王志亮

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?人類社會進入21世紀以來，開啟了信息革命的新紀元。以計算機應用技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)為核心的現(xiàn)代化信息技術(shù)已經(jīng)逐漸融入社會生產(chǎn)生活的方方面面、邊邊角角。對機械加工制造企業(yè)而言，現(xiàn)代化信息技術(shù)在機械設(shè)計制造及其自動化中的有效應用，提高了機械設(shè)備的加工效率和加工精度，使機械設(shè)計及其制造更加智能化、數(shù)字化，也為機械加工制造企業(yè)降低了人工成本。全面推進計算機技術(shù)在機械設(shè)計制造及其自動化中的有效應用，已經(jīng)成為新時期機械加工制造企業(yè)升級轉(zhuǎn)型的發(fā)展大勢，也將會逐步成為機械加工制造企業(yè)進行市場角逐核心競爭力的重要組成部分。圍繞這一話題，分析計算機技術(shù)在機械設(shè)計制造及其自動化中的應用現(xiàn)狀，預測了其未來的發(fā)展方向。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?計算機技術(shù);機械設(shè)計制造;自動化;應用現(xiàn)狀

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）25-0264-02

一、引言

改革開放以來，我國工業(yè)化發(fā)展取得了突破性的進步。進入信息時代以后，計算機技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛使用，又為我國工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)激發(fā)了新的活力。就目前計算機技術(shù)在機械設(shè)計制造及其自動化中的應用情況來看，主要體現(xiàn)在計算機技術(shù)的輔助功能、計算機視覺技術(shù)與計算機虛擬技術(shù)、計算機數(shù)控機床技術(shù)、計算機3D技術(shù)、計算機仿真技術(shù)等。這些現(xiàn)代化計算機技術(shù)在機械設(shè)計及制造行業(yè)內(nèi)的有效應用提高了企業(yè)的生產(chǎn)制造效率和產(chǎn)品加工精度，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)制作周期，實現(xiàn)了機械加工及制造企業(yè)產(chǎn)品的革命性變化。而且，由于新興計算機技術(shù)更具有智能化的特征，大幅減少了企業(yè)生產(chǎn)運營的人力成本投入，為企業(yè)帶來了更多的間接經(jīng)濟效益。加快機械加工制造企業(yè)計算機技術(shù)應用步伐，全面優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為當下機械設(shè)計制造及其自動化行業(yè)的大勢所趨。

二、計算機技術(shù)在機械設(shè)計制造及其自動化中的應用現(xiàn)狀

（一）計算機技術(shù)輔助功能的應用

計算機輔助功能主要體現(xiàn)在計算機制圖軟件的繪圖功能、文字編輯軟件的編輯功能、程序語言編譯功能以及在存儲保藏電子檔案信息上的有效應用。結(jié)合現(xiàn)階段計算機輔助功能在機械設(shè)計制造及其自動化中的應用情況，計算機輔助功能的應用情況主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）計算機輔助功能革新了傳統(tǒng)的人工分析模式。傳統(tǒng)的機械加工制造行業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)大都是依靠人工進行質(zhì)檢，人工質(zhì)檢精度低、效率慢，且經(jīng)常會出現(xiàn)漏檢、錯檢的情況。應用計算機輔助系統(tǒng)及數(shù)字化分析檢驗系統(tǒng)能夠科學合理地對產(chǎn)品特性及質(zhì)量做出精準測評，從而及時剔除不合格樣品。（2）計算機繪圖軟件為機械制圖的合理設(shè)計與結(jié)構(gòu)布局提供了技術(shù)可能。運用計算機軟件制圖比傳統(tǒng)的手工制圖更加高效快捷，可以反復修改，而且易于保藏，能夠迅速實現(xiàn)彼此間的圖形語言信息交流與共享，全面提高了機械制圖的清晰度、精確度、共享性與靈活性。（3）實現(xiàn)了程序語言對機械設(shè)備的智能化指導。計算機程序語言發(fā)展到今天，其應用機制十分完善。利用計算機程序語言編譯的程序代碼，實現(xiàn)了電子系統(tǒng)和機械生產(chǎn)設(shè)備之間的控制與交流，這也是機械設(shè)計制造自動化、智能化、數(shù)字化發(fā)展的基礎(chǔ)。（4）為機械加工制造行業(yè)的檔案信息管理帶來了新的發(fā)展契機。機械加工制造企業(yè)大都是大型重工業(yè)，例如汽車制造、船舶制造等行業(yè)都離不開機械設(shè)計及制造。由于行業(yè)涉及面的廣泛性和自身理論技術(shù)體系的深刻性，機械加工及制造企業(yè)在日常運營中涉及大量的圖紙檔案、合同檔案、組織管理檔案等這些都必須依托計算機系統(tǒng)，實現(xiàn)機械制造企業(yè)檔案信息的數(shù)字化、信息化管理，才能使之更好地匹配機械制造企業(yè)自身的發(fā)展。

