宋沛宇，胡志斌

[摘? ? 要]隨著科學(xué)技術(shù)和國(guó)家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，很多傳統(tǒng)行業(yè)與時(shí)俱進(jìn)，逐步向新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展過(guò)渡。在此背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)拔地而起，發(fā)展迅猛。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的發(fā)展水平是每個(gè)國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)力水平的重要體現(xiàn)。當(dāng)下，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)及其制造行業(yè)存在較大弊端，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)為核心的機(jī)械自動(dòng)化在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，普遍提升了用戶(hù)使用體驗(yàn)，順應(yīng)了當(dāng)下的發(fā)展潮流。本文將重點(diǎn)分析機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，并對(duì)該技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]機(jī)械設(shè)計(jì)制造;自動(dòng)化;特點(diǎn);優(yōu)勢(shì)

[中圖分類(lèi)號(hào)]TH122 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）12–00–02

Characteristics and Advantages of Mechanical Design， Manufacturing and Automation

Song Pei-yu，Hu Zhi-bin

[Abstract]With the rapid development of science and technology and national economy， many traditional industries keep pace with the times and gradually transition to the field of emerging industries. In this context， the mechanical design and manufacturing industry has sprung up and developed rapidly. The development level of mechanical design， manufacturing and automation is an important embodiment of the level of industrial productivity in each country. At present， there are great disadvantages in the traditional mechanical design and manufacturing industry. Mechanical automation with computer technology， network technology and artificial intelligence technology as the core is widely used in various fields， which generally improves the user experience and conforms to the current development trend. This paper will focus on the characteristics and advantages of mechanical design and manufacturing and its automation， and analyze the future development trend of this technology.

[Keywords]mechanical design and manufacturing; automation; characteristic; advantage

隨著經(jīng)濟(jì)全球化和世界經(jīng)濟(jì)一體化趨勢(shì)的不斷加強(qiáng)，各國(guó)經(jīng)濟(jì)總體上呈現(xiàn)全面快速發(fā)展的盛況。全球合作的同時(shí)也伴隨激烈的全球競(jìng)爭(zhēng)，這就對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度與先進(jìn)性做出要求。機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)在提升生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量方面起到了不可忽視的作用，另外它作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中的支柱性產(chǎn)業(yè)直接影響著我國(guó)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中融入自動(dòng)化對(duì)整個(gè)機(jī)械行業(yè)有著跨時(shí)代的意義，通過(guò)實(shí)踐諸多新型技術(shù)設(shè)備在近幾年研發(fā)成功并投入使用，如3D打印技術(shù)、無(wú)人機(jī)技術(shù)、掃地機(jī)器人等，用前瞻性思維和發(fā)展性眼光來(lái)分析看待，自動(dòng)化是機(jī)械設(shè)計(jì)制造未來(lái)發(fā)展的主要方向，需要從多角度多層次分析來(lái)對(duì)未來(lái)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)行預(yù)判前瞻，這對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)有著積極的影響。推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)朝著自動(dòng)化方向進(jìn)軍是全體中國(guó)人民的美好愿望。目前我國(guó)十分重視機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的研發(fā)進(jìn)度，在此領(lǐng)域投入很大成本和資源，不斷加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)人員的自主創(chuàng)新工作能力，提倡科研學(xué)者在此領(lǐng)域深耕，為我國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際地位打下了良好的人員基礎(chǔ)。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的特點(diǎn)分析

與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造相比，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造具備完善的體系，降低了對(duì)專(zhuān)業(yè)人員的需求量和依賴(lài)度，一改傳統(tǒng)制造模式，最大限度地節(jié)省了時(shí)間和人員成本。用一系列自動(dòng)化設(shè)備批量替代傳統(tǒng)的大量工人和手工勞動(dòng)，大大提高了生產(chǎn)效率和工作過(guò)程中的安全系數(shù)，降低了因人為因素出現(xiàn)殘次品的概率。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)知識(shí)，當(dāng)然這并不是簡(jiǎn)單的技術(shù)累加，而是對(duì)跨學(xué)科知識(shí)的有效結(jié)合以及對(duì)多項(xiàng)技術(shù)的綜合應(yīng)用。正是由于這種高端性，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的各個(gè)領(lǐng)域，極大地提升了人們的幸福指數(shù)。其中，體積小、能源消耗少等微型特點(diǎn)在其應(yīng)用性方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。

1.1 與機(jī)械生產(chǎn)保持協(xié)調(diào)保證功能性和適配性

隨著時(shí)代的發(fā)展科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造逐漸乏力無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)的要求和市場(chǎng)的需求，而機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是以傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ)，結(jié)合多種現(xiàn)代化新型技術(shù)賦予機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化和智慧化，進(jìn)而提升生產(chǎn)效率提升可操作性和可控制性，從多層次多維度分析機(jī)器所需的功能進(jìn)而結(jié)合多種技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足功能需求，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程中需要滿(mǎn)足整體性和獨(dú)立性，保證機(jī)械的整體性，而針對(duì)機(jī)械生產(chǎn)作業(yè)需求保證功能的獨(dú)立性。例如，在農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要保證飛行器、地面遙控系統(tǒng)、噴灑結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合互相協(xié)調(diào)同時(shí)要保證滿(mǎn)足各自的功能性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)功能需求協(xié)調(diào)整體設(shè)計(jì)適配。

