自動化機械設備研發設計制造要點

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摘要：隨著科學技術日新月異的發展，尤其是當數字化和信息化無孔不入地滲入人們的生產生活時，中國的制造業已經逐步邁入高端智能自動化制造時代。自動化機械技術的應用不僅能極大地提高機械設備研發設計水平，促進設備的研發和生產，提升制造效率，而且能降低企業運營成本，改善生產安全問題。自動化機械設備研發設計及制造的思路對中國的制造業的發展具有重要意義。將對自動化機械設備的優勢和研發設計要點以及需要注意的制造要點進行分析，以期為自動化機械設備研發拋磚引玉，提供新的探究思路。

關鍵詞：自動化機械設備；設備研發；機械設計；機械制造

隨著現代科技的高速發展和進步，自動化機械也被大量應用于各行各業中，更是影響著機械制造行業的發展前景。自動化機械設備的普及是未來現代化工業發展的必經之路，因此，對其設計和制造提出了更高要求。而無論是在生產效率還是企業成本等方面，自動化技術的應用都能極大地促進機械設備研發的優化升級，克服機械設計和制造的缺陷。而自動化機械設備研發設計及制造有許多需要注意的地方，因此，本文基于自動化技術在當前機械設備中的應用，拋磚引玉地提出完善設備研發設計及制造的新視角。

1自動化技術在機械設備研發中的應用優勢

自動化技術助力機械設備制造生產，利用計算機技術進行仿真，改善了傳統人工操作的煩瑣工作流程，減少了研發成本投入，縮短了設備生產周期，提高了機械設計制造水平，且能夠自行監測運行，發現問題能迅速采取相應措施[1]。其在機械設備研發中的應用優勢如下。

1.1促進設備的研發和生產

自動化技術成為機械制造領域核心技術是因為它以數字化計算機技術為依托，通過構建控制模型進行機械設計的創新，使得很多傳統人工制造難以實現的工序得以實現，而且保證了零件精密度和生產質量，還響應了節能環保的國家號召，為機械設備的研發設計和生產制造創造了有利條件。

1.2提高設計與制造效率

應用自動化機械技術優化了機械設備設計制造的流程，很好協調了設備的設計和制造，能保障各設備平穩運行，有利于機械設備的集成化，而在集成化過程中的整體統籌會對其內部的相關設計進行優化整合，使得生產經營活動更加系統化、科學化。傳統設計和制造過程中，若出現了問題，整個設計需要推倒重來，而制造過程會中斷。應用自動化技術一旦出現問題，能及時啟動設備的應急預案，同時迅速查找、分析、解決設備問題，因此可促進機械設備高效、高質量的生產，提高其生產效率[2]。

1.3降低企業運營成本

數字化計算機技術的應用可以確保整個機械研發流程的科學、高效，有效地避免人為因素影響機械設計質量、原材料技術跟不上時代、若某個環節出現設計或制造問題便需全面重改等問題，繼而起到節約機械設計和制造成本的要求，縮短制造業產品的生產周期，同時也節約人力物力財力等，降低了企業運營成本，為公司和產業帶來諸多收益。

1.4改善生產安全問題

自動化機械技術是依托數字化計算機技術實行安全狀況、產品質量等信息監測的，如可以監控工人在崗情況、設備運行情況和實際生產情況等，能全方位地掌控生產管理狀態，最大程度地減少人為操作因素引起的安全事故，預防可能出現的安全生產風險[3]。而且在傳統的機械設計制造業生產運行的過程中，相關的設備檢驗人員需要定期對機械生產設備進行檢測，而設備運行過程中易出現安全事故，易對現場檢驗的工作人員造成生命威脅。自動化技術保障設備運行的安全，保證機械制造能更好地完成生產任務，便可降低生產事故出現的概率。

2自動化機械設備研發設計要點

自動化是機械設備的靈魂，研發設計是實現的根本。自動化機械設備發展非常迅猛，這也對其性能提出了更高的要求，因此設計者需要在不斷變化的環境中應對越來越復雜的工程技術問題，從而完成高效且富有競爭力的自動化機械設備設計方案。那么，有哪些需要注意的設計要點呢？具體如下。

