机械设计制造的数字化与智能化探析

机械设计制造的数字化与智能化探析

赵越

淮安市乾润泵业制造有限公司

摘要：数字化技术在机械设计制造中的运用，主要是根据机械产品的设计需求，采用数字建模技术与计算机辅助设计软件等，搭建机械产品的三维立体数字模型，进行设计与制造过程分析，完成机械设计与机械制造的优化调整，以缩减机械产品研发周期，提高设计制造可行性，获取最佳的研发效益。

关键词：机械设计制造；数字化；智能化探析

引言

近些年，以大数据、物联网、云计算及人工智能等为代表的新技术正与传统机械制造产业融合创新发展，为传统机械制造业带来了新生机。新时代，新征程，加快推进国产装备智能制造，建设制造强国，是落实工业化与信息化深度融合的重要举措。机械设计制造产业在国民经济发展中发挥了关键作用，是实现各领域、各行业和各产业转型升级的重要基础保障，同时机械设计制造业也是国家军事稳定与国家安全的重要保证。我国进入新发展阶段，在国际上的地位逐渐提升，着重发展先进制造业俨然已成为我国社会经济稳步发展的重要战略。

1.数字化技术的内涵

机械设计制造领域内的数字化技术，是以计算机为载体，以信息技术、互联网及软件应用为支撑，对机械进行设计与制造的技术，可以实现机械的数字化设计与数字化制造，贯穿机械产品开发整个过程。数字化技术在机械产品设计、分析、装配、制造等全过程的应用，需要借助构建的机械产品数字模型，从设计开始至制造结束进行全过程的模拟，还可以进行机械产品制造阶段的生产材料和生产成本计算、生产计划制定，以及机械制造过程的风险分析等，从而制定最佳的生产方案，在提高设计可行性的同时，缩短机械设计制造研发周期，加快机械产品上市的速度，最终为机械生产制造企业创造最大的经济效益。

2.机械设计制造中应用的数字化、智能化关键技术

2.1计算机辅助设计技术

计算机辅助设计技术是依托计算机技术对机械产品进行结构、功能方面的设计。在机械产品生产制造过程中，通常需要依靠精确的设计图纸来保障机械产品设计与加工的进行，传统的手绘图纸方式存在工作量大、易出错和效率低等问题，影响了机械产品设计阶段的工作时效性，在应用CAD、CAM等绘图软件后，显著提升了绘制的质量与效率，保障了产品加工的精准度，还有利于设计人员清晰掌握产品内部构造及尺寸参数信息等，方便技术人员及时发现产品内部缺陷并进行方案优化，保证了机械产品的质量可靠性。近几年，在人工智能技术的快速发展下，专家系统技术推动了CAD技术朝着人工智能和知识工程方向发展，即所谓的ICAD（IntelligentCAD）。ICAD技术主要包含3方面内容，即知识利用、相关设计知识的表示、建模方法及ICAD体系的整体构建。而支持变型设计及概念设计是ICAD中的关键技术，在机械产品设计与制造中引入ICAD技术，可有效解决企业设计开发人员在设计过程当中面临的信息资源整体利用不高、重复性设计等问题，可有效缩短产品设计周期，具有良好的经济性。

2.2并行设计技术

并行设计技术是在机械产品设计的初始阶段，针对机械产品设计、分析、制造、装配、检验、质量等进行综合性的考虑，对机械产品进行并行、集成和一体化的设计，可以缩短产品开发的周期。并行设计技术与异地协同设计系统有着相同之处，但并行设计技术进行的是产品全生命周期的设计，参与设计的主体有多个学科小组与多个相关部门，实现方案论证与需求分析、方案设计的协同[3]，方案设计与工程分析、技术设计及设计反馈的协同推进，以及技术设计与施工设计、工艺规划、制造装配、加工反馈等的并行。技术运用的关键点是并行设计过程建模、机械产品数据的集成、建立产品的数字模型。机械产品设计涉及多个领域与多个部门，需基于计算机网络建立网络协同作业组，以及建立集成化的机械产品模型，满足协同合作对产品动态修改的需要。

