于兰

摘要：机械设计制造及其自动化是国家综合国力的体现。机械设计制造及其自动化的发展体现了我国制造业在国际制造业上的地位。机械自动化引起了社会各界的广泛关注，机器设备自动化的实现不仅可以推动机器设计制造自动化系统的进步，而且可以大大提高安全和生产效率。智能化、机电一体化、网络化、绿色化、微型化、模块化的运用推动了机械化自动化的进步，改善老旧的制造方式的技术缺陷，提升产量对我国经济的繁荣有不可磨灭的作用。

Abstract： Mechanical design and manufacturing and its automation are the embodiment of the country's comprehensive national strength. The development of mechanical design and manufacturing and its automation reflects the status of my country's manufacturing industry in the international manufacturing industry. Machinery automation has attracted widespread attention from all walks of life. The realization of machine equipment automation can not only promote the progress of machine design and manufacturing automation systems， but also greatly improve safety and production efficiency. The application of intelligence， mechatronics， networking， greening， miniaturization， and modularization promotes the progress of mechanized automation， improves the technical defects of the old manufacturing methods， and increases the output， which has an indelible effect on the prosperity of my country's economy.

关键词：自动化;机械设计;发展方向

Key words： automation;mechanical design;direction of development

中图分类号：TH122                                     文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）05-0199-03

0  引言

就机械制造而言，自动化是其追求的内在目标。在实现机械自动化全面发展的过程中，技术的开发和应用是主要的关键因素。为了有效地进行机械化，我们需要改革和创新技术。并对整个产品和功能进行技术集成和升级，使整机自动化系统更加完整、科学。[1]目前，我们正在通过科学技术推动机械自动化的改进和完善，这也符合我国机械行业目前的发展趋势。

1  机械设计制造及其自动化基本概述

机械制造自动化的本质是设计和制造机械设备及相关产品。在整个制造过程中，一切都由智能自动化控制。这种自动化技术与传统制造有很大不同，我们不再使用简单的大型机器制造产品，而是在机器制造的基础上，融合了一些信息技术和自动控制技术。[2]在实际生产中，每一个项目都是通过复杂的算法和精密的工具有效地安排和进行的。目前，随着机器制造和自动化的结合，制造业有了很大的改善，在效率和技术上都有了很大的发展和飞跃。伴随科技的不断前进，机械制造与自动化技术将进一步完善，将越来越发达、越来越具体。最近幾年来，制造业发展迅速，与以前的制造业相比，制造工艺和技术有了很大的提高。但是，我们的技术与发达国家相比还比较落后，所以我们需要进一步加强追赶最新前沿技术的速度，而这些前沿技术往往是从国外引进的。

2  机械设计制造及其自动化优点

2.1 提高了工作的效率  机械设计、制造和自动化的主要目标是提高机械产品的产出，满足生产需求，进而推动我国制造业的繁荣。在老旧的机械生产环境中大多数的制造都是手工操作，不可规避的生产失误致使生产出的产品精准度不够，自动化机械设备规避了这些存在的误差，在确保产品质量不下降的条件下，精准地生产出产品。自动化机械设备不但释放了众多生产力且降低了一部分生产成本。从总体上来看提高了工作效率。

2.2 针对性的满足机械要求  为了进行自动化的机械生产，要利用多种科学技术协同工作，令不一样的科技整合成一个整体。机械设计制造及其自动化可以在生产时充分发挥科技的作用，生产不同的产品也可以有不同的生产方法。

通常工厂在生产产品之前，要先对产品的用途进行调研，之后设计并生产能够最大限度发挥其功能的产品。调研设计的过程之前都是人工进行，但是使用自动化机械设备之后，无需人工调研设计，机械设备可以自行选择，这样就能让生产出来的器械实现最好的效用，生产出更多的工业产品。[3]因而可知，机械制造类设计最重要的准则就是要尽可能的满足对机械的功能需求， 只有充分达到这一准则，机械设计制造及其自动化技术的优势才得以更好的发挥出来。

