关于机械设计制造及其自动化中计算机技术的融入研究

唐小斌 唐广珍

摘要：当前，国内的科技水平正在迅速提升，计算机技术也进入快速发展的黄金期，各大领域都开始将计算机的应用融入到自己的领域中。先进的信息技术帮助这些领域获得了很好的发展，也实现了产能上的迅速提升。本文将针对机械设计制造中的自动化发展进行分析，着重探讨如何利用计算机技术实现机械制造的自动化发展。

关键词：机械设计制造；自动化发展；计算机技术；领域融入

在机械设备的制造过程中融入计算机技术，可以很好的促进着整个机械行业的发展速度，提升机械设计的效率，因此计算机对机械设计制造自动化流程的融入具有很高的研究价值。

一、自动化设计下计算机技术的应用分析

计算机在机械设计制造中的应用方向和意义包含四个层面，分别为计算机对机械设计的辅助应用、3D技术的应用、仿真技术的应用和可视化技术的应用，抓住这四个方面的内容，才能推进机械设计制造行业的进步，让自动化机械早日实现。

（一）计算机辅助技术在机械设计制造中的应用

将计算机辅助技术应用到机械行业中，能提高机械设备的结构合理，加强生产质量，计算机拥有准确的代码指令信息，在计算机的辅助下我们可以得出两种形式相等的真值，并理解表达式为真，而通过计算所得出的这两种真值形式不相等，那么该表达式就可以被认定为假，这样就能了解到机械结构的设计是否符合最初的自动化需要。计算机具备水平和垂直两种关系，能为设计过程提供强有力的保障，给设计者设计出合理的图纸，并且图纸的参数布置也会比人工设计更加清晰，这样也能有效降低过去因为人工设计发生的误差，减少机器投入应用可能产生的返修概率。

（二）3D技术在机械设计制造中的应用

3D技术是一种立体化的影像技术，和过去的平面图像技术比起来，3D技术可以将机械设计制造当中的细节展现得更为清晰，让辅助作用更加出彩。通过3D技术，设计者对机械的研究能够更加深入，设计产品的质量也会显著提高，将3D技术融入机械设计过程，我们就能有力的实现对产品的合理规划与设计，而且完成设计后，机械便能产生工作能力，直接投入到生产线上。比如在减速器部件的制造过程中，如果使用3D打印技术，就能缩短制造的工序，让部件能够以更快的速度铸造成型，不仅质量得到保障，而且成本也得到精简。

（三）仿真技术在机械设计制造中的应用

当前仿真技术正在迅速发生，仿真技术又叫拟真技术，是基于计算机软件系统开发出的具有拟真能力的技术类型，将仿真技术引入到机械行业中，可以极大的加快机械制造领域的发展速度。仿真技术拥有很好的模拟效果和物理效果，在设计过程中我们可以用这种技术在构建数学以及物理模型，推演设计的机械在实际生活中的应用情况，从而更好的展开设计工作。

（三）可视化技术在机械设计制造中的应用

使用可视化技术可以将复杂的机械数据变得更加的直观化，用可视化的手段来展现数据参数，工作人员就能更容易理解其中的内容并更好的展开设计，提高设计效率。

二、计算机技术融入、发展与设计

（一）计算机技术对机械设计的融入

要想利用计算机软件实现机械设计的自动化就离不开优秀开发团队的支持，而一个优秀的技术工程开发师对于整个团队的构建都是非常重要的。对于一个团队而言，只有科学的决策才能引导其更好地发展。当用户提出需要设计某种自动化机械部件时，设计者就必须要充分了解用户的需求，充分根据用户的需求开展设计开发的前期准备工作，并确定机械设计所要实现什么样的功能？达到怎样的开发目标？然后再制定相关的开发方案，在方案制定时可以多拟定几个备选方案，从而避免在机械设计时由于不确定因素的干扰导致方案无法正常运行。

（二）微型化发展

将设计微型化是机械设计制造未来的发展趋势。在未来的发展中，机械设计将会走向小型化、微型化的道路，设计的面积更小，能耗也更低，所具备的功能也全面和丰富，这将会进一步扩展机械设计制造行业的发展。

