机械制造中的数字化技术应用与智能化生产研究

机械制造中的数字化技术应用与智能化生产研究

黄助发

厦门烟草工业有限责任公司，福建省 厦门市 361000

摘要：随着数字化技术和智能化生产理念的快速发展，机械制造业正迎来一场深刻的变革。数字化技术的应用正在改变传统的机械制造方式，为企业带来更高效、精确和灵活的生产方式。智能化生产研究则聚焦于将人工智能、物联网和大数据等前沿技术与传统机械制造相结合，实现生产过程的自动化和智能化。本文主要分析机械制造中的数字化技术应用与智能化生产研究。

关键词：数字化技术；智能化生产；机械制造；数控加工

引言

随着科技的快速发展和信息化时代的到来，数字化技术在各个领域都取得了重大突破并产生了深远的影响。数字化技术的应用正逐渐改变传统机械制造行业的格局，推动着智能化生产的实现。机械制造作为现代工业的基础，既受益于数字化技术的进步，也面临着新的挑战和机遇。

1 智能化生产的基本概念和特点

智能化生产是指通过引入先进的传感器技术、信息通信技术和自动控制技术，实现生产过程的自动化、智能化和灵活化。它以数字化技术为基础，通过对生产设备、工艺流程和资源进行监控、分析和优化，提高生产效率、质量和灵活性。智能化生产利用自动化技术，实现对生产过程的自动控制和操作。通过自动传感器和执行器的应用，实现生产设备的自主运行和协调。智能化生产通过数据采集、传输和处理，将生产过程中的各种信息进行数字化表示和管理。数据化为决策提供了准确的依据，帮助优化生产方案和决策过程。智能化生产系统具备较强的感知、分析和决策能力。通过智能算法和人工智能技术，系统可以根据现场环境和需求，自主地进行生产计划、调度和控制。智能化生产追求生产过程的灵活可调度性。通过灵活的机器人和自适应控制系统，可以实现设备的快速转换和生产流程的灵活调整，以满足个性化、定制化的需求。智能化生产的基本概念和特点使得它具备了更高的工作效率、灵活性和质量控制能力。

2 数控加工技术的发展

数控加工技术是指采用计算机数值控制系统，通过预先编写好的程序指令来控制机床进行加工操作。它是现代机械制造中的重要技术手段，具有高效、精准和灵活的特点。随着材料加工要求的提高，数控加工技术也得到了不断的改进。高速切削技术的发展使得加工速度大幅提高，同时保证了加工质量。此外，多轴控制技术的引入使得机床能够进行更复杂的多轴联动运动，实现更高精度和更复杂的加工操作。现代数控系统不仅提供了基本的运动控制和加工功能，还采用了模块化设计思路，并结合虚拟仿真技术。模块化设计使得数控系统具有更高的灵活性，可以根据具体需求进行定制。而虚拟仿真技术为工件加工前的设计和优化提供了便利，大大缩短了产品开发周期。随着计算机技术的迅速发展，数控加工技术也在不断创新。先进的软件应用和算法改善了数控加工的效率和精度。比如，快速刀具路径生成算法、自适应控制算法和优化算法等的应用，可以实现更快速、更稳定的加工过程。近年来，智能化与互联网技术的发展正逐渐影响着数控加工领域。通过将数控系统与人工智能、云计算和物联网等技术相结合，实现机床的智能感知、远程监控和自主决策，极大地提高了加工效率和生产运营的智能化水平。

3 数字化技术在机械制造中的应用

3.1 数字化设计和仿真

数字化设计和仿真是指利用计算机辅助设计软件和虚拟仿真技术，通过数字模型对产品进行设计、优化和性能预测的过程。数字化设计和仿真在机械制造中起到了至关重要的作用，它可以帮助设计师和工程师更快速、更精确地完成产品设计和开发，并在产品投产之前进行模拟和验证。设计师可以利用三维建模功能进行产品的数学描述和几何建模。三维建模使得设计师能够更直观地查看和调整产品的外观和结构，提高设计的效率和准确性。数字化设计和仿真可以通过虚拟模型进行多种设计方案的比较和评估。利用优化算法和仿真工具，可以对产品进行参数分析和优化，找到最佳的设计方案，并提高产品的性能、可靠性和生产效率。利用仿真工具，可以对产品在各种工况下的性能进行预测和评估。比如，通过有限元分析可以模拟材料的应力、应变分布，预测零部件在工作条件下的强度和振动等性能。

