李中奇
(北華航天工業(yè)學(xué)院 河北廊坊 065000)
現(xiàn)如今,計算機技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在社會的各個行業(yè)中,極大限度地推動了各個行業(yè)的集成化和智能化發(fā)展,并且打破了行業(yè)之間的信息壁壘,為我國機械制造行業(yè)的快速發(fā)展奠定了扎實基礎(chǔ)。隨著人們對機械設(shè)計質(zhì)量、應(yīng)用集成范圍要求的不斷提高,這也促使機械設(shè)計制造行業(yè)要深入利用計算機技術(shù),朝著更加精細(xì)化和智能化的方向發(fā)展,這也將成為機械制造行業(yè)的必然發(fā)展趨勢。
在我國的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中,機械工業(yè)扮演著重要角色,但是,我國的機械設(shè)計制造行業(yè)在發(fā)展過程中存在著很多矛盾,亟需進(jìn)行轉(zhuǎn)型和升級,具體表現(xiàn)為以下幾點。
現(xiàn)如今,雖然我國的機械制造行業(yè)投入了很多精力用于高端機械設(shè)備的自主研發(fā)和生產(chǎn),但是不可否認(rèn),一些核心技術(shù)仍然掌握在少數(shù)國家手里,我國的核心技術(shù)研發(fā)能力明顯落后,這也導(dǎo)致核心零部件的研發(fā)滯后于機械制造行業(yè)的發(fā)展。我國有25%的高端機械設(shè)備材料和技術(shù)需要依賴進(jìn)口,雖然也能完成部分材料的獨立生產(chǎn),但是材料性能和質(zhì)量存在著很大的不穩(wěn)定性,尚不能與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的工業(yè)制造標(biāo)準(zhǔn)相匹配,這也在很大程度上影響了我國機械設(shè)計制造行業(yè)的核心競爭力。
眾所周知,科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力,機械設(shè)計制造行業(yè)的智能化和集成化發(fā)展絕離不開科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新。但是,受多種因素影響,我國機械制造行業(yè)經(jīng)費投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于工業(yè)發(fā)達(dá)國家,創(chuàng)新型的科技人才也大量缺乏,這都在一定程度上導(dǎo)致我國機械設(shè)計制造行業(yè)研發(fā)動力不足、測試條件缺失,使得機械制造行業(yè)進(jìn)步緩慢。
現(xiàn)如今,管理理念和管理模式的落后已經(jīng)嚴(yán)重影響了我國機械設(shè)計制造行業(yè)的健康發(fā)展,公共技術(shù)性服務(wù)供給缺失,使得機械制造行業(yè)根本無法滿足市場的具體發(fā)展要求,行業(yè)制定的標(biāo)準(zhǔn)也無法滿足國內(nèi)外市場競爭的要求,并且在生產(chǎn)過程中過于依賴實物產(chǎn)品,沒有足夠重視注服務(wù)活動與品牌影響力之間的關(guān)系,缺乏完善的“生產(chǎn)+服務(wù)”運營模式。
在日漸成熟的科學(xué)技術(shù)的支持下,機械設(shè)計制造內(nèi)容更加復(fù)雜、更加多元,這也明顯增大了機械加工難度和制造難度。而將計算機技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造行業(yè)中,可有效應(yīng)對呈幾何倍數(shù)增長的加工制造問題,并且能夠顯著提高機械設(shè)計制造行業(yè)的加工質(zhì)量和制造效率。首先,計算機技術(shù)在應(yīng)用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)多學(xué)科知識領(lǐng)域的有機結(jié)合,如力學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等,可有效梳理和總結(jié)各個學(xué)科的知識要點,因此能夠顯著提高機械制造能力,特別是對于具有較高復(fù)雜度的機械設(shè)備,計算機技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對機械設(shè)備制造細(xì)節(jié)的深入研究。其次,因為計算機技術(shù)具有強大的計算能力,所以,在多重力學(xué)計算環(huán)境中,計算機技術(shù)可以準(zhǔn)確無誤地預(yù)判出對應(yīng)結(jié)果,可將計算難度進(jìn)一步降低,這能夠顯著提高機械設(shè)備的設(shè)計效率?,F(xiàn)如今,在計算機技術(shù)的支持下,我國的制造能力和設(shè)計水平已經(jīng)取得了跨越式發(fā)展,正逐步從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)型。最后,計算機技術(shù)的應(yīng)用徹底顛覆了傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造模式,在提高設(shè)計制造效率的同時,進(jìn)一步節(jié)約了生產(chǎn)成本?;谟嬎銠C技術(shù)的模擬和驗算,可有效規(guī)避錯誤設(shè)計路線,為后續(xù)設(shè)計制造奠定扎實基礎(chǔ)。而且計算機的調(diào)控功能和記憶功能也能有效應(yīng)對未來復(fù)雜多變的工作環(huán)境和各種嶄新的機械技術(shù),可以從源頭上保障我國機械設(shè)計制造行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展[1-2]。
