机械设计制造及其自动化的应用及发展方向.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 19 日 作者简介：付勇（1989），汉族，江西高安人，本科学历，助理工程师，研究方向为冶金机电。-63-机械设计制造及其自动化的应用及发展方向 付 勇 万 阳 江西省新余市新钢集团有限公司，江西 新余 338000 摘要：摘要：传统机械设计制造虽然在解决劳动力投入、劳动疲劳等问题上表现出众，但也存在生产效率低下、能源消耗大以及维护设备需求大量人力等重要问题。为此，我们必须不断探索自动化和智能化的机械设计制造方法，以提高工业体系的生产效率和工作效能。基于此，本文以连铸机为例，对机械设计制造及其自动化的应用及发展方向进行了研究，以供参考。关键词：关键词：机械设计制造及其自动化；应用；发展方向 中图分类号：中图分类号：TP3 科技是生产力的主体，创新是发展的第一推动力。当今，一场新的技术革命正悄无声息地出现，它深刻地影响着世界的发展，并深刻地改变着人类的生产、生活方式。随着机械和自动化技术的发展，劳动投入大幅度降低，生产效率得到了提高，能耗也得到了较好的控制。机械设计制造及其自动化是工业与制造领域的重要组成部分，可以让设计成果能更好地服务于社会各个层面，降低员工的工作压力、提高工作效率、降低人为因素所导致的误差，进而推动企业的长远发展。1 机械设计制造及其自动化概述 通过机械设计制造及其自动化，可以实现对机械设备、机电产品的设计、制造、运行控制、生产等环节的有效管理，并且利用先进的自动化技术，极大提高了设计制造的效率，实现产品的智能化设计与制造。当今，由于先进的科技发展，各行各业的人力资源投入大幅增加，使得生产效率和经济效益都有了显著的改善。随着科技的发展，越来越多的企业开始采用更先进、更高效、更智能的机械设备来完成工作，从而大幅降低人力成本，提升企业的市场竞争力。机械设计制造及其自动化是机械化进程中不可或缺的重要组成部分，它对各行各业的发展都具有重要的推动作用。2 机械设计制造及其自动化优势（1）增加产值和提高设备利用率。自动化技术的应用，使机械设备的操作更加精准、高效、可靠，能够大大提高操作灵敏度、准确度和范围，实现更有效的生产过程。自动化控制系统可避免机械手主观因素的干扰，从而实现最优作业效果和最优产品加工品质，并且能够提高达标率。同时，自动化产品也可帮助工作自动化，让工作效率得到进一步提升，从而最大限度地提高设备利用率和产值。（2）机械自动化产品的易于调试和维护。首先，机械自动化产品的控制系统和传感器系统都基于数字化技术，可以通过硬件和软件的控制进行调试和维护，具有高度的可编程性和可定制性。同时，自动化产品通常具有用户友好性的人机界面，便于操作和设置。其次，自动化产品的模块化设计和生产制造模式，可以实现模块的交换和更换，具有更加灵活的配置和组合。最后，模块式设计也简化了产品的维护工作，减少了出现故障时的维修时间和成本。（3）让操作变得更加简单，使生产效率更高。现代自动化技术的普及，彻底解决了传统产品制造方式的缺陷。机械自动化技术突破了传统工厂的局限，路径自动寻找、产品自动抛光、数据自动收集和分析，使操作变得更简单，使生产效率更高。现在，人们只需进行简单的设备调整，就可以快速高效地生产出自己需要的产品，这使生产过程更加便利。因此，自动化技术的出现，让操作变得更加简单，使生产效率更高。3 机械设计制造及其自动化发展所需要遵循的原则 一方面，机械化设备可用于能量转换。这些设备通过动力机械系统根据需要切换不同的能源来完成能量转换任务。在工业加工领域，内燃机、水轮机、电动机等是常见的能量转换设备。详细如下。内燃机：中国科技期刊数据库 工业 A-64-内燃机是一种将燃料燃烧产生的能量转换为机械能的设备，广泛应用于汽车、船舶、发电机等领域。水轮机：水轮机是一种利用水流动能将水的势能转化为机械能的设备，在水力发电、水泵、水压机等领域有着广泛应用。电动机：电动机是一种将电能转换为机械能的设备，广泛应用于家电、工业制造、交通运输等众多领域中。另一方面，机械化设备可用于信息处理。当面临大量信息处理需求时，机械化设备可以发挥重要作用。借助先进设备的支持，机械化设备可以高效地处理并获取对工业生产有益的信息。详细如下。自动化生产线：自动化生产线通过机器人、传感器、计算机等先进设备的支持，可以高效地处理大量的信息，并实现自动化生产。