姜北晨 郝志勇

摘要： 機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中重要的應用技術(shù)，是國家科技水平的一種體現(xiàn)，代表了機械制造業(yè)生產(chǎn)水平的高低。隨著機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)的應用，進一步促進了國家機械制造業(yè)的發(fā)展，使得機械制造業(yè)的生產(chǎn)水平得到了大幅度的提升。本文便以機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)的相關(guān)特點和優(yōu)勢為重點，進行一番研究探討。

Abstract： Mechanical design， manufacturing and automation technology is an important application technology in the field of industrial production. It is an embodiment of the national scientific and technological level and represents the production level of mechanical manufacturing industry. With the application of mechanical design and manufacturing and automation technology， it further promotes the development of national machinery manufacturing industry， and greatly improves the production level of machinery manufacturing industry. This paper focuses on the relevant characteristics and advantages of mechanical design and manufacturing and its automation technology.

關(guān)鍵詞： 機械設(shè)計制造及其自動化;技術(shù)特點;技術(shù)優(yōu)勢;發(fā)展趨勢

Key words： mechanical design manufacturing and automation;technical features;technical advantages;development trend

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）24-0182-03

0? 引言

工業(yè)化生產(chǎn)時代的社會經(jīng)濟的發(fā)展速度非常迅速。為滿足社會高速發(fā)展的需求，工業(yè)生產(chǎn)必須保持著較高的生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造業(yè)的效率水平與新時代的發(fā)展要求是嚴重不相符的。而機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)能夠在保證生產(chǎn)質(zhì)量的同時，縮減的機械制造的生產(chǎn)成本，使生產(chǎn)效得到有效提升，使機械制造具備了集成化、智能化等特點，從而滿足了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對綜合生產(chǎn)效益的要求。所以，機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)已然成為未來機械制造業(yè)的應用潮流，因而得到了相關(guān)專業(yè)人員的高度重視。圖1和圖2分別為機械自動化生產(chǎn)車間和機械制造流水線的示意圖。

1? 機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)的主要優(yōu)勢

1.1 生產(chǎn)效率高

在實現(xiàn)自動化后，機械設(shè)計制造技術(shù)最大的技術(shù)優(yōu)勢便是在效率性方面的提升。在機械制造領(lǐng)域，生產(chǎn)效率可以看作是經(jīng)濟效益重要體現(xiàn)之一。傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)使得生產(chǎn)企業(yè)需要雇傭大批的勞動力，在經(jīng)過一系列較為繁瑣的機械操作后，才能完成產(chǎn)品的生產(chǎn)工作。在這一過程中，往往需要耗費大量的時間才能得到合格的產(chǎn)品。因此，采用傳統(tǒng)機械制造技術(shù)的生產(chǎn)效率始終處于較低的水平。若生產(chǎn)設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)較為精密，則會對相關(guān)操作人員的操作技術(shù)提出了更嚴格的要求。以內(nèi)燃機的機械制造為例，內(nèi)燃機由氣缸、曲軸箱、曲軸等多個零部件組成，其加工精度要求較高，一旦加工失誤，極易導致內(nèi)燃機設(shè)備無法正常組裝和運行，從而造成該設(shè)備無法通過驗收工序。所以，傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)需要每位工作人員在生產(chǎn)過程中，必須嚴格地遵守生產(chǎn)規(guī)則，按照操作標準進行按部就班的操作。

此外，較為繁瑣的操作步驟，不僅增加了制造時間，還會加大失誤操作的幾率，不僅會給機械制造環(huán)節(jié)造成不同程度的影響，還會降低工作人員的人身安全性。有的時候，一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的失誤，會導致整個生產(chǎn)過程的失敗，使得工作人員的精力與投入的生產(chǎn)資料被白白浪費，進而造成整個生產(chǎn)成本在大幅度增加的同時，產(chǎn)能反而進一步的降低。

