計算機輔助技術與機械制造的融合
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摘要：在科學技術飛速發展的當代，機械設計制造與社會生產力的發展息息相關。計算機輔助技術在機械設計制造中的應用，對提高機械系統性能、運行效率及功能性，有重要的價值。本文概述了機械設計制造以及計算機輔助技術的基本概念，分析了兩者融合的重要性和意義，從三維模擬、圖形符號應用、設計圖紙繪制等角度，對計算機輔助技術在機械設計制造中的具體應用進行了探究。
機械設計與制造是實現機械化生產活動的基本前提，在機械化技術不斷進步的當代，更多先進的技術被應用于機械設計制造環節。隨著計算機、信息化、大數據技術的不斷發展，機械設計制造環節中計算機輔助技術的應用前景廣闊。考慮到現今機械設計與制造面臨的要求越來越多樣化，有必要對計算機輔助技術的具體應用進行深入研究。
1機械設計制造與計算機輔助技術概述
1.1機械設計制造
顧名思義，機械設計制造主要包括設計與制造兩個部分，機械設計是基于現有的技術資源條件，為滿足相關生產活動需求，對機械系統進行合理化設計的過程。機械設計不僅要對基本的機械系統結構進行設計，還要對相關系統功能、運行方式、操作管理模式進行設計。而機械制造則是利用先進、成熟的工藝技術和資源，將機械設計圖紙轉化為實際機械系統的過程。機械制造工藝水平，將直接決定機械系統的整體質量和運行效果[1]。在當代機械設計制造行業當中，數控自動化、虛擬化技術的應用尤為重要，而這些技術都要通過計算機輔助技術來實現，所以關于計算機輔助技術的研究，對機械設計制造行業十分重要。1.2計算機輔助技術計算機輔助技術主要是指以計算機為主要工具，廣泛利用基于計算機平臺的軟件開發、互聯網、數字化等技術，幫助人們在相關領域中完成既定工作的技術。傳統的機械設計與制造都要大量依賴人力，在時代不斷發展的情況下，傳統模式中效率低、準確性低以及自動化水平低的缺陷逐漸暴露出來。而計算機輔助技術的應用，是進一步拓展機械設計思維、提高設計水平的關鍵，同時也是實現精密化、規模化機械制造以及提高機械制造質量的有效途徑。
2計算機輔助技術和機械設計制造融合的意義
2.1提高設計制造效率和質量
在機械設計過程中，涉及到大量的幾何圖形組合，同時需要進行三維空間的結構設計。傳統的設計方法下專業人員的設計壓力較大，并且需要進行大量的分析，才能得出最優的設計方案。而計算機輔助設計技術的應用，可以利用計算機軟件，批量處理大量的幾何圖形，同時完成可視化的三維設計與模擬，極大提高了設計效率和各方面數據的準確性。從機械制造的角度來講，傳統的機械制造環節開始之前，需要組織相關人員對大量的設計圖紙進行會審，明確各方面的數值、參數，如果圖紙、數值存在誤差，將會嚴重影響制造質量[2]。而計算機輔助技術的應用，可以將圖紙會審、參數核對工作簡化，甚至可以直接通過計算機軟件，對機械系統運行模式、力學性能等參數進行模擬核算。當機械系統正式投入制造環節時，計算機輔助技術還可以對制造過程進行監測，及時發現異常，不僅有效規避了人工監測存在的弊端，也提高了機械制造效率和質量。
2.2有助于優化設計和制造工藝
在科學技術飛速發展的當代，機械設計與制造技術需要及時更新和優化，才能滿足不斷提高的市場需求。而計算機技術是引領時展的關鍵性技術，在機械設計與制造領域中應用計算機輔助技術，將可以獲取當下行業中更先進的理念、技術及資源。從宏觀角度來講，計算機輔助技術的應用，將能對多種技術與機械設計的融合前景進行模擬，分析其中的可行性和應用價值。從微觀角度來講，計算機輔助技術可以對機械系統中的相關零部件配合狀況、運行參數進行計算、模擬，找到更優的零部件組合運行方式。因此，計算機輔助技術與機械設計制造的有效融合，對進一步推動機械自動化產業乃至整個工業社會的發展，都有積極的意義[3]。
3計算機輔助技術與機械設計制造的融合策略
在機械設計制造環節當中，計算機輔助技術為設計工程師提供了很多資源和技術支持。目前，計算機輔助技術廣泛應用于機械設計制造中，并且逐步成為推動機械自動化、智能化產業發展的關鍵。目前，計算機輔助技術和機械設計制造的融合主要體現在以下幾個方面：
3.1圖形及符號的應用
