多元化分析下機械設計制造應用

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摘要:隨著工業(yè)革命的到來，社會平均生產(chǎn)率得到顯著提升，更加智能化、高效化的機械設備投入到實際應用以及機械加工制造場景，依托于控制設備的聯(lián)動性使用，為減輕工作人員任務量提升總體效率提供必要保障，本文立足于機械設計制造及自動化概念對其應用現(xiàn)狀與多元應用特點進行較為系統(tǒng)分析，為促進機械加工行業(yè)發(fā)展與進步獻言獻策。

關鍵詞:機械設計制造及自動化；多元化；概念與應用

0引言

作為世界范圍內(nèi)的傳統(tǒng)制造業(yè)，機械為提高生產(chǎn)效率，簡化生產(chǎn)工藝流程做出突出性貢獻，過去機械加工工藝設計師往往采用含碳量較高的鋼鐵與各種柔性材料混合配比，進行機械生產(chǎn)加工，但其使用壽命相對較短，無法滿足長時間加工要求，同時運動與配合精度無法達到預設標準。隨著工業(yè)機床的研發(fā)與制造，更多能夠生產(chǎn)“機器”的機器得以面世，可批量生產(chǎn)高精度、長壽命機械設備，讓社會平均生產(chǎn)率得到質的飛升。同時，在機床面世的同時，單片機以及微型控制設備得以與機械設備相互配合，讓更多鋼鐵機器擁有了視覺與觸覺，能夠實現(xiàn)動態(tài)加工、無人加工，讓自動化這一偉大構想從理論變成現(xiàn)實?？v觀全球社會發(fā)展進程，機械設備的有效利用解放了生產(chǎn)力，同時提升了設備整體性。本文將從機械設計制造及自動化多角度應用出發(fā)，對其概念及發(fā)展狀況進行系統(tǒng)分析與論述，為豐富其理論基礎貢獻力量。

1機械設計制造及自動化概念以及發(fā)展狀況

1.1機械設計制造及自動化概念

機械設計制造及自動化這一理論構想由歐美國家與20世紀初期提出，在歷經(jīng)兩次工業(yè)革命后的西方國家具有想到更遙遠的地方探索，為提升社會總體生產(chǎn)率為之奮斗。但受限于信息技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展的限制，20世紀初期并不能完全實現(xiàn)絕對意義上的自動化，大多數(shù)具有機械基礎的專業(yè)只采用傳統(tǒng)的物理方式來完成簡單的自動化邏輯加工生產(chǎn)運算調試。隨著20世紀中期，微型電子計算機以及新型芯片材料—硅元素的提純技術發(fā)展，應用微型控制設備的機械加工設備提升了自動化水平，同時也營造了大型工廠設備無人化、集成化統(tǒng)一管理的環(huán)境。機械設計制造及自動化衡量了一個國家制造業(yè)水平與綜合實力，其覆蓋廣泛，可滿足各種工業(yè)產(chǎn)物、軍用槍械、民用機械生產(chǎn)加工研發(fā)與制造。而這其中最難實現(xiàn)的是自動化流程，通過既定運算程序與邏輯算法，讓機械手臂與機械構建按照人為意愿或實際需要進行工作，力求準確、低能耗是自動化的核心要義。正是因為機械設計制造及自動化理論的不斷豐富，更多專業(yè)人員貢獻出豐富經(jīng)驗才能讓機械相關產(chǎn)業(yè)成本不斷降低，更多國家擁有了更具威懾力的大型武器，群眾也能以更低價格進行更加頻繁的電子、交通設備更替。概括來說，機械設計制造及自動化促進了社會的發(fā)展與變革，同時帶動了中下游產(chǎn)業(yè)的進步，提升國家總體實力與競爭力埋設基礎。功能性越多、穩(wěn)定性越強的機械設備大多是知識產(chǎn)權高度集中的體現(xiàn)，這些智慧與研發(fā)結晶的產(chǎn)物豐富了貨物貿(mào)易理論，同時也拓展了技術輸出渠道，跨國科技制造技術企業(yè)如雨后春筍一樣不斷出現(xiàn)，從企業(yè)或公司發(fā)展的角度來看，掌握更為先進的制造技術是在競爭日益繁雜激烈的市場中立于不敗之地的重要基石，從國家戰(zhàn)略層面來講，是保護國民，保護國家及政黨不被顛覆的重要保障。

