智能制造下機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展方向淺議

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摘要：智能制造作為信息化技術(shù)衍生的產(chǎn)物，是我國(guó)工業(yè)制造的發(fā)展方向，受到了全社會(huì)的廣泛關(guān)注與各行業(yè)的重視。為了滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)日漸增長(zhǎng)的生產(chǎn)需求，也為了推動(dòng)我國(guó)工業(yè)制造的可持續(xù)發(fā)展，有必要將傳統(tǒng)的工業(yè)制造與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)密切結(jié)合，實(shí)現(xiàn)我國(guó)制造業(yè)的成功轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升工業(yè)制造水平。基于此，本文將立足智能制造時(shí)代背景，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，并對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向展開(kāi)討論。

關(guān)鍵詞：智能制造；機(jī)械設(shè)計(jì)；自動(dòng)化技術(shù)

1引言

機(jī)械設(shè)計(jì)作為我國(guó)工業(yè)制造行業(yè)的重要經(jīng)濟(jì)來(lái)源，除了能夠?yàn)槲覈?guó)的工業(yè)制造帶來(lái)強(qiáng)大的技術(shù)支持基礎(chǔ)外，同時(shí)也能全面提升國(guó)民生產(chǎn)效率。而隨著時(shí)代的發(fā)展，越來(lái)越多更先進(jìn)的智能化技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中，有效改善了以往勞動(dòng)力投入過(guò)大、勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)高等不足，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)的自動(dòng)化與智能化制造[1]。在如今的智能制造時(shí)代背景下，我國(guó)近年來(lái)的機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的研究取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，不過(guò)相對(duì)于技術(shù)起步更早且更加成熟的發(fā)達(dá)國(guó)家而言還存在一定差距，所以有必要探明我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向，持續(xù)推動(dòng)我國(guó)工業(yè)制造行業(yè)的健康發(fā)展。

2自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用

智能制造背景下的機(jī)械設(shè)計(jì)會(huì)應(yīng)用到智能集成化技術(shù)、智能柔性自動(dòng)化技術(shù)、虛擬自動(dòng)化技術(shù)等，涉及的技術(shù)內(nèi)容極為豐富。下文便以應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)的多功能調(diào)試臺(tái)控制系統(tǒng)為例，對(duì)其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用展開(kāi)分析[2]。

2.1多功能調(diào)試臺(tái)

利用多功能調(diào)試臺(tái)構(gòu)建的穩(wěn)定支撐試驗(yàn)平臺(tái)，具備多旋轉(zhuǎn)功能，基本用在繼電保護(hù)設(shè)備的組裝與調(diào)試生產(chǎn)中。將智能自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用其中，能夠顯著縮小電機(jī)體積與重量，進(jìn)而提升設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。此外，在對(duì)多功能調(diào)試臺(tái)的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)計(jì)中加入自動(dòng)化控制程序（PLC），便可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)性能的實(shí)時(shí)化試驗(yàn)與調(diào)試，保障系統(tǒng)運(yùn)行的整體可靠性。

2.2基于多功能調(diào)試臺(tái)的機(jī)械設(shè)計(jì)

