薄守方

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东 济南 250101）

机械设计制造及其自动化融合了机械制造、电工电子、计算机等多种技术类型，因此，对设计人员的专业技术水平提出了更高的要求。尤其在自动化设备投入使用后，不仅需要机械设备具有较高的安全性、可靠性与稳定性，而且在节能降耗以及提高生产效率等方面也做出了明确规定。这就需要设计人员在熟练掌握机械设计制造原理的同时，必须在设计生产实践当中不断对设计制造技术进行创新升级，以确保自动化设备的各项性能达到最优化，进而为工业生产型企业创造更多的经济效益与社会效益。

1 机械设计制造及其自动化特点

1.1 数字化特点

数字技术是依托于计算机技术而衍生出的一种智能化识别与处理技术，运用数字技术能够对机械设备产品的相关信息进行分析、优化、重组，并且在虚拟现实技术的支撑下，对产品的设计过程进行仿真模拟，这样，不但能够提高产品的设计精度，而且产品的性能参数也能够得到进一步优化。

1.2 智能化特点

目前，在机械设计制造领域，智能机器与人类专家组成的人机一体化智能系统得到全面推广和应用，运用智能化系统，不但能够避免人为设计失误的发生，而且智能化的分析、推理、判断、决策功能为整个设计过程提供了高效便捷服务。过去，在机械化时代，设计人员只能按照采取固定的思维模式或者参照于设计图纸，开展设计工作，这种单一的工作模式无法实现机械设备的优化配置，进而影响了机械自动化水平的提升。而智能专家系统的介入，融合了当前机械设计制造领域的高尖端技术，对改良产品性能，提高机械设备的自动化水平具有划时代意义。

1.3 集成化特点

机械自动化技术主要涉及程序单元、传感单元、作用单元、制定单元与控制单元，其中，程序单元主要担负着程序指令的写入与读取，以支配机械设备完成各种动作。传感单元作为智能系统中的基础组成部分，能够完成对整个机械制造控制系统工作实时状态与性能参数的检测工作。作用单元主要实现对整个系统的能量施加以及目标定位工作。制定单元是机械自动化系统中的核心组成部分，能够根据系统的执行口令制定与发出相应的动作信号。控制单元主要对机械设备的一些动作进行调节，使机械设备能够正常运转。由此可以看出，机械自动化系统中的每一个单元分别扮演着不同的角色，并且将多种分散性功能整合、集成到一个单元，这就为系统的智能化控制提供了先决保障[1]。

1.4 模块化特点

机械产品或者自动化系统的结构与功能具有层次性，因此，每一个功能、动作所对应的模块也具有层次性特点，即高层模块由低层模块组成，基础型模块由每一个元器件组成。如果按照模块的通用化程度可以将模块划分为专用模块与特别模块。

2 机械设计制造及其自动化遵循的设计原则

2.1 满足工业生产对机械功能的要求

不同类型的机械产品，所具备的功能性也有所不同，因此，设计研发人员在产品开发设计阶段，应当结合工业生产对机械功能的要求，制订针对性的设计方案，使自动化机械产品能够满足作业生产需要。一般情况下，机械设计制造及其自动化应当具备三大要素，即输入的物质、能量与信息，这其中就包含了设计、制造与特定功能，而机械设备的功能性则由内部有机联系的结构所决定。机械自动化系统功能示意图如图1所示。

图1 机械自动化系统功能示意图

2.2 创新性原则

市场上的机械设备产品更新换代速度快，每一种新产品的问世，都标志着机械产品的性能也更加优越，因此，为了赢得市场发展先机，机械制造企业应当不断对设计制造技术进行创新，将虚拟现实技术、人工智能技术等高尖端技术融入到设计理念当中，并进一步加大高科技含量，使机械设备的功能性更加强大，为推动现代化工业生产进程提供坚实的动力与技术保障。

2.3 满足节能环保要求

近年来，为了积极响应节能降耗的号召，机械设计人员应当在设计环节引入节能环保理念，从原材料选取环节开始，尽量选用绿色、环保无污染的材料，并且在确保机械设备动力性的同时，整个生产作业过程能够实现节能降耗的目的，进而为企业创造更多的环保效益。

3 提高机械设计制造及其自动化的有效途径

3.1 融合计算机技术

计算机技术在机械设计制造过程中发挥了不可替代的重要作用，可以说，机械设计制造自动化水平的提高与计算机技术息息相关。基于这一理念，设计人员应将计算机技术与机械设计制造过程融合到一起，进而为现代化工业的智能化生产、集成化生产提供强大的技术支撑。比如计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术在机械设计制造中的实际应用，不仅绘图精度高，而且出图时间快，大大提升了工作效率。以数控技术为例，该技术作为计算机辅助制造技术的一个重要分支，已经在机械设计制造领域得到广泛应用，比如最为常见的数控机床，在加工制造零件时，首先利用计算机辅助制造技术确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，也就是零件在机床上面的安装位置，然后确定刀具的走向、运动参数以及零件加工的工艺路线。当计算机系统获取到这些数据信息后将其转换为系统能够识别出来的标准数控代码，设计人员可以根据这些代码编制零件加工的数控程序。数控机床的基本结构如图2所示。