2.1基于精準測算的自動化設備配置方案

自動化機械設備研發方案指由控制系統、人機界面以及運動系統所構成的方案。機電一體化硬件配置最核心的問題是運動系統與機械本體的融合與協調度。運動系統參數如何選定是自動化難點所在。如果運動系統選得過小，輕則機械裝備達不到設定的性能指標，重則須更換系統，造成浪費；如果運動系統選得過大，也就是設計裕量過大，會導致機械造價過高，能耗過大。即使運動系統的大小合適，其中也有一個驅動控制、減速器以及電動機的相互配合問題。如果它們配合不當，就會影響機械的精度或動態性能指標。在滿足機械設備動態和靜態性能指標的前提下，盡量壓縮設計裕量，降低材料用量和成本，同時在精準計算仿真手段的支持下，使運動系統最佳地適配機械本體，從而獲得一個優化的配置方案。

2.2機械設備模塊化與標準化的規范

以典型的PID（比例、積分、微分）調節器設計為例，如果PID調節器的算法在每一次應用中都要重新由項目工程師編寫源代碼，將造成工時的浪費和工作效率低下。如果將PID調節器的各種應用狀態考慮周全，使其無論是對快速和大滯后的被控對象，還是對機械控制和過程自動化的回路調節都能適用，然后將各種算法及參數作為一個可以重復使用的模塊進行封裝，這樣就可以顯著地提高工程效率，避免無謂的人力資源的浪費。針對團隊和個人，設計并執行自動化方案的標準化規范是非常重要的。從軟件的架構到模塊的接口定義，甚至到變量名稱的定義都應該有一套詳細的執行標準，一個團隊的優秀工程師們都遵循這些規范進行工作，那么，這個團隊所產出的自動化方案將不僅具有長久的生命力，而且團隊的工程效率將給企業帶來強大的競爭力。

2.3基于數字化模型仿真的工程化設計手段

自動化機械設備研發方案將機電系統的部分作為數字化模型直接與自動化系統連接，可以直接測試和優化控制算法、驗證設計改動是否合理，并無須為此生產樣機，這種設計方法使得最終的樣機一次性完成，并能夠達到滿意的設計效果。作為自動化工程師，應該學會充分利用成熟的資源和先進的技術手段，以最短的時間、最低的成本設計出性能價格比最佳的產品，這不僅是企業的需求，也是時代的要求。

2.4集成化設備管理

集成化設備管理即能夠利用有限的設備資源，在最短的時間內，高質量地完成，同時最大限度地規避風險，使企業獲得最大的收益。越來越多的設備使用了集成化技術，許多生產車間都有了集成化設備。一旦啟用集成化設備，每個單位均要新設立維修機構及人員，必然造成人力、物力和財力的極大浪費，現實的條件也是不允許的。那么應該怎樣提高機械設備的工作效率呢？隨著信息化的普及，機械制造和自動控制工程的發展，現代設備的科學管理出現了新的模式，即出現了設備使用、管理和維修各歸相關部門負責并用計算機網絡技術對設備實現綜合管理的現代化管理模式。集成化設備管理應以先進的信息技術和信息設備作為管理過程重組和重構的物質基礎，充分融合管理技術和信息技術，實現管理過程的全過程自動化、數字化和智能化。現代設備管理應當以豐富的全面管理信息為基礎，通過發達的計算機通信設備，充分利用社會信息服務于設備管理。面對更復雜的和更高技術含量的機械設備，設備管理的本質是建立規模化、集約化生產的設備維修體系，減少設備使用、儲存和維修的人員，聘請更具專業理論和實踐知識的技術人員，改變傳統大而全的維修模式，建立更完善的社會化、專業化、網絡化的設備維修體系，提高設備的維修效率，從而提高設備使用效率。

