楊 宏

（武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北·武漢 430205）

0 引言

在當(dāng)前工廠制造設(shè)備與工程建設(shè)機(jī)械的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，機(jī)電一體化設(shè)計(jì)為設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路，將機(jī)械工程和電子工程的理論結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行的設(shè)計(jì)理念。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷改革與發(fā)展，為我國各項(xiàng)生產(chǎn)、建設(shè)技術(shù)的提高提供了良好的技術(shù)支撐。在這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展過程中，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用更是將一體化設(shè)計(jì)所帶來的價(jià)值抬上提到了新的高度。因此，今后的產(chǎn)業(yè)研究中，對(duì)一體化技術(shù)中的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)開展研究，具有非常大的實(shí)踐意義。

1 機(jī)電產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助一體化設(shè)計(jì)技術(shù)綜述

1.1 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展概況

機(jī)械電子產(chǎn)品是現(xiàn)代化機(jī)械工程和信息工程飛速發(fā)展的產(chǎn)物，是滿足人們生產(chǎn)、生活需要的高端科技產(chǎn)品。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)是當(dāng)今科技領(lǐng)域的開拓性課題，也是世界各國積極研究的高端科學(xué)領(lǐng)域。伴隨著電子工程技術(shù)的更新迭代，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)理念和方法已經(jīng)難以滿足人們的需求，使得機(jī)電產(chǎn)品的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)瓶頸階段。而計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展為機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)開拓了新的方向，使得機(jī)電一體化設(shè)計(jì)成為可能，也為機(jī)電一體化提供了廣闊的發(fā)展空間。

1.2 機(jī)電一體化的實(shí)質(zhì)和特點(diǎn)

機(jī)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，其本質(zhì)主要是通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)械零部件的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全面控制。從另一個(gè)角度來看，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、機(jī)電一體化的融合實(shí)際上就是將各種形式的信息進(jìn)行融合、交流的過程。這種信息融合主要是對(duì)信息執(zhí)行特定的操作，發(fā)揮其各種功能。在執(zhí)行操作時(shí)，要對(duì)信息數(shù)據(jù)的來源以及傳輸通道上進(jìn)行匹配，這就需要建立信息傳輸系統(tǒng)。信息傳輸系統(tǒng)依賴于傳感器、接口以及驅(qū)動(dòng)程序，傳輸系統(tǒng)將收集到的各種信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后通過其他系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存或者運(yùn)算，并經(jīng)由傳輸系統(tǒng)將電信號(hào)輸出至制定的機(jī)電設(shè)備端，由其執(zhí)行相應(yīng)的機(jī)械操作。隨著IT的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)被越來越多的應(yīng)用于機(jī)電設(shè)備。目前，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在機(jī)電一體化中的發(fā)展已較為綜合、全面，在生產(chǎn)過程中主要作為機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的控制技術(shù)而存在。

機(jī)電一體化技術(shù)的推廣與應(yīng)用，主要得益于其在企業(yè)發(fā)展過程中的應(yīng)用特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。所以，在研究機(jī)電一體化技術(shù)時(shí)，可以從如下特點(diǎn)來入手：（1）機(jī)電一體化技術(shù)能提供很高的安全性。相對(duì)于其它落后技術(shù)，機(jī)電一體化技術(shù)在故障監(jiān)測(cè)和診斷方面更具有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)斷電或其它錯(cuò)誤時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電，對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行較好的保護(hù)，避免設(shè)備安全故障所引發(fā)的人身財(cái)產(chǎn)安全問題。（2）在操作模式上，如今，機(jī)電設(shè)備變得更易掌控，所需要的專業(yè)化程度較低，更顯人性化。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，人們只需較少的步驟就可以實(shí)現(xiàn)掌握大型機(jī)電設(shè)備，操作簡潔，也使得對(duì)相關(guān)操作人員的培訓(xùn)更簡單、快捷。（3）機(jī)電一體化技術(shù)的生產(chǎn)效率很高，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，因現(xiàn)在所用的設(shè)備和技術(shù)非常先進(jìn)，其性能遙遙領(lǐng)先于其它傳統(tǒng)設(shè)備。并且，機(jī)電一體化系統(tǒng)能夠以自動(dòng)化程序來確保實(shí)際的生產(chǎn)過程符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，這就保證了在高工作效率的情況下，工作質(zhì)量也有更進(jìn)一步的提升。

2 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)的開發(fā)是機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中不可缺少的技術(shù)支撐內(nèi)容。即在工程和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算、比較與分析，繪圖、模型制作，信息管理與儲(chǔ)存等工作。在實(shí)踐研究中，它包括狹義和廣義兩個(gè)層面的含義。在狹義層面，CAD主要側(cè)重于在圖形和模型設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，包括軟件開發(fā)、服裝設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)等獨(dú)立的設(shè)計(jì)過程。在廣義層面上的CAD除了平面、模型的設(shè)計(jì)之外，還包括設(shè)計(jì)過程中的輔助功能；例如設(shè)計(jì)資料、圖紙的制作、檢索、計(jì)算與分析、修改等管理性工作，一體化設(shè)計(jì)方案的規(guī)劃，建筑工程過程的管理等。

