自动化技术在机械工程中的运用研究

自动化技术在机械工程中的运用研究

余卓 樊明轩

上海海事大学 上海市 200120

摘要：自动化技术作为当今机械工程领域的关键技术之一，对于提高生产效率、保证产品质量、降低生产成本以及增强企业的市场竞争力具有重要意义。基于此，本文首先简要分析在机械工程中的自动化技术概述，随后详细阐述自动化技术在机械工程中的具体运用，以供相关人士交流参考。

关键词：自动化技术；机械工程；运用

引言：

随着科技的迅速发展，自动化技术已经成为推动机械工程进步的重要力量，自动化技术通过减少人工干预，实现生产过程的智能化控制，极大地提升了机械制造业的生产能力和技术水平。然而，自动化技术在机械工程中的应用仍然面临许多挑战，如技术的复杂性、高昂的初始投资成本、对高技能人才的需求等。

一、在机械工程中的自动化技术概述

（一）自动化技术的定义和基本原理

自动化技术是指在没有人或很少人直接参与的情况下，通过集成的控制系统和信息处理技术，使机械设备或生产过程按照既定的程序自动运行的技术，它的核心在于使用传感器、控制系统、执行机构和信息处理系统等组成一个完整的自动化系统，实现对机械工程中各种设备的精确控制和优化管理。自动化技术的基本原理基于反馈控制系统，通过传感器收集数据，由控制系统进行处理，然后发出指令给执行机构，执行机构根据指令操作机械设备，完成特定的任务。这一过程中，系统能够实时监控设备状态，自动调整操作参数，确保生产过程的稳定性和高效性，此外自动化技术还包括了机器学习、人工智能等先进算法，使得机械设备能够进行自我优化和智能决策。

（二）自动化技术在机械工程中的作用和优势

自动化技术在机械工程中扮演着至关重要的角色，它极大地提高了生产效率、产品质量和安全性，同时也降低了生产成本和劳动力需求，通过自动化生产线，机械工程可以实现产品的快速生产和大批量制造，满足市场对快速响应和个性化产品的需求。自动化设备可以无间断运行，显著提高了生产效率和产能，此外自动化技术通过减少人工操作，降低了工伤事故的风险，改善了工作环境，同时自动化系统还能够实现复杂的生产任务，如精密加工、危险环境作业等，这些任务对人工操作来说可能是不现实或不安全的[1]。

二、自动化技术在机械工程中的具体运用

（一）自动化设计软件在机械结构设计中的运用

自动化设计软件在机械结构设计中发挥着至关重要的作用，它们通过提供强大的计算能力和丰富的设计工具，极大地提高了设计工作的效率和质量，这些软件集成了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）和计算机辅助制造（CAM）等多种功能，使得设计师能够在虚拟环境中完成复杂的机械结构设计、仿真分析和制造准备。在机械结构设计中，自动化设计软件允许设计师创建精确的三维模型，并对设计方案进行详细的视图展示和尺寸标注，通过模拟不同的工作条件和负载情况，软件能够预测产品的性能，帮助设计师评估和优化设计，此外自动化设计软件还支持拓扑优化，这是一种基于数学算法的优化技术，可以确定材料在给定载荷和约束条件下的最佳分布，从而实现结构的轻量化和性能最优化。自动化设计软件还具备参数化设计功能，这使得设计师能够快速调整设计方案，响应设计变更，同时保持设计的一致性和准确性，软件中的数据库管理功能则有助于材料、零件和标准件的管理，确保设计过程中信息的准确和最新。