2.3 适用性与可持续性相辅相成  机械制造业的生产环境相对较恶劣，若全部生产工序都由人工操作，那么长期下来工人的健康会受到损害，这样会降低生产率。在自动化生产模式下，可以减少工人处于恶劣环境的时长，减少对工人身体的损害，提高生产率。并且自动化机械不受自然环境的影响，在恶劣环境中也能正常工作，环境对机械生产的限制减少，机械制造业也就得到更好的发展。[4]

工业制造之所以比其他制造业更难，是因为工业制造过程的多样性和复杂性对其影响更大，对机械设备的要求也复杂，需要机械设备。包括这一适用功能，机器设计制造和自动化完全满足这一要求，完全满足工业制造行业对机械设备的要求。将机械设计制造和自动化与企业的生产情况联系起来，使用自动化技术编程出可以减少风险的程序，可以提高机械设备的可持续性和适用性。[5]所谓机器制造与自动化，其实就是自动化技术在传统机器制造的基础上的应用，也是当前工业生产过程的技术指标。它用于重型设备和土木工程行业等各个领域的设备制造过程中。

以caterpillar内燃机中心的曲轴流动机构为例，活塞行程H=152mm，曲轴半径to=76mm，连杆长度b=200mm。它被优化为带有偏置活塞的内燃机，即偏置滑动机构，运行速度系数k=1.2和活塞H=152mm被视为初始设计条件。需要优化的各种参数的初始值和取值范围如表1所示。

使用MATLAB编程对之前建立的优化模型进行求解，优化结果为x=[71.905.8900 54.4448 1.7835 0.7130]。为便于加工，取To=72.0mm、B=185.9mm和=54.4mm。值得注意的是，优化后的驱动力无效分量之和比优化前减少了40.3%，表明优化效果良好。根据Cos-6588.（c）Min.=（a+（e）/B，c Min=47.16，上述优化结果应替换为最小传动角的表达式，以便优化结果满足传动角不小于允许的传动角（c）=第40次缓和。取发动机树的转速为1500r/min，P S活塞的轴向力为1000N。根据加速度和李的平衡方程式优化前后活塞加速度随曲轴角度变化的图像以及活塞和气缸套之间的正压变化曲线如图1、图2所示。

从图中可以看出，优化后活塞加速度普遍降低，峰值从优化前的2295m/S2下降到优化后的2164m/S2，下降5.7%。由于加速度反映惯性力，活塞的优化加速度减小，因此惯性力减小，活塞机构运动性能提高。优化后活塞与缸套之间的正压大大低于优化前的对应值，峰值由优化前的410.8n降至优化后的402.9n，下降1.9%。因此，活塞与气缸套之间的摩擦也减少了，从而延长了两个零件的使用寿命。

2.4 节约成本，提高安全性  获得经济效益是大多数工厂生产产品的目的，要提高整体经济效益和社会效益，就要降低生产成本，尤其是在机械设计制造和自动化方面。[6]使用自动化设备可以提升生产效率和成品率、减少报废率和生产材料的浪费，在生产环节就节约了成本。再者，使用自动化机械生产出来的产品品质较高、细节较为完美，价格更低价值也将增加，在不同的方面为企业创收。

在实现机械自动化的过程中，如果一台机器出现故障，机器可以自动解决问题，同时采取相应的保护措施，防止因错误而损坏机器。如果发生故障，会立即采取措施保护机器。这样可以保证整个生产中工人和产品的安全。技术人员在设计机械自动化时，要更加人性化，这从另一方面也展现了机械的智能化。另外，在使用机械自动化进行生产时，每一个环节都要严格把控，尽量减少人为干预，使各环节实现自动化生产，从而有效降低发生事故的概率。同时，机械自动化的灵敏度比较高，既能保证生产安全，又能提高生产效率。

