淺談自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)制造要點(diǎn)

1、淺談自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)制造要點(diǎn)摘要：隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，尤其是當(dāng)數(shù)字化和信息化無孔不入地滲入人們的生產(chǎn)生活時(shí)，中國的制造業(yè)已經(jīng)逐步邁入高端智能自動(dòng)化制造時(shí)代。自動(dòng)化機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用不僅能極大地提高機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)，提升制造效率，而且能降低企業(yè)運(yùn)營成本，改善生產(chǎn)安全問題。自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)及制造的思路對(duì)中國的制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。將對(duì)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備的優(yōu)勢(shì)和研發(fā)設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及需要注意的制造要點(diǎn)進(jìn)行分析，以期為自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備研發(fā)拋磚引玉，提供新的探究思路。關(guān)鍵詞：自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備；設(shè)備研發(fā)；機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械制造隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展和進(jìn)步，自動(dòng)化機(jī)械也被大量應(yīng)用

2、于各行各業(yè)中，更是影響著機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展前景。自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備的普及是未來現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路，因此，對(duì)其設(shè)計(jì)和制造提出了更高要求。而無論是在生產(chǎn)效率還是企業(yè)成本等方面，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用都能極大地促進(jìn)機(jī)械設(shè)備研發(fā)的優(yōu)化升級(jí)，克服機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的缺陷。而自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)及制造有許多需要注意的地方，因此，本文基于自動(dòng)化技術(shù)在當(dāng)前機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用，拋磚引玉地提出完善設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)及制造的新視角。1自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)備研發(fā)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)自動(dòng)化技術(shù)助力機(jī)械設(shè)備制造生產(chǎn)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行仿真，改善了傳統(tǒng)人工操作的煩瑣工作流程，減少了研發(fā)成本投入，縮短了設(shè)備生產(chǎn)周期，提高了機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平，且能夠自

3、行監(jiān)測(cè)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)問題能迅速采取相應(yīng)措施1。其在機(jī)械設(shè)備研發(fā)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下。1.1促進(jìn)設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)成為機(jī)械制造領(lǐng)域核心技術(shù)是因?yàn)樗詳?shù)字化計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托，通過構(gòu)建控制模型進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，使得很多傳統(tǒng)人工制造難以實(shí)現(xiàn)的工序得以實(shí)現(xiàn)，而且保證了零件精密度和生產(chǎn)質(zhì)量，還響應(yīng)了節(jié)能環(huán)保的國家號(hào)召，為機(jī)械設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造創(chuàng)造了有利條件。1.2提高設(shè)計(jì)與制造效率應(yīng)用自動(dòng)化機(jī)械技術(shù)優(yōu)化了機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)制造的流程，很好協(xié)調(diào)了設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造，能保障各設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行，有利于機(jī)械設(shè)備的集成化，而在集成化過程中的整體統(tǒng)籌會(huì)對(duì)其內(nèi)部的相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化整合，使得生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)更加系統(tǒng)化、科學(xué)化。傳

4、統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造過程中，若出現(xiàn)了問題，整個(gè)設(shè)計(jì)需要推倒重來，而制造過程會(huì)中斷。應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)一旦出現(xiàn)問題，能及時(shí)啟動(dòng)設(shè)備的應(yīng)急預(yù)案，同時(shí)迅速查找、分析、解決設(shè)備問題，因此可促進(jìn)機(jī)械設(shè)備高效、高質(zhì)量的生產(chǎn)，提高其生產(chǎn)效率2。1.3降低企業(yè)運(yùn)營成本數(shù)字化計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以確保整個(gè)機(jī)械研發(fā)流程的科學(xué)、高效，有效地避免人為因素影響機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量、原材料技術(shù)跟不上時(shí)代、若某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)設(shè)計(jì)或制造問題便需全面重改等問題，繼而起到節(jié)約機(jī)械設(shè)計(jì)和制造成本的要求，縮短制造業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，同時(shí)也節(jié)約人力物力財(cái)力等，降低了企業(yè)運(yùn)營成本，為公司和產(chǎn)業(yè)帶來諸多收益。1.4改善生產(chǎn)安全問題自動(dòng)化機(jī)械技術(shù)是依托數(shù)字化計(jì)算機(jī)技術(shù)