3.1.1 繪制工程圖
在機械設(shè)計制造中,工程圖是后續(xù)工作開展的基礎(chǔ),只有借助工程圖紙,工作人員才能直觀地了解機械零部件的具體構(gòu)造、性能參數(shù)和制造要求,如果圖紙繪制不達(dá)標(biāo),將會對后續(xù)的制造環(huán)節(jié)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在過去很長一段時間里,我國的工程圖紙繪制依賴傳統(tǒng)手工,需要耗費大量的人力成本和時間成本,而且也很難避免因人為失誤而導(dǎo)致的圖紙誤差,經(jīng)常需要對圖紙進(jìn)行修改。而計算機輔助設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用可有效提高圖紙繪制的準(zhǔn)確率,可最大限度地保證工程圖紙繪制符合設(shè)計要求,基于計算機輔助設(shè)計技術(shù)的圖紙繪制,設(shè)計數(shù)據(jù)可由軟件進(jìn)行自動生成,技術(shù)人員可以直接進(jìn)行修改與核查,能夠讓圖紙繪制和校正更加高效[3]。
3.1.2 三維建模
計算機輔助設(shè)計技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中,還能夠?qū)崿F(xiàn)機械零部件的三維建模,這可以讓機械零部件設(shè)計制造更加直觀與形象。技術(shù)人員可以利用軟件的約束特征,對各類實體的面、線框、造型等進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描,同時優(yōu)化設(shè)計和編輯具體參數(shù),進(jìn)一步提高零件設(shè)計和制造的可視化效果,將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加直觀地展示出來,這也有助于設(shè)計師對產(chǎn)品進(jìn)行深入的分析,及時發(fā)現(xiàn)一些潛藏的設(shè)計問題,從而不斷提高機械設(shè)計制造的精度和質(zhì)量。
3.1.3 精細(xì)加工
計算機輔助技術(shù)還可以用于機械零件的加工制造,并且可進(jìn)一步提高加工制造精度。例如,將計算機輔助技術(shù)應(yīng)用在數(shù)控切削加工過程中,CAM軟件就可以將最基本的切削方程構(gòu)建出來,并結(jié)合現(xiàn)有機床的具體情況和零件加工材料,科學(xué)調(diào)整切削速度、切削量與加工軌跡等,這不僅可有效提高零件的加工精度,同時也能從源頭上避免廢品的產(chǎn)生,有利于實現(xiàn)資源的最大利用。除此之外,計算機輔助技術(shù)還能用于控制工業(yè)機器人、沖壓機和焊接機等設(shè)備??偟膩碚f,計算機輔助技術(shù)的應(yīng)用在極大程度上提高了機械設(shè)計制造的自動化和智能化水平,這對于提高我國的制造能力和設(shè)計水平有著十分顯著的推動作用。
3.1.4 機電設(shè)計制造一體化
在計算機控制程序的作用下,數(shù)控機床有著高度的自動化和智能化,可以出色地完成復(fù)雜精密零件的加工,具有高效性和高柔性等特征。將計算機輔助技術(shù)應(yīng)用在數(shù)控機床中,可以借助網(wǎng)絡(luò)通道與數(shù)控機床開放接口進(jìn)行連接,實現(xiàn)數(shù)控機床和計算機輔助設(shè)計的無縫集成。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計模塊就能夠自動完成數(shù)據(jù)采集,并對設(shè)計模型中的資料數(shù)據(jù)進(jìn)行智能識別,然后對圖像進(jìn)行動態(tài)仿真,最終形成數(shù)控機床的應(yīng)用程序。在數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的背景中,計算機輔助設(shè)計技術(shù)與數(shù)控機床的集成度將被進(jìn)一步提高,促使數(shù)控機床更加網(wǎng)絡(luò)化、智能化、柔性化和精細(xì)化,有助于真正推動機電設(shè)計制造一體化的健康發(fā)展。
