探究机械设计制造及其自动化的发展

张玉波 211121198711172217

摘要：本文首先对相关的概念和特征进行相关的阐述，然后针对发展的制约因素进行详细的分析和总结，随后提出一些相关的建议和措施，具有一定的借鉴意义。

关键词：机械设计与制造；自动化；智能化

引言

针对机械设计制造及其自动化领域存在的问题和现实的出路，分析了机械设计制造及其自动化中能耗高、自动化程度有限、产品设计成本高等问题。基于节能理念，结合机械设计与制造，从设备设计、制造工艺、材料等方面提出相应的节能方法，探讨应用智能化技术和虚拟化技术提高生产效率和资源效率，为机械设计制造及其自动化的可持续发展提供指导和借鉴。

1.机械设计制造及其自动化概念与特征

与传统的人力生产相比，机械设计制造具有更高的工作效率，通过对机械设计制造进行优化，能够有效提升工业生产质量与效率。

机械设计制造及其自动化具有以下几个特征：   

（1）综合性。机械设计制造具有较强的综合性，不同工业种类的机械设计与制造都需要机械设备，同时，不同环节的机械设备也不同，还需要考虑经济效益、市场竞争能力等方面，由于存在上述诸多因素的影响，因此机械设计制造具有较强的复杂性与综合性。   

（2）操作便捷性。机械设计制造及其自动化技术能够显著降低机械操作难度，技术人员只需要通过对特定操作程序进行学习即可完成产品生产工作，能够实现工作人员、产品生产线的有效分离，在这一技术背景下，工作人员的人身安全得到了显著保障，极大提升了安全系数。

2.机械设计制造及其自动化的制约因素

2.1能耗相对较高

能耗相对较高是机械设计制造及其自动化所面临的首要困境。机械制造行业本身就属于一个高能耗产业，在生产制造、自动化等环节均会消耗比较多的能源，同时还会对周边环境造成污染。我国每年机械制造行业的能源消耗是相当巨大的，当前我国机械设计制造能耗相对较高，电机在最佳状态运行下，其能耗达到6%以上。

2.2自动化程度有限

机械设计制造及其自动化为我国工业生产提供了重要的技术支持，在当前时代背景下，工业产品的精细程度明显提升，对于机械设计制造及其自动化的要求也越来越高。但是，我国现行的机械设计制造及其自动化却没有跟上时代发展的步伐，在自动化革新方面存在一定的局限性，无法满足现代化工业生产对于机械自动化的现实需求，对其进行优化具有一定现实意义。

2.3产品设计成本较高

在机械设计阶段，一般需要以图纸设计为主，即技术人员根据需求绘出基础设计图纸，同时结合图纸分析产品性能，根据需求对部分性能进行改善，这一过程不仅需要消耗较多的时间成本与人力成本，同时，大量的人工参与往往会导致出现一些差错，进而影响图纸设计的效率与质量。

3.机械设计制造及其自动化的出路与发展趋势

3.1节能理念与机械设计制造及其自动化相结合

3.1.1设备设计节能策略

（1）发动机结构优化

发动机属于机械结构的重要结构之一，当发动机处在运转状态时，不仅需要消耗大量能源，还会产生大量噪声与污染物，进而对周边环境造成消极影响。因此，对发动机结构进行优化是非常必要的。

（2）自动液压系统优化。

机械振动液压系统属于设备的核心部分，其使用寿命能够直接决定系统的使用寿命，为了提升设备的使用寿命、降低使用成本，可以从清洁角度着手，提升液压系统的节能效果。设计封闭式的液压系统，可以有效防止灰尘进入，降低系统运转压力，提升系统运行的稳定性，降低由于元件负荷运转带来的浪费情况。

（3）设计通用零部件。

机械设备通常具有较强的复杂性，如果其中一个零部件出现故障，都可能影响机械设备的正常运转，进而提升机械产品报废率，增加环境压力。针对此种情况，应当尽量设计一些通用的零部件，或者对其进行通用化设计，这样可以减少故障修复时间、提升故障修复效率，进而减少资源浪费与环境负担。

