机械设计制造的数字化与智能化发展

机械设计制造的数字化与智能化发展

摘要：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。

关键词：机械设计制造；数字化技术；智能化发展

引言

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。

1数字化技术的概念

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我国机械设计制造现状分析

近几年，我国机械设计制造水平在产品开发能力及生产制造能力方面都取得了重大突破与进步，产品创新能力也有所提升，但与国外发达国家相比仍有诸多不足之处。当下我国机械制造产业现状特点大体体现在以下几方面：一是数字化

设计制造技术水平不足，机械产品设计与数字化技术未能深度融合，并且还缺乏

自主创新能力；二是机械设计产品功能缺乏创新性，导致在实际应用过程中表现

乏力。随着智能化产业转型升级发展的不断推进，今后机械设计制造需要进一步

加强产品设计，优化产品功能，相信智能化、数字化技术将会是机械制造产业发

展的重要方向，充分利用数字化、智能化技术引领机械产业的快速发展，着力发

挥数字化技术的优势，为我国社会经济发展保驾护航。历史经验教训已告诉我们，传统粗放型、低端技术的发展模式不适用于现代化机械制造产业实际需求，为此，要全面发挥现代数字化设计制造技术的优势，确保国产机械产品向着智能化方向

发展。

3机械设计制造中应用的数字化、智能化关键技术

3.1计算机辅助设计技术

在机械设计制造领域常用的计算机辅助软件主要有计算机辅助设计软件CAD，可完成机械设计制造的图形变换与实体造型，软件提供的功能有特征计算、几何

造型、绘图，以及数据的存储、检索与处理等；计算机辅助工程软件CASE，支持

规约、设计、实现、测试、建模、过程管理等，支持机械产品开发的全过程；计

算机辅助工艺过程设计软件CAPP，主要用于设计零件机械加工工艺过程，补齐手

工工艺设计的短板，主要的功能模块有控制模块、零件信息输入模块、工艺过程

设计模块、工序决策模块、NC加工指令生成模块、加工过程动态仿真模块等，从

零件的毛坯阶段开始至零件制造结束进行工艺过程的设计及加工过程的模拟，确

保机械零件制造工艺的可行性；计算机辅助制造软件CAM，主要功能包括高速加工、数控编程、多轴加工、仿真验证等，用于机械产品生产设备管理控制，实现

快速高效的加工流程。

3.2虚拟仿真技术

虚拟仿真技术是机械设计制造中普遍应用的数字技术之一，是通过建设虚拟

环境来为机械产品设计与生产提供实验平台。一直以来，仿真技术在机械产品制

造中作出了巨大贡献，利用仿真技术可搭建三维实体模型，便于将机械产品内部

构造、尺寸及质量等参数更加直观、系统和准确地展示在设计人员面前，减少了

设计过程中的出错率，节约了机械产品的设计开发经费。同时，仿真技术还能够通过建立模型，将机械设备的数据信息进行处理、分析和存储，同时也能够为后期的设计及修改提供数据支撑，从而保证机械产品制造过程中的精准度。另外，相比于普通的三维模型，虚拟仿真模型具有不可比拟的优势，可以对设计的虚拟产品进行动态效果展示，具有良好的灵活性。可见，将虚拟仿真技术合理运用到机械产品的各个阶段，可对机械产品生产制造过程动态观测，控制生产进度，保证生产安全，最终达到提高产品生产效率和质量的目的。以齿轮产品加工生产为例，传统的齿轮设计制造技术缺乏精细化、标准化管理，在产品设计开发及制造阶段应用虚拟仿真技术后，设计人员可先将齿轮产品参数导入到计算机系统中，再利用虚拟仿真技术将导入数据生成特定的模型，将齿轮的具体构造、参数等信息展现出来，然后利用虚拟仿真系统设计的齿轮要求借助虚拟仿真实验平台对其圆弧针齿运动轨迹进行计算，从而提高齿轮与机械设备精密结合的程度，达到高品质的生产模式。

3.3概念设计技术

概念设计是在正式设计之前，对机械产品的外观、功能、原理、结构等进行设计。从广义的角度来看，概念设计是在确定机械产品设计需求之后，制定详细的设计计划之前，完成机械产品的初步设计。从工业设计的视角来看，概念设计仅仅是机械产品外观造型设计，如布局设计，是确定产品的大体结构和零部件的位置，形状设计则是针对机械产品的外观形状。从数字化技术的角度来看，概念设计与工业设计有不同的定义，利用计算机辅助设计软件，直接将概念设计呈现出来，完成机械产品形态、结构与人机工程的设计，可以实现设计人员创造想象至概念设计的转化，为设计创新提供了支持。

3.4神经网络技术

神经网络系统与人类大脑中神经系统处理信息十分相似，具有非线性、适用性及存储性等特点。近些年，神经网络技术在智能制造领域体现出重要的应用价值，一是充分利用神经网络系统中的神经元，在多种渠道分享数据资源，实现资源共享及对机械产品数据信息的系统化管理，并且可以优选高价值的数据信息并存储，推动整个机械制造自动化的健康发展；二是神经网络还具有一定的记忆功