图2 数控机床的基本结构

3.2 融合互联网技术

目前，互联网技术已经融入到社会各个领域，因此，设计人员可以依托于互联网技术来提高机械设计制造及其自动化水平。比如以机械设计制造为主题，建立一个企业互联网宣传平台，与社会各界专业人士建立一种沟通往来关系，针对机械设计制造的新思路、新理念、新工艺进行沟通交流，互换意见，并围绕如何提高机械自动化水平展开讨论，以准确定位产品研发方向与市场应用前景。同时，也可以将设计的新产品通过网络平台向社会各界予以展示，借助于社会公众力量，来改善和优化产品性能，及时调整设计方案内容，确保设计出的产品能够满足工业生产需要。

3.3 优化资源配置，发挥配套技术优势

机械设计制造过程涉及到人力、财力、物力等多种资源，为了提高机械设计制造及其自动化水平，机械设计制造企业应当合理调配人力资源，做到人尽其责，充分发挥人力资源的主观能动性与创造性，同时，企业应当进一步加大机械设计研发阶段的资金投入力度，以构建一个完整的机械设计制造资金链条。另外，由于机械设计制造与电工电子技术、计算机技术、人工智能技术、机械加工技术等多种技术类型相关联，因此，对于设计人员来说，应当及时转变思想观念，拓宽视野，不断学习新技术，以提高自身的技能水平。

以人工智能技术为例，该技术侧重于智能理论、方法与应用，并融入了心理学、语言学以及人体科学等多学科知识，人工智能技术在机械设计制造中的应用，能够完成操作人员无法完成的工作任务。比如机械设计制造是一个复杂繁琐的过程，一个产品的诞生需要经过多道工序，而AI技术的自主学习、推理、判断能力极强，在机械制造工艺中，具有自动控制与自动处理功能，并且能够减少外界环境对制造过程造成的干扰，这就使作业生产效率得到大幅提升，制造出的产品也能够满足工业生产需求。

3.4 引入节能设计理念

为了积极响应“节能降耗，绿色环保”的号召，机械设计制造企业应将节能设计理念与设计制造过程相结合，本着环保、无公害、清洁的原则，通过技术手段实现节能的目的。比如在选择发动机时，首先应当考虑发动机的油耗、排放量等技术参数，然后选择能耗低，对环境污染小的发动机型，以协调好机械设计制造与自然生态环境间的和谐关系。在选择产品的制造材料时，应当以节能环保的新型材料为主，以减少对自然生态环境的污染。对于制造工艺流程，应当符合节能环保理念的基本要求，尽量选用低能耗、低排放、低热量的制造工艺。比如在锻压工序当中，为了减少热量损失，可以采取温锻的方式，这种方式能够与环境温度之间保持平衡关系，进而实现节能降耗的目的。另外，设计制造企业应当树立对社会负责的主人翁责任意识，基于节能环保理念，不断对产品进行创新，比如近年来的新能源汽车就是一种新型的节能环保型产品，自产品投放市场以来，也倍受消费者的欢迎。因此，从机械设计源头到产品投放使用的各个环节都可以融入节能环保理念，这样才能促进机械设计制造及其自动化水平的提升[2]。

3.5 注重人才培养，加大培训力度

人才在提高机械设计制造及其自动化方面起到决定性作用，尤其在信息技术高速发展的今天，单一型人才已无法适应先进的机械设计制造理念，机械自动化水平的提升也必然受到限制。因此，为了推进机械设计制造的自动化、智能化发展进程，企业应当引入大量的全能型、创新型人才，提高人才准入门槛。另外，为了提高专业型人才的技能水平，企业结合机械设计制造岗位的实际情况，应当建立一个科学完善的内部培训教育体系，将与机械设计制造及其自动化相关联的计算机技术、人工智能技术、电工电子技术等技术以及个人职业素养等内容纳入到培训计划当中，并通过线下集中培训、线上远程培训、专家讲座等方式对现有的专业型人才进行培训。为了验证培训效果，应当对参训人员进行考核，对考核成绩不合格的人员遵循“能者上、平者让、庸者下”的原则，给职业素养高、专业技术水平高的优秀人才提供更加广阔的发展平台，为机械设计制造及其自动化水平的提高奠定坚实的人才保障。

机械设计制造及其自动化水平与企业的生产效率、经济效益直接挂钩，因此，机械设计制造企业应当致力于新技术、新工艺、新材料的研制和开发，并在设计制造过程中，积极借鉴成功的技术经验，在推进机械自动化发展进程的同时，为工业生产型企业产能与效益的提升做出积极贡献。