可能会出现各种错误，导致数据不准确，反过来影响到产品的后续生产。引入数字化设计形式，可以自动收集和组织信息，收集信息后系统还可以分发给相关部门提供数据信息并提醒注意事项。

4.4 运用电子化图纸

图纸是产品设计的基础，只有在图纸开发完成后，才能进行进一步的工作。一般的设计流程中，通常使用纸质图纸的方式进行，但纸质图纸不可避免地会伴随着损坏、污染、丢失等问题，并且在一些机械开发生产的环境比较差的地方，携带纸质图纸非常不方便。将电子图纸与智能机械设计制造结合，可以便捷调整产品的外观，当用户需求发生变化时，设计师需要对设计图纸进行修改，但纸质图纸容易被弄脏，有些图纸还很大，无法随时随地完成，而电子图纸可以随时修改也不占空间。一些机械设计和制造的产品设计图应存档保存，但纸质版在保存过程中容易受潮腐烂。而使用电子图纸的优势：①电子图纸设计效率高，在智能制造时代的背景下，涌现了很多智能设计软件，这些软件都有一定的设计模式，所以减少了设计的时间，同时在绘制图形时使用智能设计软件会变得更加准确，因为智能设计软件受外部环境的影响较小，因此可以随时随地更改图纸。②电子图纸更便于携带和存放，手机和电脑已经成为现代办公的主要工具，智能制造时代，利用手机和电脑也可以进行图纸设计工作，如果用户给出修改产品图纸的时间较短，设计师可以直接在手机或电脑上对图纸进行修改。

5 结束语

与传统的模式相比，智能机械设计制造的流程相对更简便，在提升生产效率的同时也降低了企业的人工支出，在提高生产过程的稳定性、延长设备的使用寿命、优化机械自动化产品的性能、完善内部监控系统和绿色环保方面有显著优势，因此机械制造企业应积极引入智能机械设计制造的自动化的技术，培养相关专业人才并完善人才管理制度，提升企业产值。