自动化技术在机械设计制造中的应用

毛泽 张杰鑫 李天娇

摘 要：随着科技的发展，自动化技术已广泛应用于各个行业和领域，如机械工程、制造业、医药、工业、交通运输等各领域。自动化技术的出现，在减少各行业人力和物力的同时也提高了各行业的经济效益和生产效率，并以其精准度被广泛应用于机械设计和制造领域，自动化技术通过模糊推理和神经网络的方式确保计算的精度，从而使自动化技术和机械设计相辅相成、共同发展。

关键词：自动化技术;机械设计;制造领域;应用

信息行业的飞速发展使得自动化技术解放人力成为必然结果，其与各行业的完美融合在促进经济发展和生产效率的同时也展现了我国信息行业的进步。机械设计的发展经历了人工操作、动力操作、信息传输的过程。随着科技的发展，现已经完美使用了信息传输，即将传统的人工解析指令或参数发展成设备自动化技术，其根据遥感技术、反馈原理、数据原理等技术，将预存数据生成可执行的指令程序，以替代人工输入程序，功能类似于人的大脑，两者共同发展，相互促进。设备自动化技术不仅减轻人力和成本，更使得我国的机械设计与国际接轨，迈出了一大步。

1 自动化技术

近年来科学技术的不断突破，使得制造业迎来了难得的发展机遇期，机械制造工业也得到了极大的发展。机械自动化技术属于先进制造的一个重要部分，机械自动化技术的使用和普及是制造业发展和革新的主流方式，同时其还对整个国民经济体系带来了重大的影响。

自动化技术发展初期，多以传统的人工控制为主，人工控制时效性差、精准度低，且时常出现人身安全问题，因此自动化技术应运而生。自动化技术是指在机器设备、仪表仪盘等设备中嵌入芯片，芯片会接收外界的程序或指令，设备会根据指令自行调节和加工，同时也会根据输入的参数调节设备参数的技术。自动化技术的作用毋庸置疑，其不仅能增加设备的时效性、提高生产效率、降低人工成本、增加计算的精准度同时也能最大程度的保证工人的人身安全，这也是机械设计和制造领域引入自动化技术的重要原因。

近年来，随着自动化控制的发展，机械设计领域和制造领域已经彻底的走向智能型发展，降低了人工操作的复杂性和危险性，将技术人员从复杂的工序中解脱出来，且自动化技术的作业精度远高于人工。自动化的结合了工程科学、数学理论、遥感技术、反馈原理等复杂分支。

2 在机械制造业中，自动化技术的情况分析

（1）在集成化的机械制造中，自动化技术的应用情况分析。高度集成化是指通过计算机信息技术，机械制造和机械设计实现自动化和统一化的机械制造过程，在运行过程中，各个分系统的相关作用可以得到有效发挥。在自动化技术的应用中，集成制造技术是其十分重要的组成部分，它可以有效推动信息化的发展。

（2）在智能化机械制造中，自动化技术的应用情况分析。在信息技术迅速发展的影响下，智能化机械制造的应用范畴正在逐渐扩大，并不断发展成计算机智能技术。在机械制造和设计中，人机一体化设备的有效运用，能够充分发挥智能化的优势，并有利于提升自动化技术的发展。在机械制造系统中，使人工智能在不同环节更好地融入，促进智能技术的有效延伸，同时相互融合机械制造智能技术和人工智能技术，能够及时发现错误问题，并及时制定调整方案，从而提升生产质量。

（3）在机械制造中，自动检测技术的应用情况分析。对于自动化技术来说，自动检测技术是其重要的构成部分，它是对传统设备的不断优化。结果输出、数据处理、信号调节及传感器等是自动检测系统的重要构成部分，先进信息处理系统也包含其中，例如微型计算机等，可以促进检测的可靠性和有效性得到显著提升。在机械制造过程中，有效运用自动化检测技术对人工资源的使用也有很大的促进作用，它可以在无人或少人的情况下进行生产，提高人工资源的使用效率，促进生产质量和生产效率的显著提升。

3 自动化技术在机械设计及制造领域中的应用

自动化技术意指为计算机赋予人类的大脑，使其能够自主解释程序。指令控制同类计算机、工业设备、医药行业设备等，如今已成熟的应用于金融、医药、顾客服务、玩具游戏、运输通讯等各行业领域。自动化技术由最初的实现加减法到现如今操控大型设备、操控医疗设备做心脏声音分析等经历了质的飞跃和提高。

