机械设计及自动化技术发展方向

摘要:越来越多的新一代科学技术与机械制造业的融合发展推动着我国传统制造业朝着自动化和智能化发展，也极大助益我国智能制造2025计划的实现。以智能制造背景下我国机械设计及自动化发展方向为研究对象，探讨了我国机械设计及自动化技术的发展现状，并对其未来发展方向及关键技术的支撑做出说明。

关键词:智能制造;机械设计及自动化;发展方向

0引言

机械设计与制造是支撑我国经济稳定发展的关键技术，综合发达国家的发展历史，无不是以工业发展保障国家国际地位，我国机械设计及自动化技术的发展已经进入平稳发展的时期，同时整个社会已经进入运用人工智能等技术促进技术发展的时代，如何借助新一代数字化、智能化技术，推动我国机械设计及自动化技术升级换代，以强有力机械能力助力我国工业发展，成为当下相关学者研究的热门问题。

1智能制造的概念及特点

1．1智能制造的概念

智能制造概念的提出已有近30年历史，最初是由日本在1990年倡导的“智能制造系统IMS”国际项目中提出的，可以被认定为一种由智能机器和人类专家系统共同组成的人机一体化智能系统，其通过运用神经网络、机器学习等智能算法对制造过程中的人的各项工作活动进行取代，完成对事件的分析、推理、判断构思和决策。智能制造的提出和应用，极大地延伸了人类专家在制造过程中的脑力劳动，推动着自动化的概念向柔性化、智能化和集成化方向发展。

1．2智能制造的内涵

1．2．1数字化

数字化是智能制造的基础，智能制造旨在减少人对于制造过程的干预，使设备具有自主决策和工作的能力，相对于人对各项生产要素的主观决策分析能力，机械设备对于外部环境的感知能力较弱，因此，且由于设备的决策过程是通过计算机智能算法实现的，因此，实现传统制造向智能制造的转型升级，就必须先要实现设备运行过程的数字化。

1．2．2可视化

可视化是智能制造实现过程的必要环节，由于人类对于数字的处理也均通过计算机网络实现，当有大量生产数据出现时，仅靠人类的脑力难以进行控制和察觉，因此需要借助可视化工具，将各项生产数据表现的更为直观，有助于人类对于生产过程的检测和调整。

1．2．3自动化

自动化是实现智能制造的基础，也是将人类从制造活动中解放的有力工具，且伴随着近年来数控技术的不断发展，自动化水平也在逐年提升，通过添置自动化设备，实现生产过程的无人化，同时，自动化技术的应用也能极大保证生产过程各项活动的精准性，对于提高制造水平具有重要意义。

1．2．4协同化

任何一款产品的设计与制造过程都是分步进行的，往往需要借助多种设备依次对部件进行加工，才能实现产品的设计功能，因此，就需要不同设备之间的协调与配合。生产过程协同化主要涉及到复杂产品的生产过程，通过协同，减少生产过程中不必要的等待与迂回，进而提高整个生产过程的流畅性，是实现智能制造的重要保证。

2我国现阶段机械设计及自动化技术发展现状

尽管近年来我国的机械设计与自动化技术已经得到快速发展，但由于各项科学技术的不断应用，加快了我国智能制造计划的实现进程，不可避免对现有的机械设计及自动化技术产生冲击，具体可从以下三个方面进行概述。

2．1自主创新能力弱，科技成果转换低

自主创新能力弱，科技成果转换率低是我国现阶段机械设计及自动化技术发展面临的问题。据统计，从21世纪初，我国国家知识产权局授权的发明专利已经连续数年位居世界第一，但由于我国各项生产工艺和母机产品对国外依赖性强，导致科技成果转换不完全，对于设备的关键零部件、系统软件及高端设备产品，我国还未具备自主的生产和加工能力，这也是限制我国机械设计及自动化技术发展的关键因素。