在過去很長一段時間里,我國的機械設(shè)計制造不僅需要長時間的設(shè)計和研究,而且調(diào)整方案的難度較大,同時模型制造還會產(chǎn)生很多廢料,有著較高的生產(chǎn)成本,并且生產(chǎn)效率較低。而3D打印技術(shù)是一種快速成型的技術(shù),在應(yīng)用過程中以計算機設(shè)計模型為基礎(chǔ),利用可黏合的粉末狀金屬、蠟材和塑料等線材,利用逐層打印黏合的方式來完成物體的構(gòu)造?,F(xiàn)如今,3D打印技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在機械設(shè)計制造中,已經(jīng)成為小批量生產(chǎn)和定制化生產(chǎn)的主要應(yīng)用技術(shù)之一。3D 打印技術(shù)賦予了客戶更大的自主選擇權(quán),客戶可以靈活選擇打印線材,剔除了模具設(shè)計加工環(huán)節(jié),可以依據(jù)計算機圖形設(shè)計制作出任何想要的零件,然后將產(chǎn)品直接打印出來。3D 打印技術(shù)還可以幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)零件設(shè)計中存在的不足之處,進(jìn)而對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。而基于3D 模型機型的自主安裝也能讓裝配流程得到精簡,同時也可進(jìn)一步降低產(chǎn)品的檢測成本,在提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益方面作用顯著[4]。
除了工程圖繪制和三維建模,計算機技術(shù)還可以用于仿真設(shè)計。數(shù)字仿真是基于三模建模技術(shù)而發(fā)展起來的新技術(shù),數(shù)字仿真技術(shù)能夠?qū)C械構(gòu)件進(jìn)行工程學(xué)仿真,同時還能模擬和評估復(fù)雜運動的進(jìn)行力學(xué)。計算機仿真技術(shù)在應(yīng)用過程中需要借助計算機和系統(tǒng)模型,然后基于計算機虛擬技術(shù)、信息技術(shù)、相似原理及其他領(lǐng)域的相關(guān)知識,對想象或現(xiàn)實中的對象進(jìn)行試驗研究。計算機仿真技術(shù)具有高度的可重復(fù)性和安全性,并且不受外界環(huán)境的限制,現(xiàn)如今已經(jīng)成為機械設(shè)計制造中的主要應(yīng)用技術(shù)之一。因為在機械設(shè)計制造過程中設(shè)計環(huán)節(jié)通常相對繁瑣,需要設(shè)計人員投入大量的時間和精力,同時,因為缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和交互平臺,導(dǎo)致設(shè)計方案經(jīng)常需要進(jìn)行后期修改,這不僅費時、費力,同時還會增大企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。而將計算機仿真技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中,能夠創(chuàng)建一個等比例的仿真模型,能夠?qū)C械設(shè)計制造的設(shè)計、生產(chǎn)、使用和維護(hù)進(jìn)行全過程的直觀演示,借助這一功能,技術(shù)人員就可對設(shè)計方案進(jìn)行科學(xué)評估,借助模擬分析結(jié)果找出模型存在的具體問題,然后采取有針對性的措施進(jìn)行彌補,徹底消除機械設(shè)計存在的隱患問題,從源頭上確保產(chǎn)品設(shè)計滿足生產(chǎn)要求,這可從源頭上降低產(chǎn)品的研發(fā)成本,減少不必要的試驗材料浪費?,F(xiàn)如今,計算機仿真技術(shù)已經(jīng)在機械設(shè)計制造中發(fā)揮著舉足輕重的作用,促使機械產(chǎn)品設(shè)計更加優(yōu)化、產(chǎn)品制造質(zhì)量更加可靠[5]。
人工智能技術(shù)的本質(zhì)就是分析和存儲機械設(shè)計制造所產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù),并通過不斷地疊加和分析,實現(xiàn)數(shù)據(jù)參數(shù)最優(yōu)化,促使設(shè)計制造目標(biāo)的精細(xì)化完成?;谟嬎銠C技術(shù)的人工智能技術(shù)賦予了機械設(shè)計制造更大的智能化水平,在技術(shù)的作用下,機械設(shè)計制造模塊具備了一定的自我提升能力,能夠?qū)ο到y(tǒng)的不完善之處進(jìn)行自我修復(fù)。例如,傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造不可避免地會產(chǎn)生一定量的廢品,在規(guī)?;a(chǎn)作業(yè)時代,這些廢品的存在直接降低了資源利用率,進(jìn)一步拉低了我國的產(chǎn)品制造水平,造成即使科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步,制造水平不斷提高,但是廢品率依然居高不下。而人工智能技術(shù)的出現(xiàn)徹底解決了這一問題,基于人工智能技術(shù)的智能操控程序,可以在設(shè)計制造過程中逐步改變參數(shù)數(shù)據(jù),能夠?qū)崿F(xiàn)對廢品的精細(xì)控制。隨著人工智能技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗的不斷豐富,現(xiàn)如今已經(jīng)形成了完善的控制能力和控制規(guī)模,能夠切實滿足多樣化的生產(chǎn)需求,極大限度地提高了我國的設(shè)計制造水平。
