計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的作用

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摘要:機(jī)械工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，是中國(guó)制造的脊梁。機(jī)械設(shè)計(jì)的智能化、精準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化，可以提高機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。本文基于我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)的現(xiàn)狀，闡述了機(jī)械設(shè)計(jì)制造中計(jì)算機(jī)技術(shù)的具體應(yīng)用，分析了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其集成應(yīng)用中計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:機(jī)械設(shè)計(jì)制造;計(jì)算機(jī)應(yīng)用;智能化;集成化;綠色化

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各行業(yè)的發(fā)展已突破信息孤島的范疇，集成化、智能化在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的作用也越來(lái)越重要。隨著機(jī)械制造行業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求、應(yīng)用集成范圍也在不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普遍應(yīng)用，使機(jī)械設(shè)計(jì)在保證精準(zhǔn)程度的同時(shí)，也推動(dòng)了機(jī)械制造業(yè)不斷朝著精細(xì)化、智能化和集成化方向發(fā)展。因此，將計(jì)算機(jī)技術(shù)融入機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的現(xiàn)狀

機(jī)械工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，是中國(guó)制造的脊梁。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施投資逐步放緩，市場(chǎng)對(duì)裝備產(chǎn)品的需求依然低迷，產(chǎn)能過(guò)剩的矛盾日益突出，機(jī)械工業(yè)面臨的主要問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，完成產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。

1．1高端設(shè)備不能完全實(shí)現(xiàn)內(nèi)部供給，核心技術(shù)較大程度依賴進(jìn)口

我國(guó)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了高端機(jī)械裝備的自主化研發(fā)和生產(chǎn)，但缺乏核心技術(shù)，核心零部件的研發(fā)明顯落后于主機(jī)的發(fā)展。目前在高端機(jī)械設(shè)備所需的材料和技術(shù)中，25%的材料完全依賴進(jìn)口，部分材料雖然能實(shí)現(xiàn)自給自足，但仍存在質(zhì)量和性能不穩(wěn)定等問(wèn)題，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量形象仍有較大差距。

1．2企業(yè)缺乏科技創(chuàng)新能力，兩化融合有待進(jìn)一步推進(jìn)

科技創(chuàng)新能力弱是制約機(jī)械工業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型的主要問(wèn)題。我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的R＆D經(jīng)費(fèi)投入遠(yuǎn)低于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)械制造業(yè)，創(chuàng)新型科技人才短缺，企業(yè)新產(chǎn)品的研發(fā)和測(cè)試條件不足，企業(yè)內(nèi)部各環(huán)節(jié)集成化程度較低，多數(shù)企業(yè)還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)信息化和工業(yè)化的融合，“互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)”的企業(yè)模式還在逐步探索中。

1．3公共技術(shù)性服務(wù)體系不完善，服務(wù)型制造不能滿足需求

我國(guó)機(jī)械工業(yè)公共技術(shù)性服務(wù)供給缺乏嚴(yán)重，不能滿足行業(yè)發(fā)展的要求。現(xiàn)有的管理水平已經(jīng)明顯落后于產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步對(duì)公共技術(shù)和公益性服務(wù)的需求。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定落后于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求，國(guó)際公認(rèn)的檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)較少。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)機(jī)械工業(yè)過(guò)于依賴實(shí)物產(chǎn)品生產(chǎn)，不注重服務(wù)活動(dòng)對(duì)產(chǎn)品品牌的影響，缺少能夠提供整體解決方案的企業(yè)。“生產(chǎn)+服務(wù)”運(yùn)營(yíng)模式有待進(jìn)一步完善。

