机械设计制造的数字化与智能化发展趋势和前景探析

势和前景探析

摘要：近年来，随着社会科学经济的不断发展，我国机械制造已经步入了现代化数字化和智能的制造时代，三维数字化CAD的广泛应用为机械设计制造行业带来了新的挑战与机遇。鉴于此，文章针对当前机械设计制造的数字化与智能化发展趋势和前景进行了分析，以供参考。

关键词：机械设计制造；数字化；智能化；发展趋势；前景 1导言

机械制造的数字化和智能化设计，一般都需要运用统一化的定义模型开展。这样既可以满足并行设计的各类需求，对项目开展联合作业，促使工作效率的提升，保障工作质量；还可以不完全依赖各类事物模型，将计算机仿真技术当作是计数运行的基础，在测试设计质量和效率有所提升的同时，极大地压缩设计所用成本。伴随制造领域生产自动化水准的不断提升，现对机械设备设计工具提出更高层次的要求，由此，数字化智能设计技术在机械设计发展中的应用是必然趋势。

2机械设计制造的数字化与智能化要点 2.1机械设计制造的数字化 2.1.1计算机设计

在数字化设计制造技术中，计算机设计主要包括了CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助工程分析）、CAM（计算机辅助制造）、CAPP（计算机辅助工艺规划）与PDM（产品数据管理）[1]。CAD主要为产品的构思、功能设计、结构分析与制造加工等等，用于协助创建、修改、分析和优化的设计技术。CAE是指有限元分析和机构的运动学与动力学分析，主要在于机械的运动模拟与参数的优化设计。CAM是对机械零件的加工设计，主要在于数控技术。PDM是在计算机辅助

设计之前对各类文档、图纸、生产单、成本核算单等进行统一管理的技术，能够对整个生产周期内的全部数据进行管理与分析，主要关注于产品的研发设计环节，能够支持产品计算机设计系统。

2.1.2虚拟设计与制造

虚拟技术主要在于利用计算机创设虚拟环境，具有实时性、交互性、沉浸性与感知性等，就目前的数字化设计制造技术而言，虚拟设计与制造主要以建模、测试与装配为主，设计人员通过计算机创设虚拟环境，完成产品感知与设计操作的调整，进行设计优化。在传统的机械制造技术当中，机械的零件装配主要由仿真软件来实现，完成机械的模拟装配与产品分析，而数字化虚拟技术可实现设计人员的人机交互，控制零件并观察零件的装配过程，来预计产品的性能与机械的可加工性，实现产品的设计与制造，对设计制造过程中各种可能存在的问题进行检验，实现过程的管理与控制，提升机械制造效率。

2.2智能化

2.2.1柔性制造技术

该技术在当前市场和用户需求多元化和差异化情况下得到较多应用和较大发展，它是在数字控制的基础上，根据产品的生产需求和生产计划，自动化地进行多品种、多批量产品的加工、制造、装配和检测等操作，既涉及计算机网络、检测、生产仿真、质量控制和生产管理技术，又融入人工智能等更为先进的技术。柔性制造技术可以加工复杂型面的工件，还能提高加工精度和重复定位精度，很多过程不需要人员参与，基本实现智能化控制，既保证了零部件的加工制造精度，又极大地提高了生产效率和产品质量。柔性制造技术通过技术人员编程精确地控制装卸零件、准备刀具、观测加工状态等一系列操作，能够快速定位车床的主轴转速、进给速度，能够精确地控制切削用量，大幅度减少零部件的加工制造时间和辅助工作时间。柔性制造技术的应用还优化了企业的生产管理，对整个生产任务进行把控，有利于均衡生产及对产量进行预估；同时，利用动态管理模式和远程协助等方式，进一步提高了产品质量、企业的管理水平及决策能力。