在機械設(shè)計制造過程中,為了保證制造效率和制造質(zhì)量,工作人員需要對所有的環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督和管理。而基于計算機技術(shù)的動態(tài)監(jiān)控體系能夠充分借助機械設(shè)計制造模塊,對所有制造設(shè)備進(jìn)行全程動態(tài)化監(jiān)督,極大程度地緩解工作人員的工作強度。例如,在生產(chǎn)加工大批量零部件時,基于計算機技術(shù)的動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)能夠全面精準(zhǔn)地分析和研究任何一個加工制造數(shù)據(jù),并借助其快速分析能力和計算能力,與標(biāo)準(zhǔn)的制造數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,因此,可從源頭上保障制造數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和高效性。除此之外,智能監(jiān)控系統(tǒng)還能夠?qū)Ξ?dāng)前的制造數(shù)據(jù)進(jìn)行全面檢驗,一旦發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù),可第一時間進(jìn)行上報和預(yù)警,因此可有效減少廢品的產(chǎn)生。雖然智能監(jiān)控體系在機械設(shè)計制造中扮演著重要角色,但是不可否認(rèn),仍舊有很多加工制造企業(yè)并沒有樹立完善的監(jiān)督管理意識,無法對機械設(shè)計制造的全過程進(jìn)行動態(tài)化監(jiān)督和管理,即使某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,也無法被及時發(fā)現(xiàn)和排除,不僅造成了極大的資源浪費,同時也增加了企業(yè)的制造成本。
在構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展社會的背景中,機械設(shè)計制造的智能化發(fā)展已經(jīng)成為我國工業(yè)制造行業(yè)的主要發(fā)展趨勢。計算機智能化技術(shù)的應(yīng)用顯著地提高了制造企業(yè)的生產(chǎn)效率,同時也將人力資源從復(fù)雜危險的生產(chǎn)環(huán)境中解放出來,從源頭上避免了人為操作誤差的存在,進(jìn)一步提高了產(chǎn)品設(shè)計制造精度。而基于計算機技術(shù)的智能化管理也能讓管理者對設(shè)備生產(chǎn)的詳細(xì)情況進(jìn)行實時掌握,能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的高質(zhì)量銜接,確保設(shè)備生產(chǎn)的正常運行??傮w來說,將計算機技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造中,可促使機械設(shè)計制造更加智能,可實現(xiàn)機械設(shè)計制造諸多環(huán)節(jié)的智能化管理和生產(chǎn),這對于提高機械設(shè)計制造的核心競爭力來說,意義顯著。
在大數(shù)據(jù)技術(shù)高速發(fā)展的背景中,機械設(shè)計制造的集成化發(fā)展也成為工業(yè)制造行業(yè)的主要發(fā)展趨勢,大數(shù)據(jù)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與人工智能技術(shù)的深入應(yīng)用對于改變制造企業(yè)的形態(tài)和模式有著十分重要的推動作用,同時也有助于實現(xiàn)我國制造業(yè)的高質(zhì)量穩(wěn)步發(fā)展。隨著計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用,機械設(shè)計制造領(lǐng)域已經(jīng)從傳統(tǒng)的計劃定制、設(shè)計加工擴(kuò)展至產(chǎn)品的調(diào)研、設(shè)計、開發(fā)和銷售,并在虛擬仿真技術(shù)、遠(yuǎn)程動態(tài)操作與監(jiān)控系統(tǒng)的作用下,實現(xiàn)了機械制造行業(yè)的集成化發(fā)展。值得一提的是,計算機數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)?shù)字圖像進(jìn)行高效的分析和整合,可以促使設(shè)計工序得到極大程度上的簡化?;谟嬎銠C技術(shù)的集成化設(shè)計不僅更加靈活、更加精準(zhǔn)、更加全面,同時也可有效保證產(chǎn)品信息完整準(zhǔn)確,并且在應(yīng)用過程中不限團(tuán)隊、不限地域、不限空間,也可保證產(chǎn)品設(shè)計的完整性和科學(xué)性??偟膩碚f,集成化的機械設(shè)計制造以規(guī)范化的數(shù)字化模型為基礎(chǔ),利用小組分工合作的模式,分別完成項目設(shè)計、功能測試等工作,這顯著提高了工作效率和工作質(zhì)量,因此也能夠為機械設(shè)計制造企業(yè)創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)價值[6]。