3.1.2生产工艺节能策略

（1）产品结构优化。

技术人员可以对产品结构进行优化，在保证产品基本功能的基础上减少其中的高能耗设备，这可以快速实现能源节约的目的。同时，在此过程中，应当结合产品结构设计的具体要求，对动力设备进行判断，结合额定参数进行设备选择，只有这样才能保证机械设备稳定运行。

（2）工艺流程优化。

工艺流程优化是降低整体能耗的必要手段，同时，有效的工艺流程优化还能够提升运行效率、降低维保难度，为了实现相关目标，需要分析各个设备的运作关系，完成零件的高效加工。

3.1.3生产材料节能策略

选择高质量的节能环保型生产材料，在实践中，此类材料通常具有可降解、可回收、可再生等特性，在机械设计过程中，加强此类材料的使用频率能够降低废弃物产生速率，进而降低报废材料诱发的环境污染问题发生概率。

3.2智能化技术

将智能化技术与机械设计制造及其自动化相结合是解决自动化程度有限问题的必要手段。   

（1）引进工业机器人。工业机器人是智能化技术背景下诞生的先进设备，能够实现外界信息的智能化采集、分析、处理，同时还能够对机械设备设计制造过程中产生的相关指标与数据进行监测与分析，生成高质量的生产方案。   

（2）引进人工智能软件辅助生产管理，在传统工作背景下，机械设计制造及其自动化管理通常采用人工方式，但是在各种主客观因素的影响下，经常会出现各种失误，进而影响管理质量。例如，在机械制造过程中，一旦出现问题，需要经历发现问题、通知技术人员检修、制定解决方案等流程，需要消耗较多的时间成本，同时也会降低生产效率。   

（3）通过智能化技术，使产品具有较强的智能化、自动化功能。例如，通过智能化技术能够对产品进行编号与记录，在出现问题时，能够快速定位缺陷，进而提升产品加工质量。

3.3虚拟化技术

将虚拟化技术与机械设计制造及其自动化相结合是解决设计成本问题的必要手段。虚拟化技术是利用计算机软件技术、大数据技术、人工智能技术，帮助设计人员在虚拟机上建立相应模型，在此基础上进行图纸设计以及初步产品性能试验。虚拟化技术与机械设计制造及其自动化相结合的形式主要包括以设计为核心的虚拟制造、以生产为核心的虚拟制造、以控制为核心的虚拟制造。   

在设计阶段，利用仿真技术对产品设计进行优化，在此基础上即可对设计零件、整机的可行性进行分析，能够在不进行实际产品制造的基础上，获知设计出产品的具体情况。例如，通过以设计为核心的虚拟制造，技术人员能够获取铸造过程的热力学分析、运动部件的运动学分析、加工时间、加工费用等信息。   

在生产过程中，技术人员可以在过程模型中融入仿真技术，从而实现生产过程的评估与优化，帮助技术人员了解不同工艺方案、不同生产计划的实际效果，能够保证生产组织的合理性。   

技术人员可以将仿真加入模型控制、实际处理工作环境中，从而实现基于仿真的最优化控制。在此类模拟技术应用过程中，虚拟仪器属于当前最热门的研究热点，能够利用计算机软件的基本功能，将传统工作背景下的控制仪器、检测仪器的相关功能进行数字化处理，技术人员可以根据自身的实际需求，对功能进行灵活配置与组合，该方法能够帮助相关工作人员更好地对机械制造活动进行控制，解决“如何去控制”这一问题。

4结语

综上所述，机械设计制造及其自动化是我国现代工业生产的核心内容，但是在当前时代背景下，传统的机械设计制造及其自动化工作开始暴露出一系列问题，包括但不限于环保性差、设计成本高、智能化程度不足等。本文通过对相关文献进行查阅，从可持续发展、智能化技术、虚拟化技术3个方面提出了现代机械设计制造及其自动化的主要发展方向，为相关行业发展提供参考。

参考文献

[1]潘金灿.论机械设计制造及其自动化技术发展研究[J].中国设备工程,2024,(02):135-137.

[2]王立勇.自动化技术在机械设计与制造中的应用研究[J].现代制造技术与装备,2023,59(12):177-179.

[3]蒋平.自动化机械设备的研发设计及制造要点[J].自动化应用,2023,64(S2):41-43.

[4]侯新亮.基于人工智能的机械设计制造和自动化实践[J].造纸装备及材料,2023,52(12):64-66.