（二）数控加工技术在机械制造中的应用

数控加工技术是机械制造领域的一项关键技术，它通过数字化信息对机床运动及加工过程进行控制，实现对复杂零件的高精度、高效率加工，而且数控机床可以按照预先编制的程序自动完成多种加工任务，包括铣削、车削、磨削、钻孔、切割等，广泛应用于机械零件的精密加工。在机械制造中，数控加工技术的应用极大地提高了生产自动化水平和加工精度，数控机床通过精密的伺服电机和控制系统，能够实现微米甚至纳米级精度的控制，满足复杂零件的加工要求，此外数控加工技术的灵活性高，能够快速适应不同零件的加工，缩短了产品从设计到制造的转换时间。数控加工技术还支持多轴加工，这使得机床能够从多个方向对工件进行加工，完成复杂的空间曲面加工，提高产品的几何精度和表面质量，同时多轴联动技术的应用进一步提高了加工效率和复杂件的加工能力[2]。

（三）机器人在机械制造中的应用

工业机器人通过模拟人类手臂的某些动作，能够执行搬运、装配、焊接、涂装、切割等一系列工作，极大地提升了生产效率和操作的灵活性。在机械制造过程中，工业机器人的应用主要体现在自动化生产线上，它们可以进行精确的重复性操作，减少人为错误，保证产品质量的一致性，此外工业机器人能够在极端温度或有害环境中工作，完成高强度或危险的作业，改善了工作环境，保障了操作人员的安全。随着技术的发展，现代工业机器人更加智能化，它们装备有先进的传感器和控制系统，能够进行复杂的路径规划和自适应操作。例如，在焊接机器人中，通过视觉系统可以实时监测焊缝的位置，自动调整焊接参数，实现精准焊接。工业机器人还广泛应用于柔性制造系统中，它们可以根据生产需求快速调整工作程序，适应多品种、小批量的生产模式，这种灵活性为机械制造业带来了更高的生产效率和更强的市场适应能力

[3]。

（四）智能监测与故障诊断技术在机械维护中的应用

智能监测与故障诊断技术在机械维护中发挥着越来越重要的作用，它们利用先进的传感器、数据采集系统、信号处理技术和人工智能算法，实现对机械设备运行状态的实时监测和潜在故障的早期诊断。在机械维护中，智能监测技术通过安装在关键部件上的传感器收集振动、温度、声音、压力等数据，然后将这些数据传输到中央监控系统，利用机器学习算法，系统能够分析这些数据，识别出设备运行中的异常模式，预测潜在的故障，例如通过分析设备的振动信号，可以发现不平衡、松动或磨损等问题。故障诊断技术则进一步对监测到的异常信号进行分析，确定故障的类型、位置和原因，通过建立设备的健康状态模型和故障特征数据库，智能诊断系统能够快速准确地诊断出故障，并提供维修建议，这不仅提高了维修的效率，而且通过预防性维护，避免了故障导致的意外停机和生产损失。智能监测与故障诊断技术还能够帮助维护人员更好地了解设备的运行规律和磨损特性，优化维护策略和维修计划，通过对设备状态的持续监测，可以发现设备的老化趋势，合理安排大修周期，延长设备的使用寿命[4]。

三、结束语

综上所述，自动化技术在机械工程中的应用正变得越来越广泛和深入，它不仅极大地提高了生产效率、降低了成本，还提升了机械产品的质量和性能，从自动化设计软件的高效精确设计，到数控加工技术的精密加工，再到工业机器人的灵活应用，以及智能监测与故障诊断技术的预测性维护，每一个环节都体现了自动化技术对机械工程领域的重大贡献。

参考文献：

[1]洪溢飞.自动化技术在机械工程中的应用浅谈[J].电子乐园,2022(2):0151-0153.

[2]朱春松.机械工程自动化技术在汽车工业中的应用研究[J].造纸装备及材料,2022,51(12):132-134.

[3]王文涛.智能化技术在机械工程自动化中的应用研究[J].中国科技投资,2022(22):30-32.

[4]郝鑫宇.探究在机械工程自动化中智能化技术的应用[J].科技创新导报,2022,19(21):81-83.作者简介：余卓（2004.12-），男，汉族，湖北黄冈， 在读本科，研究方向：自动化

樊明轩（2003.12-），男，汉族，山东菏泽，在读本科，