機械設計制造及其自動化的發展方向

摘? 要：現代科技不斷發展的過程中，較多高新技術也得到了了相應發展，機械設計制造及其自動化便是精密機械工程與系統思想發展中的結合產物機械設計制造及其自動化是推動現代機械生產的主要動力，也是現代機械生產發展的領航者。基于此，本文對機械設計制造及其自動化發展方向進行闡述，以期為機械生產發展提供方向。

關鍵詞：機械設計制造;機械設計制造自動化;發展方向

中圖分類號：TH122? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1671-2064（2019）24-0000-00

機械自動化發展至今日，已經有了較為完整的體系，隨著現代技術及生產的突破發展，機械自動化也在不斷增加新的內涵。不過機械自動化的根本特征還是可以概括為綜合應用機械技術、自動控制技術、信息技術、傳感檢測、軟件編程、信息變換等多類技術，以系統功能化目標，在多功能、高質量、低功耗、高可行的基礎上實現某一價值目標，同時使得整體系統達成最優化的系統性技術。現階段而言，對于機械自動化的研究方向較多，同時對于其不同方向縱深發展的需求也較多，就目前而言主要被應用于工業生產中。本文系統的對機械自動化設計原則進行闡述，并對其在工業中的應用進行分析，最后對其未來發展發現展開論述，以期為現代機械自動化發展提供借鑒。

1機械設計制造和其自動化的設計原則

1.1機械功能需求

產品設計與開發是據社會某種需求展開的，因此都需要保證某一主要功能，不同產品，在功能差異上相對較大。具體來說，就是針對信息、能量、物質的輸入進行處理，為輸出要求的信息特征、物質特征、信息特征提供保障。這即是說，機械自動化系統必須要有主要功能，能夠對輸入信息及能量和物質進行處理，輸出的信息及能量和物質可以具有需求特性。機械設計制造自動化系統。機械自動化系統具有產品和設計兩個方面的內容，作為產品時其又包括了設計和制造，同時又有需求的功能。功能一般是內部結構所決定的，如圖1所示。

1.2 機械自動化創新能力強

機械自動化系統可以根據功能進行系統或者產品的分類，主功能為加工及物料搬運，輸入物質及能量和信息，再通過處理加工，形態和位置發生改變的產品系統或者物質系統一般被稱為加工系統。比如各種輕工機械以及其中機械和印刷機械等。功能是能量轉化的機械自動化系統，一般被稱作為動力系統，對系統輸入信息和能量輸出特定能量，比如電動機以及內燃機等。功能是信息處理的機械自動化系統，對系統進行信息及能量的輸入后，輸出特定信息，比如電子儀表、電子儀器、計算機及傳真機等。自動化系統不僅可以包含有上述主要功能，還會有其他輔助功能，例如構造、檢測功能、動力等功能。基于此以上功能構成，機械自動化系統能夠利于進行各類機械自動化產品的設計及分析，同時也便于思路的拓展，為創新及創造發明提供便利。比如根據3種主功能不同以及輸入的不同，可以組合成9種類型的產品或系統（如表1）。

功能存在差異的加工系統在運行方式及模式上也存在一定差別。例如金屬切削機床依據公建和刀具特定的相對運行從而產生切削作用，進而展開工作。因此刀具及工件運行存在差異的情況下，機床的用途也會存在一定差異。這也說明機械自動化發展極為靈活，未來還有較大的發展空間。不過機械自動化產品在設計中，追求的是高產出及低耗能，現代應用機械自動化產品多數也是在此原則下經過無數次優化才得到應用。

2機械自動化于工業中的應用

在工業生產中，各個工藝中的物理量以及工藝變量控制需要是一貫保有的，一些工藝變量也會在生產時表現出來，對于產品質量及數量有著極為關鍵的作用。比如精餾塔塔釜溫度或塔頂溫度會要求壓力穩定下保持不變，以此才能得到相應質量要求的產品。

2.1 鍋爐汽包水位雙沖量控制

鍋爐汽包是作為生產設備在工業中應用，其生產主要為蒸汽，是極為重要的動力設備。鍋爐汽包中的液位要控制在標準水位，否則會導致鍋爐少干或者蒸汽質量受到影響，進一步會引發較多危險狀況，因此將鍋爐汽包液位高度控制在一定范圍是極為必要的。汽包水位控制最為關鍵的還在于減少蒸汽負荷變化，這一條件會對汽包水位產生直接影響。若是對蒸汽流量校正，能夠使虛假水位得到補償，避免其發生誤動作，水位控制閥動作也能保證迅速，以此減少水位波動，加強控制效果。在這一控制中，將蒸汽流量感應引入到控制中，雙沖量系統便是基于這一控制方式進行的。該系統是蒸汽流量控制以及單回路反饋控制兩者集合應用的系統。前饋也即是蒸汽流量，是靜態的反饋，如果要進行兩條通路存在的動態差異兼顧，就需要加入動態補償的概念。加法器輸出的I是：