采用了自動(dòng)化技術(shù)的多功能調(diào)試臺(tái)控制系統(tǒng)，將其應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要借助于調(diào)試臺(tái)的持續(xù)性升降功能，保證位于不一樣高度的繼電保護(hù)裝置能夠配備到位，并且能實(shí)現(xiàn)對(duì)功能的測(cè)試效果。在此過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)全面分析系統(tǒng)故障檢測(cè)及隔離保護(hù)功能。在多功能調(diào)試臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)采取多元化控制方式以及應(yīng)用智能自動(dòng)化技術(shù)，借助PLC編程邏輯控制，構(gòu)建單片機(jī)控制體系，確保工業(yè)控制機(jī)能夠控制到位[3]。在全方位考量控制要求之后，應(yīng)構(gòu)建多功能調(diào)試臺(tái)控制系統(tǒng)，確保PLC控制模式能實(shí)現(xiàn)。多功能調(diào)試臺(tái)控制系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程中，需要重視多模塊的組建，其中包含控制、通信、檢測(cè)及輸出等模塊，同時(shí)畫(huà)出詳細(xì)的系統(tǒng)構(gòu)架圖。該控制系統(tǒng)主要應(yīng)用自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)展開(kāi)測(cè)量，分為直接測(cè)量與間接測(cè)量。其中，直接測(cè)量能夠測(cè)得所設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備的規(guī)格尺寸，結(jié)合參數(shù)變化達(dá)到控制機(jī)床技術(shù)模塊的效果；而間接測(cè)量則是利用控制模塊中的刀具去建立刀具部件運(yùn)行機(jī)制，比如根據(jù)待測(cè)表面的差異，對(duì)待測(cè)裝置的斷續(xù)表層、平面等多項(xiàng)參數(shù)予以檢測(cè)，具體如圖1所示。我們以圖1中的輸出與檢測(cè)兩大主要模塊舉例，起初需要借助輸出模塊對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行分析，構(gòu)建自動(dòng)化編碼與框架系統(tǒng)，并且預(yù)先設(shè)計(jì)故障預(yù)警電路，主要應(yīng)用PLC輸出接口對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)電路予以控制，同步傳輸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖控制量，保證伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)方向更加精準(zhǔn)。同時(shí)，還應(yīng)構(gòu)建起基于信息反饋的閉環(huán)控制機(jī)制以及智能自動(dòng)化框架系統(tǒng)，保證框架的高度、水平度都能精準(zhǔn)調(diào)位，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的故障內(nèi)容予以分析。自動(dòng)化技術(shù)在其中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)框架高度、水平度的合理控制，保證一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，PLC仍然能夠保證警報(bào)信號(hào)輸出的正常[4]。此外便是檢測(cè)模塊，在該模塊中包含位移與傾角兩類(lèi)傳感器，PLC模擬量輸入模塊接口能夠保證傾角傳感器的信號(hào)正常傳送，對(duì)位置閉環(huán)控制的參考量予以?xún)?yōu)化。立足設(shè)計(jì)全局視角來(lái)看，多功能調(diào)試臺(tái)控制系統(tǒng)構(gòu)建的是一種驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)體系，既能計(jì)算重要參數(shù)，確保旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的合理性以及工作到位，同時(shí)也能避免過(guò)載情況發(fā)生。此外，還要重點(diǎn)考量驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的所需因素，參考電機(jī)的體積、重量、功率等特性，構(gòu)建負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，構(gòu)建具備框架大負(fù)載旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)調(diào)整可回轉(zhuǎn)裝置組件及過(guò)渡件的效果，優(yōu)選驅(qū)動(dòng)電機(jī)且做好量化計(jì)算，比如對(duì)電機(jī)經(jīng)由減速器且傳送到絲桿力矩位置的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算，保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一直具備較高的冗余度。

