数字化制造技术在机械工程中的应用与发展趋势

数字化制造技术在机械工程中的应用与发展趋势

王海龙

连云港港口国际石化港务有限公司，江苏省连云港市，222000

摘要：数字化制造技术在机械工程中通过自动化和智能化手段，实现了生产过程的快速响应和高效运转。本文探讨了数字化制造技术在机械工程中的应用及其发展趋势。通过分析数字化制造技术在提高生产效率、优化产品质量、实现数据化生产管理等方面的具体应用，揭示了其在机械工程领域的重要作用。同时，结合当前技术发展趋势，本文预测了数字化制造技术未来的发展方向，包括智能制造设备的广泛应用、虚拟设计和仿真的深入发展等。

关键词：数字化制造技术；机械工程；生产效率；智能制造设备；虚拟设计

在科学技术快速发展的今天，数字化制造技术已经成为机械工程领域发展的主要动力。它将计算机，自动化，传感器等先进技术集成在一起，对产品的设计，制造，检验等过程进行数字化管理，大大提高了产品的生产效率与质量。文章旨在对机械工程数字化制造技术的运用及发展趋势进行探究，以期对相关企业及研究人员有所借鉴。

一、数字化制造技术在机械工程中的应用方法

一是数字化制造技术对生产效率的提升起到关键作用。借助先进的计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）系统，工程师们能够在设计初期就模拟和优化生产流程，从而避免不必要的错误和延误。生产中数控机床、机器人等智能设备及自动化生产线的使用，使加工、组装、检测各环节得到精确控制，极大提高了生产效率及加工精度[1]。另外，数字化制造技术借助物联网（IoT）技术使设备间互联互通，从而可以实时地对生产过程进行数据传输与解析，进一步提升生产效率与响应速度。

二是数字化制造技术对产品质量的优化也有明显效果。在数字化设计工具的帮助下，工程师能够更准确地对产品性能与结构进行仿真与分析，找出可能存在的设计缺陷，并对其加以优化。同时数字化制造技术也通过高精度测量与检测技术实现产品质量实时监测与考核。如应用三维扫描技术可迅速得到产品三维数据，通过和设计数据比较找出加工误差，加以校正。除此之外，数字化制造技术也引入了质量管理系统（QMS），从而实现了对原材料、零部件、半成品和成品的全程质量追踪和控制，确保产品的质量满足标准要求。

二、数字化制造技术是机械工程发展的趋势

（一）智能制造设备的广泛应用

伴随着科学技术的快速发展，智能制造设备在机械工程领域中得到了越来越多的运用。这些装置不仅自动化、智能化程度高，而且可以根据生产需要灵活调节、优化，大大提高了生产效率与产品质量[2]。

一是智能制造设备将先进传感器、执行器以及控制系统整合在一起，从而达到精确控制生产过程。以数控机床领域为例，智能数控机床可以根据加工需求对切削参数，进给速度以及主轴转速进行自动调节，保证了加工的精度以及效率。同时这些装置，也可以通过物联网技术将生产过程中的协同作业以及其他装置互联起来进行优化。

二是智能制造设备数据处理分析能力强。它们具备在生产过程中实时收集数据的能力，并利用内部的软件算法进行数据处理和分析，从而为生产决策过程提供强有力的支持。以智能制造系统为例，该装置可以自动对产品质量数据进行分析，识别出可能存在的问题，并对其发出警告，以便事先采取规避不良品出现的措施。

三是智能制造设备运用也促进生产模式革新。传统生产方式通常需要投入大量人力物力，智能制造设备可以做到少人化，无人化，减少生产成本与劳动强度。以自动化生产线为例，智能机器人可以替代人工完成沉重的搬运，组装及检测工作，提高了生产效率，减少了人力成本。展望未来，智能制造设备将会得到更多、更广的使用，随着科技的持续发展和应用场景的逐渐拓宽，智能制造设备在机械工程行业将扮演更为关键的角色。以定制化生产为例，智能制造设备可以根据用户的需求对生产流程、工艺参数等进行快速的调整，从而达到个性化定制、快速投运的目的。与此同时，从绿色环保角度来看，智能制造设备通过优化生产过程、使用环保材料来减少生产过程能耗与排放，从而达到绿色制造的目的。