在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境之間的矛盾愈發(fā)激烈的背景中,國家政府提出了發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)的口號,打造綠色經(jīng)濟(jì)新模式已經(jīng)成為時代的主要發(fā)展基調(diào),這也就說明機械制造行業(yè)也要不斷實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新,積極朝向綠色環(huán)保的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品在制造過程中需要耗費大量資源,同時也會產(chǎn)生一定量的污染物,對環(huán)境并不友好,而將計算機技術(shù)應(yīng)用在機械制設(shè)計制造中,可有效降低廢品率,可以在一定程度上提高機械制造行業(yè)的節(jié)能水平。例如,計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠進(jìn)一步節(jié)約生產(chǎn)資料;3D 打印技術(shù)的應(yīng)用能夠降低廢品率,降低對能源的消耗;在三維建模階段,技術(shù)人員可以優(yōu)先選擇節(jié)能環(huán)保材料,提高制造材料的循環(huán)利用率??傮w來說,基于計算機技術(shù)的機械設(shè)計制造將朝向更加綠色、更加環(huán)保的方向發(fā)展,真正建立經(jīng)濟(jì)和環(huán)境和諧共生的良好局面。
隨著計算機技術(shù)在社會各個行業(yè)的深入應(yīng)用,計算機技術(shù)也在不斷升級和完善。為了促使計算機技術(shù)能夠更好地應(yīng)用在機械設(shè)計制造領(lǐng)域,就要求機械設(shè)計制造領(lǐng)域的工作人員能夠不斷提升自身的綜合素質(zhì),積極學(xué)習(xí)更為先進(jìn)的計算機知識,確保自身具有過硬的信息素養(yǎng),能夠真正發(fā)揮出計算機技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的作用和價值。一方面,設(shè)計人員不僅要掌握豐富的設(shè)計知識,同時還要對計算機設(shè)計軟件的功能進(jìn)行全面掌握,能夠在設(shè)計過程中充分借助軟件來提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量,確保最終的設(shè)計目標(biāo)符合具體的制造要求;另一方面,工作人員一定要明確各項智能化設(shè)備制造參數(shù)的具體意義及代表的實際作用,能夠及時發(fā)現(xiàn)異常參數(shù),及時處理機械設(shè)計制造過程中存在的問題,借助強大的計算機水平,不斷提高機械設(shè)計制造的智能化程度。
機械設(shè)計制造行業(yè)在我國的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中扮演著重要角色,計算機技術(shù)的深入應(yīng)用也為機械設(shè)計制造行業(yè)的快速發(fā)展提供了強大動力。但是,若想提高我國機械制造行業(yè)的國際競爭力,就必須要降低對進(jìn)口技術(shù)的依賴,能夠真正將核心技術(shù)掌握在自己手中,這也就要求相關(guān)技術(shù)人員必須要積極推動計算機核心技術(shù)的創(chuàng)新,能夠自主研發(fā)出更多的先進(jìn)技術(shù),為我國機械制造行業(yè)的長遠(yuǎn)健康發(fā)展注入新鮮活力。
綜上所述,將計算機技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造領(lǐng)域,已經(jīng)成為時代發(fā)展的必然趨勢,這對于提高機械設(shè)計制造行業(yè)的設(shè)計水平和制造能力來說,意義顯著。但是,若想實現(xiàn)計算機技術(shù)的深入應(yīng)用,就要求機械制造行業(yè)能夠投入更多的精力用于技術(shù)創(chuàng)新和升級,真正實現(xiàn)機電設(shè)計制造一體化發(fā)展,進(jìn)一步提高機械設(shè)計制造行業(yè)的智能化、自動化、集成化和環(huán)?;剑x予我國機械制造行業(yè)更加強大的核心競爭力。