計算機技術在機械設計制造中的應用

李中奇

（北華航天工業學院 河北廊坊 065000）

現如今，計算機技術已經廣泛應用在社會的各個行業中，極大限度地推動了各個行業的集成化和智能化發展，并且打破了行業之間的信息壁壘，為我國機械制造行業的快速發展奠定了扎實基礎。隨著人們對機械設計質量、應用集成范圍要求的不斷提高，這也促使機械設計制造行業要深入利用計算機技術，朝著更加精細化和智能化的方向發展，這也將成為機械制造行業的必然發展趨勢。

1 機械設計制造業的發展現狀分析

在我國的經濟結構中，機械工業扮演著重要角色，但是，我國的機械設計制造行業在發展過程中存在著很多矛盾，亟需進行轉型和升級，具體表現為以下幾點。

1.1 核心技術自主研發能力落后

現如今，雖然我國的機械制造行業投入了很多精力用于高端機械設備的自主研發和生產，但是不可否認，一些核心技術仍然掌握在少數國家手里，我國的核心技術研發能力明顯落后，這也導致核心零部件的研發滯后于機械制造行業的發展。我國有25%的高端機械設備材料和技術需要依賴進口，雖然也能完成部分材料的獨立生產，但是材料性能和質量存在著很大的不穩定性，尚不能與工業發達國家的工業制造標準相匹配，這也在很大程度上影響了我國機械設計制造行業的核心競爭力。

1.2 技術亟待創新

眾所周知，科學技術是第一生產力，機械設計制造行業的智能化和集成化發展絕離不開科學技術的創新。但是，受多種因素影響，我國機械制造行業經費投入遠遠低于工業發達國家，創新型的科技人才也大量缺乏，這都在一定程度上導致我國機械設計制造行業研發動力不足、測試條件缺失，使得機械制造行業進步緩慢。

1.3 “生產+服務”運營模式缺失

現如今，管理理念和管理模式的落后已經嚴重影響了我國機械設計制造行業的健康發展，公共技術性服務供給缺失，使得機械制造行業根本無法滿足市場的具體發展要求，行業制定的標準也無法滿足國內外市場競爭的要求，并且在生產過程中過于依賴實物產品，沒有足夠重視注服務活動與品牌影響力之間的關系，缺乏完善的“生產+服務”運營模式。

2 將計算機技術應用在機械設計制造行業的積極影響

在日漸成熟的科學技術的支持下，機械設計制造內容更加復雜、更加多元，這也明顯增大了機械加工難度和制造難度。而將計算機技術應用在機械設計制造行業中，可有效應對呈幾何倍數增長的加工制造問題，并且能夠顯著提高機械設計制造行業的加工質量和制造效率。首先，計算機技術在應用過程中能夠實現多學科知識領域的有機結合，如力學、材料學、物理學、化學等，可有效梳理和總結各個學科的知識要點，因此能夠顯著提高機械制造能力，特別是對于具有較高復雜度的機械設備，計算機技術的應用能夠實現對機械設備制造細節的深入研究。其次，因為計算機技術具有強大的計算能力，所以，在多重力學計算環境中，計算機技術可以準確無誤地預判出對應結果，可將計算難度進一步降低，這能夠顯著提高機械設備的設計效率?，F如今，在計算機技術的支持下，我國的制造能力和設計水平已經取得了跨越式發展，正逐步從制造大國向制造強國轉型。最后，計算機技術的應用徹底顛覆了傳統的機械設計制造模式，在提高設計制造效率的同時，進一步節約了生產成本?；谟嬎銠C技術的模擬和驗算，可有效規避錯誤設計路線，為后續設計制造奠定扎實基礎。而且計算機的調控功能和記憶功能也能有效應對未來復雜多變的工作環境和各種嶄新的機械技術，可以從源頭上保障我國機械設計制造行業的高質量發展［1-2］。