机器是没有思维能力的，如何为机器赋予思维能力正是自动化技术的核心，看似简单实则从最初发展到现在经历了无数研究者的心血，其原理借鉴人的大脑神经元，人类的大脑通过改变神经元的连接进行学习和记忆，学者们模仿这一学习和记忆模式创建了神经网络算法，试图用神经网络算法模拟人类大脑的计算、学习和认知能力，再将其应用于计算机。

机械设计和制造本就是基于计算机、信号处理、电子、机械制造等基础课程而衍生的专业，且广泛应用于人们的日常生活，如行驶模拟装置、刹车系统、复印件等产品，内部融合了传感器、信号处理系统、执行工具等系统，再由人工输出特定指令和参数，各系统和元件相互合作、相辅相成从而产生人们生活的必须产品。传统的机械设计多为手工制作，其缺点较为显著，如生产效率低下、缺乏资源、人力输出错误率高，发展缓慢，这就使得机械设计融合先进的计算机技术成为必然趋势。且近年来计算机领域高速发展，已经完美融合至各领域，作为机械设计的基础分支，计算机的飞速发展很大程度带动了机械设计领域的扩大和发展，计算机技术也已成熟的运用于机械设计中，特定指令和程序已经能够标准的产生流水线作业，在减少人力物力的同时很大程度提高了生产效率和准确率。但是，两者融合不是一蹴而就的，是需要探索和更新的，机械设计要跟随计算机技术不断的发展和变化而进步，从而再提高企业经济效益的同时为人们的生活提供便利。

3.1 机械制造

机械生成过程是复杂和不可见的，各元件之间依据输出指令相互作用、相輔相成，环境的复杂性和系统的差异性使得工程师们很难设计出统一健壮的控制系统，而卷积神经网络能够很好地解决这一难题，卷积神经网络的自学习和自适应性能够根据不同环境和软硬件系统处理不同复杂模式，卷积神经网络会根据动态模型做出合理的故障预测，再根据非线性动态跟踪进行故障诊断，卷积神经网络会通过各神经元的连接建立专家诊断系统，保证机械制造的精准度。

3.2 故障诊断

自动化技术会通过指定的程序通过传感器定时采集设备元件的信号和状态，再经由神经网络保存的特征库分析出元件的状态，特征库中保存了各元件的状态集合，根据模式匹配原理分析出元件当前是否正常工作。当然，自动化技术不仅停留在系统故障诊断级别，而是在判断出系统或元件故障后会根据以往的学习经验给出相应的处理方法，类似于人类的专家系统，专家会凭借经验、视觉或设备检测等方式判断故障原因，自动化技术会通过神经元的学习和记忆调整当前处理状态，确定故障部位和原因，相较于传统的专家系统，自动化技术的应用很大程度解放了人类大脑的思考力。

3.3 机械设计

由于工程系统大多内部构造繁琐且复杂，使得加工过程控制极为困难，一般的PID控制方法虽能监控元件状态，但随着机械电子的发展，PID已然不能满足当前的生产要求，且当前的工程设备多为小型化、高精度等，监控难度不言而喻。模糊神经网络的鲁棒性和非线性的控制方法很好的解决了这一难题，能够很好监控内部元件复杂的工业设备，且具有长期、稳定的监控力。

4 自动化技术在机械设计制造中应用的发展情况  机械制造业的发展，不仅事关国民经济，而且对民族复兴事业也起着关键性的作用，不过，考虑到我国目前自动化水平较低的实际国情，相关部门应该加紧探求一条更优、更省的道路，这条路途异常凶险且漫长。其不是单一的进行技术引进，而是需要自身有一个完整的规划，从简单的仿制开始到技术吸收，逐步向前发展。近些年來，国内的企业都在向自动化迈进，加大对自动化设备的引进，对相关人才的吸收。不仅如此，更是加快了对在线工艺检测设备等自动化技术的引入步伐，这些都在一定程度上推动了企业的向前发展。

对于相关机械制造企业来说，应该时刻将国家的经济发展策略作为指导，以市场需求和普通民众的基本需要为着手点，扎实推进研发进程，与此同时，再积极引入学习吸收国外先进技术，将其运用到自身的研发项目上，实现真正意义上的技术吸收，由此来推动机械自动化技术的稳步向前发展。

5 结束语

自动化技术的引入增加了生产效率降低了误差率，提高了机械设计和制造行业的技术性和先进性;机械设计和制造行业促进自动化技术的发展和学习能力，两者相辅相成、相互促进共同发展。当然，自动化技术在机械设计领域的发展仍然存在很多不足的地方，各方面还处于完善阶段，这就需要学者们共同努力，使得机械设计和制造业彻底的转型，彻底摆脱人工控制，从而提高生产力。

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