而自動化的機械生產(chǎn)技術(shù)則不需要大量的人工進行控制，其生產(chǎn)過程主要由計算機程序進行操控，這就使得自動化機械生產(chǎn)技術(shù)可以有效減少生產(chǎn)廠商在勞動力方面的支出。自動化生產(chǎn)程序的操作指令具有高度的精準化特征，可以操作相關(guān)設(shè)備進行標準化的生產(chǎn)，在重復性的生產(chǎn)操作中，幾乎不會出現(xiàn)操作失誤的問題。這一特點可以確保機械生產(chǎn)過程始終保持相同的生產(chǎn)速度，從而實現(xiàn)了生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)速度的雙重保障。

1.2 安全性高

安全性是機械生產(chǎn)過程始終嚴格要求的一項工作標準，既包括生產(chǎn)工人的人身安全，也包括了產(chǎn)品的質(zhì)量安全。相關(guān)行業(yè)必須以保證工作人員人身安全為前提條件，才能進行相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)活動。傳統(tǒng)的機械生產(chǎn)使用的勞動工人較多，生產(chǎn)操作較多，給生產(chǎn)安全管理造成了一定的難度。由于缺乏自動化管理，生產(chǎn)設(shè)備的響應速度往往由操作工人所決定，一旦出現(xiàn)操作失誤或故障問題，生產(chǎn)設(shè)備難以及時地停止，以避免事故問題的擴大，因而導致傳統(tǒng)生產(chǎn)模式很容易發(fā)生一些較為嚴重的安全生產(chǎn)事故，不僅威脅到工人的人身安全，也嚴重影響了產(chǎn)品的質(zhì)量安全。

機械設(shè)計制造及其自動化引入了自動化管理控制技術(shù)，實現(xiàn)了計算機程序?qū)ιa(chǎn)流水線的遠程操控，負責生產(chǎn)工作的工人往往不需要身臨一線便可以控制機械生產(chǎn)的全過程，從而在根本上提高了對工作人員的保護水平。隨著自動化控制技術(shù)的使用，機械生產(chǎn)過程的各項操作精準度得到了大大的提升，從而有效避免了操作失誤的發(fā)生。此外，自動化控制的機械設(shè)計制造可以對生產(chǎn)過程進行自動化檢測與監(jiān)控，能夠自動查找故障問題，一旦在生產(chǎn)過程中發(fā)生故障或事故，可以在第一時間響應，立即暫停生產(chǎn)設(shè)備的運行，從而實現(xiàn)了對生產(chǎn)事故問題的及時控制，減少了事故問題帶來的損失。

1.3 環(huán)保性高

機械制造行業(yè)在生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品時，需要使用大量的原材料。為確保生產(chǎn)效益，需要控制其生產(chǎn)質(zhì)量，避免出現(xiàn)大量的不合格產(chǎn)品，造成原材料的浪費。但是傳統(tǒng)機械設(shè)計制造工藝的復瑣性容易造成工作人員的操作失誤，進而影響產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，導致勞動力和生產(chǎn)資料的雙重浪費，嚴重影響相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)效益，不符合我國所提倡的可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展的理念。機械設(shè)計與制造及其自動化技術(shù)在機械制造過程中大量應用自動化控制技術(shù)，能夠確保制造加工過程的精確度，因而可以有效避免因操作失誤而帶來的生產(chǎn)缺陷問題，從而減少了生產(chǎn)過程對生產(chǎn)原材料的浪費。長期應用自動化的制機械造技術(shù)，所節(jié)約的生產(chǎn)資料是極為可觀的，從而保障了相關(guān)制造企業(yè)的生產(chǎn)成本。

此外，機械加工制造過程在消耗原材料的同時，還會消耗大量的能源，并排放生產(chǎn)廢物。大量不合格產(chǎn)品的出現(xiàn)不僅意味著生產(chǎn)成本的增加，也會導致能源消耗和廢物排放量的增加。機械制造產(chǎn)生的廢物若直接排放，會給當?shù)丨h(huán)境造成非常嚴重的污染問題，以及一系列的后續(xù)影響。為保護當?shù)刈匀画h(huán)境，我國對機械制造業(yè)提出了嚴格的環(huán)保要求。為此，相關(guān)廠商在降低生產(chǎn)污染方面投入了大量的資金成本。機械設(shè)計制造及其自動化不僅可以實現(xiàn)對生產(chǎn)制造的精確化控制，還可以與先進的綠色生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)對生產(chǎn)污染的精準控制和管理，有效減少生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的廢物排放量，為減少廠商的環(huán)保成本投入提供了巨大的幫助。