1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化涉及的技術(shù)領(lǐng)域廣泛

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的技術(shù)要求較高且設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域較為廣泛，需要多種設(shè)備技術(shù)綜合才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化需要一定的能量來(lái)維持運(yùn)行，所以要電動(dòng)機(jī)或者內(nèi)燃機(jī)來(lái)將其他能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，如農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)需要電動(dòng)機(jī)和螺旋槳來(lái)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)而產(chǎn)生升力或者推進(jìn)力實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)行。最后，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化需要信息傳輸存儲(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，將數(shù)據(jù)參數(shù)導(dǎo)入，隨后機(jī)械按照設(shè)計(jì)的程序或者輸入的參數(shù)進(jìn)行作業(yè)。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)分析

2.1 有利于提升機(jī)械的作業(yè)效率

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化在作業(yè)過(guò)程中可以避免很多外界因素的干擾，保證外部環(huán)境基本維持在理想狀態(tài)進(jìn)而可以大幅度提升作業(yè)的效率，例如農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)借助自動(dòng)化來(lái)對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行分析并通過(guò)傳感系統(tǒng)分析周?chē)赡茉斐勺鳂I(yè)影響的因素并及時(shí)做出反饋進(jìn)而保證作業(yè)過(guò)程中的安全性，相比于傳統(tǒng)的作業(yè)方式效率表現(xiàn)更為優(yōu)質(zhì)，且可以通過(guò)程序設(shè)定針對(duì)不同作業(yè)要求進(jìn)行不同狀態(tài)切換，大大減少了各種資源的投入。

2.2 可以保證機(jī)械始終處于最科學(xué)的負(fù)荷狀態(tài)

傳統(tǒng)的機(jī)械對(duì)自身荷載和負(fù)荷的調(diào)整基本上全部依靠人工，但是很多時(shí)候負(fù)荷過(guò)大導(dǎo)致工作效率下降且對(duì)機(jī)械自身有一定的損害，很容易造成機(jī)械故障，負(fù)荷過(guò)小則造成能源浪費(fèi)，而機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需求，針對(duì)性進(jìn)行設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足各種生產(chǎn)作業(yè)的需求，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序分析不同作業(yè)類(lèi)型的不同生產(chǎn)方向，進(jìn)而針對(duì)性地進(jìn)行程序?qū)耄詣?dòng)化技術(shù)可以賦予機(jī)械設(shè)備仿生功能和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。因此，機(jī)械在自動(dòng)化加持下有一定的記憶性且更為智能，通過(guò)傳感器或者數(shù)據(jù)分析多種方式來(lái)對(duì)自身進(jìn)行調(diào)整，保證機(jī)器始終處于最佳負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)而保障能源利用率和生產(chǎn)效率的同時(shí)避免過(guò)載超負(fù)荷造成的機(jī)械故障。

2.3 可控性可操作性強(qiáng)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化借助網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)來(lái)進(jìn)行操作控制，相比于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造，現(xiàn)階段通過(guò)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)龐大的數(shù)據(jù)分析能力和計(jì)算能力可以保證對(duì)機(jī)械進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)管分析，并制定科學(xué)可行的操作反饋，在整體操作控制表現(xiàn)上完全不是傳統(tǒng)機(jī)械可比的。

2.4 可以有效降低作業(yè)過(guò)程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)

機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中普遍存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于機(jī)械自身和人為因素環(huán)境因素等外界因素，但是機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備可以有效降低運(yùn)行過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，避免很多人為操作造成的安全隱患且對(duì)外部各種因素的影響進(jìn)行精準(zhǔn)分析，進(jìn)而提升機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的安全系數(shù)。

2.5 機(jī)械故障的預(yù)防和處理

在機(jī)械生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中難免會(huì)有故障發(fā)生，這些故障普遍會(huì)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生一定的影響，傳統(tǒng)機(jī)械故障是最讓人頭痛的問(wèn)題，但是機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備可以最大限度地避免故障問(wèn)題發(fā)生，在機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中由計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，一旦數(shù)據(jù)參數(shù)發(fā)生波動(dòng)或者異常機(jī)器就會(huì)及時(shí)進(jìn)行分析反饋并發(fā)出警報(bào)，并對(duì)數(shù)據(jù)信息做出分析給出相對(duì)科學(xué)的故障分析來(lái)協(xié)助工作人員進(jìn)行故障維修，結(jié)合實(shí)際情況制定維修養(yǎng)護(hù)方案，進(jìn)而大幅度延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命。

