自動化技術對機械設計制造的應用

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摘要：我國現代科技發展的繁榮度十分穩定，同時機械自動化技術與制造行業之間的聯系也越來越密切，隨著技術種類和應用范圍擴大，機械設計制造行業開始著手尋求自動化技術的應用與創新。在這樣的背景下，本文從機械自動化的概述入手展開分析，研究了發展現狀之后，系統地闡述了自動化技術在機械設計制造行業當中的應用方式，最終還分析了其實際應用前景，希望能夠為相關工作的優化提供合理參考。

關鍵詞：自動化；機械設計；機械制造

在現代社會發展進程不斷加快的過程中，市場經濟穩定運行也對機械自動化水平提出了更高的要求。我國目前正處于向制造強國發展的關鍵時期，因此技術的創新以及行業發展模式的變革是必然情況。

1機械自動化概述

從實際情況出發展開分析，機械自動化技術的含義有四個方面，首先是機械自動化技術的發展目標本身就是能夠通過應用合理技術，打造出流水線的機械制造局面，最終達到提升機械制造工作效率的目的。其次是機械化、自動化以及機械制造工作本質上對于技術和設備的依賴程度很高，向著自動化的方向發展顯然是必然趨勢[1]。最后就是機械自動化本身對人力資源的需求并不高，若合理使用還能夠有效控制生產成本，這對于幫助機械制造行業企業創造更高的經濟效益而言意義重大。此外就是機械自動化發展能夠展現出我國比較先進的生產理念，最終行業發展會隨著機械自動化產品的市場競爭展現出更加火熱的態勢。簡而言之，機械自動化必然會成為各行業企業提升自身綜合實力的主要方向，需要加速自動化技術的研發以及應用，機械制造企業才能夠把握住時代發展的機遇[2]，最終實現可持續發展的目的。在實際的機械制造工作流程當中，各種系統相輔相成，能夠共同協作落實工作，同時構建相對比較完整的機械自動化技術體系，需要注意的就是各項系統在整個機械自動化過程當中都屬于不可或缺的內容，應注意實現同步發展。生產系統自動化工程如圖1所示。

2機械自動化發展現狀

2.1制造工藝不完善

在我國的現代制造行業發展規劃落實的過程當中[3]，機械自動化技術也能夠注入到各行業企業的生產以及運營過程中，但這種技術的推廣，實際上始終沒有達到預期的落實效果。簡而言之就是制造工藝不完善以及生產粗放等問題始終存在，若從細節著手分析，一部分機械制造企業比較看重短期的經濟效益，導致自身發展的自動化難以從長遠的角度入手規劃，后續發展效果也不好。同時，部分機械制造企業還存在明顯的產品結構單一，以及生產方式缺乏交替性等問題。在實際工作落實的階段，任何一個環節產生問題，都有可能影響最終的生產和制造效果。此外需要注意解決的就是制造工藝本身不夠完善的問題，企業若是想嘗試新的技術手段，為保障生產工作穩定落實，還需要具備自動化技術相應的管理策略，尤其是要避免產生交叉管理的情況，將體制不健全的問題完全暴露出來影響企業日常生產工作。這方面的問題也是機械制造企業在較長一段時間內需要解決的關鍵，若能取得良好的成果，還能夠為自動化技術和機械工程的融合構建更加適宜的環境。

2.2設計具有局限性

在市場經濟快速發展的社會背景當中，機械制造行業需要面臨的市場壓力逐漸提升[5]，因此在行業企內企業制定發展戰略的階段，應該優先考慮行業科技水平提升方面的要求，在深入掌握市場發展和行業需求的格局之后，還能夠實現合理的全流程一體化格局，在這一階段當中，企業需要注意的內容有兩個方面，一方面就是不能放松引進專業技術人員，另一方面就是要加大自動化系統的推廣以及發展力度，確保工作細節能夠滿足行業企業在創新性方面的要求，以此促使機械自動化與實際制造之間形成更深入的融合。