3 計算機技術在機械設計制造中的具體應用

3.1 計算機輔助技術的應用

3.1.1 繪制工程圖

在機械設計制造中，工程圖是后續工作開展的基礎，只有借助工程圖紙，工作人員才能直觀地了解機械零部件的具體構造、性能參數和制造要求，如果圖紙繪制不達標，將會對后續的制造環節產生嚴重影響。在過去很長一段時間里，我國的工程圖紙繪制依賴傳統手工，需要耗費大量的人力成本和時間成本，而且也很難避免因人為失誤而導致的圖紙誤差，經常需要對圖紙進行修改。而計算機輔助設計技術的應用可有效提高圖紙繪制的準確率，可最大限度地保證工程圖紙繪制符合設計要求，基于計算機輔助設計技術的圖紙繪制，設計數據可由軟件進行自動生成，技術人員可以直接進行修改與核查，能夠讓圖紙繪制和校正更加高效［3］。

3.1.2 三維建模

計算機輔助設計技術應用在機械設計制造中，還能夠實現機械零部件的三維建模，這可以讓機械零部件設計制造更加直觀與形象。技術人員可以利用軟件的約束特征，對各類實體的面、線框、造型等進行旋轉掃描，同時優化設計和編輯具體參數，進一步提高零件設計和制造的可視化效果，將產品結構更加直觀地展示出來，這也有助于設計師對產品進行深入的分析，及時發現一些潛藏的設計問題，從而不斷提高機械設計制造的精度和質量。

3.1.3 精細加工

計算機輔助技術還可以用于機械零件的加工制造，并且可進一步提高加工制造精度。例如，將計算機輔助技術應用在數控切削加工過程中，CAM軟件就可以將最基本的切削方程構建出來，并結合現有機床的具體情況和零件加工材料，科學調整切削速度、切削量與加工軌跡等，這不僅可有效提高零件的加工精度，同時也能從源頭上避免廢品的產生，有利于實現資源的最大利用。除此之外，計算機輔助技術還能用于控制工業機器人、沖壓機和焊接機等設備?？偟膩碚f，計算機輔助技術的應用在極大程度上提高了機械設計制造的自動化和智能化水平，這對于提高我國的制造能力和設計水平有著十分顯著的推動作用。

3.1.4 機電設計制造一體化

在計算機控制程序的作用下，數控機床有著高度的自動化和智能化，可以出色地完成復雜精密零件的加工，具有高效性和高柔性等特征。將計算機輔助技術應用在數控機床中，可以借助網絡通道與數控機床開放接口進行連接，實現數控機床和計算機輔助設計的無縫集成。在此基礎上，設計模塊就能夠自動完成數據采集，并對設計模型中的資料數據進行智能識別，然后對圖像進行動態仿真，最終形成數控機床的應用程序。在數控技術高速發展的背景中，計算機輔助設計技術與數控機床的集成度將被進一步提高，促使數控機床更加網絡化、智能化、柔性化和精細化，有助于真正推動機電設計制造一體化的健康發展。

3.2 3D打印技術的應用

在過去很長一段時間里，我國的機械設計制造不僅需要長時間的設計和研究，而且調整方案的難度較大，同時模型制造還會產生很多廢料，有著較高的生產成本，并且生產效率較低。而3D打印技術是一種快速成型的技術，在應用過程中以計算機設計模型為基礎，利用可黏合的粉末狀金屬、蠟材和塑料等線材，利用逐層打印黏合的方式來完成物體的構造?，F如今，3D打印技術已經廣泛應用在機械設計制造中，已經成為小批量生產和定制化生產的主要應用技術之一。3D 打印技術賦予了客戶更大的自主選擇權，客戶可以靈活選擇打印線材，剔除了模具設計加工環節，可以依據計算機圖形設計制作出任何想要的零件，然后將產品直接打印出來。3D 打印技術還可以幫助工作人員及時發現零件設計中存在的不足之處，進而對產品進行優化調整。而基于3D 模型機型的自主安裝也能讓裝配流程得到精簡，同時也可進一步降低產品的檢測成本，在提高企業經濟效益方面作用顯著［4］。

