計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)與機(jī)械制造的融合

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摘要：在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)代，機(jī)械設(shè)計(jì)制造與社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展息息相關(guān)。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，對(duì)提高機(jī)械系統(tǒng)性能、運(yùn)行效率及功能性，有重要的價(jià)值。本文概述了機(jī)械設(shè)計(jì)制造以及計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的基本概念，分析了兩者融合的重要性和意義，從三維模擬、圖形符號(hào)應(yīng)用、設(shè)計(jì)圖紙繪制等角度，對(duì)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械制造；融合研究

機(jī)械設(shè)計(jì)與制造是實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)活動(dòng)的基本前提，在機(jī)械化技術(shù)不斷進(jìn)步的當(dāng)代，更多先進(jìn)的技術(shù)被應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)。隨著計(jì)算機(jī)、信息化、大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)中計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。考慮到現(xiàn)今機(jī)械設(shè)計(jì)與制造面臨的要求越來(lái)越多樣化，有必要對(duì)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行深入研究。

1機(jī)械設(shè)計(jì)制造與計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)概述

1.1機(jī)械設(shè)計(jì)制造

顧名思義，機(jī)械設(shè)計(jì)制造主要包括設(shè)計(jì)與制造兩個(gè)部分，機(jī)械設(shè)計(jì)是基于現(xiàn)有的技術(shù)資源條件，為滿足相關(guān)生產(chǎn)活動(dòng)需求，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)的過(guò)程。機(jī)械設(shè)計(jì)不僅要對(duì)基本的機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，還要對(duì)相關(guān)系統(tǒng)功能、運(yùn)行方式、操作管理模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。而機(jī)械制造則是利用先進(jìn)、成熟的工藝技術(shù)和資源，將機(jī)械設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)化為實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)的過(guò)程。機(jī)械制造工藝水平，將直接決定機(jī)械系統(tǒng)的整體質(zhì)量和運(yùn)行效果[1]。在當(dāng)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)當(dāng)中，數(shù)控自動(dòng)化、虛擬化技術(shù)的應(yīng)用尤為重要，而這些技術(shù)都要通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以關(guān)于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的研究，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)十分重要。1.2計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)主要是指以計(jì)算機(jī)為主要工具，廣泛利用基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的軟件開(kāi)發(fā)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化等技術(shù)，幫助人們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域中完成既定工作的技術(shù)。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造都要大量依賴人力，在時(shí)代不斷發(fā)展的情況下，傳統(tǒng)模式中效率低、準(zhǔn)確性低以及自動(dòng)化水平低的缺陷逐漸暴露出來(lái)。而計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用，是進(jìn)一步拓展機(jī)械設(shè)計(jì)思維、提高設(shè)計(jì)水平的關(guān)鍵，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)精密化、規(guī)模化機(jī)械制造以及提高機(jī)械制造質(zhì)量的有效途徑。

2計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和機(jī)械設(shè)計(jì)制造融合的意義

2.1提高設(shè)計(jì)制造效率和質(zhì)量

在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及到大量的幾何圖形組合，同時(shí)需要進(jìn)行三維空間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法下專(zhuān)業(yè)人員的設(shè)計(jì)壓力較大，并且需要進(jìn)行大量的分析，才能得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，可以利用計(jì)算機(jī)軟件，批量處理大量的幾何圖形，同時(shí)完成可視化的三維設(shè)計(jì)與模擬，極大提高了設(shè)計(jì)效率和各方面數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。從機(jī)械制造的角度來(lái)講，傳統(tǒng)的機(jī)械制造環(huán)節(jié)開(kāi)始之前，需要組織相關(guān)人員對(duì)大量的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行會(huì)審，明確各方面的數(shù)值、參數(shù)，如果圖紙、數(shù)值存在誤差，將會(huì)嚴(yán)重影響制造質(zhì)量[2]。而計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用，可以將圖紙會(huì)審、參數(shù)核對(duì)工作簡(jiǎn)化，甚至可以直接通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行模式、力學(xué)性能等參數(shù)進(jìn)行模擬核算。當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)正式投入制造環(huán)節(jié)時(shí)，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)還可以對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，不僅有效規(guī)避了人工監(jiān)測(cè)存在的弊端，也提高了機(jī)械制造效率和質(zhì)量。

2.2有助于優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造工藝

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)代，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)需要及時(shí)更新和優(yōu)化，才能滿足不斷提高的市場(chǎng)需求。而計(jì)算機(jī)技術(shù)是引領(lǐng)時(shí)展的關(guān)鍵性技術(shù)，在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，將可以獲取當(dāng)下行業(yè)中更先進(jìn)的理念、技術(shù)及資源。從宏觀角度來(lái)講，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用，將能對(duì)多種技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)的融合前景進(jìn)行模擬，分析其中的可行性和應(yīng)用價(jià)值。從微觀角度來(lái)講，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)可以對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中的相關(guān)零部件配合狀況、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、模擬，找到更優(yōu)的零部件組合運(yùn)行方式。因此，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造的有效融合，對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)乃至整個(gè)工業(yè)社會(huì)的發(fā)展，都有積極的意義[3]。