（二）虚拟设计与仿真技术

机械工程领域中虚拟设计与仿真技术的运用正在逐步深化，这为产品设计与制造提供更有效、更精确的工具，随着科技的进步，虚拟设计与仿真技术在今后会扮演更重要的角色[3]。

一是虚拟设计技术可使产品设计数字化、可视化。工程师可借助三维建模软件迅速建立产品模型并对其进行细致设计与修改，该数字化设计方式在提高设计效率的同时，可降低物理样机制造及测试成本。与此同时，虚拟设计技术也可以实现多学科的协同设计，把不同方面的知识与技术有机地结合起来，设计出更高级、更具有实用性的产品。

二是仿真技术可以验证并优化产品设计。工程师可通过对不同操作条件下产品运行状态及性能表现的仿真，找出可能存在的问题及加以改善，该仿真验证方式在减少物理样机制造与试验数量的同时，也能对产品性能与可靠性进行预先预判。同时仿真技术也可以实现制造过程的仿真与优化，提升生产效率与产品质量。

三是随着增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术的不断进步，虚拟设计和仿真技术将变得更为直观和生动。工程师通过穿戴AR/VR设备即可进入虚拟环境进行设计与仿真验证，从而得到更逼真，更直观的设计体验。这种沉浸式设计方式会大大提升工程师的设计能力与创造力。与此同时，在人工智能技术不断发展的背景下，虚拟设计与仿真技术也将可以实现更智能化与自动化设计过程。这样就会给机械工程领域提供更有效、更准确的设计手段与手段。

（三）构建并完善数字化平台

机械工程领域中数字化平台的运用正在显得日益重要，它给企业带来了更全面、更有效的信息管理与服务支持。科技在进步，应用场景在扩展，数字化平台也会向着更高的层次迈进。

一是数字化平台可以使企业内部各个部门信息共享、协同工作。企业通过建立统一信息管理系统，能够对生产、销售、采购各环节数据进行实时采集与分析，从而为管理层决策提供支持。同时数字化平台也可以实现跨部门间协同工作，提高工作效率与响应速度。

二是数字化平台可以给企业带来更多个性化服务支持。企业通过对顾客需求与反馈数据的采集与分析，能够了解顾客的实际需求与喜好，从而根据这些需求与喜好制定个性化产品与服务方案。这一个性化服务方式有利于提升顾客满意度与忠诚度。除此之外，数字化平台也具备与其他系统进行集成和连接的能力，例如，数字化平台可以通过与企业资源计划（ERP）系统和客户关系管理（CRM）系统的集成和对接，实现对企业资源的全方位管理和最优化利用，有利于提升企业运营效率与竞争力。随着云计算、大数据和人工智能的运用，数字化平台可以实现更多智能化，自动化管理与服务。与此同时，在物联网技术不断发展的背景下，数字化平台也将能与装备互联互通、智能控制、进一步提升生产效率、改善产品质量。另外，数字化平台的应用场景与服务范围也会不断扩大，从而在机械工程领域中提供更全面、更有效的信息管理与服务支撑。

结束语

伴随着科学技术的不断进步以及制造业转型升级的不断推进，机械工程领域数字化制造技术的运用与发展也会展现出更为广阔的发展前景。数字化制造技术经过不断的技术创新与应用实践，必将促进机械工程领域更加高效、准确、智能化生产方式的实现，从而为制造业可持续发展提供新动力。

参考文献

[1]吴丛铭.港口机械制造工艺及未来发展趋势[J].产业创新研究,2023,(20):35-37.

[2]张燕.制造业智能化背景下的机械制造工艺基础课程改革探讨[J].农机使用与维修,2023,(10):151-154.

[3]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,2022,37(02):314-316.