5、實(shí)行安全狀況、產(chǎn)品質(zhì)量等信息監(jiān)測(cè)的，如可以監(jiān)控工人在崗情況、設(shè)備運(yùn)行情況和實(shí)際生產(chǎn)情況等，能全方位地掌控生產(chǎn)管理狀態(tài)，最大程度地減少人為操作因素引起的安全事故，預(yù)防可能出現(xiàn)的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)3。而且在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的過程中，相關(guān)的設(shè)備檢驗(yàn)人員需要定期對(duì)機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，而設(shè)備運(yùn)行過程中易出現(xiàn)安全事故，易對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的工作人員造成生命威脅。自動(dòng)化技術(shù)保障設(shè)備運(yùn)行的安全，保證機(jī)械制造能更好地完成生產(chǎn)任務(wù)，便可降低生產(chǎn)事故出現(xiàn)的概率。2自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)要點(diǎn)自動(dòng)化是機(jī)械設(shè)備的靈魂，研發(fā)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)的根本。自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備發(fā)展非常迅猛，這也對(duì)其性能提出了更高的要求，因此設(shè)計(jì)者需要在不斷變化

6、的環(huán)境中應(yīng)對(duì)越來越復(fù)雜的工程技術(shù)問題，從而完成高效且富有競(jìng)爭(zhēng)力的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)方案。那么，有哪些需要注意的設(shè)計(jì)要點(diǎn)呢？具體如下。2.1基于精準(zhǔn)測(cè)算的自動(dòng)化設(shè)備配置方案自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備研發(fā)方案指由控制系統(tǒng)、人機(jī)界面以及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)所構(gòu)成的方案。機(jī)電一體化硬件配置最核心的問題是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械本體的融合與協(xié)調(diào)度。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)如何選定是自動(dòng)化難點(diǎn)所在。如果運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)選得過小，輕則機(jī)械裝備達(dá)不到設(shè)定的性能指標(biāo)，重則須更換系統(tǒng)，造成浪費(fèi)；如果運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)選得過大，也就是設(shè)計(jì)裕量過大，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械造價(jià)過高，能耗過大。即使運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的大小合適，其中也有一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制、減速器以及電動(dòng)機(jī)的相互配合問題。如果它們配合不當(dāng)，就會(huì)影

7、響機(jī)械的精度或動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在滿足機(jī)械設(shè)備動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能指標(biāo)的前提下，盡量壓縮設(shè)計(jì)裕量，降低材料用量和成本，同時(shí)在精準(zhǔn)計(jì)算仿真手段的支持下，使運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)最佳地適配機(jī)械本體，從而獲得一個(gè)優(yōu)化的配置方案。2.2機(jī)械設(shè)備模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范以典型的PID（比例、積分、微分）調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為例，如果PID調(diào)節(jié)器的算法在每一次應(yīng)用中都要重新由項(xiàng)目工程師編寫源代碼，將造成工時(shí)的浪費(fèi)和工作效率低下。如果將PID調(diào)節(jié)器的各種應(yīng)用狀態(tài)考慮周全，使其無論是對(duì)快速和大滯后的被控對(duì)象，還是對(duì)機(jī)械控制和過程自動(dòng)化的回路調(diào)節(jié)都能適用，然后將各種算法及參數(shù)作為一個(gè)可以重復(fù)使用的模塊進(jìn)行封裝，這樣就可以顯著地提高工程效率，避免無謂

8、的人力資源的浪費(fèi)。針對(duì)團(tuán)隊(duì)和個(gè)人，設(shè)計(jì)并執(zhí)行自動(dòng)化方案的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范是非常重要的。從軟件的架構(gòu)到模塊的接口定義，甚至到變量名稱的定義都應(yīng)該有一套詳細(xì)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)團(tuán)隊(duì)的優(yōu)秀工程師們都遵循這些規(guī)范進(jìn)行工作，那么，這個(gè)團(tuán)隊(duì)所產(chǎn)出的自動(dòng)化方案將不僅具有長久的生命力，而且團(tuán)隊(duì)的工程效率將給企業(yè)帶來強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。2.3基于數(shù)字化模型仿真的工程化設(shè)計(jì)手段自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備研發(fā)方案將機(jī)電系統(tǒng)的部分作為數(shù)字化模型直接與自動(dòng)化系統(tǒng)連接，可以直接測(cè)試和優(yōu)化控制算法、驗(yàn)證設(shè)計(jì)改動(dòng)是否合理，并無須為此生產(chǎn)樣機(jī)，這種設(shè)計(jì)方法使得最終的樣機(jī)一次性完成，并能夠達(dá)到滿意的設(shè)計(jì)效果。作為自動(dòng)化工程師，應(yīng)該學(xué)會(huì)充分利用成熟的資源和先

