智能制造下機械設(shè)計發(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，是我國工業(yè)制造的發(fā)展方向，受到了全社會的廣泛關(guān)注與各行業(yè)的重視。為了滿足現(xiàn)代社會日漸增長的生產(chǎn)需求，也為了推動我國工業(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，實現(xiàn)我國制造業(yè)的成功轉(zhuǎn)型升級，提升工業(yè)制造水平。基于此，本文將立足智能制造時代背景，對機械設(shè)計及自動化技術(shù)的應(yīng)用進行分析，并對機械設(shè)計及自動化技術(shù)的發(fā)展方向展開討論。

關(guān)鍵詞：智能制造；機械設(shè)計；自動化技術(shù)

1引言

機械設(shè)計作為我國工業(yè)制造行業(yè)的重要經(jīng)濟來源，除了能夠為我國的工業(yè)制造帶來強大的技術(shù)支持基礎(chǔ)外，同時也能全面提升國民生產(chǎn)效率。而隨著時代的發(fā)展，越來越多更先進的智能化技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造行業(yè)中，有效改善了以往勞動力投入過大、勞動強度過高等不足，實現(xiàn)了機械設(shè)計的自動化與智能化制造[1]。在如今的智能制造時代背景下，我國近年來的機械設(shè)計行業(yè)對自動化技術(shù)的研究取得了長足進步，不過相對于技術(shù)起步更早且更加成熟的發(fā)達國家而言還存在一定差距，所以有必要探明我國機械設(shè)計及自動化技術(shù)的未來發(fā)展方向，持續(xù)推動我國工業(yè)制造行業(yè)的健康發(fā)展。

2自動化技術(shù)在機械設(shè)計的實際應(yīng)用

智能制造背景下的機械設(shè)計會應(yīng)用到智能集成化技術(shù)、智能柔性自動化技術(shù)、虛擬自動化技術(shù)等，涉及的技術(shù)內(nèi)容極為豐富。下文便以應(yīng)用自動化技術(shù)的多功能調(diào)試臺控制系統(tǒng)為例，對其在機械設(shè)計中的實際應(yīng)用展開分析[2]。

2.1多功能調(diào)試臺

利用多功能調(diào)試臺構(gòu)建的穩(wěn)定支撐試驗平臺，具備多旋轉(zhuǎn)功能，基本用在繼電保護設(shè)備的組裝與調(diào)試生產(chǎn)中。將智能自動化技術(shù)應(yīng)用其中，能夠顯著縮小電機體積與重量，進而提升設(shè)備運行的安全穩(wěn)定性。此外，在對多功能調(diào)試臺的自動化技術(shù)設(shè)計中加入自動化控制程序（PLC），便可實現(xiàn)對系統(tǒng)性能的實時化試驗與調(diào)試，保障系統(tǒng)運行的整體可靠性。

2.2基于多功能調(diào)試臺的機械設(shè)計

采用了自動化技術(shù)的多功能調(diào)試臺控制系統(tǒng)，將其應(yīng)用在機械設(shè)計當中，主要借助于調(diào)試臺的持續(xù)性升降功能，保證位于不一樣高度的繼電保護裝置能夠配備到位，并且能實現(xiàn)對功能的測試效果。在此過程中，應(yīng)當全面分析系統(tǒng)故障檢測及隔離保護功能。在多功能調(diào)試臺控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，應(yīng)采取多元化控制方式以及應(yīng)用智能自動化技術(shù)，借助PLC編程邏輯控制，構(gòu)建單片機控制體系，確保工業(yè)控制機能夠控制到位[3]。在全方位考量控制要求之后，應(yīng)構(gòu)建多功能調(diào)試臺控制系統(tǒng)，確保PLC控制模式能實現(xiàn)。多功能調(diào)試臺控制系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，需要重視多模塊的組建，其中包含控制、通信、檢測及輸出等模塊，同時畫出詳細的系統(tǒng)構(gòu)架圖。該控制系統(tǒng)主要應(yīng)用自動化檢測技術(shù)對機械設(shè)計展開測量，分為直接測量與間接測量。其中，直接測量能夠測得所設(shè)計機械設(shè)備的規(guī)格尺寸，結(jié)合參數(shù)變化達到控制機床技術(shù)模塊的效果；而間接測量則是利用控制模塊中的刀具去建立刀具部件運行機制，比如根據(jù)待測表面的差異，對待測裝置的斷續(xù)表層、平面等多項參數(shù)予以檢測，具體如圖1所示。我們以圖1中的輸出與檢測兩大主要模塊舉例，起初需要借助輸出模塊對伺服驅(qū)動電路進行分析，構(gòu)建自動化編碼與框架系統(tǒng)，并且預(yù)先設(shè)計故障預(yù)警電路，主要應(yīng)用PLC輸出接口對伺服驅(qū)動電路予以控制，同步傳輸電機轉(zhuǎn)動的脈沖控制量，保證伺服電機的轉(zhuǎn)動速度、轉(zhuǎn)動方向更加精準。同時，還應(yīng)構(gòu)建起基于信息反饋的閉環(huán)控制機制以及智能自動化框架系統(tǒng)，保證框架的高度、水平度都能精準調(diào)位，對整個系統(tǒng)的故障內(nèi)容予以分析。自動化技術(shù)在其中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對框架高度、水平度的合理控制，保證一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，PLC仍然能夠保證警報信號輸出的正常[4]。此外便是檢測模塊，在該模塊中包含位移與傾角兩類傳感器，PLC模擬量輸入模塊接口能夠保證傾角傳感器的信號正常傳送，對位置閉環(huán)控制的參考量予以優(yōu)化。立足設(shè)計全局視角來看，多功能調(diào)試臺控制系統(tǒng)構(gòu)建的是一種驅(qū)動方案設(shè)計體系，既能計算重要參數(shù)，確保旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的合理性以及工作到位，同時也能避免過載情況發(fā)生。此外，還要重點考量驅(qū)動方案設(shè)計的所需因素，參考電機的體積、重量、功率等特性，構(gòu)建負載旋轉(zhuǎn)機構(gòu)以及對驅(qū)動裝置進行優(yōu)化設(shè)計，構(gòu)建具備框架大負載旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的驅(qū)動裝置，實現(xiàn)調(diào)整可回轉(zhuǎn)裝置組件及過渡件的效果，優(yōu)選驅(qū)動電機且做好量化計算，比如對電機經(jīng)由減速器且傳送到絲桿力矩位置的驅(qū)動力進行計算，保證驅(qū)動系統(tǒng)一直具備較高的冗余度。

