韓東 楊海峰

摘要：目前，智能化技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展，在機械制造領(lǐng)域，智能化設(shè)計也越來越得到人們的高度重視和進一步關(guān)注?；诖?，本文有針對性的分析和探究智能制造時代機械設(shè)計技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，希望通過本文的簡要論述，可以為相關(guān)從業(yè)者提供參考和借鑒。

Abstract： At present， intelligent technology has achieved rapid development. In the field of mechanical manufacturing， intelligent design has also received more and more attention and further attention. Based on this， this article analyzes and explores the relevant content of mechanical design technology in the era of intelligent manufacturing， and hope that through the brief discussion of this article， it can provide reference for relevant practitioners.

關(guān)鍵詞：智能;機械;設(shè)計;制造;技術(shù)

Key words： intelligence;machinery;design;manufacturing;technology

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0237-02

1? 智能機械制造設(shè)計技術(shù)簡介

智能機械制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學習、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。智能機械制造優(yōu)勢明顯，不但能夠有效縮短產(chǎn)品研制周期，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低運營成本和資源能源消耗，并促進基于互聯(lián)網(wǎng)的眾創(chuàng)、眾包、眾籌新業(yè)態(tài)、新模式的孕育發(fā)展。智能機械制造通常以智能工廠為載體，通過對關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化的改造，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)、以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為支撐等特征。

在我國的發(fā)展中，智能機械制造同樣占據(jù)著重要的角色，具備促進國家經(jīng)濟轉(zhuǎn)型、提升我國制造整體水平、提升企業(yè)運營效率、降低操作者工作強度等優(yōu)勢。在我國科學技術(shù)發(fā)展迅速的今天，智能機械制造技術(shù)的發(fā)展起著無可替代的作用，是推動我國社會發(fā)展的主要動力。通過對智能機械設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，促進機械制造行業(yè)同步發(fā)展，是我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的重要部署，也是相關(guān)企業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

2? 我國智能機械制造設(shè)計存在問題

現(xiàn)階段，我國的智能機械施工技術(shù)還有很多問題等待解決，進而導致了成本問題無法控制。所以就目前情況來看只有創(chuàng)新生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)和機械元器件，從而組合出滿足自己需求的設(shè)備。

2.1 智能機械制造工藝基礎(chǔ)較弱

智能機械制造設(shè)計技術(shù)是基于現(xiàn)有制造工藝基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，我國目前在工藝制造上比較落后，機械自動化方面尚處在單機的自動化、剛性的自動化的階段，且未真正掌握核心技術(shù)，進而無法自己生產(chǎn)控制系統(tǒng)，只能從國外購買先進的設(shè)備來加工機械元件。相比較而言，而世界機械制造工藝水平發(fā)達的國家已經(jīng)采用高精度加工，微型機械和微米/納米技術(shù)、復(fù)合加工技術(shù)等先進工藝，實現(xiàn)了柔性自動化生產(chǎn)，為產(chǎn)品設(shè)計性能的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。工業(yè)發(fā)達國家早已普遍使用計算機輔助設(shè)計技術(shù)（CAD），目前覆蓋率已經(jīng)超過60%，但是在中國CAD的覆蓋率目前僅為5%左在。還有發(fā)達國家在六十年代初就已經(jīng)普遍使用優(yōu)質(zhì)高效低耗的工藝及設(shè)備，而中國的很多企業(yè)還是在采用落后的工藝設(shè)備進行著生產(chǎn)，而優(yōu)質(zhì)高效并且低耗的先進工藝的普及程度還不足10%。

2.2 缺乏核心芯片技術(shù)，開發(fā)成本較大

目前我國智能機械制造的發(fā)展停留在以機械設(shè)計為基準的初級階段，通常以單片機為核心的硬件技術(shù)和以計算機編程為突破點的軟件技術(shù)結(jié)合進行智能機械制造，但是所用技術(shù)較為初級，智能技術(shù)的優(yōu)勢未能充分發(fā)揮。在5G時代來臨之際，如何借助5G更好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的實現(xiàn)產(chǎn)品制造，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的功能，是未來智能機械設(shè)計技術(shù)發(fā)展的趨勢。