大数据分析平台：借助云计算、人工智能等技术支持，大数据分析平台可以高效地处理海量的数据，并提供有益的信息支持，为企业决策提供重要参考。物联网设备：物联网设备可以将多种设备、传感器等连接起来，形成一个智能化的系统，实现对设备状态、生产过程等的实时监控和数据分析。总体来说，机械化设备在能量转换和信息处理方面的应用，可以大幅提高生产效率，优化资源利用，从而为企业创造更大的经济效益。4 机械设计制造及其自动化的发展方向与前景 机械设计制造及其自动化发展，已经在航空航天、武器研发等多个重点领域进行了自身的技术突破，因而具有更广泛的发展空间。与此同时，国家政府部门高度重视该领域的开发，已将其纳入五年开发计划之中，为国家带来政策上的保障。另外，机械设计制造业和自动化在中国的重点开发中占据先进地位，在国际贸易协作方面取得了新的进展。与此同时，在人才培养上有着很大的关注度，很多高校都设立了该专业，因此有着相当广泛的人才需求背景。所以，我们相信机械设计制造业和自动化产业可以顺应时代发展，为国民经济建设贡献一份自己的力量，拥有很好的前景。4.1 智能化 在当今互联网技术遍及的情况下，智能化已经成为一个日常名词，并且研究人员正在将智能化真正贯彻落实到日常生活中。将智能化和机械设计制造行业进行充分融合能够促进该行业的良性发展，并且可以提高生产线的效率和质量。机械设计制造及其自动化的发展前景能够使生产设备按照操作人员的指令进行高效率的工作，并且同时能够确保工作的精密性和准确性，这对于节省人力、物力资源来说起到了极大的促进作用。而且传统的公司企业的大数据分析往往是采用人力进行数据的核算，如果充分运用机械设计制造的智能化特点进行数据分析，一方面能够确保数据分析的准确性和精密性，另一方面，不仅节省了人力资源而且节省了较多的时间，这对于促进公司企业的发展有着良好的推进作用。所以说智能化的机械设计制造及其自动化有着较好的发展前景，相关操作人员应积极地将其贯彻落实到实际的生产过程中，加快生产线高效率，高质量的工作，从而能够有效地确保在市场经济激烈竞争的环境中，该企业公司能够处于有利的地位。4.2 系统架构设计 在自动化机械设备的研发设计中，系统架构设计是非常关键的一步，涉及对整体设备结构和组成部件的明确和规划，包括硬件、软件和控制系统等方面。在硬件方面，需要确定设备所需的各组件和部件，包括传感器、执行器、电机、驱动器、控制器等。对于传感器的选择，需要考虑其精度、稳定性和适应性等因素，以满足设备的各种控制和测量要求。对于执行器的选择，需要考虑其动力和承载能力，以确保设备能准确和可靠地执行工作任务。此外，还需要考虑设备的通信和连接方式，以便各组件之间的数据交换和协调。在软件方面，需要确定设备的控制算法和操作系统。根据设备的具体功能和任务需求，设计合适的控制算法，以实现设备的自动化控制和运行优化。对于操作系统的选择，需要考虑其稳定性、响应速度和扩展性等方面，以确保设备的高效运行和管理。在控制系统方面，需确定设备的控制逻辑和结构。根据设备的功能和任务需求，设计合理的控制逻辑和控制器之间的通信和协调方式。4.3 控制算法设计 控制算法设计是自动化机械设备研发中的关键环节，旨在实现设备的自动化控制和运行优化，提高设备的性能。在控制算法设计中，需要根据设备的功能需求和控制目标，选择合适的控制策略和算法。常见的控制措施包括 PID 控制、模糊控制、神经网络控制等。选择合适的控制策略需要根据设备的具体特点和中国科技期刊数据库 工业 A-65-应用场景进行综合考虑。选择控制算法时，还需要考虑算法的实时性和运算速度。一些高性能的控制算法可能需要更多的计算资源，而设备的处理能力可能受限。因此，需要在性能和实时性之间进行权衡，并优化和调整算法。此外，还需要考虑控制算法与硬件的适配性。控制算法需要与设备的传感器和执行器进行协调和交互，保证控制系统的稳定性和准确性。同时，算法的设计需要与硬件的设计密切配合，以确保整个系统的一致性和协调性。4.4 人机界面设计 人机界面设计是自动化机械设备研发中不可忽视的一环，其关注的是将设备的复杂操作和信息展示以用户友好的方式呈现，方便操作员监控、控制和调整设备。在人机界面设计中，需要使用直观、清晰和易于理解的图标、图形和动画等，以传达设备的运行状态、参数调整和故障提示等信息。通过直观的可视化界面，操作员可迅速了解设备的工作情况，发现潜在的问题并采取相应措施。