自动化技术在机械设计与制造中的应用

董金华， 陆辉仲， 付 龙

（共享装备股份有限公司， 宁夏 银川 750021）

引言

所谓自动化技术只在没有人或较少人参与的情况下实现自动运行生产的技术，使人们的工作方式和生活方式发生了巨大的改变。该技术在机械设计和制造中的应用能够有效地减少人力成本的投入，提高生产效率，提高资源的利用率，促进机械制造行业的长足发展。

1 机械设计与制造中应用自动化技术的优点

1.1 提升生产效率和产品质量

自动化技术在机械制造中应用，可以提升制造的精细化程度和智能化水平，生产效率无需受到人力的制约，生产效率和生产质量都得到提升，提高企业的核心竞争力。同时，借助自动化技术，可以改进机械生产中的设计，弥补传统机械设计中的缺陷，使生产效率得到优化和提升。

1.2 降低资源成本和人力成本

在传统的机械生产和制造中，多是采用粗放的生产模式，过分地依赖人工，生产效率较为低下，且需要浪费大量的物料，制造企业成本较高，严重制约了制造企业的发展。而自动化技术的良好应用，可以对生产物料达到精细化的控制，废料率较少，进而降低了生产成本，提高了企业的效益。还可以对生产废料经过重新处理后再加工成产品，投放市场，可以降低成本，减少废料的污染[1-2]。

除此之外，随着自动化技术的引用，减少流水线上人力的使用，而人力可以有更多的精力根据实际情况对机械制造的各个环节进行优化，减少劳动成本和劳动费用的支出。

1.3 实现精准化操作

在机械设计和制造产业中，对生产数据是极为敏感的，只有控制好生产数据才能保证生产的质量和生产的经济价值，使机械设备的价值得到充分的发挥。而自动化技术的运用就可以很好地解决这一问题，首先，自动化技术可以利用计算机对机械设备下达精细化的指令；其次，自动化技术可以严密监视整个流程的执行情况，并进行科学的分析，及时发现流程中存在的问题，并针对问题可以设置改进方案，以减少经济损失。除此之外，通过自动化技术还可以对机械设备的运行情况进行实时的监控，对可能存在故障的设备进行及时的排查和维修，提高机械设备的使用寿命。

1.4 拥有较高安全性

自动化技术融合了多种学科，在系统设计的过程中考虑了多方面的因素，具备自动诊断、自动报警等安全性能。在实际生产中，机械设备难免出现故障问题，而自动化技术可以自动识别这些故障，并对故障进行检修。发生故障时，其会自动控制程序停止生产活动，起到保护设备和人员安全的目的。在生产过程中，利用自动化技术控制全过程的运行，可避免人为的失误而造成设备的损坏或者酿成安全事故，提高了生产过程中的安全性[3]。

1.5 具有较强的适应性

自动化技术可以跳出单产品，单功能的制约，利用复合技术和功能实现自动化控制，自动检验等多种功能，可以应用于不同产品，不同场合，满足客户的不同需求，具有较好的应变性。

2 机械技术和制造中自动化技术的应用

2.1 集成化技术

所谓集成化技术，就是将信息系统技术应用于机械设计和制造中，在信息化的指导下，实现整个机械设计和制造过程的优化。利用集成化技术可以实现生产制造过程中涉及的生产流程、生产设备、管理流程等的集成。而要想实现高度集成，对设备参数和人员素质都有较高要求，若设备参数与性能不符合要求容易造成生产产品不符合要求或者设备损坏的情况，所以需要对设备进行考核，并记录机器设备的原始数据，通过数据的支持，才能提升机械设计制造的水平与质量。除此之外，机械设计制造是一个复杂的过程，需要综合考虑各方面的因素，如设备、物料、人力等等，关注好生产中的各个细节，以确保可以及时完成生产制造的需求[4-5]。