9、進(jìn)的技術(shù)手段，以最短的時(shí)間、最低的成本設(shè)計(jì)出性能價(jià)格比最佳的產(chǎn)品，這不僅是企業(yè)的需求，也是時(shí)代的要求。2.4集成化設(shè)備管理集成化設(shè)備管理即能夠利用有限的設(shè)備資源，在最短的時(shí)間內(nèi)，高質(zhì)量地完成，同時(shí)最大限度地規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，使企業(yè)獲得最大的收益。越來越多的設(shè)備使用了集成化技術(shù)，許多生產(chǎn)車間都有了集成化設(shè)備。一旦啟用集成化設(shè)備，每個(gè)單位均要新設(shè)立維修機(jī)構(gòu)及人員，必然造成人力、物力和財(cái)力的極大浪費(fèi)，現(xiàn)實(shí)的條件也是不允許的。那么應(yīng)該怎樣提高機(jī)械設(shè)備的工作效率呢？隨著信息化的普及，機(jī)械制造和自動(dòng)控制工程的發(fā)展，現(xiàn)代設(shè)備的科學(xué)管理出現(xiàn)了新的模式，即出現(xiàn)了設(shè)備使用、管理和維修各歸相關(guān)部門負(fù)責(zé)并用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)設(shè)

10、備實(shí)現(xiàn)綜合管理的現(xiàn)代化管理模式。集成化設(shè)備管理應(yīng)以先進(jìn)的信息技術(shù)和信息設(shè)備作為管理過程重組和重構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)，充分融合管理技術(shù)和信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管理過程的全過程自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化?，F(xiàn)代設(shè)備管理應(yīng)當(dāng)以豐富的全面管理信息為基礎(chǔ)，通過發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī)通信設(shè)備，充分利用社會(huì)信息服務(wù)于設(shè)備管理。面對(duì)更復(fù)雜的和更高技術(shù)含量的機(jī)械設(shè)備，設(shè)備管理的本質(zhì)是建立規(guī)?；⒓s化生產(chǎn)的設(shè)備維修體系，減少設(shè)備使用、儲(chǔ)存和維修的人員，聘請(qǐng)更具專業(yè)理論和實(shí)踐知識(shí)的技術(shù)人員，改變傳統(tǒng)大而全的維修模式，建立更完善的社會(huì)化、專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備維修體系，提高設(shè)備的維修效率，從而提高設(shè)備使用效率。3自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備制造要點(diǎn)在自動(dòng)化機(jī)械設(shè)

11、備制造的過程中，最首要的是完善研發(fā)設(shè)計(jì)，其次是保證生產(chǎn)制造質(zhì)量，同時(shí)也要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)4。3.1優(yōu)化設(shè)計(jì)方法個(gè)性化方案、系列化生產(chǎn)設(shè)備面臨的是研發(fā)的投入、成本的控制以及靈活的反應(yīng)能力。在設(shè)計(jì)制造過程中，傳統(tǒng)的項(xiàng)目研發(fā)過程是樣機(jī)隨著設(shè)計(jì)的改進(jìn)一款又一款地不斷研制。這不僅意味著設(shè)計(jì)時(shí)間的冗長，更關(guān)鍵的是研制的成本或能耗無法降低，甚至一個(gè)設(shè)計(jì)人員的小失誤也會(huì)給生產(chǎn)廠帶來巨大的損失。可以使用設(shè)備的輕裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其不僅能在運(yùn)動(dòng)控制上節(jié)省能源，也能在制造這些結(jié)構(gòu)件的原材料能耗的上一個(gè)供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。研發(fā)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的集成也為設(shè)計(jì)節(jié)能、縮短研發(fā)周期帶來了新的途徑。集成式研發(fā)設(shè)計(jì)的過程是將自動(dòng)化技術(shù)融入