3  机械设计制造及其自动化发展方向

3.1 智能化  在制造和设计中都实现了自动化。在机器制造过程中实现自动化生产，可以避免人工失误，生产出高质量的产品，提高整体生产效率。早期的机器制造并没有实现整个过程的自动化，自动化技术只能应用于产品的一部分过程，一些复杂的过程还需要人工操作。现在自动化技術已经体现在设计阶段，可以依靠CIMS、CAD等技术完成更复杂的建模和计算，还可以对加工过程进行仿真实验或仿真加工。自动化机械不浪费材料，甚至可以节省时间。

近年来，机器制造和自动化已广泛应用于与机器设计相关的各个行业。依托大数据技术、挖掘技术、精密算法等人工智能系统的扩展，为我国的机械制造和自动化产业拓展更宽阔的发展渠道。目前，人工智能和计算机技术在机器制造和自动化的进步中已经不同程度地渗透。例如，技术人员在制定机器制造的框架时，离不开已经成为制造核心的智能操作程序的支持。同时，内部信息全控，整个工作机制连通。中央处理系统负责分发这些信息，使系统内的各种设备都能正常工作。自动化机械还可以根据工作情况自动优化和调整工作模式。

目前的机械制造业基于控制理论，实现了融合人工智能、心理学、力学等相关知识的智能模拟。在给出指令时，计算机用于模拟人类的思想和动作，并将这些指令发送给负责执行任务的机器人或机械臂。这种自动化和智能化可以体现在机械制造的诸多领域，有效降低成本，替代劳动力，因此智能化的发展潜力比较大。同时，“私人定制”也越来越受到人们的欢迎。也为智能化生产和发展奠定了基础。可以根据用户的订单要求，确定生产工艺和原材料，生产出让用户满意的个性化产品。销售商品并不意味着生产经营的结束，这些智能产品可以将设备的数据状态收集、整理并发送到工厂，企业可以据此了解产品和设备的使用和运行情况。数据和工作协同信息服务奠定了基础。

3.2 机电一体化  随着网络技术的发展，计算机技术在广泛的领域得到普及，机电领域在社会领域的融合得到了充分的应用。制造业和机械行业，自动化行业升级了数据挖掘技术、复杂算法、依托数据技术深化了人工智能系统等。当今我国在人工智能中的机电一体化已经有了卓越的成效。该技术有利于工业行业的发展，目前部分技术人员设计并制造出了机电一体化的程序并搭建了框架。

并由一组内部信息控制，并确保机器制造系统中的每一台设备都由中央处理单元系统分配和协调。在框架运行的同时，可以独立优化工作任务和工作模式，在一些领域开始应用这种机电一体化机器制造系统，降低经济成本。更有利的是，智能化的发展方向在机械设计制造和自动化的发展中具有无限的潜力。

3.3 网络化  当前，我国已进入全面信息技术时代，信息技术发展迅猛，信息技术已成为人们日常生活和工作中不可或缺的一部分。将信息技术利用到机械设计制造和自动化中，全方位利用现代信息技术，处理机械自动化生产过程中出现的问题并搜集信息资料。这样提高了自动化机械的功能性，大大提高了自动化机械的生产效率，在一定程度上提升了自动化机械的市场竞争力。目前，大多数机械设备都是基于现代信息技术实现远程控制的系统，这种应用在生活和生产中还没有得到广泛应用，但却是未来发展的必然趋势。这不仅是因为机械制造技术与信息技术的发展越来越紧密，而且也是未来机械制造技术发展的主要方向。同时，随着人们生活质量的提高，科技进步的速度将加快，为今后的发展提供更大的便利。从而促进工业生产成本的节约和控制。同时，以高效率、高质量、高精度的操作设备生产出的产品质量保证更高、价格更低价值也将增加，同时控制成本，进一步提高经济效益易。

3.4 綠色化  我国在发展初期，由于一些特殊原因，自然环境遭到破坏，不仅生态环境变得恶劣，而且对如今群众的生活造成了非常不利的影响。所以，环保工作一直倍受关注。在机械设计和制造行业，也要贯彻环保理念，减少对生态环境的污染，时刻牢记要保护环境。在设计和制造机械时，不要将经济效益作为最重要的指标，要将环保理念放在第一位。这样在生产自动化机械时才不会对环境造成严重污染。在选择相关材料时，不仅要合理有效地回收利用各种废弃物，还要大量使用环保材料，防止物质资源的浪费。工厂要强化对所有生产程序的监管，将环保理念贯彻始终。此外，生产环保机械设备不但能够降低工业生产成本，还可以增加经济效益，并且保护了我们周围的环境。