2計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用分析

隨著機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)向智能化、集成化發(fā)展，計(jì)算機(jī)及其輔助技術(shù)在其領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2．1計(jì)算機(jī)輔助集成應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是以計(jì)算機(jī)為工具，應(yīng)用科學(xué)的方法輔助人在特定應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)完成任務(wù)的軟件。這些軟件既可以在宏觀上進(jìn)行總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也可以在微觀上用于詳細(xì)設(shè)計(jì)，又能夠建立三維模型，并可以快速地進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的標(biāo)注和修改，制圖效果更加清晰可視化。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的輔助工具不僅能增加機(jī)械設(shè)計(jì)的規(guī)范化及精準(zhǔn)度，而且也可以減少人工操作，極大地簡(jiǎn)化了機(jī)械設(shè)計(jì)的流程，大大地提高了工作效率。另外通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，還能夠真實(shí)地展現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)效果，便于項(xiàng)目組成員之間的商榷，提高機(jī)械設(shè)計(jì)的整體水平和效率。例如SolidWorks軟件，能夠多視角地展示不同設(shè)計(jì)方案，便于項(xiàng)目組成員之間的便捷溝通，減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率，它便捷的操作及獨(dú)有的拖拽功能可以在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配聯(lián)合設(shè)計(jì)，提高了工作效率，完善了產(chǎn)品質(zhì)量，更及時(shí)高效地服務(wù)市場(chǎng)。

2．23D打印技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的模型制造，會(huì)產(chǎn)生很多廢料，生產(chǎn)成本很高，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，方案調(diào)整費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。3D打印機(jī)是一種應(yīng)用快速成型技術(shù)，以計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，以可黏合的臘材、粉末狀金屬或塑料等為線材，通過(guò)逐層的打印黏合來(lái)構(gòu)造物體。該技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中被廣泛應(yīng)用，為制造業(yè)的定制化和小批量生產(chǎn)及功能件測(cè)試提供穩(wěn)定動(dòng)力。3D打印技術(shù)可以方便客戶自主選擇合適的打印線材，打印出靈活多樣的構(gòu)件，無(wú)須設(shè)計(jì)模具進(jìn)行機(jī)械加工，就能根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形設(shè)計(jì)生成任何形狀的零件，制作模具原型，直接打印產(chǎn)品。這樣就可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的不足，幫助設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)并給予完善。根據(jù)3D模型機(jī)型自主安裝，能夠有效地減少煩瑣的裝配流程，將精力集中于產(chǎn)品的質(zhì)量，優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，同時(shí)可以有效降低產(chǎn)品的檢測(cè)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2．3計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是利用系統(tǒng)模型，以計(jì)算機(jī)為工具，以相似原理、信息技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)為依據(jù)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，對(duì)現(xiàn)實(shí)中或想象中的對(duì)象進(jìn)行試驗(yàn)研究的一門綜合性技術(shù)。它具有高效、安全、可重復(fù)和不受氣候、場(chǎng)地、時(shí)間限制的優(yōu)勢(shì)，已成為人類認(rèn)識(shí)自然、改造自然不可或缺的手段。在過(guò)去機(jī)械產(chǎn)品的制造過(guò)程中，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)往往比較煩瑣，缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和交互平臺(tái)，需要投入較多的時(shí)間和成本，后期的修改費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用，為機(jī)械設(shè)計(jì)的論證、研制、生產(chǎn)、使用和后期的維護(hù)過(guò)程，提供一個(gè)等比例的仿真模型，有利于機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中的修改，能夠減少試驗(yàn)材料的浪費(fèi)，降低產(chǎn)品的成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高資金的使用效率。

2．4計(jì)算機(jī)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床是一種以計(jì)算機(jī)控制程序?yàn)楹诵牡淖詣?dòng)化機(jī)床，主要應(yīng)用于復(fù)雜、精密零配件的加工，是一種具有高柔性、高效性的自動(dòng)化機(jī)床。計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)和數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通道和數(shù)控機(jī)床開(kāi)放接口進(jìn)行有效連通，將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和數(shù)控機(jī)床進(jìn)行無(wú)縫集成，通過(guò)設(shè)計(jì)模塊的數(shù)據(jù)采集，智能識(shí)別設(shè)計(jì)模型中的資料數(shù)據(jù)，形成圖像的動(dòng)態(tài)仿真，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控指令，形成數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用程序。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，數(shù)控機(jī)床與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的集成度將進(jìn)一步提高，數(shù)控機(jī)床還需向高速度、高精度、高穩(wěn)定、柔性化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)，才能使現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造加工更加靈活、高效，真正意義上實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。

