机械设计制造及其自动化专业

引言​

机械设计制造及其自动化是支撑国民经济发展的重要产业，其技术水平直接关系到工业生产的效率、质量与创新能力。随着科技的不断进步，智能化、集成化、绿色化成为该行业的发展趋势，这既为行业带来了新的发展机遇，也提出了更高的要求。

一、机械设计相关技术与应用

1.1 现代机械设计方法

现代机械设计方法以数字化和协同化为核心特征。参数化设计通过建立参数与模型的关联关系，使设计师能通过调整关键参数快速生成不同规格的模型，大幅减少重复建模工作，且模型修改时相关尺寸会自动联动更新，保证设计一致性。模块化设计将产品拆解为多个功能模块，各模块可独立设计、生产和装配，不仅便于产品升级迭代，还能通过模块组合满足多样化需求。协同设计依托网络平台实现多专业人员实时协作，结构、电气、液压等领域设计师可同步访问设计文件，及时反馈意见并修改，有效避免后期装配冲突。

1.2 机械结构设计与优化

机械结构设计需综合考虑功能、强度、成本等因素。设计初期要明确结构承载要求和工作环境，结合材料特性选择合适结构形式。结构优化通常借助仿真软件，先建立虚拟模型并施加实际工况载荷，通过分析应力分布找出薄弱部位，再针对性调整结构尺寸或形状。优化过程中需平衡多目标，如在保证强度的同时减轻重量可采用拓扑优化，在降低成本方面可优化结构复杂度，减少加工工序，最终实现结构性能与经济性的统一。

二、机械设计制造及其自动化集成技术与应用

2.1 先进制造工艺

先进制造工艺以高精度和高效性为核心优势。精密加工工艺能实现微米级甚至纳米级的加工精度，通过优化刀具路径和切削参数，减少加工误差，适用于航空航天等对零件精度要求极高的领域。柔性制造工艺可快速切换生产对象，借助可重构的生产线和多功能设备，在小批量、多品种生产中展现出灵活优势，无需大规模调整设备即可完成不同零件的加工。增材制造工艺通过层层堆积材料形成零件，且材料利用率高，减少了废料产生，在个性化零件制造中应用广泛。

2.2 制造过程自动化控制

制造过程自动化控制依托控制系统与传感技术实现。通过在生产设备上安装各类传感器，实时采集温度、压力、速度等生产数据，数据传输至控制系统后，与预设标准对比，若出现偏差，系统会自动发出指令调整设备运行参数。自动化控制还体现在生产流程的联动上，从原材料输送、加工、检测到成品入库，各环节通过控制系统协调配合，减少人工干预。

2.3 自动化控制系统设计

自动化控制系统设计以满足生产流程的精准调控为目标。设计前需明确控制对象的特性与工艺要求，比如对传送带速度的稳定控制、对加工设备运行节奏的协调等。系统通常由控制器、传感器、执行器构成，传感器负责采集实时数据，控制器根据预设逻辑分析数据并发出指令，执行器则完成具体动作，如调节阀门开度、改变电机转速。设计过程中需注重逻辑合理性，通过编写控制程序实现自动启停、参数调节等功能，同时预留手动操作接口，应对突发状况。系统需具备一定的适应性，可通过参数修改适配不同生产需求，保障在工况变化时仍能稳定运行。

2.4 机器人技术在机械自动化中的应用

机器人技术为机械自动化提供了灵活高效的执行载体。在装配环节，工业机器人可借助视觉定位精准抓取零件并完成装配，动作重复性强，能保证装配质量的一致性。在焊接领域，焊接机器人可按预设轨迹稳定作业，减少人工焊接易出现的漏焊、虚焊问题。在物料搬运方面，AGV 机器人能自主规划路径，完成原材料与成品的转运，无需人工驾驶，提升物流效率。部分机器人还可与生产线控制系统联动，根据生产进度自动调整作业节奏，实现与其他设备的无缝协作，进一步提升整体自动化水平。

2.5 设计、制造与自动化集成模式

制造 / 设计 / 自动化集成通过信息流动进行传递，串联型制造 / 设计 / 自动化集成以信息流动为基础，在设计数据形成后将其经过通用数据形式，作为原始输入传递给制造，自动化实现执行数据进行制造，并且需要进行有序排列，一般应用于稳定流程进行大规模批量生产时使用。并行型制造 / 设计 / 自动化集成则不受阶段限制，在设计的同时已经考虑到了制造过程中使用的工艺和自动化控制需求，在制造过程中可以对工艺的可行性进行提前反馈，在自动化控制程序的参数需求也可以在设计阶段提前予以设定，减少后期的调整成本。协同型制造 / 设计 / 自动化集成以共同数据库为依据进行沟通，设计的变更、制造的状态、设备的相关状况都可以实时进行更新反馈，3 方可以实时反馈并作出相应的调整，适用于定制生产。

2.6 集成系统的构建与运行

集成设计要求首先建立统一的数据基础，完成设计软件、生产工装和自动控制系统的交互，统一数据接口打通信息孤岛，划分成如设计数据、生产计划调度、自动控制执行等功能模块，设计出模块间的数据传输逻辑。在应用过程中，系统依据设计要求的指令生成生产计划，自动化的执行计划工作并向上层系统传递执行结果信息，在执行过程中一旦发生故障，设计端能及时得到反馈及时修改执行计划。

三、存在的问题与改进措施

3.1 行业发展面临的问题

行业的硬实力。技术方面，技术自主创新能力不强，部分高端装备和关键基础零部件需要进口，一些基础材料性能和工艺精度与国外先进水平差距依然较大，智能化技术与传统制造工艺融合不够紧密，大量的数据处于封闭状态。人员方面，缺人才，既懂机械设计与制造核心技术，又精通智能、自动化技术的复合型人才匮乏，高端研发人才和高技能工匠人才匮乏。行业方面，少数企业还停留在传统生产模式下，企业生产效能低下、资源耗费过度，小微企业缺乏转型资金、技术储备不足，企业难以转型，难以适应绿色制造和智能制造。

3.2 针对性改进措施

分类施策。从技术上讲，加强科学普及和技术提升，加强关键领域自主创新体系建设，构建产、学、研技术创新支撑，鼓励企业与科研院所合作向科技型企业转化科研项目的技术难题，促进技术取得突破。从人才上讲，加强高等院校专业知识系统建设，增加信息化、智能化、自动化科目，加强校企联合人才培养，定向技术专业培训，同时建立起系统的技工培训基地培养更多的技术技能人才。从政策上讲，出台企业鼓励补贴办法，对工业企业技术升级和产业转型给予一定补贴税收优惠，建设产业公共服务平台，帮助中小微企业优化技术升级进行指导服务，从而达到促进产业发展整体进程。

结语

本文探讨了机械设计制造及其自动化的相关技术应用，分析了行业现存问题及改进措施。相关技术的创新与应用是行业发展关键，而解决现存问题需多方协同。研究为行业发展提供了思路，助力技术进步与产业升级。随着技术不断发展，行业需持续创新，把握发展趋势，实现更高质量的发展。

参考文献

[1] 吴博文 , 谢金媚 . 机械设计制造及自动化本科专业实践教学体系建设 [J].模具制造 ,2024,24(10):107-109.

[2] 叶奇鲁 , 张自锋 , 王可胜 , 等 . 基于 OBE 理念的机械设计制造及其自动化专业课程教学改革研究 [J]. 科技风 ,2024,(22):92-94.