3.5 微型化  目前，微型化也是工业行业的发展趋势。在传统的机械制造过程中，工作装配占用的结构空间比较大，所以机械设备的立方体积也相应较大，占用了很大一部分空间，阻碍了企业的发展。本文提到的这种小型化趋势主要体现在机械自动化系统上。机械自动化系统的整体性能没有变化，但其整体体积成比例下降。在机械制造过程中，目前微科技的应用范围还比较小，但由于其精度高、体积相对较小，具有广泛的应用优势，可以促进工业的良性发展。

传统机械设备制作行业，产量是企业的核心竞争力。然而在工业领域，精密机械部件转型程度成为企业的核心竞争力。机械设备制作行业，不但在生产上对体积有了更高的要求，对精密技术，科技化程度也有了更高的要求，这都是为了产出高精度的机械零部件。按照各种工艺，设置更加科学有序的运行模式。例如：在数控切割工具技术方面，国内致力于复合数控刀具的研发。并在车床上，机床的这些方面也取得了一定的成效。它不仅降低了经济成本，也充分发挥了精细加工技术的作用。如此它仍然是未来的发展指南。

3.6 模块化  当前接口的种类丰富而复杂，因为机械自动化产品的种类很多。所以，需要提高机械设备设计制造的严谨性。在机械设备的设计和制造中，不但要确保机械设备模块化的特点，还要保证机械设备满足原始设计的要求。如此这般就能够大规模增加机械设备的生产，大大降低材料成本和时间成本。目前，很多工厂已经将模块化应用到工业生产中，效果非常好，尤其是在电器产品方面，在使用模块化之后取得了很好的成效。然而，彻底使用模块化的程序是相当困难的。这是因为运行一个不合理的应用程序会产生相反的效果，会产生负面影响。因此，我们需要结合机械化生产大规模使用模块化的实际情况，使机械设计制造和自动化具有更广阔的发展前景。

4  结语

随着我国机械制造行业的技术和制度的进一步完善，机械制造逐渐脱离原有的模式，运用了科学技术与电子信息生成了自动化机械制造，其数字化、自动化的特点能够全面掌控生产过程，极大地提高了生产率，产生了现实的经济价值。总之，机械设计制造的快速发展和自动化，可以显着提高的工厂的产量，并且促进经济发展。机械设计制造及其自动化既满足当前绿色环保的生产标准和可持续发展理念又与当今国家的发展的方向相吻合。现代信息技术的繁荣兴盛，推动了机械设计制造及其自动化的进步。将智能化、机电一体化、网络化、绿色化、微型化、模块化运用到机械化设计中，既能够提升自动化机械设备的生产效率、安全性与实用性又能够节约成本、满足不同机械的需要。所以机械生产行业应该大力推行自动化机械，为我国工业发展和经济发展做出更大的贡献。

参考文献：

[1]梁喜佳，张洪伟.浅析机械设计制造及其自动化的特点与优势及发展趋势[J].科技创新与应用，2016（6）：126.

[2]邱国栋.计算机技术在机械设计制造及其自动化领域应用中的重要性分析[J].今日自动化，2021（1）：68-69.

[3]马君，孙娟红.解析机械设计制造及其自动化的技术核心[J].智库时代，2019（17）：200-201.

[4]闫杰.机械自动化设计原则与应用分析[J].建筑工程技术与设计，2017（30）：1526.

[5]赵磊.论述计算机技术在机械设计制造及其自动化领域应用中的重要性[J].信息系统工程，2020（4）：99-100.

[6]沙泽宇.机械设计制造及其自动化的发展方向论述[J].内燃机与配件，2019（10）：171-172.