12、設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品由初始狀態(tài)通過單步或多步變換實(shí)現(xiàn)或接近理想狀態(tài)。而隨著自動(dòng)化程度越來越高，對(duì)復(fù)雜設(shè)備進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)，各部分的關(guān)聯(lián)更緊密，必然伴隨著對(duì)性能和設(shè)備的可靠性的高要求，否則任何一處微小的故障必然會(huì)造成連鎖反應(yīng)，造成整個(gè)裝置和設(shè)備相關(guān)環(huán)境遭受災(zāi)難性的破壞，這不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)危及相關(guān)人員人身安全，后果極其嚴(yán)重。所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)同時(shí)采用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)和故障診斷技術(shù)，通過狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)，在設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全維修和保養(yǎng)，預(yù)測(cè)維修，降低事故率，保障設(shè)備制造如期完成。3.2保證制造質(zhì)量隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的加工相應(yīng)地提出了高精度、高柔性與高度自動(dòng)化的要求

13、，特別是對(duì)復(fù)雜型面零件的加工，提出了自動(dòng)化并保證質(zhì)量的要求5?，F(xiàn)代自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)理念是從系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)開始，并貫穿設(shè)備操作、生產(chǎn)規(guī)劃的過程中。自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備制造需要制造部門和設(shè)計(jì)部門密切配合，要嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，堅(jiān)決避免制造過程中產(chǎn)生零部件誤差。自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備制造是一個(gè)系統(tǒng)工程，各部門要相互協(xié)調(diào)相互配合，各制造工序才能有條不紊地進(jìn)行，因此，各部門應(yīng)該保持溝通，共同促進(jìn)設(shè)備制造的順利進(jìn)行。尤其在安全系數(shù)上，各部門除了滿足客戶要求之外，還必須考慮設(shè)備的應(yīng)力集中和類型，對(duì)應(yīng)力評(píng)估方式、材料應(yīng)力是否均勻以及焊接接頭是否存在缺陷等因素都必須進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)，以期保質(zhì)保量完成制造任務(wù)。3.3定期監(jiān)測(cè)設(shè)

14、備企業(yè)進(jìn)行設(shè)備制造必須合理使用相關(guān)制造設(shè)備，并做好設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作，使設(shè)備處于良好的技術(shù)狀態(tài)。自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備制造的相關(guān)檢驗(yàn)人員不僅要與設(shè)計(jì)提供的數(shù)據(jù)對(duì)比，對(duì)設(shè)備是否嚴(yán)格按照行業(yè)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查，而且必須對(duì)零部件制造結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行把關(guān)，檢驗(yàn)零部件是否符合安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮生產(chǎn)加工制造的難易度以及是否容易維修。制造完成后相關(guān)人員應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行設(shè)備調(diào)試、安裝，確保設(shè)備質(zhì)量再驗(yàn)收交付。待機(jī)械設(shè)備投入生產(chǎn)后，相關(guān)人員還應(yīng)定期進(jìn)行檢修和維護(hù)，既要定期監(jiān)測(cè)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備的各種參數(shù)，也要進(jìn)行早期預(yù)判，分析設(shè)備可能出現(xiàn)的故障并及時(shí)排查，降低設(shè)備故障停機(jī)情況，提高設(shè)備運(yùn)行的效率。4總結(jié)機(jī)械制造業(yè)作為其他產(chǎn)業(yè)的支柱工業(yè)，擔(dān)負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)提供更多物美價(jià)廉的先進(jìn)技術(shù)裝備的重任。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，先進(jìn)的生產(chǎn)模式對(duì)自動(dòng)化設(shè)備提出了較高的要求，提升機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)水平和制造質(zhì)量成為重中之重。充分利用自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，深入研究研發(fā)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，注意制造要點(diǎn)，可提升機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化水平，使中國自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。參考文獻(xiàn)：1潘樹鵬.機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展