（三）逻辑化设计

在设计计算机逻辑数据的过程中，不仅要注意对每一个个体进行全面考虑，还要充分考虑个体与个体之间的联系，这些交错关系的描述最好是根据图形化的方式来表达，这是最为形象和直观的展现方式，与逻辑学中的欧拉图有些类似。很多时候在需要明确说明几个概念外延的关系时，就会运用到欧拉图。但是要注意在说明一些软甲规格时，要坚决避免出现不完全性、模糊性和矛盾性内容。比如满足系统功，满足系统能不能只围绕某个单一的要求，其主要满足一系列的机械功能和机械机构设计[1]。

自动化的设计必须要建立在计算机的逻辑基础上，使用者在设计需求分析过程中说明机械的功能和服务目的时，所需开展的工作中该款软件功能如何实现的充分条件的考察与研究是最为首要的[2]。比如我们用计算机计算机械臂的设计参数时，就可以利用粒子算法计算机械臂的活动空间。粒子群算法是把所有个体视为在搜索空间中的一个没有重量与体积的粒子，在此基础上在搜索空间内经一定的速度飞行[3]。此飞行速度依附于个体的飞行经验与群体的飞行经验予以动态调整。举例说明，针对第 个微粒表示的D维向量，粒子们在搜索空间内跟踪两个最大系数；第1个最大系数即为粒子本身所找到的最优解，此解即为个体极值Pbest，记为 Pi=（pil，pi2，pid），第2个最大系数即为群体所经历过的最好区间，此解即为全局极值gbest，记为Pg=（pg1，pg2，pgd），粒子的速度通过Vi=（Vil，Vi2，Vid）表示，各粒子的区间即为一个潜在的解，在每一次迭代计算时，粒子的第d维（1≤d≤D）能够依附于下述公式更新自己的速度及区间：

上述公式rand[0，1]区间内变化的随机数；c1，c2即为正实数，称作加速度常数，起作用即为调节各迭代的步长，通常设置为2；w即为惯性权重，其作用即为调整算法的搜索能力；n即为迭代次数[4]。

在线控制时，主要对径向基函数网络inverse-dynamics模型控制装置隐含层节点中心权值cij，隐含层节点中心宽度σi，为网络输出层权值wi予以优化。依附于实情选用相匹配的径向基函数网络构架，在此基础上把网络的中心值、宽度以及输出权值视作粒子的构成因子，（记为xi），令式（7）即适应度函数。优化过程序为：

依附于具体问题，构建有关系数，其中包括种群规模m、循环代数G，惯性权重w，加速度常数c1，c2以及粒子飞行速度的上界与下界，初始化群体内的粒子的区域；在一个采样过程中，获取系统输出系数，同时依附于设定输出，通过目标函数评价相关粒子的适应区间函数Ji；把各粒子的适应系数和群体经历的历史最佳系数Jibest予以对比，若既有适应度系数更优，那么选择既有的系数更新Jibest；

根据式子更新各粒子的位置和速度；判断粒子飞行的速度是否超过最大速度限制，若超过，则限制速度在指定范围内，计算优化性能标准，若满足结束条件，那么即可返回既有的最佳粒子结果，同时通过最优系数作为网络系数计算控制输出，从而确定机械的设计参数

三、结语

合理的在机械设计制造中应用计算机技术才能有效实现自动化的机械设计，加强机械行业的发展，有鉴于此，我们也要积极在将计算機技术合理的融入机械产业中，如此才能助力整个行业的良好发展。

参考文献：

[1].洪昭斌；陈力；基于高斯基模糊ANNS的漂浮基柔性空间机械臂自学习控制[J]；工程力学；2017年06期

[2].陈瑞燕；梁辉；冯永；用于深水水下设备下放安装的多功能机械臂[A]；第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集[C]；2015年

[3].关圣涛；楚纪正；邵帅；粒子群优化算法在非线性模型预测控制中的研究应用[J]；北京化工大学学报（自然科学版）；2016年06期

[4].陈建业；刘士荣；史先鹏；一类带不确定性机械臂的动态面控制方法[A]；第二十九届中国控制会议论文集[C]；2014年