1.2機械設計制造及自動化發(fā)展狀況

越來越多發(fā)達國家將發(fā)展生產(chǎn)制造業(yè)作為實現(xiàn)國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值實現(xiàn)躍升發(fā)展的關鍵技術，加快資金投入與人才培養(yǎng)是提升機械設計制造及自動化水平的重要途徑。對于發(fā)達國家來說，其人口稀少，但對機械設備依賴性較強，大型機械加工車間需加快生產(chǎn)步伐努力達到供需平衡，但由于機械生產(chǎn)設備功能相對單一，操作人員往往進行機械化勞作，久而久之其工作耐心就隨之喪失。利用機械設計制造及自動化可以有效避免因為工作長期勞作產(chǎn)生的倦怠感，提升工作效率同時，有效降低成本。滿足國內(nèi)需求的同時能將更加高端的自動化設備進行出口，豐富貿(mào)易出口方式，提升產(chǎn)品競爭力的關鍵做法。對于發(fā)展中國家而言，利用機械設計制造及自動化技術理論可豐富產(chǎn)業(yè)結構，拉動與機械相關的材料行業(yè)與維修行業(yè)飛速發(fā)展，為創(chuàng)造更多就業(yè)提供必要基礎。發(fā)展中國家往往擁有大型人口紅利，有效引導更多青年學子投入到學習機械加工生產(chǎn)自動化理論進程中是促進行業(yè)變革與發(fā)展的有效途徑，正是因為有了更多人的努力，其發(fā)展速度才能不斷提升。

2機械設計制造及自動化的多元化應用技術分析

2.1利用機械設計制造及自動化進行組裝自動化

在群眾對機械功能、使用壽命等多方面需求不斷提升的廣大背景下，大多機械設備由多個零件組成，作為機械運動最小單元體，其總裝需系統(tǒng)性與精準性裝配。對于細小的精密器械，其組裝需上百個準確的安裝順序，如此繁雜的安裝順序無法通過一個人來完成，以一個人負責一步加工工序看似不夠現(xiàn)實，在進退維谷的情況下，利用機械設計制造及自動化技術與工藝流程進行加工與裝配可提升零件的整體性與組裝正確性，為相關生產(chǎn)制造廠家降低返修率，保證總體裝配質量提供必要基礎。對于大型構件，其體積與質量大多超過單一勞動者承受范圍，利用成型組裝設備不但能提供準確的側向支撐，工業(yè)焊接機器人與自動水平儀的聯(lián)動使用將簡化整個組裝過程，避免由于工作人員的疏漏以及個人誤判導致組裝出現(xiàn)錯誤情況。對于組裝工序來講，利用自動化設備可極大提升單位時間內(nèi)組裝機器數(shù)量，為企業(yè)實現(xiàn)提質增效的轉型目標提供更加切實可行的理論基礎。

2.2利用機械設計制造及自動化技術實現(xiàn)柔性自動化

機械并非是冷冰冰的鋼鐵機械，而是能夠解決群眾實際需要，滿足實際需求的工具，其在設計與研發(fā)階段就已經(jīng)考慮到人類人體工學以及不同使用工況。但多種多樣的需求并不能通過一次設計與研發(fā)完全滿足，需技術人員進行后期改造創(chuàng)新不斷完善其具體功能。柔性自動化是與改款、創(chuàng)新緊密相連的技術，在過去，機械經(jīng)過改款時往往伴隨著生產(chǎn)線的演替與更換而進行，而生產(chǎn)線整體性變動對于任何一家從事制造業(yè)的公司與企業(yè)都是一筆不小的開支，所以在機械設計制造及自動化沒有實現(xiàn)普及以及突破性進展的時代，大多機械設備更新周期較長，群眾無法獲得更加先進的機械設備，所以社會發(fā)展速度較慢。利用機械設計制造及自動化進行柔性加工時，只需進行將自動化控制設備進行重新編程，重新定義，同時將生產(chǎn)線進行部分改造即可實現(xiàn)對生產(chǎn)升級改造任務，與傳統(tǒng)將生產(chǎn)線進行整體性替換相比，其少了繁瑣性，同時可以有效降低生產(chǎn)線全部更換的成本，提升了機器設備更新速度，促進行業(yè)與社會的發(fā)展，滿足不同群眾分階段需求。

2.3集成化技術

機械設計制造及自動化是保證機器加工生產(chǎn)高度集成化的重要基礎，高度集成化帶來高互換性、低故障率與良好密封性能。高度集成化的機器加工設備無論從單一零件生產(chǎn)加工制造還是最終裝配測試角度考慮都無法通過個人完成。利用機械設計制造及自動化提升了機器加工的整體性，能夠勝任在多場景加工任務，同時有效隔絕了空氣中潮濕水蒸氣以及空氣中風沙侵入機器設備內(nèi)部，為機器核心大腦提供密封空間。利用機械設計制造及自動化達成集成化加工可將機器內(nèi)部空間利用率提升至歷史最高水平，為實現(xiàn)多元功能布設基礎。高度集成化技術應用可避免假冒偽劣情況存在，提升工藝加工水平，使加工技術邁向更高臺階。