2.2.2有限元与最优化设计

有限元设计在很多范围内都得到了广泛应用，在机械设计制造领域内部，有限元设计也可以采取结构离散方法将有限数量单元进行规划，通过处理之后，在计算阶段利用近似思想将问题解决的难度控制在一个标准的合理化范围之内。这种技术措施在目前的使用环节效果突出，可以将过程工作量和实际需求进行联动。而最优化设计虽然产生时间比较晚，但可以充分利用工作模型确定工作方向，使得整个阶段的工作内容与工作难度下降。传统的机械设计制造方法多针对设计对象进行综合研究，然而未来的系统工程学理念应用后，可以将机械设计制造过程视作是一个统一的系统，以系统作为研究对象之后，就可以将系统的各个部分进行关联性分析，因此具有良好的发展前景。机械设计制造发展的最终方向是最优化和市场化，在设计之初就应确定最优的产品设计模式，让设计成果比市场内的同类型产品更加具有竞争力，满足市场发展要求，从而创造出更加稳定的社会效益、经济效益，为现代机械设计制造行业的深层次推进提供支持。

3机械设计制造的数字化与智能化发展趋势和前景 3.1并行化工作模式

并行化工作模式的出现原因在于工业化水平的稳步提高，机械产品无论是在外观还是在性能上都有着新的要求。因为机械设计制造工作所需要完成的内容难度差异较大，很多比较繁琐的工作需要大量的人员支持，很多情况下我们需要竭力避免多人在同一空间内部进行工作的情况。特别是计算机网络的高度发达，在网络层面进行的资源信息共享机制更加完善，不仅能让传统的信息传递方式不受时间和空间的束缚，让不同位面空间的设计者们共同完成工作，还可以实现资源的共享和并行化，工作效率得到稳定提高。总而言之，自动化和并行化工作模式的应用让对应的机械自动化程度水准增加，机械设计工作人员也会考虑到整个大局设计的细节要求，制定出智能化和全面化的设计体系，然后逐一研究子系统要求。在必要时机械设计制造的工作人员也应该将更多的时间和精力放在开发创造方面，特别是在技术层面的发展和创新。

3.2生产一体化和超精密化发展

智能化机械设计制造自动化的未来发展目标是需要完成生产的一体化集约化，转变以往单一生产一种零件的模式，扩大零件生产范围，拓展更多的业务版图，这样才能满足变化莫测的市场需求，增加企业获得更多商机的可能。随着人工智能、信息技术的发展能够匹配人们对于超精密的要求，且当下已经形成成熟的模式，具体涵盖的范围有超精密磨削、超精密切削、超精密特种加工、精密研磨等。我国的中小型企业很多，这就意味着亟须成本低、见效快的机械自动化设备。可以有针对性地选择特定的操作困难、安全系数低下的环节设计自动化机械设备，这样就可以有效地降低成本，提高生产效率。最重要的是这样的机械成本造价相对低，更加符合我国的国情，有助于加快智能机械设计制造自动化的发展，进而促进我国的经济发展。

3.3复杂机械产品的分解设计

很多机械产品本身由零部件所组成，其功能结构具有可分解性和模块性。将整个生产过程看作是标准化和系列化的单元模块之后，就能够支持复杂产品的结构重组。同一层次上也具备相同功能的部件，部分部件下还包含着子部件，零件数据多样化。在建立过程当中还会涉及到对于零部件和机械产品的属性知识描述。如数控车床生产环节，涉及的功能参数就较多，包括定位精度、重复定位精度、换刀时间、结构属性等，这些涵盖着生产的全过程，而车床的主轴系统、控制系统等也包含了产品智能化生产过程的实例信息、操作流程、模块化功能描述，负责对整个生产流程进行管控。

结束语

总之，机械设计制造环节非常重要，而数字化智能技术与机械设计的全方位融合，使机械设备质量产生了质的飞跃，有助于提高农业产量，增加农民收入。

参考文献：

[1]孙骞.机械设计制造技术与数字化智能化发展分析[J].湖北农机化,2019(23):25.

[2]白金建.机械设计制造的数字化与智能化发展研究[J].工程建设与设计,2020(06):138-139.

[3]周二姣.机械设计制造的数字化与智能化发展研究[J].冶金管理,2020(07):62+64.

[4]杨亚.机械设计制造的数字化与智能化发展探究[J].湖北农机化,2020(10):150-151.