淺談機械設計制造及其自動化的發展趨勢

韓雪冰 趙 野

(沈陽渾南現代有軌電車運營有限公司 110179)

淺談機械設計制造及其自動化的發展趨勢

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(沈陽渾南現代有軌電車運營有限公司 110179)

本文主要對傳統的機械設計制造和機械自動化相比較，提出了具有智能化的特征是現代機械和傳統的機械在功能上的本質區別。根據機械自動化在各行各業的應用和發展，顯現出了機械自動化產品的優點和效益。即多功能化、高效率、高可靠性、省材料、省能源，不斷滿足人們生活和生產多元化需求。文章從系統的觀念出發，綜合運用機械技術、微電子技術，自動化技術，及過控技術在化工生產中的應用。著重例舉了鍋爐汽包水位的控制和冷卻劑流量和氣氨排量的最佳控制方案。提出了過程自動化控制今后的主要目標，指明了機械設計制造及其自動化的發展方向。

設計制造；自動化；產品；發展；方向

1 機械自動化的科學技術

機械設計制造及其自動化是機械技術和電子技術為主體，多門技術學科相互滲透、相互結合的產物，是正在發展和逐漸完善的一門新興的邊緣學科，機械自動化使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電器化”邁入了以“機械自動化”為特征的發展階段。

它的發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科，隨著生產和科學技術的發展，還將不斷被賦予新的內容。但其最基本的特征可概括為：機械自動化的設計制造是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感檢測技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織結構目標，在多功能、高質量、高可靠性，低能耗的意義上實現特定功能價值并使整個系統最優化的系統工程技術。

2 機械設計制造及自動化的符合設計原則

2.1 滿足對機器的功能要求

任何一種產品都是為滿足人們的某種需要而開發的，都必須具有某種主要功能，不同的產品具有不同的主要功能。概而言之，都能對輸入的物質、能量和信息（即所謂工業三大要素）進行某種處理，輸出具有所需特性的物質、能量與信息。因此，機械自動化系統也必須具有對輸入的物質、能量和信息進行某種處理，從而輸出具有所需特性的物質、能量與信息的主功能。如上所述，機械自動化系統是一個綜合的概念，包含了機電一體化技術和機電一體化產品兩個方面的內容。作為產品，又包含著設計、制造和特定的功能以滿足使用要求，而功能是由其內部有機聯系的結構所決定的。

2.2利用先進技術不斷創新

根據產品或系統的主功能不同，可對產品或系統進行分類。

以物料搬運、加工為主。輸入物質、能量和信息，經過加工處理，主要輸出改變了位置和形態的物質系統（或產品）稱為加工機。如各種機床、交通運輸機械、食品加工機械、起重機械、紡織機械、印刷機械、輕工機械等。

以能量轉換為主，輸入能量和信息，輸出不同能量的系統（或產品）稱為動力機，其中輸出機械能的為原動機。如電動機、水輪機、內燃機等。

以信息處理為主，輸入信息和能量。主要輸出某種信息。如數據、圖像、文字、聲音等的產品稱為信息機。如各種儀器、儀表、計算機、傳真機以及各種辦公機械等。

機械自動化系統除了具備上述必須的主功能外，還應具體備其它內部功能、即動力功能、檢測功能、控制功能、構造功能。

基于上述的功能構成原理，既有利于設計或分析各種機械自動化的產品，又有利于開拓思路，便于創造發明和創新。例如，根據 3種不同的主功能及其不同的輸入，組合起來可形成9大類型的系統產品。

3 機械自動化系統在化工生產中的應用

生產過程中，對各個工藝過程的物理量（或工藝變量）有著一定的控制要求。有些工藝變量直接表現生產過程，對產品的數量與質量起著決定性的作用。例如，精餾塔的塔頂或塔釜溫度，一般在操作壓力不變的情況下必須保持一定，才能得到合格的產品；加熱爐出口溫度的波動不能超過允許范圍，否則將影響后一工段的效果；化學反應器的反應溫度必須保持平穩，才能使效率達到指標。有些工藝變量雖不直接地影響產品的質量和數量，然而保持其平穩卻是使生產獲得良好控制的前提。

4 機械自動化系統的優點與效益

隨著機械自動化技術的快速發展，機械自動化產品有逐步取代傳統機電產品的趨勢，與傳統機電產品相比，機械自動化產品具有高的功能水平和附加值，它將給開發生產者和用戶帶來社會、經濟效益。機械自動化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動化控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現最佳操作，保證最佳的工作質量和較高的產品合格率。同時，由于機械自動化產品實現了工作自動化，所以生產力大大提高。例如：數控機床對工件的加工穩定性大大提高，生產效率比普通機床提高5～6倍。柔性制造系統的生產設備利用率可提高1.5～3.5倍，機床數量可減少約50%，節省操作人員約50%，縮短生產周期40%，使加工成本降低 50%左右。此外，由于機械自動化工作方式具有可通過調整軟件來適應需求的良好柔性，特別適合于多品種、小批量產品的生產、是縮短產品開發周期、加速更新換代的重要途徑。

5 結語

因為現代機械自動化在設計和制造上具有多功能、高質量、高可靠性，低能耗的意義所以機械的設計、制造、都是圍繞著機械自動化來進行的。

機械自動化技術所面臨的共性關健技術是傳感檢測技術、信息處理技術、伺服驅動技術、自動化控制技術、接口技術、精密機械技術及系統總體技術等。所以說，機械自動化系統就是機電一體化系統。機電一體化的發展就是機械自動化的發展，所以廣大設計人員應清醒的認識到機械設計制造只有向機械自動化設計制造方向發展，才是機械工業發展的唯一出路。所以設計人員不能只熱衷于技術引進，不能僅僅安心于作為新技術的傳播者，而應該作為新技術產業化的創造者。為機電一體化技術發展開辟廣闊的天地。

[1]劉武發，劉德平.《機電一體化設計基礎》.北京化學工業出版社.2007.5

[2]楊世明 騰獻銀 趙鎮宏 段巍《機械設計》 電子工業出版社出版2007.3

[3]張建民等.機電一體化系統設計。北京：高等教育出版社，2001.

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