3計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造的融合策略

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)當(dāng)中，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)為設(shè)計(jì)工程師提供了很多資源和技術(shù)支持。目前，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，并且逐步成為推動(dòng)機(jī)械自動(dòng)化、智能化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。目前，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和機(jī)械設(shè)計(jì)制造的融合主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1圖形及符號(hào)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)工程師會(huì)使用大量不同的符號(hào)、圖形來(lái)代表相應(yīng)的機(jī)械部件、技術(shù)概念及參數(shù)信息，在機(jī)械系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜的情況下，這樣的方式讓設(shè)計(jì)工作變得非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)圖紙的可視化程度和可理解性大為降低。通過(guò)在機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中使用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，可以利用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)工程工程師需要用到的各類(lèi)圖形、符號(hào)進(jìn)行編程，再應(yīng)用到設(shè)計(jì)圖紙當(dāng)中去。利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)可以將機(jī)械系統(tǒng)涉及到的各類(lèi)零部件的型號(hào)、參數(shù)、數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理和編程性能，將可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)流程的簡(jiǎn)化，并提高設(shè)計(jì)圖紙的可視化程度[4]。

3.2圖形的繪制

在機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)圖繪制是至關(guān)重要的工作。為了確保機(jī)械制造的結(jié)果符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求，需要保證設(shè)計(jì)圖紙中圖形、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)手繪的方式帶來(lái)的直接結(jié)果就是圖形數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不足，影響后續(xù)機(jī)械制造質(zhì)量。此時(shí)，可以利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)中的相關(guān)軟件，在計(jì)算機(jī)上對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的圖紙進(jìn)行繪制，繪制過(guò)程中軟件會(huì)自動(dòng)生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)，設(shè)計(jì)人員再通過(guò)軟件的模擬功能，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的準(zhǔn)確性、合理性進(jìn)行核查[5]。如果圖紙繪制及審核過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，設(shè)計(jì)工程師在改動(dòng)的時(shí)候還能對(duì)修改內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明，便于前后對(duì)比及多方信息溝通。尤其是對(duì)機(jī)械制造單位而言，基于計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)圖紙，將能讓其迅速明確機(jī)械系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)要求、材料類(lèi)別、參數(shù)信息等，進(jìn)而確保機(jī)械制造質(zhì)量。

3.3三維建模

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)圖紙都是平面的，而機(jī)械系統(tǒng)本身是一個(gè)三維結(jié)構(gòu)體，平面圖紙無(wú)論是在可視化水平、可理解性，還是在制作的便捷性方面都存在較大的缺陷。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以通過(guò)相關(guān)軟件對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行三維模擬，形成可視化的虛擬三維立體模型。設(shè)計(jì)人員、制造人員都可以通過(guò)操作計(jì)算機(jī)，對(duì)該三維模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、觀察，并獲取相關(guān)的參數(shù)、信息。三維建模是計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造應(yīng)用的過(guò)程中最具代表性的功能，更為關(guān)鍵的是，三維建模徹底解放了機(jī)械設(shè)計(jì)工程師的思維，可以實(shí)現(xiàn)其更多天馬行空的想法和構(gòu)思，同時(shí)也為提高機(jī)械制造效率、準(zhǔn)確性打下了可靠的基礎(chǔ)[6]。例如，CAD軟件作為機(jī)械、工程行業(yè)中十分重要的設(shè)計(jì)繪圖軟件，具有操作便捷、可視化程度高等優(yōu)勢(shì)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中對(duì)CAD軟件的有效應(yīng)用，不僅可以迅速完成各種機(jī)械結(jié)構(gòu)平面圖的精確繪制，更能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維模擬。

3.4數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

如今機(jī)械系統(tǒng)已經(jīng)成為與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)以及人們生活出行息息相關(guān)的主體，關(guān)于機(jī)械系統(tǒng)的管理、運(yùn)行維護(hù)以及更新，是進(jìn)一步挖掘機(jī)械系統(tǒng)價(jià)值的關(guān)鍵。而要做到這一點(diǎn)，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)以及運(yùn)行管理中的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、處理和分析，至關(guān)重要[7]。尤其是在信息化、大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，關(guān)于任何機(jī)械系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，都是確保系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、安全運(yùn)行，并逐步提升系統(tǒng)實(shí)用性的主要方法。而如果在機(jī)械設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)中充分應(yīng)用了計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，那么將可以直接在設(shè)計(jì)制造階段獲取相應(yīng)的機(jī)械數(shù)據(jù)，構(gòu)成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。這些數(shù)據(jù)包括機(jī)械系統(tǒng)的功能參數(shù)、零部件參數(shù)、制造參數(shù)，而將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)植入到機(jī)械系統(tǒng)當(dāng)中，還可以在實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化控制的同時(shí)自動(dòng)收集機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。另外，機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)、管理人員在執(zhí)行相關(guān)工作時(shí)，也可以將涉及到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳[8]。該數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，有助于讓管理維護(hù)人員明確系統(tǒng)狀態(tài)，分析預(yù)測(cè)系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)，并針對(duì)相關(guān)需求和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和優(yōu)化。值得一提的是，基于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，也是實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)智能化控制、故障診斷的基礎(chǔ)，對(duì)促進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化水平的發(fā)展，有重要意義。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造是維持和推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的基礎(chǔ)，而隨著社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，機(jī)械系統(tǒng)的規(guī)模、復(fù)雜程度都在不斷提升。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造方式及理念，在效率性、準(zhǔn)確性、可靠性方面存在的弊端逐步顯現(xiàn)，而通過(guò)將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造進(jìn)行有效融合，將有助于提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造效率、質(zhì)量。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)深入研究當(dāng)今社會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的具體要求，積極利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，全面提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平，設(shè)計(jì)和制造出更穩(wěn)定、高效、可靠的機(jī)械系統(tǒng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化發(fā)展。

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作者：閔友付 單位：江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院電氣工程學(xué)院