從生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展來看，由于核心技術(shù)沒有掌握，一些電氣控制系統(tǒng)和機械元器件不得不從國外購買，進而導致了成本問題無法控制。同時，隨著我國對環(huán)境問題、安全問題的逐步重視，操作人員工程部進一步降低、遠程操作技術(shù)、數(shù)據(jù)即時采集技術(shù)等需求逐漸增多，造機械制造過程中與智能網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)的結(jié)合是企業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的主要手段，在產(chǎn)品制造的同時，還能整合出科學合理化的方案，以程序為主，智能解析設(shè)計人員可以根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置，檢測制造機械，從而來確定產(chǎn)品性能是否達標的一整套智能機械制造流程將是未來生產(chǎn)制造型企業(yè)主要的轉(zhuǎn)型方向。

2.3 人機工程理念尚處在初級階段

人機工程學是由波蘭學者雅斯特萊鮑夫斯基提出來的新興的邊緣科學，是目前世界機械設(shè)計技術(shù)中一門新興的邊緣科學。它起源于歐洲，形成和發(fā)展于美國，近幾年在中國、日本等國家廣泛接受。人機工程學在歐洲稱為Ergonomics，這名稱最早是由波蘭學者雅斯特萊鮑夫斯基提出來的，是一門多學科的交叉學科，研究的核心問題是不同的作業(yè)中人、機器及環(huán)境三者間的協(xié)調(diào)。設(shè)計者通過對人體測量學、人體反應(yīng)時間、操作反應(yīng)速度、無條件反射、環(huán)境因素和人員心理狀態(tài)等因素的考量，進行數(shù)據(jù)化、細節(jié)化設(shè)計。

人機工程理念是確保人機配合高契合度的保障。受我國整體行業(yè)發(fā)展的影響，智能機械制造設(shè)計人員在進行設(shè)計時，往往僅從設(shè)備功能性及實用性來進行設(shè)計，而忽略了設(shè)備在生產(chǎn)環(huán)境中實際情況，未形成把人-機-環(huán)境系統(tǒng)的思維，很多細節(jié)上的設(shè)計落后先進國家較多，通常企業(yè)都委派大量的客戶服務(wù)人員到現(xiàn)場進行多次調(diào)試，造成人力資源上的浪費。目前我國人機工程理論下處于探索階段，在未來的機械制造中，方便、舒適、可靠、價值、安全和效率等指標將更受用戶的重視。如何更好的滿足用戶體驗感，是智能機械制造設(shè)計的發(fā)展方向之一。

3? 智能機械制造設(shè)計問題解決思路

3.1 以數(shù)據(jù)分析為突破，提升機械制造工藝水平

改造傳統(tǒng)機械制造工藝模式，采用智能系統(tǒng)對機械制造工藝進行轉(zhuǎn)型升級。通過控制器的標識單元進行全生產(chǎn)鏈的數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)分析，嚴格把控機械制造全流程。首先在計算機軟件數(shù)據(jù)準確性的保障，進行制造工藝相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，并按照設(shè)置好的步驟工序逐步實行，從而來確保機械制造的精確性。同時，制造裝備通過傳感器的使用也可以在第一時間找出制造過程中的問題，發(fā)出報警，為提升機械制造準確性提供雙重保障。

3.2 利用5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，融合網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)

在目前信息化5G系統(tǒng)全面實施的背景之下，智能機械制造通過工業(yè)自動化與信息技術(shù)（IT）的融合變得尤為重要。5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建后，數(shù)據(jù)傳輸效率相對于傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率將大大提升，同時也將為智能機械制造設(shè)計的發(fā)展搭建了良好的平臺。為提升工廠的生產(chǎn)靈活性、節(jié)約能源、保護環(huán)境、降低成本、提高質(zhì)量和人身安全，從而使工廠的生產(chǎn)效率和質(zhì)量得到大幅度的優(yōu)化提高。從目前機械制造行業(yè)的發(fā)展來看，可以從以下5個方面進行智能機械制造設(shè)計的開展。

3.2.1 加強識別技術(shù)集成

智能機械制造設(shè)備所有功能的實現(xiàn)都是基于識別技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的。從目前我國發(fā)展情況來看，識別技術(shù)主要通過射頻原理結(jié)合三維圖像開展工作，對設(shè)備缺陷的探傷識別、明確物體具體位置與方向起重要作用。在進行智能機械制造設(shè)計的時候，應(yīng)該在原有機械設(shè)計基礎(chǔ)之上，充分利用計算機科學和信息科學數(shù)據(jù)統(tǒng)計的優(yōu)勢，利用三維建模技術(shù)，識別物體幾何情況。