3智能制造背景下機械設(shè)計及自動化技術(shù)的發(fā)展方向

3.1重視產(chǎn)品數(shù)據(jù)的收集與共享

在智能制造時代背景下，機械設(shè)計主要利用智能化手段完成，產(chǎn)品設(shè)計、制造與自動化技術(shù)之間的關(guān)系極為密切，因此在未來發(fā)展中需要提高對產(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)對產(chǎn)品設(shè)計方法的合理性進行精準識別。對產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行分析與模擬，形成資源共享平臺，通過智能化識別，機械制造控制系統(tǒng)能夠直接儲存與設(shè)計、生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，同時也能根據(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)過程中察覺出問題，在信號傳感器的加持下會第一時間發(fā)出預(yù)警信號，那么機械設(shè)計工作人員則會能通過對設(shè)計數(shù)據(jù)的排查找出問題所在。另一方面，借助機電控制模塊對產(chǎn)品質(zhì)量進行分析，還可通過分析所采集的數(shù)據(jù)，對機器運行速度、生產(chǎn)狀態(tài)展開全面檢查，并且能通過模擬機械設(shè)計制造加工的過程，精準地判斷出操作狀態(tài)[5]。為了實現(xiàn)智能制造，需要高度重視產(chǎn)品設(shè)計制造與技術(shù)的結(jié)合，將智能數(shù)據(jù)共享中心設(shè)置為獨立監(jiān)控設(shè)備，在各類傳感器的配置下做出動態(tài)化分析，然后借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對所采集的數(shù)據(jù)予以共享，方便機械設(shè)計參數(shù)的及時調(diào)整。

3.2重視節(jié)能環(huán)保

隨著科學(xué)技術(shù)與社會經(jīng)濟水平的不斷提升，我國也逐漸邁進了經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期。能源節(jié)約與環(huán)境保護現(xiàn)已成為企業(yè)實力的重要標準，尤其是在“碳中和”的時代背景下，企業(yè)要想實現(xiàn)健康的可持續(xù)發(fā)展，必定要在未來發(fā)展中不斷改革升級，擯棄用犧牲環(huán)境換取經(jīng)濟效益的想法與做法。所以，在智能制造背景下，未來的機械設(shè)計及自動化技術(shù)發(fā)展要重視如下幾點：其一，加強對新材料的研發(fā)，機械設(shè)計不僅要滿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，做好機械設(shè)計制造過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械設(shè)備；其三，要重視廢棄設(shè)備的回收利用。機械設(shè)備在工作一段時間后會因為達不到生產(chǎn)要求而被淘汰，但其回收價值依舊較高，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工業(yè)制造領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，能夠完成機械設(shè)計、生產(chǎn)制造過程中的復(fù)雜程度較高的工作。另外，隨著我國人口老齡化程度不斷加深，人口紅利逐漸消失，人工成本自然會不斷提升，通過人工智能技術(shù)的引入能夠冥想降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時為產(chǎn)品質(zhì)量提供更強大的保障。在機械設(shè)計領(lǐng)域，人工智能的引入需要注意如下幾點：其一，機械設(shè)計方案中的不同部件生命周期同樣需要展開智能化分析，通過大量方案的比較進行優(yōu)選；其二，機械設(shè)計需要綜合考量對產(chǎn)品性能提出的要求，盡量進行模塊化設(shè)計；其三，機械設(shè)計過程中要關(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。

4結(jié)語

綜上所述，智能制造作為工業(yè)制造的未來發(fā)展方向，應(yīng)用自動化技術(shù)的機械設(shè)計生產(chǎn)不僅能夠提升生產(chǎn)可控性，降低人為干預(yù)誤差，同時也能收集到更多且精準的設(shè)計生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)計制造的自動化與智能化。在今后的機械設(shè)計及自動化技術(shù)發(fā)展中，需要重點關(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)的機械設(shè)計及自動化技術(shù)與智能制造有機結(jié)合，才能促使我國機械制造行業(yè)煥發(fā)新的活力以及實現(xiàn)技術(shù)層面的突破，推動我國工業(yè)制造行業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻：

[1]安仲舉.智能機械設(shè)計制造自動化特點與發(fā)展趨勢研究[J].中國設(shè)備工程，2020（06）：25-27.

[2]劉金鋒，朱鈺萍，田桂中，王筱蓉.面向智能制造的機械制造工藝裝備課程改革探討[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（08）：46-48.

[3]蔡志容.智能制造時代機械設(shè)計制造及其自動化技術(shù)研究[J].內(nèi)燃機與配件，2019（22）：195-196.

[4]白劍森.機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展方向分析[J].內(nèi)燃機與配件，2020（08）：226-227.

[5]李峰.智能制造背景下機械設(shè)計及自動化技術(shù)發(fā)展方向研究[J].農(nóng)機使用與維修，2021（07）：45-46.

作者:蔡佳麗 蔡麗娟 單位:重慶電訊職業(yè)學(xué)院