2.2 輔助制造技術(shù)的應(yīng)用

輔助制造技術(shù)（CAM）指在制造業(yè)中，利用計(jì)算機(jī)通過各種信息、數(shù)值來控制生產(chǎn)、加工機(jī)床和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的制造過程。作為CAD的制造技術(shù)支撐的CAM，能夠保證在機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)與制造過程中的自動(dòng)化和信息化水平。比如，在機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)中，技術(shù)人員將計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造，使一體化設(shè)備在制造過程中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、安裝和測(cè)試等過程的自動(dòng)控制。實(shí)際的研究表明，在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中采用這種輔助制造技術(shù)，可以顯著提升企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量，提升生產(chǎn)效率，降低管理成本。

2.3 輔助工藝設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的重要組成部分。在設(shè)計(jì)過程中，工藝設(shè)計(jì)主要是關(guān)于制造過程的工藝、技術(shù)等進(jìn)行管理、優(yōu)化以及合理配置。CAPP就是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息向制造信息傳遞的過程，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)規(guī)劃以及實(shí)際的生產(chǎn)情況進(jìn)行工藝分析，合理地配置原材料、生產(chǎn)設(shè)備、工藝順序等生產(chǎn)工藝方面的因素，在達(dá)到技術(shù)指標(biāo)的前提下，實(shí)現(xiàn)工藝效益的最大化。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，CAPP的應(yīng)用對(duì)于提高機(jī)電一體化設(shè)備的生產(chǎn)效率和質(zhì)量具有非常重要的意義。

3 一體化設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

在一體化機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）也是計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的主要應(yīng)用。CIMS即綜合利用三種輔助技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將輔助設(shè)計(jì)、輔助制造以及輔助工藝設(shè)計(jì)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，形成適用于多品種、大規(guī)?；蛐∨慨a(chǎn)品生產(chǎn)的智能化制造系統(tǒng)，保證了一體化設(shè)計(jì)的技術(shù)含量。

3.2 柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)是當(dāng)前一體化設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的一大趨勢(shì)。這一計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用對(duì)促進(jìn)集成制造系統(tǒng)的靈活性和智能化程度的提升起著重要作用。其主要原因在于柔性制造系統(tǒng)就是利用信息化分析處理技術(shù)，來處理各種設(shè)備生產(chǎn)過程中的實(shí)際信息與數(shù)據(jù)，掌握生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)柔性因素，提升柔性系數(shù)，實(shí)現(xiàn)初步的智能化生產(chǎn)。在生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)更細(xì)迭代較快的高新制造業(yè)，如電子產(chǎn)品等，通過采用柔性制造系統(tǒng)，可使生產(chǎn)線能盡快完成工業(yè)革新與技術(shù)轉(zhuǎn)換等工作，提高生產(chǎn)的效率。

3.3 柔性集成制造系統(tǒng)

在一體化設(shè)計(jì)領(lǐng)域，技術(shù)人員常常將集成系統(tǒng)與柔性制造系統(tǒng)相結(jié)合來發(fā)展自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的控制技術(shù)，完成計(jì)算機(jī)輔助一體化生產(chǎn)系統(tǒng)的開發(fā)、研究與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造到成型全過程的信息化，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

4 機(jī)電產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助一體化技術(shù)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 高度集成化、智能化

隨著科技的發(fā)展，機(jī)電一體化的集成程度將會(huì)不斷提升。實(shí)際上，集成化本是指計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、機(jī)械工程、電子工程、電氣設(shè)備管理等領(lǐng)域相互融合、統(tǒng)一，充分利用各領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)管理生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)、加工、裝配、包裝、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)的集成化與標(biāo)準(zhǔn)化，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)越來越發(fā)達(dá)的今天，5G、超大規(guī)模集成電路等技術(shù)均已用在機(jī)電一體化領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)更全面、更精細(xì)、更高效的生產(chǎn)過程管理。

4.2 智能化

智能化是計(jì)算機(jī)輔助一體化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。通過開發(fā)人工智能（AI）技術(shù)，AI技術(shù)與機(jī)電控制系統(tǒng)相結(jié)合，賦予機(jī)電設(shè)備類人腦的能力，使其具有人類思維，能夠通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，進(jìn)行獨(dú)立判斷和自主選擇。隨著AI軟件系統(tǒng)和智能機(jī)器人等AI技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化生產(chǎn)將會(huì)全面取代傳統(tǒng)人工操作的生產(chǎn)模式，全面解放生產(chǎn)力。

4.3 人性化

來的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)能夠充分發(fā)揮“以人為本”的思想，依托大數(shù)據(jù)技術(shù)，從各方面滿足人們的需求。以人們的實(shí)際需求來調(diào)整產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造以及生產(chǎn)工藝等，既能引起人們的心理共鳴，又能幫助人們將日常生活變得更好。

5 結(jié)束語

各種技術(shù)的進(jìn)步為機(jī)電一體化設(shè)計(jì)提供了軟、硬件的支持，但總的來說，人們的需求才是機(jī)電產(chǎn)品的最終目的。機(jī)電產(chǎn)品的出現(xiàn)是為了滿足人們的需要，改善人們的生活質(zhì)量。在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)過程中，既要不斷突出創(chuàng)新精神，又要腳踏實(shí)地，為人們的生產(chǎn)、生活帶來更大的便利。