3.2.2 加強實時定位跟蹤功能

生產(chǎn)制造全流程把控，材料、零件、工具、設(shè)備狀態(tài)的實時跟蹤是目前生產(chǎn)制造行業(yè)發(fā)展的趨勢。而良好的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為智能機械設(shè)計提供了合適的運行環(huán)境。在進行智能機械制造設(shè)計時，需要充分結(jié)合設(shè)備所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，了解產(chǎn)品生產(chǎn)流程，進行實時位置跟蹤，方便客戶使用。

3.2.3 改變傳統(tǒng)制造業(yè)邏輯

在傳統(tǒng)制造業(yè)中，設(shè)計者往往先進行設(shè)計，在裝配過程中進行相應(yīng)的修改。造成成本浪費。在智能機械制造中，應(yīng)充分利用信息化技術(shù)，建立所有工件根據(jù)整體裝配“虛擬網(wǎng)絡(luò)-實體物理”生產(chǎn)系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，一個工件就能算出自己需要哪些服務(wù)，實現(xiàn)生產(chǎn)制造數(shù)字化升級。

3.2.4 實現(xiàn)多系統(tǒng)融合

在5G發(fā)展的今天，為智能機械制造者提出了更高的要求，機械制造設(shè)計應(yīng)該以工程化思維，充分考慮自動化系統(tǒng)整體方案設(shè)計技術(shù)、安裝調(diào)試技術(shù)、統(tǒng)一操作界面和工程工具的設(shè)計技術(shù)、統(tǒng)一事件序列和報警處理技術(shù)、一體化資產(chǎn)管理技術(shù)各自的特點，保障產(chǎn)品功能實現(xiàn)。

3.3 加強市場了解，融合人機工程理念

智能機械制造設(shè)計的根本目的就是短產(chǎn)品設(shè)計周期，降低使用者勞動強度，提升企業(yè)生產(chǎn)效率。這就需要機械設(shè)計者，時刻掌握時代的主體，了解市場要求，充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維，保持競爭力，有競爭優(yōu)勢設(shè)計技術(shù)，做到以客戶需求為核心，改善在機械設(shè)計過程中遇到的問題，進行專屬設(shè)計，不斷累積經(jīng)驗，落實人機工程理念，增加用戶體驗愉悅感，避免“閉門造車”的瓶頸。

人機工程理念以數(shù)據(jù)分析為基準的理念與智能機械制造理念相吻合，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，進行最優(yōu)設(shè)計的判斷。智能機械制造設(shè)計者在設(shè)計時，應(yīng)通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的提取，進行相關(guān)機構(gòu)及部件的匹配。比如工業(yè)機器人就是可以實現(xiàn)直接操控機器人或通過模擬制造系統(tǒng)來間接實施生產(chǎn)或加工的產(chǎn)品，作為設(shè)計者，首要任務(wù)就是根據(jù)用戶實際情況預(yù)設(shè)一個生產(chǎn)策略或加工工藝路線，進行工藝建模。設(shè)備的自主或自治生產(chǎn)過程中實時按照“工藝建?！敝械臄?shù)據(jù)進行，而人對生產(chǎn)的監(jiān)督也以“工藝建?！钡臄?shù)據(jù)為標準，當生產(chǎn)的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)之間出現(xiàn)偏差時，線體會自動報警或出現(xiàn)相關(guān)提升，人機交互的糾錯的過程，更是人機相互協(xié)調(diào)的過程。

4? 結(jié)語

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化產(chǎn)品已經(jīng)成為日常生活中我們不可缺少的一部分，無論是工作還是生活，智能機械產(chǎn)品都會給我們提供極大的便利及舒適。于此同時，人們對制造技術(shù)水平及智能機械的使用要求越來越高，既是機遇也是挑戰(zhàn)，作為機械設(shè)計者，應(yīng)不畏艱難，改善在機械設(shè)計過程中遇到的問題。制造型企業(yè)也必須制定明確的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，發(fā)展以技術(shù)為核心的智能制造基地。同時，應(yīng)該放開視野，積極接觸國外先進技術(shù)，將從國外引進的先進技術(shù)和現(xiàn)有的技術(shù)相結(jié)合，以創(chuàng)新的思維進行智能機械制造設(shè)計，不斷督促機械設(shè)計技術(shù)的整體化改造，達到理想的效果。

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