2.6 提高生產(chǎn)效率

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造已實(shí)現(xiàn)了工藝流程的自動(dòng)化、一體化。統(tǒng)一、規(guī)范、流程化的工作流程大大提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)降低了人為因素造成的操作失誤，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有了更高的保證。一方面，程序化生產(chǎn)節(jié)省了人工更換不同生產(chǎn)工藝流程上機(jī)器零件的時(shí)間，只需要更改電腦程序，自動(dòng)化機(jī)器設(shè)備就能完成不同生產(chǎn)線(xiàn)上的操作，大量節(jié)約了時(shí)間成本。另一方面，去除人工更換零部件的步驟還減少了機(jī)械磨損，有利于延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。機(jī)械生產(chǎn)自動(dòng)化使一線(xiàn)工人從復(fù)雜繁瑣的手工勞動(dòng)中解脫出來(lái)，用其代替人工，用更少的時(shí)間就可以完成產(chǎn)品的批量制入研究。

2.7 減少資源浪費(fèi)

常規(guī)機(jī)械設(shè)備體積大，不易存放和移動(dòng)，最重要的是能耗高。但是，現(xiàn)代自動(dòng)化機(jī)器的設(shè)計(jì)和制造所使用的機(jī)械設(shè)備相對(duì)較小，占用空間小，可以節(jié)省一些空間資源。機(jī)器自動(dòng)化便捷并簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程?，F(xiàn)代化的工廠(chǎng)生產(chǎn)車(chē)間不再需要許多一線(xiàn)生產(chǎn)工人，這就減少了人力資源的浪費(fèi)。此外，由于能耗較低，具有節(jié)能環(huán)保運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造和自動(dòng)化產(chǎn)生的污染物被釋放到我們賴(lài)以生存的大片區(qū)域空氣、海洋和土壤中，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。將機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)同步到生成制作環(huán)節(jié)中可以有效減輕污染物排放量過(guò)大的情況，促使有毒物質(zhì)程度性降解，保護(hù)生產(chǎn)環(huán)境，達(dá)到我國(guó)現(xiàn)階段的排污和生產(chǎn)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

2.8 相比于傳統(tǒng)機(jī)械更智能化自動(dòng)化

智能化是現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)的最前沿，用前瞻性的眼光和前瞻性的思維分析和展望未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，智能化和自動(dòng)化是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)和主要發(fā)展方向，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中將智能化自動(dòng)化有機(jī)結(jié)合可從多方面多層次提升機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備的功能，大大降低了人力資源的投入并在一定程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化未來(lái)的發(fā)展方向分析

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的未來(lái)發(fā)展方向主要是從4個(gè)方面著手：智能化的開(kāi)發(fā)、數(shù)字化技術(shù)的利用、產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的開(kāi)發(fā)、綠色環(huán)保方向的研究。智能化現(xiàn)階段在機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面的融入程度不高，還需要不斷挖掘智能化的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值提升融合程度，逐漸賦予機(jī)械固定的意識(shí)形態(tài)并形成下意識(shí)反饋。

在數(shù)字化方面可以從大數(shù)據(jù)和云計(jì)算方面著手進(jìn)行融合，進(jìn)而對(duì)機(jī)械整個(gè)設(shè)計(jì)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行分析。例如，在農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)投入使用后可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)端口借助大數(shù)據(jù)和云計(jì)算對(duì)周?chē)h(huán)境氣候水文和干濕度進(jìn)行分析，并對(duì)多種目標(biāo)進(jìn)行跟蹤定位進(jìn)而提升機(jī)械的功能。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中可以借助BIM技術(shù)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行捕捉梳理整合分類(lèi)，并根據(jù)數(shù)據(jù)反饋進(jìn)行建模，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)分析產(chǎn)品的性能和缺陷，進(jìn)而提出建設(shè)性的優(yōu)化建議，對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)新和優(yōu)化都有著積極的作用。在綠色環(huán)保方面需要積極利用可再生清潔能源實(shí)現(xiàn)充能和產(chǎn)品續(xù)航能力，如農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)可以通過(guò)光感系統(tǒng)分析光照狀態(tài)進(jìn)行能源切換，利用太陽(yáng)能電磁板進(jìn)行充能和續(xù)航進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約，通過(guò)對(duì)清潔可再生能源的利用來(lái)保證綠色環(huán)保，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段，相比于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造，機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備在運(yùn)行效率、安全性、可控性、可操作性以及故障預(yù)警處理方面都有著明顯的優(yōu)勢(shì)，需要不斷拓展機(jī)械自動(dòng)化智能化利用空間，深度發(fā)掘自動(dòng)化智能化的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并用發(fā)展性眼觀(guān)來(lái)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了資源成本并提升了安全性能。未來(lái)將朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、虛擬化、數(shù)字化、微型化等更先進(jìn)的方向推進(jìn)，具有廣闊的消費(fèi)市場(chǎng)和發(fā)展前景。進(jìn)而從多方向多渠道來(lái)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)進(jìn)行改革創(chuàng)新以促進(jìn)機(jī)械行業(yè)穩(wěn)定健康的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳波.簡(jiǎn)析機(jī)械設(shè)計(jì)制造之特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)[J].科技風(fēng)，2019（3）：156.

[2] 李洋，韓長(zhǎng)川.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)及發(fā)展趨勢(shì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（1）：229-230.

[3] 姜毓依儂.淺談機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)及發(fā)展趨勢(shì)[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，49（23）：198.

[4] 王宇航.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)及發(fā)展趨勢(shì)分析[J].才智，2018（33）：237.