3機械自動化在機械設計制造中的應用

3.1智能化

現階段的機械自動化以及機械制造行業處于融合的趨勢當中，在這一過程中，智能化屬于最主流的特征。同時智能化應用還能夠在編程、計算機網絡等先進技術的支持下實現高度智能化發展。機械制造智能化水平的穩定提升需要在科學技術的輔助下實現持續創新，同時也需要在源頭上尋找發展中存在的問題，盡快摒棄掉傳統的人工機械制造工作模式以及相關技術理念。要點就是應該保障人為以及商品因素在市場背景當中的重要性，最終促使產品加工技術與用戶需求相契合。且在機械制造領域當中融入智能化技術，實際上是在尋找合理方式提升行業內人工智能以及尖端自動化技術應用的能力，通過促進這兩方面技術的融合能夠有效控制制造工作中的不完善情況產生概率降低，最終達到優化智能化加工制造的目的。

3.2集成化

在機械自動化技術不斷發展的過程中，機械制造工作本身的集成化技術也不容小覷，作為其中比較關鍵的技術，集成化技術當中涉及到計算機網絡以及微電子等多種技術融合應用，優勢在于能夠通過多項技術的協調配合達到優化機械制造集成的效果。顯而易見，在機械自動化相關技術當中，各技術之間存在明顯的關聯性以及互補性，若企業想要提升自身的機械自動化生產效率水平，就要綜合應用現代化的高新技術和柔性制造等技術。這些技術屬于機械制造自動化技術當中的基礎性內容，因此在正式投入使用之前，需要先進行優化配置，最終形成新型管理應用技術。例如，某車架在設計階段，結合160km/h的客運內燃機設計經驗，以及比較經典的車型設計元素，整體提高了機械產品的性能。該車架的主要結構參數如下：車架總長22500mm，車架總寬3100mm，車鉤中心線距離軌面距離為88依10mm，而這些參數在集成化的技術輔助下都能夠比較輕松的實現。在后續設計優化階段，技術人員在車架位置采用的是模塊化設計，根據總體參數要求以及各部位的接口尺寸確定了主要梁以及置換獨立結構模塊的細節，后續使用該結構模型完成了車架當中大部件的焊接，最終組成車架。

3.3敏捷化

在機械自動化技術應用的階段，機械制造企業需要對市場需求具有更加精確的反應速度，這對企業市場競爭力提升而言的提升效果十分明顯。機械制造企業的工作人員在計算機技術的輔助下，能夠構建虛擬的機械制造平臺，這也是未來該行業向著敏捷化發展的目標。在虛擬制造平臺當中，能夠通過帶入市場信息的方式，對未來機械制造業的生產需求進行預測，這對企業信息處理和理解能力提升來講也有明顯效果。若此項工作落實比較完善，還能夠有效避免資源配置不合理以及戰略規劃不科學的問題，最終為企業可持續發展構建優質內外部環境。

3.4虛擬化

在機械制造行業的日常生產階段，虛擬制造技術的應用程度越來越高。尤其是在近幾年互聯網人工智能技術發展速度加快以及技術更新迭代加速之后，虛擬制造技術的發展也得到了帶動。在當下的虛擬制造技術在機械制造行業的應用階段，途徑十分廣泛，主要工作細節就集中在數據存儲以及管理的環節當中，且機械化生產控制管理以及現代工藝制造等領域都能夠融合多媒體以及人工智能技術。

3.5實例分析

該案例為一種內燃機車車架設計，主要采取的設計方式為模塊化，技術人員按照總體要求以及接口尺寸等參數，確定了結構當中主要梁以及各獨立結構模塊的設計，最終將模塊組裝焊接成為大部件。3.5.1車架端部該車架的端部分為前后兩端，這兩個位置的結構基本相同，具體細節如圖2所示。尾鉤位置的設計借鑒了HXN5B型的機車結構，主要是使用立板、前后從板等組成，這兩者都焊接在車鉤尾框立板位置。該內燃機機車的斜撐被設計為箱型梁結構，主要就是使用上蓋板、立板以及下蓋板組成，在幾次設計優化之后，確認上下蓋板的參數為8mm和25mm，立板的厚度則是12mm。方案當中的防撞墻以及角柱都是使用橫豎筋板和蓋板拼接而成的結構，與傳統的結構相比較來講，這種設計更加輕量化。3.5.2車架側梁裝配該內燃機機車架的側梁分為左右兩個部分，其中都有側板以及腹板等組成部分，具體如圖3所示。該工程當中的側梁整體結構為箱型，長度是18080mm，在后續安裝階段能夠與燃油箱形成穩定的連接，且支持輕量化設計，即能夠將側板厚度從10mm降低至8mm，減重效果躍10%。3.5.3承載式燃油箱案例當中車架油箱使用的是承載式結構，其中還包含后柴油機梁、油箱端部梁等，具體結構如圖4所示。該油箱的兩側能夠和側梁相互連接，屬于發電機的關鍵載體。同樣的，承載式燃油箱也需要輕質化設計，其上面設有燃油吸油口和回油口，底部則設置了污油排放口和檢修口等。輕量化設計需要注意的關鍵就是在減輕零件質量的同時，不能對油箱本身的性能和質量造成影響。3.5.4旁承梁裝配在該車架設計方案的旁承梁當中，采用的結構是內外分體板梁式結構，在設計階段還融入了經典車型元素。即改車價的轉向架風道以及風道的出口都定位在旁承梁的位置，能夠將旁承梁斷開，在傳統的設計方式當中，旁承梁需要加寬，這樣做是為保障零件剛度，但這種設計方案必然會增加零件重量，且旁承梁本身就需要和斜撐以及側梁三角相互連接，因此該設計方案當中引用了節板連接的思路，選擇使用長大節板連接各種零件，既能夠均勻分散連接應力，也能夠達到輕質化設計的目的。具體結構如圖5所示。在該設計當中，車架在司機室位置，且比其他的位置低30mm，因此需要將上節板設計成具有一定坡度的階梯形狀，臺階一側與外旁承和邊梁的上平面連接之間相互平齊，另一側則與其等高。