3智能制造背景下機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向

3.1重視產(chǎn)品數(shù)據(jù)的收集與共享

在智能制造時(shí)代背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)主要利用智能化手段完成，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造與自動(dòng)化技術(shù)之間的關(guān)系極為密切，因此在未來(lái)發(fā)展中需要提高對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的收集與共享工作的重視度。一方面，利用智能系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法的合理性進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別。對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與模擬，形成資源共享平臺(tái)，通過(guò)智能化識(shí)別，機(jī)械制造控制系統(tǒng)能夠直接儲(chǔ)存與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，同時(shí)也能根據(jù)生產(chǎn)批次的規(guī)格要求去分析操作狀態(tài)。如果生產(chǎn)過(guò)程中察覺(jué)出問(wèn)題，在信號(hào)傳感器的加持下會(huì)第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警信號(hào)，那么機(jī)械設(shè)計(jì)工作人員則會(huì)能通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的排查找出問(wèn)題所在。另一方面，借助機(jī)電控制模塊對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行分析，還可通過(guò)分析所采集的數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)器運(yùn)行速度、生產(chǎn)狀態(tài)展開(kāi)全面檢查，并且能通過(guò)模擬機(jī)械設(shè)計(jì)制造加工的過(guò)程，精準(zhǔn)地判斷出操作狀態(tài)[5]。為了實(shí)現(xiàn)智能制造，需要高度重視產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造與技術(shù)的結(jié)合，將智能數(shù)據(jù)共享中心設(shè)置為獨(dú)立監(jiān)控設(shè)備，在各類(lèi)傳感器的配置下做出動(dòng)態(tài)化分析，然后借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)予以共享，方便機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)的及時(shí)調(diào)整。

3.2重視節(jié)能環(huán)保

隨著科學(xué)技術(shù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，我國(guó)也逐漸邁進(jìn)了經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期。能源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)現(xiàn)已成為企業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在“碳中和”的時(shí)代背景下，企業(yè)要想實(shí)現(xiàn)健康的可持續(xù)發(fā)展，必定要在未來(lái)發(fā)展中不斷改革升級(jí)，擯棄用犧牲環(huán)境換取經(jīng)濟(jì)效益的想法與做法。所以，在智能制造背景下，未來(lái)的機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展要重視如下幾點(diǎn)：其一，加強(qiáng)對(duì)新材料的研發(fā)，機(jī)械設(shè)計(jì)不僅要滿(mǎn)足智能制造功能要求，而且要保證使用更加節(jié)能環(huán)保的材料；其二，做好機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的噪音污染控制工作，盡量減少或舍棄噪音污染較大的機(jī)械設(shè)備；其三，要重視廢棄設(shè)備的回收利用。機(jī)械設(shè)備在工作一段時(shí)間后會(huì)因?yàn)檫_(dá)不到生產(chǎn)要求而被淘汰，但其回收價(jià)值依舊較高，需要做好資源的二次利用。

3.3重視人工智能的引入

人工智能一定是未來(lái)工業(yè)制造領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，能夠完成機(jī)械設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造過(guò)程中的復(fù)雜程度較高的工作。另外，隨著我國(guó)人口老齡化程度不斷加深，人口紅利逐漸消失，人工成本自然會(huì)不斷提升，通過(guò)人工智能技術(shù)的引入能夠冥想降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時(shí)為產(chǎn)品質(zhì)量提供更強(qiáng)大的保障。在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，人工智能的引入需要注意如下幾點(diǎn)：其一，機(jī)械設(shè)計(jì)方案中的不同部件生命周期同樣需要展開(kāi)智能化分析，通過(guò)大量方案的比較進(jìn)行優(yōu)選；其二，機(jī)械設(shè)計(jì)需要綜合考量對(duì)產(chǎn)品性能提出的要求，盡量進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)；其三，機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中要關(guān)注產(chǎn)品使用壽命，關(guān)注可能需要拓展的模塊與性能，方便產(chǎn)品今后在功能與網(wǎng)絡(luò)方面的升級(jí)。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智能制造作為工業(yè)制造的未來(lái)發(fā)展方向，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)不僅能夠提升生產(chǎn)可控性，降低人為干預(yù)誤差，同時(shí)也能收集到更多且精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化與智能化。在今后的機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展中，需要重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品數(shù)據(jù)收集與共享、節(jié)能環(huán)保、人工智能的引入等方向。唯有將傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化技術(shù)與智能制造有機(jī)結(jié)合，才能促使我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)煥發(fā)新的活力以及實(shí)現(xiàn)技術(shù)層面的突破，推動(dòng)我國(guó)工業(yè)制造行業(yè)的健康發(fā)展。

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作者:蔡佳麗 蔡麗娟 單位:重慶電訊職業(yè)學(xué)院