3.3 計算機仿真技術的應用

除了工程圖繪制和三維建模，計算機技術還可以用于仿真設計。數字仿真是基于三模建模技術而發展起來的新技術，數字仿真技術能夠對機械構件進行工程學仿真，同時還能模擬和評估復雜運動的進行力學。計算機仿真技術在應用過程中需要借助計算機和系統模型，然后基于計算機虛擬技術、信息技術、相似原理及其他領域的相關知識，對想象或現實中的對象進行試驗研究。計算機仿真技術具有高度的可重復性和安全性，并且不受外界環境的限制，現如今已經成為機械設計制造中的主要應用技術之一。因為在機械設計制造過程中設計環節通常相對繁瑣，需要設計人員投入大量的時間和精力，同時，因為缺乏統一的標準和交互平臺，導致設計方案經常需要進行后期修改，這不僅費時、費力，同時還會增大企業的經濟負擔。而將計算機仿真技術應用在機械設計制造中，能夠創建一個等比例的仿真模型，能夠對機械設計制造的設計、生產、使用和維護進行全過程的直觀演示，借助這一功能，技術人員就可對設計方案進行科學評估，借助模擬分析結果找出模型存在的具體問題，然后采取有針對性的措施進行彌補，徹底消除機械設計存在的隱患問題，從源頭上確保產品設計滿足生產要求，這可從源頭上降低產品的研發成本，減少不必要的試驗材料浪費?，F如今，計算機仿真技術已經在機械設計制造中發揮著舉足輕重的作用，促使機械產品設計更加優化、產品制造質量更加可靠［5］。

3.4 人工智能技術的應用

人工智能技術的本質就是分析和存儲機械設計制造所產生的所有數據，并通過不斷地疊加和分析，實現數據參數最優化，促使設計制造目標的精細化完成?；谟嬎銠C技術的人工智能技術賦予了機械設計制造更大的智能化水平，在技術的作用下，機械設計制造模塊具備了一定的自我提升能力，能夠對系統的不完善之處進行自我修復。例如，傳統的機械設計制造不可避免地會產生一定量的廢品，在規?；a作業時代，這些廢品的存在直接降低了資源利用率，進一步拉低了我國的產品制造水平，造成即使科學技術不斷進步，制造水平不斷提高，但是廢品率依然居高不下。而人工智能技術的出現徹底解決了這一問題，基于人工智能技術的智能操控程序，可以在設計制造過程中逐步改變參數數據，能夠實現對廢品的精細控制。隨著人工智能技術應用經驗的不斷豐富，現如今已經形成了完善的控制能力和控制規模，能夠切實滿足多樣化的生產需求，極大限度地提高了我國的設計制造水平。

3.5 基于計算機技術的動態監控系統的應用

在機械設計制造過程中，為了保證制造效率和制造質量，工作人員需要對所有的環節進行監督和管理。而基于計算機技術的動態監控體系能夠充分借助機械設計制造模塊，對所有制造設備進行全程動態化監督，極大程度地緩解工作人員的工作強度。例如，在生產加工大批量零部件時，基于計算機技術的動態監控系統能夠全面精準地分析和研究任何一個加工制造數據，并借助其快速分析能力和計算能力，與標準的制造數據進行對比，因此，可從源頭上保障制造數據的準確性和高效性。除此之外，智能監控系統還能夠對當前的制造數據進行全面檢驗，一旦發現異常數據，可第一時間進行上報和預警，因此可有效減少廢品的產生。雖然智能監控體系在機械設計制造中扮演著重要角色，但是不可否認，仍舊有很多加工制造企業并沒有樹立完善的監督管理意識，無法對機械設計制造的全過程進行動態化監督和管理，即使某一環節出現問題，也無法被及時發現和排除，不僅造成了極大的資源浪費，同時也增加了企業的制造成本。

4 基于計算機技術的機械設計制造的發展趨勢分析

4.1 機械設計制造將更加智能

在構建可持續發展社會的背景中，機械設計制造的智能化發展已經成為我國工業制造行業的主要發展趨勢。計算機智能化技術的應用顯著地提高了制造企業的生產效率，同時也將人力資源從復雜危險的生產環境中解放出來，從源頭上避免了人為操作誤差的存在，進一步提高了產品設計制造精度。而基于計算機技術的智能化管理也能讓管理者對設備生產的詳細情況進行實時掌握，能夠實現生產環節的高質量銜接，確保設備生產的正常運行?？傮w來說，將計算機技術應用在機械設計制造中，可促使機械設計制造更加智能，可實現機械設計制造諸多環節的智能化管理和生產，這對于提高機械設計制造的核心競爭力來說，意義顯著。

