摘要：机械装备的性能决定了制造业的总体水平与成本高低，而自动化相关技术的应用则是提升产品性能的关键。因此，机械设计和制造对制造业发展至关重要，而信息技术、人工智能和自动控制等现代科技的应用不仅改变了机械装备、机电产品本身构造和运行原理，也带来了其应用领域生产方式和管理理念的变化。本文首先阐释了机械自动化概念的内涵与机械设计制造技术的演变，进而探讨了这一领域关键技术和理念的发展方向。
关键词：机械设计制造；发展方向；自动化
引言：
机械自动化的概念内涵伴随着自动控制技术的发展而不断演进，从最初的动力装置替代人力驱动机械设备到目前机电一体化和智能化，几乎每一次质的变革都伴随着某一领域应用技术的跨越式发展。鉴于机械装备在当代经济发展和社会生活中的重要性，几乎每一项尖端科技都被运用到了产品的设计、制造中；反之，企业对生产设备性能和产品品质不懈的追求也推动着机械设计制造相关技术的创新。而探索机械自动化与产品设计、制造领域相关技术和理念的发展趋势，有助于明确科研方向和提升机械设计制造水平。
一、机械自动化及相关技术的演变
（一）自动化概念内涵的演变
自动化控制功能强弱是评判机械设备性能的关键指标，而微电子技术和信息技术在上个世纪中期至今对自动控制技术的影响最大，其衍生出来的计算机、传感和物联网等应用技术使得机械自动化不再局限于设备启停和转速等参数的调节，而是能够基于计算机系统的运行，自动监测设备自身的运行状态、被加工对象的工艺参数变化，并且同时完成对机械设备及其辅助装置运行工况的调节[1]。机械装备、机电产品的动力装置、传动系统等关键部件都需要设计相应的信息采集、通信和控制装置。而随着企业管理信息化系统功能的不断完善，对产品制造过程中单机设备、制造系统的实时监控已经与产品研发和营销等生产环节实现了一体化管理，因而对自动化相关技术的运用有了不一样的要求。
（二）机械自动化相关技术的发展
自动控制技术是机械设计制造领域的核心技术，涉及到计算机、通信和物联网等技术的应用。由于各个生产领域对生产设备使用性能的多样性、针对产品不同加工工艺的适应性和加工过程的可控性要求越来越高，所以，机械设计制造的理念已经今非昔比。不仅需要考虑单机设备的自动化控制需要，而且必须根据不同行业用户的生产场景确保企业生产流程能够实现自动化控制。因此，在设计机械装备、机电产品时，既要通过不断改进制造工艺来提高其精确度、运行效率，而且需要考虑设备控制系统的兼容性并兼顾其运行可靠性。而近年来人工智能技术、物联网和微电子技术的持续快速发展，使得这一领域的产品研发与生产模式、设计理念都有了新的发展趋势。
二、行业未来的发展趋势
（一）产品研发和生产模式的变化
由于机械设备和机电产品构造、原理以及制造工艺的复杂性，使得传统机械设计制造领域的产品从研发到批量生产再到进入市场需要相当长的周期。期间需要经历数次的设计方案优化、产品试生产、制造工艺流程和零部件加工、装配方案优化，而且对成品还需要进行性能测试和完善。因此，产品的研发不仅耗时较长，而且企业或科研机构投入的资源也非常可观。而基于人工智能与信息技术的虚拟制造技术则极大的简化了这一过程，也改变了传统的产品生产模式。机械设计制造企业的工程技术人员可以利用专业计算机软件模拟产品的零部件加工和装配过程，评估设计方案是否可行并对细节进行优化，而无需通过实体零配件加工和装配加以检验和优化，因而既有助于缩短研发周期，又可以减少投入[2]。所以，在机械设计制造领域的产品结构优化和生产工艺设计过程中，虚拟制造技术的应用是大势所趋。
（二）人工智能技术的应用
