数字化设计在机械设计制造技术中的应用

【摘要】 数字化设计在机械设计制造领域中的应用取得了不错的成绩，使得机械制造的设计过程更具科学性。本文主要分析现代数字化设计在机械设计制造技术中的应用以及发展前景，目的在于深化对数字化技术价值的认知，推动其在更多的领域中发挥作用，助力我国经济社会的发展。

【关键词】 数字化设计;机械设计制造

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2022.01.016

Application of Digital Design in Mechanical Design and Manufacturing

PAN Zhi-qiang

（Huai'an Technical College of Jiangsu Province，Huai'an 223001，China）

Abstract： The application of digital design technology in the field of mechanical design and manufacturing has achieved good results，making the design process of mechanical manufacturing more scientific. This paper mainly analyzes the application and development prospect of modern digital design in mechanical design and manufacture technology，aiming at deepening the cognition of the value of digital technology，promoting it to play a role in more fields and helping the development of China's economy and society.

Key words： digital design;mechanical design and manufacturing

数字技术和计算机网络的快速发展，已经成为社会生产发展不可或缺的技术支柱。有关数字化设计技术在机械设计制造领域的应用较为常见，探讨该方面的相关问题具有积极的现实意义，能够为我国机械设计制造行业提供一定的借鉴。

1 数字化设计技术内涵、特点分析

就目前发展形势而言，我国十分重视科技创新，因此，今后必然会出现更多的新兴技术，这为机械设计制造行业的发展提供了良好的契机，同时也是数字化技术发展的重要动力所在。尤其是在机械制造领域，一些大型自动化高精度机械设备的出现，都是建立在数字化设计技术基础之上。数字化技术的应用不仅使机械结构更加复杂，并且在生产效率方面都实现了大幅的提升。

1.1 数字化设计技术内涵

计算机技术和产品设计的结合衍生出数字设计技术，因此，数字化设计技术同样属于辅助计算机设计技术领域。伴随着相关技术水平的不断提高，数字化设计技术整体水平也有了明显的提升，并且其应用范围十分广泛，其中以机械设计制造行业的应用最为常见。传统的机械设计过程由设计人员负责物理模型的构建，而使用数字化设计技术之后，则可以实现计算机替代人工构建产品模型，大幅度提高模型构建过程的效率，同时还能够实现模型数据的传递以及分析，切实提高模型数据的准确性。

1.2 数字化设计技术特点

数字化设计技术表现出的最为明显的特征之一就是采用统一的产品定义模型。传统的设计模式通常会采用不同的方法，围绕生命周期不同的产品进行设计，也就意味着设计流程十分烦琐，不仅效率低下，且容易出现关键数据丢失的情况。而数字化设计技术则支持所有人员共同参与到同一个产品的设计过程中，支持各种设计环节的同步进行。以往的产品设计十分重视各设计环节之间的切合性，因此无论是产品生产或者是包装、维修，都会采用固定的程序，为了保证最终产品设计质量，通常由相同的设计团队负责，这种设计模式的缺陷在于产品设计链条效率较低，并且不利于保障产品质量。而运用数字化设计技术，则可以允许多个团队及设计人员同步进行设计工作，并且设计工作脱离了时间和空间的限制，呈现出的设计效率更高，也减少了在设计环节的成本投入。

2 机械设计制造中常用的数字化设计技术

2.1 计算机辅助技术

计算机辅助技术是计算机辅助概念设计技术的简称，该技术的关键在于完整的逻辑理论和丰富的程式内容。计算机辅助技术的优势在于其理念相对较为开放，并且所得产品拥有程序上的规范性特征，能够保证最终所提供服务的优质性，主要适用于一些任务明确且有着详细设计概念的设计工作。

2.2 知识工程技术

该技术在数字化设计技术中有着广泛应用，技术优势在于能够提供十分新颖的设计方案，有利于产品的创新，并且知识工程技术还支持对当前市场竞争环境的初步估測。但是知识工程技术也存在着一定的缺陷，由于该项技术更多依赖于新知识的加入，对于以往工作过程中获得的实践经验反而不重视。目前知识工程技术主要应用于人工智能领域，除了用于预测技术发展方向之外，还可以用于新技术的研发，同样在机械设计制造产业中也发挥着重要作用。

2.3 虚拟原型技术

在最近几年中可以被称作先锋的数字化技术就是虚拟原型技术。该技术实现了多种技术的优势融合，包括CAD、CAE和CAM等，因此，其适用范围十分广泛。通常虚拟原型技术需要遵循从上到下的开发模式进行运作，在进行机械设计制造的过程中，关于虚拟原型技术的应用较多，可以在多个环节发挥重要作用，甚至能够改变产品的生命周期，实现设计和生产过程的融合。

