本文介紹了機械設計制造及自動化的設計原則及發(fā)展趨勢，分析了大數(shù)據技術在機械制造及故障診斷領域的應用，以期使機械設計與制造更加科學、高效、智能，進而實現(xiàn)機械設計制造水平的持續(xù)提升。
自動化技術及信息技術的發(fā)展使得機械工作不再是簡單地重復，而是利用各種程序來完成智能化操作，實現(xiàn)了機械的智能化操作與維護，大大提升了機械工作效率與總休穩(wěn)定性，在工作時能夠更加精準地完成任務。以生化、電腦、通訊為基礎的自動化設計與指令機構替代了人工，智能程序能夠更好地完成檢測、分析與處理等工作，自動化程度的全面提升有助于實現(xiàn)機械設計制造的可持續(xù)發(fā)展。
1機械設計制造及自動化的設計原則
1.1有效滿足設備需求
機械設備的設計與制造是為了更好地滿足人們的使用需要，特別是工業(yè)生產，對機械設備的效率與可靠性都提出了較高要求。不同產品的核心競爭力與主要工作目標是不同的，例如車床，必須在短時間內完成高精度零部件的加工，因此，在機械設計環(huán)節(jié)必須要充分考慮到用戶對機械的使用要求，明確機械的具體應用環(huán)節(jié)，準確把握機械設計的主要目標與研究方向，確保產品在制造和生產后能夠較好地實現(xiàn)其應有功能，以滿足用戶的不同需求。
1.2保證機械操作簡便
傳統(tǒng)機械在投入使用后往往需要操作人員通過復雜的程序和方式進行控制，這對于機械的使用和維護都提岀了較高要求，精度控制和品質控制的難度也大大提升。人性化設計考慮的缺失導致傳統(tǒng)機械設備占地面積較大、操作步驟復雜、后期維護檢修不易等問題普遍存在，而機械設計制造及自動化的引入則能夠將機械的各種功能進行有效整合，有效減少了產品使用的難度，使機械操作更為簡便。
1.3提升機械產品品質
自動化技術的引入使得來自機械運行與生產環(huán)節(jié)人為因素的影響大大減少，人工操作帶來的負面影響也被最大程度降低，生產效率與生產質量得到了根本性提高，機械實現(xiàn)了長期的連續(xù)穩(wěn)定運行，工人也可以從繁重的流水線操作轉向自動化控制，有效節(jié)省了人力與物力的投入。系統(tǒng)自動化運行可以保證整個生產流程的控制更加精準，產品的生產精度與生產效率得到同步提升，有助于提升整體機械產品的品質。
1.4充分利用先進技術
將信息技術引入機械設計制造領域能夠切實提升產品系統(tǒng)性能，保證設備的智能化與人性化。在生產過程中，機床與生產設施的使用能夠有效改變機器形狀與結構，提升了產品的質量與性能。利用信息技術對機械設計進行處理能夠進一步提升信息處理的全面性，可以將各種信息有效引入設計環(huán)節(jié)，使強大的信息處理功能能夠將各種資料直觀地呈現(xiàn)在設計者與生產者面前。先進技術的應用能夠使機械設計與制造更加科學、高效、智能，進而實現(xiàn)機械設計制造水平的持續(xù)提升。
2機械設計制造及自動化的發(fā)展現(xiàn)狀
2.1機械設計方法
一些發(fā)達國家在機械設計領域展開了深入研究，特別是對設計準則保持了高度重視，不僅僅針對不同的機械領域制訂了非常詳細的設計準則，而且還會及時更新數(shù)據，新型設計方法的引入保證了設計始終與時代發(fā)展相適應。目前，大量企業(yè)已經實現(xiàn)了無紙化辦公，機械圖紙的設計與傳輸全部通過計算機網絡來完成。CAD作為機械設計領域應用最為廣泛的輔助工具被我國企業(yè)紛紛引入，在機械設計方面同時參考了一些發(fā)達國家的設計標準，有效縮小了我國與發(fā)達國家在機械設計領域的差距，但仍有部分小型企業(yè)在沿用傳統(tǒng)的設計方式，這會影響到這些企業(yè)核心競爭力的提升。
2.2機械制造工藝
機械設備在制造環(huán)節(jié)選擇的工藝和工具會在很大程度上影響到產品的質量。通過機械制造工藝的改進和加工方法的優(yōu)化能夠有效提升自動化水平，使機械制造的質量與水平得到根本性提升。發(fā)達國家在機械加工方法與加工工藝方面投入了大量資金與人力來展開深度研究，包括激光加工、電磁加工、復合加工等方式在內的全新技術被廣泛應用，機械加工設備實現(xiàn)了自動化。但我國機械制造工藝發(fā)展速度非常緩慢，關于新工藝的研究與應用較少，很多制造廠家還在沿用具有數(shù)十年歷史的設備，自動化水平無法得到保證。
3機械設計及自動化的發(fā)展趨勢
3.1網絡化