4機械自動化在機械制造中的應用前景

隨著機械制造行業的市場競爭逐漸激烈起來，機械自動化在制造行業當中的應用也就成為時代發展的大勢所趨，能夠在現代建設理念德育影響下產生更加明顯的技術性突破。

4.1實用化

機械制造行業的發展顯然不能脫離實用化，這也是行業發展的根本需求。機械制造企業本身也要為生產效率以及生產質量營造相應的發展環境，目的就是能夠在根源上提升企業經濟效益。從客觀角度分析，我國的機械制造行業已經融入了數字化、自動化等相關技術，并在多種技術的輔助下展開了創新局面。但需要注意的是整體資金以及技術的投入有限，自動化機械制造工作實際上還沒有形成比較成熟的體系，還有提升空間。若想要順應時代發展的趨勢獲得更快的發展速度，企業有必要積極的引進專業技術和設備，并且在自動化以及機械制造行業的融合當中最終實現產業升級。

4.2綠色化

當下我國的機械制造行業推崇可持續發展戰略，在此種時代背景下，各行業都需要將綠色環保作為最終發展主題。在基尼全球化和一體化趨勢的影響下，機械制造行業也需要比較客觀地看待傳統機械制造生產模式對于環境產生的影響。此外機械制造企業本身也需要制定更加綠色化以及可持續發展的工作目標，注意避免盲目追求經濟利益而忽略環保。

4.3智能化

在信息化時代來臨之后，人工智能只能為代表的新型技術整體就呈現出了比較蓬勃的發展趨勢，同樣也是機械制造行業的智能化發展動力。其中的人工智能技術和機械制造行業之間的融合更重視將人腦的研究成果以及功能概念大量地應用到機械生產工作當中。這對于機械制造以及加工質量和效率提升而言有比較穩定的推動力。近幾年傳統的人工作業模式，也難以滿足機械制造行業在現代化發展方面的要求，因此在行業發展階段可以推動計算機、大數據、人工智能等相關技術的融合。如：某內燃機車通過自動化技術實現了各種工況下的應力分布仿真計算，具體細節如表1所示。按照我國的內燃機車設計標準分析，在該車價的最大應力發生在縱向壓縮載荷的3000kN左右的情況下，車架端部位置的斜撐下蓋板，就需要和車鉤的尾礦裝配端立板相連接，產生的祖達應力值為422.2MPa，約材料的許應力值也會達到440MPa。在其余工況下，該車體車架的應力值都比許用應力值更小，因此分析表1內容可以得知，該車架的靜強度與設計要求相符。

5結束語

綜上所述，機械自動化技術迅猛發展已經成為我國機械制造行業的發展帶來了新的契機，針對機械制造行業當中存在的制造工藝不完善以及設計局限性等問題，行業內相關企業需要加大力度創新技術研發和投入，并且積極吸收國內外先進的機械自動化生產經驗，最終打造出相應的人才體系，為我國機械制造行業的可持續繁榮發展提供持續穩定的推動力。

參考文獻

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作者：牛璐 單位：鄭州工業應用技術學院