赋予机械设备接近人类的感知、识别、判断和不断自我提高的能力是自动化控制技术的最高境界，因而依靠传感、通信和人工智能等技术的应用实现机械装备、机电设备的智能化是行业发展的又一主要趋势。目前，基于专家系统、机器学习等技术的应用，使得部分数控加工中心、柔性制造系统的智能化控制功能正在趋近人类的大脑，凭借控制程序设计和系统数据库的自动化更新，已经可以实现被加工对象的工艺设计、在线质量检测和加工过程的智能化控制，所以未来的制造业企业生产流程越来越不需要人工干预。
（三）模块化设计
虽然机械装备和机电产品的功能越来越多样而应用场景越来越细化，但其基本构造单元并未发生实质性变化。因此，为了提高设备的适用性和利用率、进一步缩短产品的研发和制造、安装及调试周期，未来会在机械设计制造领域践行模块化设计理念，以便实现动力、传动和控制等单元的标准化生产。而这需要完善相关设计标准和规范生产工艺，统一不同生产领域中各类机械设备的机械与数据接口，使得不同供应商所制造的产品能够兼容和通用。
（四）绿色制造理念的应用
机械装备和机电设备的控制模式、使用性能很大程度上决定了资源和能源的利用率，而且对各行各业生产过程中的排放控制有直接影响。所以，要想实现资源环境效益最大化，提升机械设计制造水平并着力改进自动化控制系统的功能至关重要。所以，未来会逐步推广绿色制造理念，以便基于节能和优化机械加工工艺实现资源循环利用[3]。首先，精确调控设备的能源转换过程是节能和达到绿色制造目标的重要途径，所以，未来的机械设计制造会致力于通过人工智能技术和物联网的运用实时控制设备运行；其次，根据特定领域的绿色制造需求改进设备功能，可以推动生产工艺的绿色化，推动环保材料的利用。
（五）对生产流程的网络化集中控制
自动化控制技术在机械设计制造领域的应用已经突破了传统的设备工况或车间生产过程控制，而是能够基于制造业企业的ERP管理平台控制所有环节的资源调配，实现对企业运营过程的网络化集中控制[4]。所以，未来对生产过程中机电设备和相关装备的监控不再仅仅着眼于产品加工质量控制，或者追求降低加工环节的资源消耗，而是将单机设备、制造系统的实时运行参数与企业产品研发、营销等环节的信息和数据进行集中管理，通过成本分析、虚拟制造等科学方法的利用，挖掘所有信息的利用价值，从而优化企业的产品开发、生产和销售决策计划。
（六）微型机械自动化系统的设计制造
随着医疗等领域对智能化的精密机械装备的需求越来越多，未来的机械设计制造还会在设备集成化、小型化方面不断进步，基于超精密加工技术的微型机械自动化系统的设计制造会是未来的主流，而这需要依赖光刻、蚀刻技术的不断升级。目前，部分企业已经掌握了纳米级的微电子自动化机械系统的生产技术，但绝大多数制造业企业还在着力提高设备的集成化程度。
三、结束语
机械设计制造领域的自动化技术应用对制造业发展有着决定性影响，而且事关产业结构优化和资源环境效益的提升。因此，基于对当前相关技术发展状况的梳理和分析，探究机械设计制造行业设计理念、核心技术发展和应用的趋势，有助于明确资源投入的方向和快速提升机械装备、机电产品的研发和制造水平，保障各个生产领域都实现高质量发展。
参考文献：
[1]向进. 试论机械设计制造及其自动化的发展趋势[J]. 南方农机, 2018, 049(003):145-146.
[2]洪宇. 机械设计制造及其自动化的发展方向分析[J]. 科学技术创新, 2018(08):175-176.
[3]邹喜雨. 探讨机械设计制造及其自动化的发展趋势[J]. 中国新技术新产品, 2018, 000(003):127-128.
[4]孙天乐. 试分析机械设计制造及其自动化的发展趋势[J]. 中国设备工程, 2018, 000(002):218-219.
作者简介：刘仁华（1969-11-05），男，汉族，湖南湘潭湘乡市人，本科，机械工程 工程师，主要从事发动机机油冷却器、EGR等零部件的设计开发和机加工、装配类的工装设计及工艺方面的工作。