傳統的機械設計環節中，設計工程師會使用大量不同的符號、圖形來代表相應的機械部件、技術概念及參數信息，在機械系統越來越復雜的情況下，這樣的方式讓設計工作變得非常復雜，設計圖紙的可視化程度和可理解性大為降低。通過在機械設計環節中使用計算機輔助技術，可以利用計算機編程技術，對設計工程工程師需要用到的各類圖形、符號進行編程，再應用到設計圖紙當中去。利用計算機輔助技術可以將機械系統涉及到的各類零部件的型號、參數、數據進行統一，避免出現錯誤。計算機強大的信息處理和編程性能，將可以實現對機械設計流程的簡化，并提高設計圖紙的可視化程度[4]。
3.2圖形的繪制
在機械設計環節中，設計圖繪制是至關重要的工作。為了確保機械制造的結果符合行業標準和設計要求，需要保證設計圖紙中圖形、數據的準確性。傳統手繪的方式帶來的直接結果就是圖形數據準確度不足，影響后續機械制造質量。此時，可以利用計算機輔助技術中的相關軟件，在計算機上對機械系統的圖紙進行繪制，繪制過程中軟件會自動生成相應的數據參數，設計人員再通過軟件的模擬功能，對設計圖紙的準確性、合理性進行核查[5]。如果圖紙繪制及審核過程中發現了問題，設計工程師在改動的時候還能對修改內容進行說明，便于前后對比及多方信息溝通。尤其是對機械制造單位而言，基于計算機軟件的設計圖紙，將能讓其迅速明確機械系統的整體結構、設計要求、材料類別、參數信息等，進而確保機械制造質量。
3.3三維建模
傳統的機械設計圖紙都是平面的，而機械系統本身是一個三維結構體，平面圖紙無論是在可視化水平、可理解性，還是在制作的便捷性方面都存在較大的缺陷。計算機輔助技術在機械設計中的應用，可以通過相關軟件對設計內容進行三維模擬，形成可視化的虛擬三維立體模型。設計人員、制造人員都可以通過操作計算機，對該三維模型進行旋轉、觀察，并獲取相關的參數、信息。三維建模是計算機輔助技術在機械設計制造應用的過程中最具代表性的功能，更為關鍵的是，三維建模徹底解放了機械設計工程師的思維，可以實現其更多天馬行空的想法和構思，同時也為提高機械制造效率、準確性打下了可靠的基礎[6]。例如，CAD軟件作為機械、工程行業中十分重要的設計繪圖軟件，具有操作便捷、可視化程度高等優勢。在機械設計中對CAD軟件的有效應用，不僅可以迅速完成各種機械結構平面圖的精確繪制，更能對整個系統結構進行三維模擬。
3.4數據庫的構建
如今機械系統已經成為與現代工業生產以及人們生活出行息息相關的主體，關于機械系統的管理、運行維護以及更新，是進一步挖掘機械系統價值的關鍵。而要做到這一點，對機械系統原始數據以及運行管理中的數據進行收集、整理、處理和分析，至關重要[7]。尤其是在信息化、大數據時代背景下，關于任何機械系統數據庫的構建，都是確保系統穩定、高效、安全運行，并逐步提升系統實用性的主要方法。而如果在機械設計制造環節中充分應用了計算機輔助技術，那么將可以直接在設計制造階段獲取相應的機械數據，構成相應的數據庫。這些數據包括機械系統的功能參數、零部件參數、制造參數，而將計算機系統植入到機械系統當中，還可以在實現機械自動化控制的同時自動收集機械系統運行數據。另外，機械系統的運行、維護、管理人員在執行相關工作時，也可以將涉及到的相關數據進行上傳[8]。該數據庫的構建，有助于讓管理維護人員明確系統狀態，分析預測系統故障風險，并針對相關需求和技術發展趨勢，對機械系統進行升級和優化。值得一提的是，基于計算機輔助技術的數據庫，也是實現機械系統智能化控制、故障診斷的基礎，對促進機械自動化水平的發展，有重要意義。
4結束語
綜上所述，機械設計與制造是維持和推動現代社會生產力發展的基礎，而隨著社會的進一步發展，機械系統的規模、復雜程度都在不斷提升。傳統的設計制造方式及理念，在效率性、準確性、可靠性方面存在的弊端逐步顯現，而通過將計算機輔助技術與機械設計制造進行有效融合，將有助于提高機械設計制造效率、質量。相關技術人員應當深入研究當今社會對機械設計制造的具體要求，積極利用計算機輔助技術，全面提升機械設計制造水平，設計和制造出更穩定、高效、可靠的機械系統，進一步實現機械系統的自動化、智能化發展。
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作者：閔友付 單位：江蘇安全技術職業學院電氣工程學院