2.4智能化技術

在國家智能制造時代號召下，利用機械設計制造及自動化將加快實現(xiàn)這一目標速度，不斷帶領我國向著工業(yè)制造強國邁進。智能化相對于機器加工設備而言，是否具有人的感官、思維過程是判度智能化等級的關鍵，智能化與機械設計制造及自動化聯(lián)動性使用可避免出現(xiàn)錯誤，同時將加工數(shù)據(jù)進行實時回傳，通過機器手落腳點以及邏輯進程判度加工是否達到工程標準。智能化加工技術以形如CAD、CAXA等工藝設計軟件為主要指揮棒，將設計研發(fā)好的電子圖紙導入至自動加工設備內(nèi)，其可精確匯算出其最短路徑，以最短時間完成對磨具加工，為工藝設計人員提供最為堅實可靠的設計成果，同時也是對錯綜復雜數(shù)據(jù)檢測。如圖1所示，其利用CAD軟件進行剖面整體性繪畫，其階梯軸位置，同心圓半徑情況以及打孔情況讓人一目了然，便于專業(yè)人員進行觀察生產(chǎn)。與人工繪制相比，利用CAD等二維軟件繪制在計算機內(nèi)部具有較強通用性，將更為具體的二維圖紙可專業(yè)擬合為三維圖紙，為智能制造提供必要基礎。在泵軸軸肩處，其垂直度要求與公差尺寸做出詳細標記，以靠近軸部端蓋為例，其垂直度不應超過0.05，在其內(nèi)部利用最大公差進行測定，實現(xiàn)清晰與具體有效結合。同時設定表面粗糙度Ra為25或12.5，根據(jù)不同加工斷面采用不同工藝進行車削加工，提升表面光澤的同時避免了不必要的磨損。

2.5數(shù)控加工技術

數(shù)控加工機床是具有開創(chuàng)性意義的產(chǎn)物，利用數(shù)字聯(lián)動技術可實現(xiàn)精準加工，避免因人作用產(chǎn)生加工擾動，對機械構件造成不同情況干擾。數(shù)控加工技術的出現(xiàn)為激光增材減材技術應用開辟道路，為豐富批量化生產(chǎn)提供必要基礎，數(shù)控加工技術憑借其廣泛性與通用性受到了更多加工生產(chǎn)單位的歡迎與喜愛，其不但可以進行正常的切削加工還可進行激光焊接與矯正，正是因為此類生產(chǎn)設備的普及使用，將機械設計制造及自動化從理論變?yōu)楦鼮榫唧w的現(xiàn)實。

3機械設計制造及自動化的多元化應用領域

3.1電氣領域應用

機械設計制造及自動化在電氣自動化領域得到極其廣泛的應用，從每家每戶的自動化空氣漏電開關還是大型變電站對竊電盜電檢測無一不蘊含著自動化機械設計制造，作為保證民生工程的重要資源，只有為百姓提供更為安全電能，保證使用連續(xù)性才是提升居民生活質量的關鍵。但龐大的電力運輸網(wǎng)能夠有效輻射所有居民區(qū)，對每條線路進行人工實時動態(tài)的檢測絕非通過人工方式就可完成，只有利用自動化檢測設備以及漏電機械設備才能實現(xiàn)全天候監(jiān)測，為群眾營造更加適宜的使用環(huán)境貢獻更多力量，同時推動電氣自動化進程發(fā)展。技術人員可通過機械設計制造及自動化預警結果精確判斷出事位置，直達病灶提升故障維修速度，于個人于公司都為一舉兩得的關鍵技術。

3.2工業(yè)工程制造領域

工業(yè)工程制造領域以關照群眾需求以及設計美感作為重要基礎，其可有效提升機械設計的設計感，讓機械功能活靈活現(xiàn)，為提升機械設備銷量埋設基礎。但設計是正向過程，是從無到有的過程，在整個過程中需花費大量資金與人力物力，相關設計人員尋求設計靈感往往需要花費大量時間。而現(xiàn)階段，以汽車造型自動化設計為例，油泥模型自動加工程序出現(xiàn)將簡化工業(yè)設計步驟，根據(jù)其可塑性可重復加工特性可實現(xiàn)對其重復加工，便于工作人員尋求靈感，縮短了靈感從無到有的時間進程。工業(yè)工程往往還承接超大型設備設計與制造，一體化與成型化加工將數(shù)據(jù)具體化，確定化，無論對后續(xù)加工而或拼接提供重要且精確的保障。

