淺談機(jī)械設(shè)計(jì)制造

趙志寬

【摘 要】將傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造和機(jī)械自動(dòng)化進(jìn)行了比較，指出具有智能化的特征是現(xiàn)代機(jī)械和傳統(tǒng)的機(jī)械在功能上的本質(zhì)區(qū)別。機(jī)械自動(dòng)化在各行各業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，顯現(xiàn)出了機(jī)械自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)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(chǎn)多元化需求。從系統(tǒng)的觀念出發(fā)，將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和過控技術(shù)綜合應(yīng)用于化工生產(chǎn)之中。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)；制造；自動(dòng)化；產(chǎn)品；發(fā)展方向

現(xiàn)代機(jī)械是“由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的， 用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和（或） 機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。它與前面提及的機(jī)電一體化是一致的， 因此可以說現(xiàn)代機(jī)械就是指機(jī)電一體化系統(tǒng)。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)為主體， 多門技術(shù)學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合的產(chǎn)物， 是正在發(fā)展和逐漸完善的一門新興的邊緣學(xué)科。機(jī)械自動(dòng)化使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化， 使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電器化” 邁入了以“機(jī)械自動(dòng)化” 為特征的發(fā)展階段。

機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展至今已經(jīng)成為一門有著自身體系的新型學(xué)科， 隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 它還將不斷被賦予新的內(nèi)容。但其最基本的特征可概括為： 機(jī)械自動(dòng)化的設(shè)計(jì)制造是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)， 綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)， 根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)， 在多功能、高質(zhì)量、高可靠性和低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。

需要強(qiáng)調(diào)的是， 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合性技術(shù)， 而不是機(jī)械技術(shù)以及其他新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊， 這就是現(xiàn)代機(jī)械與機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造出的產(chǎn)品， 不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸， 智能化的特征是現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化和傳統(tǒng)機(jī)械在功能上的本質(zhì)區(qū)別。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的符合設(shè)計(jì)原則

1.滿足對(duì)機(jī)器的功能要求

任何一種產(chǎn)品都是為滿足人們的某種需要而開發(fā)的， 都必須具有某種主要功能， 不同的產(chǎn)品具有不同的主要功能。概而言之， 都能對(duì)輸入的物質(zhì)、能量和信息（即所謂工業(yè)三大要素） 進(jìn)行某種處理， 輸出具有所需特性的物質(zhì)、能量與信息。因此， 機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)也必須具有這樣的主功能， 即對(duì)輸入的物質(zhì)、能量和信息進(jìn)行某種處理， 從而輸出具有所需特性的物質(zhì)、能量與信息。

作為產(chǎn)品， 又包含著設(shè)計(jì)、制造和特定的功能以滿足使用要求， 而功能是由其內(nèi)部有機(jī)聯(lián)系的結(jié)構(gòu)所決定的。

2.利用先進(jìn)技術(shù)不斷創(chuàng)新

根據(jù)產(chǎn)品或系統(tǒng)的主功能不同， 可對(duì)產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行分類。

以物料搬運(yùn)、加工為主， 輸入物質(zhì)、能量和信息， 經(jīng)過加工處理， 主要輸出改變了位置和形態(tài)的物質(zhì)系統(tǒng)（或產(chǎn)品） 稱為加工機(jī)。如各種機(jī)床、交通運(yùn)輸機(jī)械、食品加工機(jī)械、起重機(jī)械、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、輕工機(jī)械等。

以能量轉(zhuǎn)換為主， 輸入能量和信息， 輸出不同能量的系統(tǒng)（或產(chǎn)品） 稱為動(dòng)力機(jī)， 其中輸出機(jī)械能的為原動(dòng)機(jī)。如電動(dòng)機(jī)、水輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)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(shù)據(jù)、圖像、文字、聲音等的產(chǎn)品稱為信息機(jī)。如各種儀器、儀表、計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)以及各種辦公機(jī)械等。

機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)除了具備上述必須的主功能外， 還應(yīng)具備其它內(nèi)部功能， 即動(dòng)力功能、檢測(cè)功能、控制功能、構(gòu)造功能。

二、機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

生產(chǎn)過程中， 對(duì)各個(gè)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(xiàn)生產(chǎn)過程， 對(duì)產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)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(chǎn)品； 加熱爐出口溫度的波動(dòng)不能超過允許范圍， 否則將影響后一工段的效果； 化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度必須保持平穩(wěn)， 才能使效率達(dá)到指標(biāo)。有些工藝變量雖不直接地影響產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量， 然而保持其平穩(wěn)卻是使生產(chǎn)獲得良好控制的前提。

1.鍋爐汽包水位控制方面的研究

鍋爐汽包是生產(chǎn)蒸汽的設(shè)備， 幾乎是工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備。保持鍋爐汽包的液位高度在規(guī)定范圍內(nèi)是非常重要的， 若水位過低， 則會(huì)影響產(chǎn)氣量， 且鍋爐易燒干而發(fā)生事故； 若水位過高， 生產(chǎn)蒸汽含水量高， 會(huì)影響蒸汽質(zhì)量。這些都是危險(xiǎn)的， 因此對(duì)汽包的液位嚴(yán)加控制是保證鍋爐正常生產(chǎn)必不可少的措施。

因此對(duì)于停留時(shí)間短、負(fù)荷變動(dòng)較大的情況， 這樣的系統(tǒng)不能適應(yīng)， 水位不能保證。然而對(duì)于小型鍋爐， 由于水在汽包中的停留時(shí)間較長(zhǎng)， 在蒸汽負(fù)荷變化時(shí)， 假水位的現(xiàn)象并不顯著， 配上一些聯(lián)鎖報(bào)警裝置， 也可以保證安全操作， 故采用這種單沖量控制系統(tǒng)尚能滿足生產(chǎn)要求。

2.雙沖量控制系統(tǒng)

設(shè)置的目的是使其在正常負(fù)荷下， 控制器和加法器的輸出都有一個(gè)比較適中的數(shù)值。最好在正常負(fù)荷下，和項(xiàng)接近而相互抵消。

根據(jù)以上分析可知： 自動(dòng)控制裝置和被控的工藝設(shè)備組成了一個(gè)沒有人直接參與的自動(dòng)化控制系統(tǒng)， 操作工坐在操作室里就能觀察到整個(gè)裝置的變化。這樣， 既能保證生產(chǎn)過程的安全， 又降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

三、結(jié)論

因?yàn)楝F(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化在設(shè)計(jì)和制造上具有多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義， 所以機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造都是圍繞著機(jī)械自動(dòng)化來進(jìn)行的。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)所面臨的共性關(guān)鍵技術(shù)是傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、接口技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等。所以說， 機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)就是機(jī)電一體化系統(tǒng)。機(jī)電一體化的發(fā)展就是機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展。廣大設(shè)計(jì)人員應(yīng)清醒地認(rèn)識(shí)到機(jī)械設(shè)計(jì)制造只有向機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造方向發(fā)展， 才是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的唯一出路。設(shè)計(jì)人員不能只熱衷于技術(shù)引進(jìn)， 不能僅僅安心于作為新技術(shù)的傳播者， 而應(yīng)該作為新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的創(chuàng)造者， 為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開辟廣闊的天地。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉武發(fā)，劉德平. 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]楊世明，騰獻(xiàn)銀，趙鎮(zhèn)宏，等. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2007.

[3]張建民，等. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京：高等教育出版社，2001.

[4]趙松年，張奇鵬. 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[5]齊衛(wèi)紅，林春麗，王永紅. 過程控制系統(tǒng)[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2007.