2.3数据中心及数据安全

在数据中心方面，建设标准化机房，采用不间断电源供电及模块化机柜，确保服务器不间断运行。使用虚拟化服务器和云平台，确保为系统提供高效、稳定、可靠的应用服务。在数据安全方面，建立数据安全防范预案，从多方面确保企业数据的安全。设置备份容灾功能，采用备份一体机进行数据及系统备份，从而保证系统的完整性，确保数据安全。在系统设置中，明确企业员工的权责，分级别授予系统权限，加装防火墙和杀毒软件，确保员工进出系统安全。加装网络安全设施，确保系统数据不受外部攻击。

2.4自动化技术应用于机械产品智能化设计制造

自动化技术在机械产品智能化设计制造中得到了良好的应用，促进机械设计制造向着更加智能化、现代化的方向发展。首先，机械产品智能化设计制造就在于使机械设备能够按照特定的程序准确运行，并且能够在遇到问题时候自动停止运行并及时生成报告，从而减轻工作人员负担。自动化技术的合理应用能够对高科技仪器设备进行有效的操作控制，提高设备智能化水平，同时提高了机械设计制造效率。其次，在机械设计制造中应用自动化技术，通过先进的数据分析软件能够对机械设备运行过程中生产的数据进行准确处理，推动其朝着更加智能化的方向发展。

2.5柔性技术

柔性技术是综合自动化技术与信息技术为一体的现代化机械制造技术。该技术是以计算机技术、数据库技术为依托，组建成覆盖所有机械制造系统的控制网，改变了机械设计、生产制造、运营销售“各自为政”的局面，提升机械制造适应水平。技术人员可以根据最新的机械制造工艺要求、流程、理念对现有机械制造计划与资源进行适当调整，使企业各部门形成内在合力，以最低风险、最小成本展开最大效益化的机械制造活动。与传统刚性技术相比，柔性技术是以设备、工艺、运行柔性为前提，灵活完成小批量、多元化的机械制造任务，使现代化机械制造更加适应多样化市场需求。以柔性制造线（FML）为例，该生产线主要由自动化加工设备、工件运输系统、控制系统组成，且对物料搬运柔性机制要求较低，借助分散型控制体系与离散型生产模式，高效完成机械制造生产目标。

2.6人工神经网络技术的运用

设计人员在机械设计中，采用结构分析法对机械基本结构进行分析，完成机械样本设计，然后基于样本构建神经网络系统，训练样本数据，对机械产品进行结构的优化设计。在机械产品系列化设计中，产品性能有着多目标性，采用多个目标函数与设计变量，运用线性加权法进行优化设计。一是根据机械产品设计的需要，构建一个BP神经网络，在神经网络中输入设计变量；二是以目标函数为输出向量，整合数据后利用经验数据使用全局优化算法，进行数据网络的训练，确定设计变量与目标函数之间的空间映射关系；三是根据该映射关系进行机械系列产品设计，确定实际设计中的设计变量数据，完成机械产品多目标的优化设计。

结束语

综上所述，随着数字化设计技术在机械领域的深度应用，有利于推动机械设计制造产业的高质量、智能化发展。今后，随着机械设备结构、功能需求类型的多样化与复杂化，企业要进一步缩短机械产品设计周期、节约开发成本和保证产品质量可靠性，充分发挥现代数字化设计制造技术的先天优势，树立先进的制造理念，全面提升我国机械设计制造的智能化水平，为我国社会经济高质量发展贡献绵薄之力。

参考文献

[1]段小东，顾立志.机械产品的数字化设计特点与技术进展[J].机械工程师，2017（12）：37-40.

[2]石鹏，邓嫄媛，周黎明，等.现代数字化设计制造技术在机械设计制造上的应用[J].农业装备研发，2022（7）：146-148.

[3]姚宇轩.基于人工智能的机械设计制造及其自动化实践[J].科技资讯，2020，18（5）：31-32.

[4]王伟.技术及在重型机械企业中的应用价值[J].重型机械，2003（6）：6-9.

[5]吴昊，江洁.三维数字化工艺设计系统在机械制造中的应用[J].机械管理开发，2022（2）：314-316.