3.3農(nóng)業(yè)領域

在農(nóng)業(yè)制造領域，機械設計制造及自動化的普及將批量化種植這一夢想得以實現(xiàn)，利用無人機以及無人駕駛自動化收割設備可降低耕地繁瑣性，避免了農(nóng)田擁有者焚燒田地造成對大氣的污染，可將農(nóng)田產(chǎn)量提升至歷史最高值。農(nóng)業(yè)領域關乎國家戰(zhàn)略儲備以及群眾飯碗問題，利用多渠道多技術聯(lián)動可保證糧食生產(chǎn)邁向全新高度，避免因自然原因造成畝產(chǎn)量波動。

4機械設計制造及自動化的多元化應用優(yōu)勢

4.1提升系統(tǒng)穩(wěn)定性

自動化技術能夠提升機械設計制造的系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證其生產(chǎn)質量，由于自動化控制能夠使制造系統(tǒng)依照既定的程序設計完成產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，可以有效避免因人為操作失誤導致產(chǎn)品不合格的現(xiàn)象，自動化系統(tǒng)穩(wěn)定性極強，使用良好的性價比，可以縮短產(chǎn)品制造時間，操作方法上也更加方便、簡易，因此能夠保障產(chǎn)品的實際性能。穩(wěn)定關乎整個生產(chǎn)進程，更加穩(wěn)定的設備可提升使用時間，為相關加工企業(yè)節(jié)約開支，提升設備綜合利用率。

4.2加強制造安全性

自動化技術能夠改善應用環(huán)境，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設備參數(shù)進行精細化管理，提升數(shù)據(jù)精確性，確保加工質量滿足安全標準。例如在機械制造過程中，工作人員可利用自動化技術控制加工指令，還可以對機械設備進行監(jiān)督與監(jiān)測，確保當發(fā)現(xiàn)故障、安全問題時能夠采取合理的解決方案，避免事故隱患的進一步擴大。機械加工安全問題是全球問題，值得全球政府以及相關組織加以重視。如今的世界就是一個網(wǎng)狀的由眾多設備緊密相連的信息通道，每個人無論在工作中都與手機或人際關系網(wǎng)緊密相連，信息與數(shù)據(jù)正是在通過機械加工假設的橋梁飛速傳遞與交接，如果信息安全發(fā)生漏洞，最直接的影響就是群眾多元信息被泄露，其行蹤、身份、身高、財產(chǎn)、關系圈等信息直接會打包被竊取，在信息化時代，傳統(tǒng)的通過七個人交叉性網(wǎng)狀的理論如今已經(jīng)被縮小到兩個人，而一旦機械加工安全產(chǎn)生漏洞，相當于受災區(qū)所有公民的所有信息被無情販賣。同時機械加工信息也決定了一個國家總體安全，對于軍事機密以及重要戰(zhàn)略儲備資源等信息，擁有國總是較勁腦筋去隱藏使其作為一個國家最核心利益，如果國家核心利益在他國眼中形如傀儡，隨意監(jiān)視，即可引發(fā)惡意戰(zhàn)爭，同時威脅全球政治環(huán)境的整體性安全，所以綜上所述，機械加工安全極為重要。

4.3降低資源成本

傳統(tǒng)機械設計制造在管理方式上略顯粗放，容易受人為、環(huán)境等多方因素影響，無法切實保障指令的實施，而自動化技術條件下實現(xiàn)了機械設計與制造流程的全方位監(jiān)管，使傳統(tǒng)管理方式得以完善與優(yōu)化，保證各項資源合理運用，減少了浪費、亂用等現(xiàn)象，從而達到降低成本費用的目的。5總結在工業(yè)不斷發(fā)展進步的今天，機械設計制造及自動化得到廣泛應用，更多高校開設相關課程，每年為全社會培養(yǎng)了大量專業(yè)技術型人才，機械設計制造及自動化同時作為衡量一個國家綜合實力的關鍵得到全球任何，其擁有技術多元化、應用領域多元化以及應用優(yōu)勢多元化特點，只有加大對人才的培養(yǎng)與資金投入，為社會營造出更加良好的加工環(huán)境才能拓展機械設計制造及自動化應用，不斷促進行業(yè)發(fā)展。

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作者:陳毫 單位:鄭州科技學: