计算机在机械设计制造及其自动化的应用
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作者:王志亮
[摘 要] 人类社会进入21世纪以来，开启了信息革命的新纪元。以计算机应用技术和互联网应用技术为核心的现代化信息技术已经逐渐融入社会生产生活的方方面面、边边角角。对机械加工制造企业而言，现代化信息技术在机械设计制造及其自动化中的有效应用，提高了机械设备的加工效率和加工精度，使机械设计及其制造更加智能化、数字化，也为机械加工制造企业降低了人工成本。全面推进计算机技术在机械设计制造及其自动化中的有效应用，已经成为新时期机械加工制造企业升级转型的发展大势，也将会逐步成为机械加工制造企业进行市场角逐核心竞争力的重要组成部分。围绕这一话题，分析计算机技术在机械设计制造及其自动化中的应用现状，预测了其未来的发展方向。
[关 键 词] 计算机技术;机械设计制造;自动化;应用现状
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）25-0264-02
一、引言
改革开放以来，我国工业化发展取得了突破性的进步。进入信息时代以后，计算机技术在工业领域中的广泛使用，又为我国工业现代化建设激发了新的活力。就目前计算机技术在机械设计制造及其自动化中的应用情况来看，主要体现在计算机技术的辅助功能、计算机视觉技术与计算机虚拟技术、计算机数控机床技术、计算机3D技术、计算机仿真技术等。这些现代化计算机技术在机械设计及制造行业内的有效应用提高了企业的生产制造效率和产品加工精度，缩短了产品的生产制作周期，实现了机械加工及制造企业产品的革命性变化。而且，由于新兴计算机技术更具有智能化的特征，大幅减少了企业生产运营的人力成本投入，为企业带来了更多的间接经济效益。加快机械加工制造企业计算机技术应用步伐，全面优化企业生產结构，提高产品质量，已成为当下机械设计制造及其自动化行业的大势所趋。
二、计算机技术在机械设计制造及其自动化中的应用现状
（一）计算机技术辅助功能的应用
计算机辅助功能主要体现在计算机制图软件的绘图功能、文字编辑软件的编辑功能、程序语言编译功能以及在存储保藏电子档案信息上的有效应用。结合现阶段计算机辅助功能在机械设计制造及其自动化中的应用情况，计算机辅助功能的应用情况主要体现在以下几个方面：（1）计算机辅助功能革新了传统的人工分析模式。传统的机械加工制造行业，产品质量检测环节大都是依靠人工进行质检，人工质检精度低、效率慢，且经常会出现漏检、错检的情况。应用计算机辅助系统及数字化分析检验系统能够科学合理地对产品特性及质量做出精准测评，从而及时剔除不合格样品。（2）计算机绘图软件为机械制图的合理设计与结构布局提供了技术可能。运用计算机软件制图比传统的手工制图更加高效快捷，可以反复修改，而且易于保藏，能够迅速实现彼此间的图形语言信息交流与共享，全面提高了机械制图的清晰度、精确度、共享性与灵活性。（3）实现了程序语言对机械设备的智能化指导。计算机程序语言发展到今天，其应用机制十分完善。利用计算机程序语言编译的程序代码，实现了电子系统和机械生产设备之间的控制与交流，这也是机械设计制造自动化、智能化、数字化发展的基础。（4）为机械加工制造行业的档案信息管理带来了新的发展契机。机械加工制造企业大都是大型重工业，例如汽车制造、船舶制造等行业都离不开机械设计及制造。由于行业涉及面的广泛性和自身理论技术体系的深刻性，机械加工及制造企业在日常运营中涉及大量的图纸档案、合同档案、组织管理档案等这些都必须依托计算机系统，实现机械制造企业档案信息的数字化、信息化管理，才能使之更好地匹配机械制造企业自身的发展。
（二）计算机视觉技术的应用
所谓计算机视觉技术是一种新兴的生物仿真科学技术。利用计算机集成系统，将其应用到机械设计及制造中去，形成了当下应用很广泛的机器视觉技术。该技术能够像人的眼睛一样，具备画面信息搜集、信息甄别、信息处理、信息合成的一体化功能。机械视觉技术通过内置的CCD摄像机来捕捉获取外界图像信息，并将获取的图像信息经过转换生成相应的数字化信息，该数字化信息经过分析系统分析后，就能够准确评估外界图像的线条、颜色、布局等轮廓特征。值得一提的是，在完成上述一系列图像解析的过程中，机械视觉组件所需要的反应时间不足0.1秒。机器视觉技术在机械设计制造及自动化中较为成熟的应用主要体现在检测测量和机械定位两大方向。在机械制造检测测量上，依托机械视觉技术能够自主获取、合成、分析、处理外部信息这一技术性能，经常用它来检测机械制造技术的产品外观质量是否合格达标。在实际的检测过程中，只需要提前在计算机视觉系统中输入设定好的产品误差精度，一旦出现加工精度不合格的产品，机械视觉检测系统就会向生产监管人员发出报警信号，以便及时发现劣质产品，防止其流入市场环境。机械视觉技术的定位功能是通过安装在它上面的微型摄像机实现的，其研发方向大都是为了进一步提高机床车床生产加工的自动化和智能化水平。例如我国成都的金大立科技有限公司自主研发的PCB全自动V槽切割机，借助于机器视觉技术实现了PCB板在切割机上自主精确定位、上料、下料以及自动旋转切割。
（三）计算机数控机床技术的应用
数控软件及数控编辑是当前计算机数控机床技术的主要应用形式。运用计算机程序语言，结合工业生产的实际要求，编译符合要求的计算机程序，并将其导入机械加工制造设备中，实现对机械生产加工制造的数字化管理与控制，特别是对一些加工难度大、加工精度要求高的机械产品的批量化生产，常常需要使用计算机数控机床技术。近几年来，随着计算机程序语言体系的进一步完善，计算机编程与数控编程之间的关系越来越紧密，数控编程在未来极有可能会成为计算机编程方面的一门必修课程，这也是二者未来的发展走势。就目前计算机数控机床技术的应用情况而言，主要体现在航空工业、船舶制造工业、汽车工业、发电工业四大领域。对航空工业来说，由于其使用的机械部件大都是形状复杂、理化性能优良、成本昂贵的新型薄壁结构材料，在使用这些材料加工航空器用机械部件时，就需要用到激光熔覆数控机床、精密数控车床、大型数控精密立式车削中心等设备。对船舶制造工业而言，其核心加工部件主要包括机座、气缸体、气缸缸盖、活塞拉杆、曲轴、减速箱、舵轴、推进器等。这些部件的加工都离不开数控重型龙门铣床、数控重型落地镗、数控多轴联动机床、超重型数控专门机床等数控设备。除此之外，汽车发动机生产制造中需要用到高速卧式加工中心、数控车床、数控磨床等数控设备来提高精度，提高其CMK值指标。电力工业中数控机床的应用主要体现在核电站所用机械部件上，如大型数控立式车床、大型数控卧式车床、数控落地铣床镗床钻床等，这些机械设备规模大、刚度高、性能优越、精度高。 （四）计算机3D技术的应用
近几年来，3D技术在我国工业生产领域的地位与作用日益凸显出来。计算机3D技术在机械设计制造及其自动化中的有效应用极大地简化了机械制造加工企业产品生产及质检工作流程，节约了人力成本，促进了机械加工产品生产效率和生产质量的稳步提升。3D技术在机械加工制造行业的实际应用中，主要是用于全面分析待测产品的规格、尺寸、外观结构。而且3D技术可以为产品设计人员提供更为精准的设计模拟空间，帮助设计人员制定出更加详细周密的设计方案。除此之外，3D技术在优化机械加工制造产品的质量上也具有很大的应用优势。在机械制造传统行业中，通常是采用化学方法对待优化的机械零部件产品进行数据分析，由于需要人工操作，整个产品检测过程势必会带来诸多不可避免的系统误差和随机误差，这种产品优化方法效率低下、出错率高，且最终优化效果一般。采用3D技术后，由于对待优化产品的各项结构参数指标的分析都是由预先设置好的计算机系统完成，具有操作简单、精确度高、产品最终优化效果显著等特点。
（五）计算机虚拟仿真技术的应用
虚拟仿真技术也称之为“虚拟样机技术”。计算机仿真技术的开发最大的功能就是进行虚拟仿真模拟。虚拟仿真技术的应用一般要依托于计算机辅助分析技术对机械加工制造过程中的机械系统进行运动学分析和动力学分析，并建立相应的数学模型和物理模型，通过建立系统模型对實际生产情况进行虚拟模拟分析。目前常用的虚拟仿真模拟方法可以分为两大类，第一种是直接在真实的生产系统上进行模拟，第二种是先建立模型，以模型的虚拟实验结果类比推测真实的试验情况，这也是现阶段常用的虚拟仿真模拟方法。值得一提的是，虚拟仿真技术能够贯穿于整个机械设计系统的全部过程，设计师借助于虚拟仿真模拟软件可以进行概念论证、理论论证、模型论证、流程论证等。虚拟样机技术在机械设计制造及自动化中的广泛使用大幅压缩了机械产品的制造周期，优化了机械产品的加工制造工艺流程，提高了机械产品生产效率，降低了机械产品生产成本。
三、计算机技术在机械设计制造及其自动化中的应用展望
相对西方发达国家而言，我国计算机及互联网应用技术起步较晚，虽然现阶段工业信息化技术已经取得了突破性进展，并取得了诸多傲人成就，但是总体而言，还有许多关键技术尚未完全突破，与其他发达国家之间还存在一定的差距。鉴于计算机技术在机械设计制造及其自动化运用上具有如此高的优越性，机械设计制造的信息化发展、智能化发展将会成为行业内的大势所趋。未来的机械加工制造行业中，计算机技术的应用势必会呈现出以下几点趋势。
（一）微型化
机械产品微型化发展要求机械产品在保障其原有优越工业应用性能不变的情况下，使其体积更小、更加便于携带运输，且能耗更低，从而节省更多的运输成本。
（二）智能化
随着“人工智能”“物联网”等新兴信息化技术的蓬勃发展，未来的机械产品在加工制造过程中数字化、智能化会进一步凸显。机械设备不再是简单的往复运动，而是更具有灵活性、变通性、自主性与创造性。
（三）网络化
伴随着日益紧密的互联网系统的全面覆盖，以新兴计算机应用技术和互联网应用技术为动力驱动，会促使机械产品实现短期内的全球化推广应用。
经济新常态下，供给侧结构性改革已经进入深水区。国内各行业的发展都必须在“三去、一降、一补”的政策背景下，由原来的投资驱动、要素驱动，逐步转型升级为创新驱动。现代化计算机技术是企业实现技术创新的有效载体，对机械加工制造及自动化企业而言，要善于牢牢抓住这一行业发展契机，在企业内部围绕新兴计算机技术的全面引入，掀起企业内部技术革命新浪潮，以求带动企业从技术到产品的全面转型升级，以技术创新为自身核心竞争力的提高激发新活力、培育新动能，确保自己在行业内的市场竞争中始终处于优势地位。
参考文献：
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[3]杨云峰.CAD技术在机械工程设计中的应用探究[J].科技风，2014（10）.
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编辑 陈鲜艳
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