（二）計算機視覺技術(shù)的應用

所謂計算機視覺技術(shù)是一種新興的生物仿真科學技術(shù)。利用計算機集成系統(tǒng)，將其應用到機械設(shè)計及制造中去，形成了當下應用很廣泛的機器視覺技術(shù)。該技術(shù)能夠像人的眼睛一樣，具備畫面信息搜集、信息甄別、信息處理、信息合成的一體化功能。機械視覺技術(shù)通過內(nèi)置的CCD攝像機來捕捉獲取外界圖像信息，并將獲取的圖像信息經(jīng)過轉(zhuǎn)換生成相應的數(shù)字化信息，該數(shù)字化信息經(jīng)過分析系統(tǒng)分析后，就能夠準確評估外界圖像的線條、顏色、布局等輪廓特征。值得一提的是，在完成上述一系列圖像解析的過程中，機械視覺組件所需要的反應時間不足0.1秒。機器視覺技術(shù)在機械設(shè)計制造及自動化中較為成熟的應用主要體現(xiàn)在檢測測量和機械定位兩大方向。在機械制造檢測測量上，依托機械視覺技術(shù)能夠自主獲取、合成、分析、處理外部信息這一技術(shù)性能，經(jīng)常用它來檢測機械制造技術(shù)的產(chǎn)品外觀質(zhì)量是否合格達標。在實際的檢測過程中，只需要提前在計算機視覺系統(tǒng)中輸入設(shè)定好的產(chǎn)品誤差精度，一旦出現(xiàn)加工精度不合格的產(chǎn)品，機械視覺檢測系統(tǒng)就會向生產(chǎn)監(jiān)管人員發(fā)出報警信號，以便及時發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)產(chǎn)品，防止其流入市場環(huán)境。機械視覺技術(shù)的定位功能是通過安裝在它上面的微型攝像機實現(xiàn)的，其研發(fā)方向大都是為了進一步提高機床車床生產(chǎn)加工的自動化和智能化水平。例如我國成都的金大立科技有限公司自主研發(fā)的PCB全自動V槽切割機，借助于機器視覺技術(shù)實現(xiàn)了PCB板在切割機上自主精確定位、上料、下料以及自動旋轉(zhuǎn)切割。

（三）計算機數(shù)控機床技術(shù)的應用

數(shù)控軟件及數(shù)控編輯是當前計算機數(shù)控機床技術(shù)的主要應用形式。運用計算機程序語言，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實際要求，編譯符合要求的計算機程序，并將其導入機械加工制造設(shè)備中，實現(xiàn)對機械生產(chǎn)加工制造的數(shù)字化管理與控制，特別是對一些加工難度大、加工精度要求高的機械產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)，常常需要使用計算機數(shù)控機床技術(shù)。近幾年來，隨著計算機程序語言體系的進一步完善，計算機編程與數(shù)控編程之間的關(guān)系越來越緊密，數(shù)控編程在未來極有可能會成為計算機編程方面的一門必修課程，這也是二者未來的發(fā)展走勢。就目前計算機數(shù)控機床技術(shù)的應用情況而言，主要體現(xiàn)在航空工業(yè)、船舶制造工業(yè)、汽車工業(yè)、發(fā)電工業(yè)四大領(lǐng)域。對航空工業(yè)來說，由于其使用的機械部件大都是形狀復雜、理化性能優(yōu)良、成本昂貴的新型薄壁結(jié)構(gòu)材料，在使用這些材料加工航空器用機械部件時，就需要用到激光熔覆數(shù)控機床、精密數(shù)控車床、大型數(shù)控精密立式車削中心等設(shè)備。對船舶制造工業(yè)而言，其核心加工部件主要包括機座、氣缸體、氣缸缸蓋、活塞拉桿、曲軸、減速箱、舵軸、推進器等。這些部件的加工都離不開數(shù)控重型龍門銑床、數(shù)控重型落地鏜、數(shù)控多軸聯(lián)動機床、超重型數(shù)控專門機床等數(shù)控設(shè)備。除此之外，汽車發(fā)動機生產(chǎn)制造中需要用到高速臥式加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控磨床等數(shù)控設(shè)備來提高精度，提高其CMK值指標。電力工業(yè)中數(shù)控機床的應用主要體現(xiàn)在核電站所用機械部件上，如大型數(shù)控立式車床、大型數(shù)控臥式車床、數(shù)控落地銑床鏜床鉆床等，這些機械設(shè)備規(guī)模大、剛度高、性能優(yōu)越、精度高。