經(jīng)過大量實際生產(chǎn)經(jīng)驗的積累和先進技術(shù)的改進，機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)的環(huán)保性功能得到了長足的發(fā)展，在保持高質(zhì)量高效率的生產(chǎn)功能的同時，其節(jié)能減排效果變得更加突出。目前，節(jié)能性已經(jīng)是機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)的重要功能之一，為推動機械制造行業(yè)的綠色發(fā)展作出了一定的貢獻。

1.4 功能全面

傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造技術(shù)的應用模式較為單一，只能按照應用模式進行產(chǎn)品生產(chǎn)，如果改造的生產(chǎn)環(huán)節(jié)必將導致所有的生產(chǎn)任務(wù)受到影響。如果增添了新的應用功能，必須對加工精度進行重新校正，因此，傳統(tǒng)機械設(shè)計制造技術(shù)增加其他應用功能往往面臨較大的難度。

機械設(shè)計制造應用自動化技術(shù)后，首先可以減少設(shè)備測試難度，降低了增添新式生產(chǎn)模塊的難度，從而利于機械設(shè)備的功能升級，使機械制造設(shè)備可以參與更多的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。具備自動化功能的機械設(shè)計制造技術(shù)可以有效減少人工操作步驟，節(jié)省了人力資源。

2? 機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)的主要特點

機械設(shè)計制造及其自動化是以傳統(tǒng)機械設(shè)計制造技術(shù)為基礎(chǔ)，融入了自動化、信息化等高新技術(shù)，是對傳統(tǒng)技術(shù)的一次創(chuàng)新。機械設(shè)計制造及其自動化的出現(xiàn)，完美地替代了傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造技術(shù)，能夠更加滿足當前社會對機械制造業(yè)的要求。機械設(shè)計制造及其自動化主要擁有以下幾大特征。

首先是具有較為明顯的綜合性特征。機械設(shè)計制造及其自動化涵蓋了多項專業(yè)的技術(shù)知識，如機械專業(yè)、設(shè)計專業(yè)，以及自動化專業(yè)等等。由于融合了多個專業(yè)的知識，使得該技術(shù)與傳統(tǒng)機械設(shè)計制造技術(shù)相比擁有較強的綜合性。機械設(shè)計制造及其自動化的研究對象較廣，既可以是工業(yè)設(shè)備，也可以是機械產(chǎn)品。在實際生產(chǎn)過程中，機械設(shè)計及其自動化技術(shù)的應用貫穿整個生產(chǎn)流程，從設(shè)計運行到生產(chǎn)制造，均可以使用該技術(shù)。

隨著同信息技術(shù)、計算機技術(shù)和智能控制技術(shù)的應用，機械設(shè)計制造及其自動化的技術(shù)水平進一步得到了提升。目前，該技術(shù)已經(jīng)成為機械制造行業(yè)不可或缺的應用技術(shù)。

其次是較強的系統(tǒng)性特征。機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)是傳統(tǒng)機械制造技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)的融合，其應用技術(shù)已然十分成熟，并逐漸形成關(guān)于自身的系統(tǒng)工程，從而實現(xiàn)貫穿整個機械制造的全過程。較為典型的便是控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)系統(tǒng)化的自動控制與檢測。例如在內(nèi)燃機的制造過程中，內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)復雜，零部件眾多，傳統(tǒng)的機械加工制造環(huán)節(jié)需要大量的人力進行監(jiān)管，難以形成系統(tǒng)性的生產(chǎn)控制。而自動化的機械制造技術(shù)可以對內(nèi)燃機的全部制造流程進行系統(tǒng)性控制，從而便于加工人員更加精確地控制內(nèi)燃機各部分零件的加工情況和加工精度，保證了使內(nèi)燃機的制造周期和制造質(zhì)量。