互聯(lián)網技術與機械設計制造及自動化的融合能夠更好地實現(xiàn)機電設備一體化。遠程控制與遠程監(jiān)視能夠保證對制造過程展開全面控制，進而對全過程展開有效監(jiān)管，從根本上改變了機械生產方式，有效解放了工人，在減少人力、物力投入的同時還保證了生產效率與生產質量。
3.2智能化
機械自動化技術的應用是為了有效提升企業(yè)經濟效益，確保企業(yè)提供的產品能夠更好地契合市場需求。網絡技術的發(fā)展正推動自動化技術向智能化方向發(fā)展，逐步革新了傳統(tǒng)設計與制造技術。在機械制造控制系統(tǒng)中，生理學、心理學和運籌學的運用能夠保證人工智能的順利落實，可以用智能技術替代一定的人工工作，使決策速度與準確性得到大幅提升。
3.3綠色化
綠色化發(fā)展是機械生產制造全流程的創(chuàng)新，包括制造材料、產品設計、制造工藝、生產管理、產品包裝和產品銷售等方面的綠色創(chuàng)新，同時加強產品的回收利用，提高機械產品的使用率與可回收率，優(yōu)化資源配置。
4大數(shù)據技術在機械制造及故障診斷領域的應用
進行機械故障的診斷要先利用先進的傳感技術獲取機械的運行狀態(tài)參數(shù)，同時檢測各個部件的運行情況，對于從中發(fā)現(xiàn)的異常信號要展開進一步分析診斷及故障處理。機械故障的判斷需要利用聲學、信號學和摩擦學等領域的知識，通過不同途徑獲得的信號必須要經過分析才能夠具有應用價值。以信號處理基礎為基礎特征的機械故障信息表能夠幫助技術人員在最短時間內作岀判斷，這也是大數(shù)據技術應用于故障診斷的雛形。從廣義范圍來看，機械智能故障診斷包括了三個方面：第一，智能診斷需要獲取信號，并根據機械設備監(jiān)測信號判斷設備是否健康。第二，對監(jiān)測數(shù)據展開分析，評價數(shù)據的主要特征，進而判斷機械故障的具體信息內容。第三，從提取特征中挖掘信號特征，進而建立智能模型。先進的傳感技術能夠更好地呈現(xiàn)出信息特點，這是機械故障診斷的基礎。機械故障由多個方面構成，其中涉及動力學、聲學、摩擦學和熱力學等物理信息，目前的研究主要圍繞震動信號、聲場信號、聲發(fā)射信號及其他信號展開。特征提取的基礎是信號處理技術，這是實現(xiàn)機械故障信息表征的主要方式，機械設備出現(xiàn)故障后會在不同方面具有直觀呈現(xiàn)，其中包括時域、頻域、視頻，等等。故障識別是根據提取到的信號建立人工智能模型，進而通過模型提供的信息判斷機械裝配故障，同時對機械的壽命做出預測。壽命預測能夠更好地評價設備可能存在的問題，具有廣闊的發(fā)展前景。
機械大數(shù)據包含了大量的信息與知識，能夠從高角度和高層次幫助技術人員更加有效地識別機械裝備運行狀態(tài)，使技術人員的洞察能力和決策能力能夠得到有效提升，這些內容往往蘊藏于數(shù)據之中，可根據相關理論及技術方法對數(shù)據展開梳理與分析。現(xiàn)有研究主要從單一物理信號診斷入手，設備收集的數(shù)據范圍與數(shù)據數(shù)量并不多，專家必須要從中選擇最有效的數(shù)據進行分析。在大數(shù)據時代，傳感器網絡的建立能夠非常全面地反映出裝備狀態(tài)，但各種信號源的差異性較為明顯，采樣模式也各不相同，數(shù)據密度與數(shù)據質量會受到直接影響，數(shù)據將呈現(xiàn)出碎片化特征，如果依然依靠技術人員進行篩選，將會導致有效數(shù)據無法得到準確篩查。
數(shù)據是機械故障大數(shù)據診斷的基礎，建立標準化的大數(shù)據庫對于診斷而言非常重要。獲取、存儲、傳輸是大數(shù)據庫建立的主要依據，企業(yè)可以長期對數(shù)據進行監(jiān)測并從中獲取最有效的數(shù)據。機械數(shù)據的規(guī)模非常龐大，數(shù)據來源多樣而分散，非常容易受到各種因素的干擾。針對大數(shù)據的特點，數(shù)據收集與處理必須要通過可靠的數(shù)據傳感與診斷來實現(xiàn)，可通過多元信號的重采樣、尺度與維度控制來實現(xiàn)信號的意志。機械設備的故障往往蘊藏于數(shù)據之中，可通過數(shù)據驅動信號解析來準確獲取數(shù)據的典型特征，并從中提取機械故障，這樣才能更好地發(fā)揮出大數(shù)據的價值。大數(shù)據下的智能診斷離不開深度學習，可通過深層次學習構建深層模型。
