论机械设计制造及其自动化技术发展研究

论机械设计制造及其自动化技术发展研究

陈嘉伟

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摘要：近些年来，我国社会不断进步，在机械设计制造行业快速发展的过程中，通过有效利用自动化技术能够为其建设发展提供更大的帮助。然而，在研究工作中，受多方面因素的影响，导致成果受限。因此，为了保证设计制造过程的整体水平，就需要积极地进行技术创新，借助自动化技术提高设计专业性，加强控制水平，找到机械设计制造及其自动化技术的发展方向。

关键词：机械设计制造；自动化技术；发展研究

引言

机械制造与设计是我国国民经济的重要支柱性行业，在我国制造产业中占据相当大的比例，属于我国工业体系的基础性环节，对于我国工业体系完善具有至关重要的意义。在当前时代背景下，我国机械工业基础设施建设已经达到了比较完善的水平，正面临着发展瓶颈，需要进一步提升才能为社会进步与现代化建设提供必要的技术支持。

1机械设计制造及其自动化技术的优势

1.1机械自动化安全性高

自动化技术的利用能够进一步改善设备的运行方式，保证其处在自主生产的模式下。而且通过加装监控能够使工作人员在固定位置就对整个生产过程有更加全面的了解，不必去往生产现场。利用这一方式，也能够优化机械设备的运行效果，开展数据讨论分析，并进行数据汇总，借此保证管理工作人员能够开展宏观调控。机械自动化设备中，还会添加报警系统，如果设备出现问题，可以在第一时间通知管理人员，由管理人员进行故障排查。例如，设备生产中温度过高，技术人员如果没有在现场报警，系统就会将信息传递给管理人员，由其进行解决。通过这一方式能够保证自动化生产的整体水平，提升生产效率。

1.2拥有高效的生产效率

通过利用自动化技术，能够进一步提升工作人员的工作水平，降低其工作量按照固定的程序完成自动生产，提高生产效果。在以往的生产模式下，会受到多方面因素的影响，如气候条件等。而自动化生产能够不受外界因素的影响，使整个生产流程更加顺畅，对于促进机械生产质量和效率，具有非常重要的意义。此外，传统的机械生产方式需要在人工控制与管控的水平下开展，但是人力资源比较有限，工作人员需要承担更多的工作。因此，在日常管理工作中，难免会出现疏忽，导致生产效率无法获得更大程度的提升。机械自动化发展能够使机械的成本降低，工作人员仅需要开展调控工作，并进行全面监督。借助机械自动化技术与网络技术的融合，管理人员可以在网络上进行机械控制，有效降低其工作压力，简化工作内容。

2机械设计制造及其自动化的困境

（1）能耗相对较高

能耗相对较高是机械设计制造及其自动化所面临的首要困境。机械制造行业本身就属于一个高能耗产业，在生产制造、自动化等环节均会消耗比较多的能源，同时还会对周边环境造成污染。我国每年机械制造行业的能源消耗是相当巨大的，当前我国机械设计制造能耗相对较高，电机在最佳状态运行下，其能耗达到6%以上。

（2）自动化程度有限

机械设计制造及其自动化为我国工业生产提供了重要的技术支持，在当前时代背景下，工业产品的精细程度明显提升，对于机械设计制造及其自动化的要求也越来越高。但是，我国现行的机械设计制造及其自动化却没有跟上时代发展的步伐，在自动化革新方面存在一定的局限性，无法满足现代化工业生产对于机械自动化的现实需求，对其进行优化具有一定现实意义。

（3）产品设计成本较高

在机械设计阶段，一般需要以图纸设计为主，即技术人员根据需求绘出基础设计图纸，同时结合图纸分析产品性能，根据需求对部分性能进行改善，这一过程不仅需要消耗较多的时间成本与人力成本，同时，大量的人工参与往往会导致出现一些差错，进而影响图纸设计的效率与质量。

3自动化技术在机械设计中的应用

3.1优化设计方法

优化设计是在满足产品功能和使用要求的前提下，通过优化算法搜索最佳设计方案，使产品达到性能极致的设计方法。它基于CAD三维模型，建立数学描述产品多学科性能指标的优化模型。然后应用先进的仿真分析和优化算法，实现对部件尺寸、材料属性、结构布局等关键参数的自动化搜寻和综合优化，输出全局最优设计候选方案。例如，在某型号高端数控机床主轴结构优化设计中，考虑的设计变量达到14个，包括主轴颈最小直径、前后端颈长度比例、锥度分段位置等，需要同时优化的性能指标有最大速度、刚度、临界速度和质量等。经多目标优化后，其主轴整体刚度提高了8%，最大转速由原来的20000r·min-1提高到32000r·min-1，加工精度提高到±3μm。优化设计整合了CAD、CAE、计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）和高性能计算技术，实现了设计自动化和数位优化。当前，SiemensHEEDS、PhoenicsOpti等已经应用于航空航天、汽车、高端设备的设计研发过程，大幅提高工程设计效率，降低产品试制周期和成本，成为实施数字化设计的重要手段。

3.2人机界面设计

人机界面设计是自动化机械设备研发中不可忽视的一环，其关注的是将设备的复杂操作和信息展示以用户友好的方式呈现，方便操作员监控、控制和调整设备。在人机界面设计中，需要使用直观、清晰和易于理解的图标、图形和动画等，以传达设备的运行状态、参数调整和故障提示等信息。通过直观的可视化界面，操作员可迅速了解设备的工作情况，发现潜在的问题并采取相应措施。同时，应设计方便用户操作的界面，包括按钮、滑块、文本输入框等交互元素。操作界面应直观且易于操作，以减少操作员的学习成本和操作错误的可能性。考虑到不同操作员的操作习惯和需求，界面设计应具有一定的灵活性和个性化设置，还应提供实时的反馈和警报功能，以及时向操作员报告设备的运行状态、异常情况和警告信息。通过声音、光信号或文本提示等方式，操作员可快速响应和处理设备问题，从而有效保障生产顺利进行。此外，界面设计应确保信息易于阅读和理解，选择合适的字体、颜色和布局，以提高界面的可读性和可操作性，还应适应不同环境条件的要求，如光线明暗、噪音干扰。

3.3安全性设计

安全性设计在自动化机械设备的研发中至关重要。自动化设备在运行过程中需考虑安全性问题，以防止可能的事故和伤害。设计自动化机械设备时，设备应配备必要的安全防护装置，如紧急停机按钮、防护罩、安全围栏等，以确保操作员在工作过程中的安全。安全设施应进行可靠性验证，以确保其在发生事故或危险时能够正常启用。同时，设备应配备安全控制系统，监测设备的运行状态，预防潜在的危险情况。通过传感器和控制算法的联动，及时检测设备的异常状态，启动相应的安全控制措施，如断电、停机，以保护操作员和设备的安全。此外，还应为操作员提供必要的培训和指导，使其能够正确、安全地操作设备。操作员应了解设备的安全规程、操作程序和应急处理措施，以适应安全工作环境的要求，并减少意外事故的发生。

结语

随着科技的快速发展，在机械设备中利用自动化技术受到了高度关注，而且实现了精细化发展。因此，就需要借助自动化技术，提高机械产品的整体水平，使其能够处在稳定状态下，进一步提升其综合素养。而在实际利用自动化技术的过程中，要针对机械设计制造的未来发展方向进行分析，实现一体化、智能化、微型化、虚拟化、网络化、绿色化发展，保证其在实际利用中，能够更好地满足发展要求，为我国的长久建设提供动力。

参考文献

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