第三是高度的自動化特征。傳統(tǒng)機械設(shè)計制造的生產(chǎn)效率取決于操作人員的專業(yè)素質(zhì)，生產(chǎn)效率不穩(wěn)定，而機械設(shè)計制造及其自動化則主要利用自動化的機器設(shè)備代替了人工操作。除了必要的操作人員外，相關(guān)生產(chǎn)工作可以由大量的自動化設(shè)備來完成，從而實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的機械自動化。例如，在制作內(nèi)燃機等零部件眾多的機械產(chǎn)品時，其加工流程是極為繁瑣的，在應用自動化制造技術(shù)后，生產(chǎn)流水線的管理工作可由機械設(shè)備完成，從而極大地解放了生產(chǎn)力。

3? 機械設(shè)計制造及其自動化的未來發(fā)展趨勢

機械設(shè)計制造在與自動化技術(shù)結(jié)合后，給機械制造行業(yè)帶來的變革是巨大的，是對傳統(tǒng)機械制造業(yè)的一次顛覆。傳統(tǒng)機械制造業(yè)龐大的勞動工人和繁瑣的生產(chǎn)流程已經(jīng)被自動化的生產(chǎn)流水線所代替，使機械制造業(yè)在保持高水平的生產(chǎn)效率的同時，進一步壓縮了其生產(chǎn)成本。機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)在目前的機械制造領(lǐng)域有著無可比擬的地位，但對該技術(shù)的研究并未停下，隨著社會科技的不斷更新，機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)仍然有著很大的升級空間。根據(jù)現(xiàn)有的科技水平進行研究，未來的機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢主要有以下幾大方向。

3.1 數(shù)字化發(fā)展

互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)是支持信息社會進一步發(fā)展的主流技術(shù)之一，因此，融合數(shù)字化信息技術(shù)必然成本機械設(shè)計制造進行技術(shù)升級的重要選擇之一。機械制造進行數(shù)字化升級就是將機械制造與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)機械制造的數(shù)字化管理。相關(guān)企業(yè)可以通過信息技術(shù)收集與機械制造相關(guān)的各種信息數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)字化處理后，可以為機械設(shè)計、機械制造、機械產(chǎn)品銷售，以及相關(guān)產(chǎn)品售后等工提供重要的信息支持，以便于機械制造企業(yè)實現(xiàn)對市場的把控。

3.2 智能化發(fā)展

人工智能是當前乃至未來社會研究的重點課題之一，鑒于智能技術(shù)的諸多優(yōu)勢，機械設(shè)計制造及其自動化必然會向著智能化方向而發(fā)展。智能化機械制造技術(shù)的人機互動將更加深入，不僅可以進一步幫助工人完成生產(chǎn)制造工作，還可以實現(xiàn)對機械制造過程的進一步優(yōu)化。例如，智能化的機械制造技術(shù)在處理生產(chǎn)環(huán)節(jié)故障問題時會表現(xiàn)的更加高效快捷，能夠?qū)崿F(xiàn)故障問題的快速定位與處理。同時，借助智能技術(shù)可以提高對機械制造數(shù)據(jù)的分析處理能力，從而為機械制造的決策工作提供更為合理而準確的分析結(jié)果。

而智能化的機械設(shè)計制造又包括了人工智能、自動化、多功能化和集成化等多種技術(shù)。一旦智能化的機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)趨于成熟，機械生產(chǎn)企業(yè)可以使產(chǎn)品的生產(chǎn)效率獲得質(zhì)的提升，從而進一步為企業(yè)減輕生產(chǎn)經(jīng)營負擔。見圖3。

3.3 精密化發(fā)展

超精密加工是機械制造行業(yè)未來發(fā)展的一大重要方向。在未來社會，信息化技術(shù)所發(fā)揮的作用更關(guān)鍵。作為未來關(guān)鍵技術(shù)的信息化技術(shù)也在不斷的發(fā)展創(chuàng)新中，對于信息設(shè)備的精密程度有了更高的要求。為此，機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)必須順應時代潮流，要滿足精密設(shè)備的加工需求。目前，關(guān)于機械設(shè)備的超精密加工技術(shù)已經(jīng)較為成熟，如超精密的銑削加工、磨削加工、特種加工等等。但是為了滿足其他種類產(chǎn)品的超精密加工需求，機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)還需要不斷的進行研究。