式中Ic是指液位控制器輸出;IF則是指蒸汽流量的變送器輸出;I0則是指初始偏置值;cI則是加法器的系數，一般取值為1;C2也是加法器系數，但是要兼顧靜態前饋補償，可以再現場進行取值試驗，也可在理論支持下推導得到I0設置目的是于正常負荷之下，加法器與控制器輸出數值都能夠保證適中。最理想的狀態是于正常負荷下，I0與C2IF項相接近，能夠相互抵消。互相抵消是理想狀態，現實中并無法實現，只能保證微補償的情況下，能夠實現互相抵消。

2.2冷卻劑控制方案

冷卻器熱載體為冷卻劑，通常冷卻劑選擇的介質為液態氨等，運用其在冷卻器中蒸發，進而吸收物料加工及制造中的熱量，使得物料加工及制造出口溫度得到控制，從而達成生產需要。在現階段中，工業使用的冷卻控制在方案上具有以下幾種。

2.2.1流量控制冷卻劑方案

該控制方案是將傳熱速率方程傳熱面積F進行改變實現。這一方案的控制能力較為穩定，冷卻劑量充分利用的情況下，壓縮機入口受到的壓力影響較大。不過，這一方案的控制中靈活性不足，蒸發空間難以保障，容易發生氣氨帶液的現象，最終導致壓縮機損壞。對于此類狀況，可以選擇液位與物料出口溫度串級控制。使用這一方案能夠對液位上限進行限制，從而使得蒸發空間能夠保證充分。

2.2.2氨冷卻器氣氨排量控制方案

氣氨排量控制的原理是對傳熱速率方程平均溫度進行改變，實現對物料的出口溫度控制（如圖2）。

該方案的控制靈活性較強，不會制冷系統必須允許壓縮機入口壓力波動，同時在冷卻劑量的運用不夠完全。為了保障冷卻系統的安全要對液位控制進行設置，避免液氨深入到氨管路，造成壓縮機損害情況出現。

由上述內容可以明確，自動化工藝及設備組成了無人工直接進行控制的自動化系統，只需利用監測系統對其運行狀況進行觀察即可，能夠保證生產中的安全性又降低了生產中的人力需求。隨著我國改革開放，工業生產的規模在不斷擴大，導致生態環境的污染問題愈加嚴重，所以在工業生產環境治理及保護也成為工業生產中的重要需求。綜合而言，應用機械自動化于工業生產中能夠保證生產的安全性與穩定型，達成預期的生產效，盡量使得成本的消耗減到最低，實現生產高效、生產安全。此外，在進行機械自動化產品的應用也能保證靈活性，只需對按照生產條件稍加改造就能在不同生產系統中應用，同時能夠達成節約型社會建設的要求。

3機械設計制造及其自動化未來發展方向

我國自上世紀八十年代才展開機械設計制造及其自動化方向的應用及研究，在應用及研究中雖然也斬獲了一定成果，但與日本、歐美等先進國家還具有較大的差距。未來趕超這些技術先進的國家，還需要從以下方向展開。

3.1 機電一體化

在上文便提到，機械自動化是達成機電一體化目標的基礎，從另一方面來看，達到較高程度的機械自動化水平，就要實現機電一體化，為機械自動化的發展提供有力臂助，促進機械自動化系統的水平發展。

3.2 智能發展

本世紀機械自動化中的重要方向便是智能化發展。這里智能是針對機器行為的一種描述，基于控制理論，集合混沌動力學、生理學、心理學。模糊數學、計算機科學、運籌學、人工智能等新的研究方法及研究理論，使機械具有模擬人類智能的能力，使機械更具有自主決策、邏輯思考、判斷推理等能力，從而達成更高的自動化控制水平。機械具有低智能水平或者部分人類智能，是完全可能且極為必要的。智能發展是現代電子技術的統一方向，機械自動化作為電子技術的一個方向，同時是工業中的重要應用技術，未來智能化發展也是大勢所趨。

3.3 模塊發展

機械產品的生產廠家及產品種類較為多樣化，進行標準化機械接口等開發及研制自動化的產品單元，是極為復雜，但又是工業生產需求的工作。比如進行電動機與智能減速、減速以一體化動力單元研制;集測距、是被、圖像處理及視覺功能一體的控制單元;各類典型操作的機械裝置等。如果此類單元順利得到開發，能夠利用其對產品進行開發，能夠極大提升其開發速度。新產品的開發速度提升，那么在生產規模上也能得到極大提升，進而實現技術應用的經濟效益及社會效益。電氣自動化產品系列化及標準化對于行業發展有極大的裨益，模塊化會為機械自動化生產帶來新的發展。

4結語

機械設計制造與其自動化專業的核心是機械與電子，同時又與多門專業交互，是現代發展中逐步得到更新的邊緣學科，但是其發展前景目前也較為廣闊，并不局限與現有的水平。機械自動化是工業的產品、技術、生產、功能及構成、管理等優化的主要動力，工業生產從機械電器化的階段，進入了機械自動化發展的新進程。本文對機電自動化在現代工業中的應用進行分析，并對其未來發展前景進行了闡述。

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收稿日期：2019-11-11

作者簡介：郭芳濤（1972—），男，山東青州人，本科，中級工程師，研究方向：機械設計及其自動化。