2.2 数字化技术

传统的生产制度模式多是使用大量的人工，生产效率低下、精准度较差，且由普通工向熟练工转变需要大量的时间积累。而借助自动化技术，通过数控技术作为支撑，可以极大地提高制造的精准度，进而提升效率。数字化技术是控制技术和数字技术融合的一种新型技术，操作人员只需要在计算机界面对数据和流程进行设置，就可以实现机械设备的自动运行。目前，此种技术已经得到广泛的应用，只需要专人负责设置机械操作流程、控制操作数据、管理相关设备，就能实现机械制造的平稳运行。

2.3 组装自动化技术

在机械设计生产中，一个机械成品的完成需要各个零件进行组装，如汽车就包含发动机、转向装置、制动装置、仪表装置等。在机械中应用组装制动化技术，可以很大程度上提高组装的效率和质量，减少由于人工组装造成的失误。组装技术主要包括自动传送和自动组装等。所谓自动传送，就是将各个零部件传送到需要组装的位置上，而自动组装是将需要组装的零部件进行清洗、分类、筛选、装入、测试等。组装自动化技术可以使产品组装速度和精度得到大幅度的提升，促进企业提高自身的核心竞争力。

2.4 柔性自动化技术

所谓柔性自动化技术是一种可以实现多种产品，多批量产品的加工、制造、测试等工作的生产技术。柔性自动化技术可以提高机械制造过程中的应变能力，可以根据市场需求进行柔性处理的机械产品。除此之外，可以通过信息技术对柔性制动化设备进行调节和控制，提高生产线的可控性，从而对机械制造的产品进行改进和优化，使其符合客户的需求和市场的预期。

2.5 自动化故障诊断

我国当前自动化模式和半自动化模式是最常见的两种模式，前者具有更明显的优势，生产过程更加稳定，故障检修难度也会降低，可以利用自动化诊断系统实现在线诊断的目的，减少因故障停工的状况。除此之外，半自动化模式还是需要投入大量的人力，资金投入也会增加，市场竞争力就会降低。充分利用自动化技术，不仅可以提高生产效率，还可以帮助企业在较短的时间内完成检测工作，保证生产制造的稳定运行，提高了运行中的安全性。

3 机械技术和制造中自动化技术的发展方向

3.1 智能化

自动化技术的延伸正朝着智能化的方向发展。智能化是指机械设备具有思考、分析、与判断的能力，使制造的各个环节均能实现自动化操作。我们可以根据生产制造的实际情况，合理地采用智能化技术，使机械设备安装相关程序指令完成相关的任务。我们可以利用人工智能系统，通过高端的设备和软件，对机械制造的过程进行科学的掌控，从而充分发挥智能化的优势。现在智能化技术已经在智能物流、智能机器人、GPS 定位、传感技术等方面得到运用，但是对机械制造行业运用还不广泛，这是机械制造行业未来的发展趋势。

3.2 虚拟化

所谓虚拟化是指利用计算机技术中的仿真技术，对生产制造过程进行情景模拟，发现生产制造中的不足并加以改进，保证整个生产过程的顺利进行。传统的自动化技术必须要进行生产才能发现程序设置中的问题和不足，使用虚拟化技术将这一过程提前，不仅能够及时发现问题，进行仔细的分析，并进行及时纠正，能更好地把握生产过程中的特征，减少生产过程中物料的浪费，减少经济损失，为生产制造保驾护航。

3.3 网络化

自动化技术在实际应用中需要通过网络建立连接，利用网络开放性、便捷性的优点可以简化机械设计和制造的流程，为自动化技术提供更为优化的方案。但是我们需要注意的是，在机械制造中实现网络价的应用，需要专业人员进行设置，以保证其合理性和有效性，使网络化得到最大限度的应用。除此之外，在系统进行升级优化的时候，应当结合实际情况进行构建，以实现网络化在机械设计与制造中得到合理的运用。