4.2 機械設計制造將更加集成

在大數據技術高速發展的背景中，機械設計制造的集成化發展也成為工業制造行業的主要發展趨勢，大數據技術、互聯網技術與人工智能技術的深入應用對于改變制造企業的形態和模式有著十分重要的推動作用，同時也有助于實現我國制造業的高質量穩步發展。隨著計算機技術的廣泛應用，機械設計制造領域已經從傳統的計劃定制、設計加工擴展至產品的調研、設計、開發和銷售，并在虛擬仿真技術、遠程動態操作與監控系統的作用下，實現了機械制造行業的集成化發展。值得一提的是，計算機數字化技術的應用能夠對數字圖像進行高效的分析和整合，可以促使設計工序得到極大程度上的簡化?；谟嬎銠C技術的集成化設計不僅更加靈活、更加精準、更加全面，同時也可有效保證產品信息完整準確，并且在應用過程中不限團隊、不限地域、不限空間，也可保證產品設計的完整性和科學性?？偟膩碚f，集成化的機械設計制造以規范化的數字化模型為基礎，利用小組分工合作的模式，分別完成項目設計、功能測試等工作，這顯著提高了工作效率和工作質量，因此也能夠為機械設計制造企業創造出更大的經濟價值［6］。

4.3 機械設計制造將更加環保

在經濟和環境之間的矛盾愈發激烈的背景中，國家政府提出了發展綠色經濟的口號，打造綠色經濟新模式已經成為時代的主要發展基調，這也就說明機械制造行業也要不斷實現技術創新，積極朝向綠色環保的方向發展。傳統的機械產品在制造過程中需要耗費大量資源，同時也會產生一定量的污染物，對環境并不友好，而將計算機技術應用在機械制設計制造中，可有效降低廢品率，可以在一定程度上提高機械制造行業的節能水平。例如，計算機仿真技術的應用能夠進一步節約生產資料；3D 打印技術的應用能夠降低廢品率，降低對能源的消耗；在三維建模階段，技術人員可以優先選擇節能環保材料，提高制造材料的循環利用率?？傮w來說，基于計算機技術的機械設計制造將朝向更加綠色、更加環保的方向發展，真正建立經濟和環境和諧共生的良好局面。

5 優化計算機技術在機械設計制造領域的應用建議

5.1 提高工作人員的綜合素質

隨著計算機技術在社會各個行業的深入應用，計算機技術也在不斷升級和完善。為了促使計算機技術能夠更好地應用在機械設計制造領域，就要求機械設計制造領域的工作人員能夠不斷提升自身的綜合素質，積極學習更為先進的計算機知識，確保自身具有過硬的信息素養，能夠真正發揮出計算機技術在機械設計制造領域的作用和價值。一方面，設計人員不僅要掌握豐富的設計知識，同時還要對計算機設計軟件的功能進行全面掌握，能夠在設計過程中充分借助軟件來提高產品的設計質量，確保最終的設計目標符合具體的制造要求；另一方面，工作人員一定要明確各項智能化設備制造參數的具體意義及代表的實際作用，能夠及時發現異常參數，及時處理機械設計制造過程中存在的問題，借助強大的計算機水平，不斷提高機械設計制造的智能化程度。

5.2 推動計算機核心技術創新

機械設計制造行業在我國的經濟產業結構中扮演著重要角色，計算機技術的深入應用也為機械設計制造行業的快速發展提供了強大動力。但是，若想提高我國機械制造行業的國際競爭力，就必須要降低對進口技術的依賴，能夠真正將核心技術掌握在自己手中，這也就要求相關技術人員必須要積極推動計算機核心技術的創新，能夠自主研發出更多的先進技術，為我國機械制造行業的長遠健康發展注入新鮮活力。

6 結語

綜上所述，將計算機技術應用在機械設計制造領域，已經成為時代發展的必然趨勢，這對于提高機械設計制造行業的設計水平和制造能力來說，意義顯著。但是，若想實現計算機技術的深入應用，就要求機械制造行業能夠投入更多的精力用于技術創新和升級，真正實現機電設計制造一體化發展，進一步提高機械設計制造行業的智能化、自動化、集成化和環?；?，賦予我國機械制造行業更加強大的核心競爭力。