（四）計算機3D技術(shù)的應用

近幾年來，3D技術(shù)在我國工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的地位與作用日益凸顯出來。計算機3D技術(shù)在機械設(shè)計制造及其自動化中的有效應用極大地簡化了機械制造加工企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)及質(zhì)檢工作流程，節(jié)約了人力成本，促進了機械加工產(chǎn)品生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)步提升。3D技術(shù)在機械加工制造行業(yè)的實際應用中，主要是用于全面分析待測產(chǎn)品的規(guī)格、尺寸、外觀結(jié)構(gòu)。而且3D技術(shù)可以為產(chǎn)品設(shè)計人員提供更為精準的設(shè)計模擬空間，幫助設(shè)計人員制定出更加詳細周密的設(shè)計方案。除此之外，3D技術(shù)在優(yōu)化機械加工制造產(chǎn)品的質(zhì)量上也具有很大的應用優(yōu)勢。在機械制造傳統(tǒng)行業(yè)中，通常是采用化學方法對待優(yōu)化的機械零部件產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)分析，由于需要人工操作，整個產(chǎn)品檢測過程勢必會帶來諸多不可避免的系統(tǒng)誤差和隨機誤差，這種產(chǎn)品優(yōu)化方法效率低下、出錯率高，且最終優(yōu)化效果一般。采用3D技術(shù)后，由于對待優(yōu)化產(chǎn)品的各項結(jié)構(gòu)參數(shù)指標的分析都是由預先設(shè)置好的計算機系統(tǒng)完成，具有操作簡單、精確度高、產(chǎn)品最終優(yōu)化效果顯著等特點。

（五）計算機虛擬仿真技術(shù)的應用

虛擬仿真技術(shù)也稱之為“虛擬樣機技術(shù)”。計算機仿真技術(shù)的開發(fā)最大的功能就是進行虛擬仿真模擬。虛擬仿真技術(shù)的應用一般要依托于計算機輔助分析技術(shù)對機械加工制造過程中的機械系統(tǒng)進行運動學分析和動力學分析，并建立相應的數(shù)學模型和物理模型，通過建立系統(tǒng)模型對實際生產(chǎn)情況進行虛擬模擬分析。目前常用的虛擬仿真模擬方法可以分為兩大類，第一種是直接在真實的生產(chǎn)系統(tǒng)上進行模擬，第二種是先建立模型，以模型的虛擬實驗結(jié)果類比推測真實的試驗情況，這也是現(xiàn)階段常用的虛擬仿真模擬方法。值得一提的是，虛擬仿真技術(shù)能夠貫穿于整個機械設(shè)計系統(tǒng)的全部過程，設(shè)計師借助于虛擬仿真模擬軟件可以進行概念論證、理論論證、模型論證、流程論證等。虛擬樣機技術(shù)在機械設(shè)計制造及自動化中的廣泛使用大幅壓縮了機械產(chǎn)品的制造周期，優(yōu)化了機械產(chǎn)品的加工制造工藝流程，提高了機械產(chǎn)品生產(chǎn)效率，降低了機械產(chǎn)品生產(chǎn)成本。

三、計算機技術(shù)在機械設(shè)計制造及其自動化中的應用展望

相對西方發(fā)達國家而言，我國計算機及互聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)起步較晚，雖然現(xiàn)階段工業(yè)信息化技術(shù)已經(jīng)取得了突破性進展，并取得了諸多傲人成就，但是總體而言，還有許多關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，與其他發(fā)達國家之間還存在一定的差距。鑒于計算機技術(shù)在機械設(shè)計制造及其自動化運用上具有如此高的優(yōu)越性，機械設(shè)計制造的信息化發(fā)展、智能化發(fā)展將會成為行業(yè)內(nèi)的大勢所趨。未來的機械加工制造行業(yè)中，計算機技術(shù)的應用勢必會呈現(xiàn)出以下幾點趨勢。

（一）微型化

機械產(chǎn)品微型化發(fā)展要求機械產(chǎn)品在保障其原有優(yōu)越工業(yè)應用性能不變的情況下，使其體積更小、更加便于攜帶運輸，且能耗更低，從而節(jié)省更多的運輸成本。

（二）智能化

隨著“人工智能”“物聯(lián)網(wǎng)”等新興信息化技術(shù)的蓬勃發(fā)展，未來的機械產(chǎn)品在加工制造過程中數(shù)字化、智能化會進一步凸顯。機械設(shè)備不再是簡單的往復運動，而是更具有靈活性、變通性、自主性與創(chuàng)造性。

（三）網(wǎng)絡(luò)化

伴隨著日益緊密的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的全面覆蓋，以新興計算機應用技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)為動力驅(qū)動，會促使機械產(chǎn)品實現(xiàn)短期內(nèi)的全球化推廣應用。

經(jīng)濟新常態(tài)下，供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革已經(jīng)進入深水區(qū)。國內(nèi)各行業(yè)的發(fā)展都必須在“三去、一降、一補”的政策背景下，由原來的投資驅(qū)動、要素驅(qū)動，逐步轉(zhuǎn)型升級為創(chuàng)新驅(qū)動。現(xiàn)代化計算機技術(shù)是企業(yè)實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的有效載體，對機械加工制造及自動化企業(yè)而言，要善于牢牢抓住這一行業(yè)發(fā)展契機，在企業(yè)內(nèi)部圍繞新興計算機技術(shù)的全面引入，掀起企業(yè)內(nèi)部技術(shù)革命新浪潮，以求帶動企業(yè)從技術(shù)到產(chǎn)品的全面轉(zhuǎn)型升級，以技術(shù)創(chuàng)新為自身核心競爭力的提高激發(fā)新活力、培育新動能，確保自己在行業(yè)內(nèi)的市場競爭中始終處于優(yōu)勢地位。

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編輯 陳鮮艷