3自動化機械設備制造要點

在自動化機械設備制造的過程中，最首要的是完善研發設計，其次是保證生產制造質量，同時也要定期對設備進行監測[4]。

3.1優化設計方法

個性化方案、系列化生產設備面臨的是研發的投入、成本的控制以及靈活的反應能力。在設計制造過程中，傳統的項目研發過程是樣機隨著設計的改進一款又一款地不斷研制。這不僅意味著設計時間的冗長，更關鍵的是研制的成本或能耗無法降低，甚至一個設計人員的小失誤也會給生產廠帶來巨大的損失。可以使用設備的輕裝結構設計，其不僅能在運動控制上節省能源，也能在制造這些結構件的原材料能耗的上一個供應鏈環節實現節能。研發設計系統中的集成也為設計節能、縮短研發周期帶來了新的途徑。集成式研發設計的過程是將自動化技術融入設計，使產品由初始狀態通過單步或多步變換實現或接近理想狀態。而隨著自動化程度越來越高，對復雜設備進行集成化設計，各部分的關聯更緊密，必然伴隨著對性能和設備的可靠性的高要求，否則任何一處微小的故障必然會造成連鎖反應，造成整個裝置和設備相關環境遭受災難性的破壞，這不僅會造成巨大的經濟損失，而且會危及相關人員人身安全，后果極其嚴重。所以在設計中應同時采用設備狀態監測技術和故障診斷技術，通過狀態監測和故障診斷技術，在設備正常運行的情況下，對設備進行全維修和保養，預測維修，降低事故率，保障設備制造如期完成。

3.2保證制造質量

隨著科學技術的發展，對機械產品的加工相應地提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求，特別是對復雜型面零件的加工，提出了自動化并保證質量的要求[5]。現代自動化機械設備的設計理念是從系統性能設計開始，并貫穿設備操作、生產規劃的過程中。自動化機械設備制造需要制造部門和設計部門密切配合，要嚴格依照設計方案進行，堅決避免制造過程中產生零部件誤差。自動化機械設備制造是一個系統工程，各部門要相互協調相互配合，各制造工序才能有條不紊地進行，因此，各部門應該保持溝通，共同促進設備制造的順利進行。尤其在安全系數上，各部門除了滿足客戶要求之外，還必須考慮設備的應力集中和類型，對應力評估方式、材料應力是否均勻以及焊接接頭是否存在缺陷等因素都必須進行質量把關，以期保質保量完成制造任務。

3.3定期監測設備

企業進行設備制造必須合理使用相關制造設備，并做好設備的維護保養工作，使設備處于良好的技術狀態。自動化機械設備制造的相關檢驗人員不僅要與設計提供的數據對比，對設備是否嚴格按照行業規范和設計標準進行檢查，而且必須對零部件制造結構的合理性進行把關，檢驗零部件是否符合安全生產標準，充分考慮生產加工制造的難易度以及是否容易維修。制造完成后相關人員應認真進行設備調試、安裝，確保設備質量再驗收交付。待機械設備投入生產后，相關人員還應定期進行檢修和維護，既要定期監測自動化機械設備的各種參數，也要進行早期預判，分析設備可能出現的故障并及時排查，降低設備故障停機情況，提高設備運行的效率。

4總結

機械制造業作為其他產業的支柱工業，擔負著為國民經濟提供更多物美價廉的先進技術裝備的重任。隨著科學技術的飛速發展和社會的不斷進步，先進的生產模式對自動化設備提出了較高的要求，提升機械設備設計水平和制造質量成為重中之重。充分利用自動化機械設備的優勢，深入研究研發設計要點，注意制造要點，可提升機械設備的自動化水平，使中國自動化機械設備產業蓬勃發展。

參考文獻：

［1］潘樹鵬.機械自動化的發展前景［J］.現代制造技術與裝備，2016（5）：189-190.

［2］藍蔚原.機械自動化設備設計的安全控制管理分析［J］.現代信息科技，2019，3（14）：154-155.

［3］閔林鋒.機械自動化技術在機械制造中的應用研究［J］.中國設備工程，2021（12）：228-229.

［4］李孝芳，蔣政委.自動化機械設備研發設計及制造的要點分析［J］.決策探索，2018（11）：66-67.

［5］李靜，楊桐.淺談機械自動化在機械制造中的應用［J］.南方農機，2021，52（10）：190-191.

作者：梁宇飛 單位：長飛光纖光纜股份有限公司