2．2资源利用率低，环境污染严重

改革开放以来，我国因为各项生产资源丰富，吸引了大量的外国企业来到我国进行发展，快速提高了我国的设计与制造水平，同时也对于我国生态环境造成了不可磨灭的影响。由于我国的机械设计与自动化技术是在外资企业的影响下快速发展起来的，因此，现阶段各项产品的设计与使用过程中，未考虑对于生态环境的影响。根据我国近年来的环境监测公报，在全国地级及以上城市，控制质量超标的比例达到3/4。当前，我国的主要矛盾发生改变，我国的经济也从高速发展转变为高质量发展，这必然对我国机械设计制造及自动化行业产生影响。

2．3高端产品少，信息技术应用不全面

高端产品少，信息化技术应用不全面是我国现阶段机械设计制造与自动化技术面临的一大难题。改革开放40年，对我国国民经济发展产生了重大影响，如果减少生产过程对于生产资源的过度消耗，提高我国机械设计与制造过程的信息化智能化水平成为当前我国经济产业转型的一大瓶颈。在经济全球化背景下，推动信息化技术在制造业中的应用是未来工业发展的主要内容，加快我国在产品研发、设计、制造、管理和服务过程中的信息化技术应用是解决我国当前产品不够高端的主要途径。

3未来发展方向及支撑技术

3．1发展方向

综合现阶段机械设计及自动化技术发展现状，以及我国在设计研发方面的资金投入和成果转换力度，多学科耦合集成、模块化与网络化将成为未来我国机械设计及自动化技术的发展方向。

3．1．1多学科耦合集成化设计

随着人们对于产品功能的需求越来越充满个性，产品的结构也越来越复杂，仅靠单一学科的产品设计已经不能满足人们的需求，机械、电气、通信、控制等多学科耦合必然成为未来机械设计与自动化技术的发展趋势。通过多学科进行耦合，进一步减少生产过程中对于人工的依赖，利用计算机进行产品功能仿真，并具有针对性的迭代优化设计，最终实现产品功能的完备性和可靠性。

3．1．2模块化与网络化相结合

模块化与网络化的机械设计模式能统筹各项资源，将任务进行分配与整合，从而提高机械设计与自动化水平，按照设计团队的专业技能或者对产品的功能进行拆解，对任务分配，实现模块化产品设计，即并行工程作业，能极大提升设计的进程，保证产品设计的质量。同时，通过网络化，将各模块化的功能结构设计进行连接，实现各工作小组之间的资源共享和及时沟通，从而保证产品整体的工作性能，最终提升了机械设计与自动化水平。

3．2关键支撑技术

智能制造背景下机械设计与自动化技术朝着多学科耦合与网络化等方向发展，需要大量的科学技术进行支撑。

3．2．1分布式网络布局设计技术

现阶段，几乎所有的机械与自动化设计过程均在计算机上完成，分布式网络布局设计则为实现并行工程作业所必须的技术，将各工作小组团队的计算机进行连接，实现设备的交互，能有效减少因流程和资源传输导致的设计过程资源浪费。

3．2．2计算机三维可视化仿真技术

计算机三维可视化仿真技术包括两部分内容，第一是三维可视化，即通过计算机辅助设计软件，将客户的需求进行可视化呈现，与传统二维视图相比，三维可视化能直观明了的将产品细节进行展示，避免因设计问题而导致的产品报废;第二是计算机仿真技术，由于现阶段大多数产品均为多系统复杂产品，通过计算机仿真技术，将产品的工作过程进行数据化分析，找出关键点进行功能加强。

3．2．3数据云存储与共享技术

数字化是实现智能制造的基础，机械设计与自动化实现的过程会产生大量过程数据，数据云存储与共享技术能有效实现部门之间的数据交流，并通过减少纸质化存储，保证了数据的安全性和可转移性，便于后续深度开发和经验分享。

4结语

随着我国智能制造2025计划的不断实施，各项科学技术对于我国机械设计与自动化的发展产生了很大冲击，借助最新科技成果，完成我国机械设计与自动化技术的转型升级对于我国工业发展具有重要意义。

作者:李峰 单位:牡丹江大为机电有限公司