同时，应设计方便用户操作的界面，包括按钮、滑块、文本输入框等交互元素。操作界面应直观且易于操作，以减少操作员的学习成本和操作错误的可能性。考虑到不同操作员的操作习惯和需求，界面设计应具有一定的灵活性和个性化设置，还应提供实时的反馈和警报功能，以及时向操作员报告设备的运行状态、异常情况和警告信息。通过声音、光信号或文本提示等方式，操作员可快速响应和处理设备问题，从而有效保障生产顺利进行。此外，界面设计应确保信息易于阅读和理解，选择合适的字体、颜色和布局，以提高界面的可读性和可操作性，还应适应不同环境条件的要求，如光线明暗、噪音干扰。本文展示了人机界面系统可能具有的功能，如图 1所示。图 1 人机界面系统可能具备的功能 4.5 安全性设计 安全性设计在自动化机械设备的研发中至关重要。自动化设备在运行过程中需考虑安全性问题，以防止可能的事故和伤害。设计自动化机械设备时，设备应配备必要的安全防护装置，如紧急停机按钮、防护罩、安全围栏等，以确保操作员在工作过程中的安全。安全设施应进行可靠性验证，以确保其在发生事故或危险时能够正常启用。同时，设备应配备安全控制系统，监测设备的运行状态，预防潜在的危险情况。通过传感器和控制算法的联动，及时检测设备的异常状态，启动相应的安全控制措施，如断电、停机，以保护操作员和设备的安全。此外，还应为操作员提供必要的培训和指导，使其能够正确、安全地操作设备。操作员应了解设备的安全规程、操作程序和应急处理措施，以适应安全工作环境的要求，并减少意外事故的发生。4.6 可靠性设计 可靠性设计是自动化机械设备研发中不可忽视的要点，旨在降低设备故障率，延长设备使用寿命，并降低故障对生产的影响。在可靠性设计中，需要选择适合的材料（应具有良好的耐磨、耐腐蚀和耐久性能），以保证设备在不同工况下的可靠运行；需要合理设计设备结构和零部件的连接方式，以提高受力均匀性和机械强度；需要避免应力集中和易损部位的设计，以降低故障发生的风险。同时，应设定适当的维护周期和方法，定期检查设备状态，及时发现并处理潜在问题，以提高设备的可靠性和稳定性。在设计和生产过程中，应开展严格的技术测试和验证，以确保设备能满足预期的可靠性指标，包括模拟实际工况的试验、寿命测试、故障模式与影响分析等。通过以上可靠性设计，可以降低设备故障率，提高设备的可靠性和稳定性，确保设备持续安全、高效运行。4.7 绿色化 可持续发展是科学发展观的一个重要基础的一个理念，是提高人类经济社会长足发展水平的重大措施。尤其是近年来雾霾现象严重以后，国家和民众对环境保护更加的关注。而当前在市场上许多企业都用了绿色的推广标语，因此人们也开始对绿色的产品越来越的关注。所以，机械制造行业必须向事先的环保化发展，对机械设计、机制工艺都要实现最低废品率，以及提高对运输污染度、运输稳定性和拆卸速度的要求。针对产业经济而言，对环境污染更加的关注，我国多次对超标污染的石化产品做出查处，并规定产品污染中国科技期刊数据库 工业 A-66-排放量达到要求才能继续生产。机械设计、制造业和智能化也要关注环保技术，近年来，全国大专院校多次组织开展机器人专业的环保竞赛，可见，绿色化发展已成为今后中国机械设计生产及其信息化发展的大趋势所在。5 结束语 综上所述，机械设计制造作为国家工业关键的组成部分之一，直接关系到我国工业的平稳、健康发展。相关技术人员需要不断深入探究自动化技术在机械设计制造中的应用，积极发现技术应用中存在的问题并及时进行解决，进而让机械设计制造业能够得到更好的发展。参考文献 1何景常.机械设计制造及其自动化的应用研究J.中文科技期刊数据库(文摘版)工程技术,2021(35).2董文彬,张雅晶,姚智华,等.工程教育专业认证背景下专业基础课的课程建设思考以机械设计制造及其自动化专业为例J.创新创业理论研究与实践,2023(46).3刘宁.计算机技术在机械设计制造及其自动化中的实践应用分析J.机械管理开发,2022(9).4张文学,潘双英,石文波.机械设计制造及其自动化的发展前景之我见J.现代工程项目管理,2023(34).5 姜 九 斤,许 磊.机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 在 现 代 企 业 中 的 发 展 分 析 J.建 筑 工 程 与 管理,2021,003(001):72-73.