3.4 节能化

机械制造行业的发展不应当只注重效率的提升，还应当考虑环境的保护和资源的节约，谋求可持续发展，人与自然和谐共存，这也是现代的发展趋势和需要我们关注的问题。在机械制造的材料方面，要尽量地节省原材料，使其可以得到最大的利用率，还需要尽量减少污染物的排放，如工业废水、废弃、废渣等。

3.5 机电一体化

机电一体化是指由计算机技术、传感技术、光学技术、控制技术、电子技术等相融合的一门交叉学科。其帮助机械制造企业实现产品的智能化、网络化、微型化、系统化等，提升产品的精确性和生产效率，提升企业核心竞争力。机电一体化的应用是目前机械制造行业发展的新趋势，机电一体化在机械制造领域有很大的发展空间，帮助产品设计更加合理。

3.6 机械视觉技术

所谓机械视觉技术就是使用网络技术和电子技术相结合，用计算机信号对人体视觉进行模拟，借助精密测量和智能监控，为制造提供准确的数据，制定监测方案，帮助数据校对。

1）产品监测。由于监测员能力存在差异，且长时间的监测容易产生视觉疲劳，监测的质量容易受到检测员状态的影响，导致机械零器件可能存在细微的差异。有效利用机械视觉技术，可以解决人工监测精确性不足的问题，通过控制相关的参数，可以有效地对系统零部件进行精确的监测，保证监测结果的准确性。除此之外，此技术的应用可以准确地反应测试数据，为生产过程提供准确的参考，帮助企业提高生产质量。

2）工件测量。通过视觉技术的应用对零部件与基准材料进行比较，可以对零部件进行精确测量，其中使用到了相机、计算机和光学系统。其使用原理就是利用光束的投影，用显微镜显示零件的构造，并利用计算机获取精确的成像数据。因为流水线上的部件产品都是在移动的，需要其完全暴露在镜头下，以确保测量的准确。

3）预调方案。传统的预调方案是利用光学进行投影进行定位，进行数据测量和读取。这种方案的缺点就是需要人力资源较多，工作效率低，使用新型的预调测量技术，添加了自动控制程序和计算机系统处理程序，在传统视觉技术的基础上增加了光栅技术，通过立体成像使流程更加简化，准确性也得到相应的提高。

3.7 数字化

随着信息技术的发展，自动化技术更趋向于数字化发展，很多工作需要与计算机技术结合，运用数字化技术作为支撑，利用计算机技术进行信息数字化处理。数字化的发展可以使机械制造行业整体效率得到提升，提高产品的综合竞争力，使产品更加精确，灵活的满足客户物品。

3.8 微型化

随着机械制造自动化的发展，微型化是其很重要的发展趋势，生产产品的体积越来越小，且在节能，灵敏度等方面有很大的提升。针对微型化的发展特点，可以有效的降低设备与技术投入，在资源节约方面也发挥了积极的作用。

3.9 全球化

所谓全球化是指生产一个产品往往需要很多国家分工协作才能完成，机械自动化也在朝着全球化的方向发展。生产全球化推动着信息技术全球化的发展，借助网络信息全球化，可以实现生产制造不间断，对机械过程高效融合，实现生产效率的提高。

4 国内自动化技术的发展

我国是生产制造的大国，拥有完整的工业体系，我国在吸收国外自动化生产经验的同时，立足本国国情，进行自主研发，由低到高、由简入繁，逐步发展建立一套拥有中国特色的自动化系统。在不断适应市场需求的过程中，实现由原始单元，传统机械生产到计算机、人工智能化、微型化、数字化的过渡，建立了一套拥有核心技术的自动化生产系统，并得到了良好的运用。

5 结语

随着我国科技水平的提升，自动化技术已经在机械设计和制造行业得到了广泛的应用，不仅提高了生产效率，提高了生产的精确性，而且节约了资源成本和人工成本，帮助企业获取了更多的经济效益，实现了良性发展。自动化技术的应用也是一个国家科技化、智能化的体现，同时各项新型技术和功能应用于传统的机械设计和制造行业，也符合我国可持续发展的理念。