機械設(shè)計制造及其自動化的超精密加工主要有以下幾個研究方向，分別是更高的加工精度與效率，微型化精密加工、大型化精密加工，以及智能化精密加工等等。其中，微型化精密加工具有較為典型的代表性。微型化的機械制造技術(shù)主要是利用納米、微米等技術(shù)，使機械制造產(chǎn)品的體積進一步縮小，同時保證產(chǎn)品的加工精度，從而進一步降低機械制造的成本和能耗。目前，微型化加工技術(shù)已經(jīng)應用于以航天工業(yè)為代表的多個行業(yè)領(lǐng)域。

3.4 生態(tài)化發(fā)展

綠色發(fā)展是社會發(fā)展前進的主流趨勢，機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展也受到了綠色發(fā)展理念的影響，將社會效益、生態(tài)效益等綠色發(fā)展理念作為該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的前進方向之一。生態(tài)化的機械設(shè)計及其自動化技術(shù)主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的制造、銷售和回收等環(huán)節(jié)。在這些環(huán)節(jié)中，生態(tài)化的機械制造將最大限度地降低對能源的消耗，并最大化地利用社會資源。例如，更加精準地控制設(shè)計程序和生產(chǎn)程序，以最大化利用各種生產(chǎn)資料進行生產(chǎn)，解決機械加工制造過程中能耗高的問題。生態(tài)化的機械制造技術(shù)在設(shè)計過程中將更加注重產(chǎn)品的環(huán)保性，同時也兼顧經(jīng)濟性和實用性。

3.5 虛擬化發(fā)展

目前，虛擬化是機械設(shè)計制造及其自動化在未來應用一個不可忽視的發(fā)展方向。機械設(shè)計制造的虛擬化發(fā)展主要是將虛擬技術(shù)與機械制造技術(shù)相結(jié)合，利用計算機和虛擬技術(shù)完成各種機械設(shè)計，將機械產(chǎn)品的三維圖像從計算機中顯示出來。機械設(shè)計人員可以利用虛擬技術(shù)對圖紙設(shè)計進行相關(guān)的修改和完善，并分析成品的加工質(zhì)量。利用虛擬技術(shù)模擬產(chǎn)品的加工制造可以在不使用實際生產(chǎn)資源的條件下，對加工制造過程進行反復檢查分析，從而確定最佳的加工制造流程。

3.6 機電一體化發(fā)展

機械生產(chǎn)企業(yè)如果只生產(chǎn)較為單一的零件，則無法充分發(fā)揮企業(yè)的生產(chǎn)效能，從而導致企業(yè)難以適應現(xiàn)代社會的發(fā)展趨勢。面對較大的生存壓力，很多從事機械生產(chǎn)的企業(yè)所采取的應對措施就是增加產(chǎn)品的生產(chǎn)種類，或者生產(chǎn)附加價值更高的產(chǎn)品，如機電產(chǎn)品。為了滿足機電產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)也會向著機電一體化的方向而發(fā)展，需要對相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備進行改造創(chuàng)新，以實現(xiàn)機械生產(chǎn)與電子科技的完美結(jié)合。

4? 結(jié)束語

機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)的出現(xiàn)有力地促進了社會經(jīng)濟和科技的發(fā)展。這一技術(shù)為推動現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展進步作出了巨大的貢獻。社會科技從停下前進的步伐，機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)同樣需要不斷的進行深入研究和創(chuàng)新，以確保該技術(shù)的諸多特點和優(yōu)勢得以始終保持，而不被時代發(fā)展所淘汰。為此，要基于機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)的現(xiàn)有特點和優(yōu)勢，對其進行技術(shù)創(chuàng)新，要結(jié)合當下先進的技術(shù)手段，加快其技術(shù)改造。

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