3.2 增强现实技术

增强现实技术AR是一种将虚拟信息与真实世界进行叠加和交互的技术。通过特殊的设备，如智能手机、AR眼镜或头戴式显示器，实时将虚拟图像、音频和其他感官输入与用户的真实环境相结合。应用增强现实技术，工人可以通过AR显示设备获得实时的装配和维修指导。AR可以投影虚拟标记、线条和文字等到真实设备上，帮助操作员准确地了解零部件的位置、安装方法和工具要求，提高工作效率和准确性。利用增强现实技术，可以在虚拟环境中模拟机械设备的操作和工艺流程，进行安全培训和灾难演练。AR技术还可以在教育过程中提供可视化的展示和实时反馈，帮助学生更好地理解机械工作原理和操作方法。设计师可以使用AR技术在现实环境中查看和评估产品的设计方案。将虚拟的三维模型投射到真实场景中，设计师可以更直观地感受产品形态和功能，并及时调整和优化设计。增强现实技术可以在产品检验和质量控制过程中提供辅助。应用AR技术，检验员可以通过虚拟遮挡和标记来显示产品中的缺陷和问题，提高缺陷的检测效率和准确度。

3.3 虚拟现实技术

虚拟现实技术（VR）是一种通过计算机生成的虚拟环境，使用户可以在这个虚拟世界中进行交互和感知。虚拟现实技术可以将设计师带入一个逼真的虚拟环境中，让他们可以亲身体验和检查产品的外观、结构和功能。设计师可以在虚拟环境中进行产品的视觉评估、装配仿真和人因工程分析，以便及早发现和解决问题，并优化设计。虚拟现实技术为机械制造业提供了全新的培训和学习方式。通过虚拟现实头戴显示设备，操作员可以在虚拟环境中进行操作和训练，以学习新的生产工艺和流程。同时，虚拟现实还可以支持远程协作，在不同地点的人员可以共同进入虚拟环境，进行实时的交流和协作。虚拟现实技术可以为机械制造商提供更直观和逼真的产品展示和销售方式。客户可以通过虚拟现实设备体验产品的外观、功能和性能，而无需实际进行物理展示。这样的体验可以帮助客户更好地了解产品，提高销售效果。虚拟现实技术可以提供更有效和精确的设备维护和维修方式。技术人员可以在虚拟环境中模拟设备的故障现象，进行维修方案的演练和评估。这样可以减少实际维修中的错误和风险，提高维修的效率和准确性。

4 结束语

数字化技术应用与智能化生产研究对机械制造业带来了巨大的机遇和挑战。数字化技术的应用促使机械制造从传统的人工操作转变为数字化设计、虚拟仿真和智能控制，提高了生产效率和产品质量。智能化生产研究则推动机械制造业实现更加自动化和智能化的生产方式，通过人工智能、物联网和大数据等技术提升决策能力和生产灵活性。未来，数字化技术和智能化生产将持续影响机械制造业的发展，为企业带来更多机会和挑战。

参考文献：

[1]段小东，顾立志.机械产品的数字化设计特点与技术进展[J].机械工程师，2017（12）：37-40.

[2]石鹏，邓嫄媛，周黎明，等.现代数字化设计制造技术在机械设计制造上的应用[J].农业装备研发，2022（7）：146-148.

[3]姚宇轩.基于人工智能的机械设计制造及其自动化实践[J].科技资讯，2020，18（5）：31-32.

[4]王伟.技术及在重型机械企业中的应用价值[J].重型机械，2003（6）：6-9.

[5]吴昊，江洁.三维数字化工艺设计系统在机械制造中的应用[J].机械管理开发，2022（2）：314-316.