2.4 产品协同设计

伴随着整体经济环境变化，机械制造行业所面临的市场竞争也在不断恶化，因此机械制造企业迫切需要提高自身的竞争实力，这就涉及在产品设计领域的创新发展。协同设计的主要优势是基于海量数据库资源筛选出最为合适的数据用于生产设计。例如，企业可以使用数据库中关于零部件的各种数据进行定期更新，除了保证生产设计所使用数据的时效性之外，也可以大幅度提高各种零部件的设计水准。另外企业也可以协调零部件供应商，从中获得关于零部件的各种数据，储存在企业的自身服务器中，方便设计工作时使用，大幅度节省零部件数据更新所消耗的时间，实现设计效率提升的同时，也节约了成本。

3 数字化设计技术在机械设计中的具体应用

3.1 应用到农业机械设计制造中

作为我国基础性产业之一的农业，历来备受社会各界的关注，政府方面也给予了农业发展的高度重视，尤其是21世纪以来，在农业生产领域中所使用的各种先进技术类别不断增加，大型机械设备进入农业生产领域使得农业的生产效率大幅度提升，逐渐取代传统的人工生产方式，表现出自动化、智能化特征。运用农业机械设备，能够解放大量的农业生产劳动力，带动生产效率的提升。通过计算机辅助技术，能够高效地完成相关机器设备的设计工作，同时还能够应用于产品功能的估测，检验各类机械设备在农业生产中的具体功效，以此保证最终制造出的农业机械运行效能最佳。

3.2 应用到工业机械设计制造中

工业一直是我国经济体系的重要支柱，近几年，国内的工业发展进程不断加速，俨然成为判断我国综合实力的重要指标。工业领域的数字化设计技术应用是对机械设备的设计水平进行提升。本文以工业领域的矿山机械设备生产制造为例，在该领域的数字化设计技术应用方向主要集中在对各类矿山生产机械设备的规范性检测以及结构检测等，以此保证矿山机械设备在设计方面的科学性以及严谨性，提高其性能水平，更好地应用于恶劣复杂的生产环境中。

3.3 应用到汽车机械设计制造中

经济水平的增长使得越来越多的家庭拥有了汽车，近几年国内汽车市场不断扩大，汽车行业快速增长。而在汽车的设计和制造中，有关数字化设计技术的应用也十分常见。通过数字化设计技术的应用来提高汽车的质量，确保其对负荷需求的满足。此外，节能环保是当前重要的发展理念，而数字化设计技术的应用，同样有利于汽车制造中节能功能的设计，例如关于能源的最大化利用，以及减少汽车尾气对环境的污染等，这些都是数字化设计技术在汽车制造领域的主要应用方向，除了推动汽车制造产业的向前发展之外，也能够体现出对环境的保护作用。

4 数字化设计在机械设计制造技术中的发展趋势

4.1 现代数字设计主要发展方向

国内的机械设计制造技术逐渐向虚拟化、智能化、简便化方向发展，这使得其相关的各种设计技术处于持续完善状态。受到机械设计制造技术上述发展趋势的影响，国内的现代数字设计技术也呈现出以下的发展规律。首先，在智能化水平方面的提升，例如其相关的曲面建模、实体建模或者是大型组件设计等各项记录都在快速发展中;其次，呈现出封装接口集成应用的发展趋势;最后，数字化设计技术和虚拟制造技术之间，将呈现出深度融合的发展趋势。

4.2 注重机械协同设计

在前文已经简要阐述了协同技术在机械制造中的应用。可以预测的是今后机械制造行业所面临的商业环境将不断变化，所以更多的定制需求以及跨部门或者跨企业协同开展设备设计以及制造的情况将时常出现。因此，作为机械设计制造企业，就必须重视协同技术的应用和发展，才能够更好迎合今后的商业环境，同时这也是国内机械产业表现出的共同发展趋势。有关统计数据显示，发达国家制造企业在新产品研发方面40%～70%的工作和合作伙伴共同完成，因此，今后的国内机械制造企业面临的问题，就在于如何从大量产品资源中选择恰当合作伙伴，这离不开知识库内搜索算法的支持。对于一些国际大企业而言，实现资源融入服务器相对较为容易，这是因为其拥有技术优势，但是想要在国内大范围推广显然难度较大。对于该问题的解决策略在于供应商可以借助自身所拥有的服务器完成配件所需的资源数据的供应。

4.3 环保技术的应用

建设环境友好型社会是我国的发展战略选择，因此，在机械制造领域中环保将成为重要的发展方向。在机械设计制造过程中，通过数字化技术进行仿真实验，结合实验结果调整设计参数，降低机械制造过程中的能源消耗，最终制造出具有环保节能效果的机器设备，这将成为数字化设计的重要发展趋势

5 结语

综上所述，在新的时代背景之下，机械制造产业相关的设计工作也应当紧跟时代发展步伐，以数字化和智能化作为主要发展方向，积极主动地迎接数字化设计技术的融合，更好地借助该项技术的优势，推动机械制造的发展，在不断追求高质量制造工艺的同时，也为我国整体经济的发展提供有力支持。

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【作者简介】

潘志强，男，1986年出生，讲师，硕士，研究方向为模具制造。