3機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)分析

3．1機(jī)械設(shè)計(jì)制造智能化

在全面倡導(dǎo)各行各業(yè)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的今天，機(jī)械制造業(yè)的智能化已成為我國(guó)工業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。智能化技術(shù)提高了工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)效率，改善了人們的日常生活，在機(jī)械制造中以智能化的方式進(jìn)行操作，不僅可以避免人工操作時(shí)的一些誤差，而且能提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的保密性，提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造信息化水平。利用智能化管理，使管理者能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及時(shí)地了解生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況，提前預(yù)警，確保設(shè)備正常運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率。智能化是機(jī)械設(shè)計(jì)制造未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，智能化已經(jīng)深入到機(jī)械設(shè)計(jì)制造的眾多環(huán)節(jié)之中，只有有效地利用該技術(shù)，才能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，提升整個(gè)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，適應(yīng)不斷發(fā)展的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。

3．2機(jī)械設(shè)計(jì)制造集成化

機(jī)械設(shè)計(jì)制造的集成化是大數(shù)據(jù)時(shí)代工業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一，它能推動(dòng)實(shí)體企業(yè)在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等重要領(lǐng)域的深度應(yīng)用，改變制造業(yè)產(chǎn)業(yè)模式和企業(yè)形態(tài)，促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，使得制造領(lǐng)域從傳統(tǒng)的計(jì)劃制定、設(shè)計(jì)加工、裝備、調(diào)試擴(kuò)展到產(chǎn)品的調(diào)研、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和銷售領(lǐng)域，利用現(xiàn)代制造系統(tǒng)的并行作業(yè)、虛擬仿真、遠(yuǎn)程操作與監(jiān)視等手段，保障機(jī)械制造業(yè)的集成化發(fā)展。采用數(shù)字化技術(shù)，可以有效的完成數(shù)字圖像的整合和分析，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)工作的程序，確保工作的成效以及質(zhì)量。集成化設(shè)計(jì)技術(shù)比傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)更靈活，產(chǎn)品的信息更加全面，不局限地域、不局限于一個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，能高效保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的完整性，同時(shí)在互聯(lián)網(wǎng)信息化的依托下實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)合作設(shè)計(jì)，以規(guī)范化的數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，通過(guò)小組分工合作模式完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)、功能測(cè)試，提高工作效率。互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大了機(jī)械產(chǎn)品的傳播范圍，可以充分利用方便快捷的網(wǎng)絡(luò)渠道，擬定科學(xué)的銷售模式，降低成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3．3機(jī)械設(shè)計(jì)制造綠色化

綠色發(fā)展是這個(gè)時(shí)代的主基調(diào)。機(jī)械制造業(yè)也應(yīng)該向著綠色環(huán)保方向改革創(chuàng)新。傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品體積較大，能源消耗高，費(fèi)時(shí)費(fèi)料，不僅浪費(fèi)資源，而且污染環(huán)境。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，提高了機(jī)械制造業(yè)節(jié)能高效的應(yīng)用水平。例如計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能夠節(jié)約材料，3D打印技術(shù)能夠減少?gòu)U棄副產(chǎn)品，減少對(duì)環(huán)境的污染，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中選用節(jié)能環(huán)保的材料，加強(qiáng)資源的循環(huán)使用，利用智能化技術(shù)可以在產(chǎn)品制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)，不僅實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)向低碳化、綠色化發(fā)展。總之，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)中已經(jīng)非常普遍，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，能有效提高該行業(yè)的技術(shù)應(yīng)用水平，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合，提升我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，使其向著智能化制造業(yè)方向穩(wěn)步發(fā)展。

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作者：包英力 單位：東北大學(xué)