機(jī)械制造及自動(dòng)化的發(fā)展與應(yīng)用

高志輝 張林峰

【摘 要】機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)擁有傳統(tǒng)制造模式不可比擬的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的一項(xiàng)新的技術(shù)，其應(yīng)用有利于生產(chǎn)力水平的快速提高，并確保產(chǎn)品質(zhì)量符合預(yù)期目標(biāo)。綜合分析機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化所具備的特點(diǎn)，且以此為基礎(chǔ)對(duì)其未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行深入的研究，使該技術(shù)不斷的發(fā)展和完善，以推動(dòng)機(jī)械制造行業(yè)穩(wěn)步前進(jìn)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)制造；自動(dòng)化；特點(diǎn)；優(yōu)勢(shì)

引言

現(xiàn)階段，隨著高新科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)械制造行業(yè)也邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。在未來，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平的要求只能越來越高，這就要求機(jī)械設(shè)計(jì)制造必須跟上時(shí)代的步伐，不斷提高其技術(shù)水平，并加大對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，為機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)力量。

1概述機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化

機(jī)械制造及其自動(dòng)化是一門綜合技術(shù)學(xué)科，主要是對(duì)各種各樣的工業(yè)機(jī)械裝備及機(jī)電產(chǎn)品自設(shè)計(jì)階段開始，貫穿整個(gè)制造、運(yùn)行控制及生產(chǎn)全過程的研究，其發(fā)展水平體現(xiàn)了該國家工業(yè)發(fā)展水平及綜合國力的高低。由于人們的生產(chǎn)活動(dòng)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造緊密相連，所以機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)也在人類社會(huì)的不斷發(fā)展過程中得以發(fā)展和完善。尤其是在西方工業(yè)革命完成以后，該行業(yè)才開始以大機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)，其專業(yè)化才有所提高，其自動(dòng)化也有所體現(xiàn)。在上世紀(jì)六十年代開始研究機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化，這是對(duì)其進(jìn)行研究最早的階段，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中也逐漸加入計(jì)算機(jī)程序的應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)在于既有利于生產(chǎn)效率的大力提高，又使勞動(dòng)力成本隨之下降。當(dāng)今社會(huì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)水平越來越高，也為機(jī)械制造行業(yè)開辟了新的道路。

2機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的特點(diǎn)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化從本質(zhì)上來講，不僅僅是技術(shù)的簡(jiǎn)單綜合，而是以各種先進(jìn)技術(shù)與理念完美組合的基礎(chǔ)上，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中實(shí)現(xiàn)的高精密機(jī)械和電子控制系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)結(jié)合，這是與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)最顯著的不同。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造以人為主進(jìn)行操作，這就對(duì)操作人員有了更高的要求，其中最主要的是對(duì)其專業(yè)素質(zhì)的要求極高，同時(shí)需保證工作的準(zhǔn)確性，所以工作起來較為復(fù)雜，不利于生產(chǎn)效率的提高。而機(jī)械制造及其自動(dòng)化在應(yīng)用中，其生產(chǎn)流程的處理是由電腦程序完成的，可有效的避免失誤的發(fā)生率并減少對(duì)資源的損耗，有利于生產(chǎn)效率的提升。由于近年來國內(nèi)科技水平不斷提高，所以在該項(xiàng)技術(shù)中又有了紅外線等新技術(shù)加入，這不僅對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的性能提高有顯著作用，更大大的促進(jìn)了國家科技水平的進(jìn)步。與此同時(shí)，該技術(shù)不僅大力應(yīng)用于器械制造行業(yè)，而且在自動(dòng)化管理方面的應(yīng)用也十分廣泛。只有機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，才能以更大的優(yōu)勢(shì)，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

3機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)

在未來的發(fā)展中，將以機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化水平作為檢驗(yàn)其是否符合時(shí)代發(fā)展的重要標(biāo)志。自動(dòng)化的發(fā)展就是以電子技術(shù)所能發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)為基礎(chǔ)，將以計(jì)算機(jī)為代表的先進(jìn)技術(shù)加入機(jī)械設(shè)計(jì)制造之中，并實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化的過程，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：

3.1降低了傳統(tǒng)手工的復(fù)雜性和難度

傳統(tǒng)手工技術(shù)的缺陷在于工作量大，且復(fù)雜，難以操作，而機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，完美的解決了這個(gè)問題，其工作原理在于以計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子科技的有效融合，來滿足機(jī)械設(shè)計(jì)制造的具體要求。自動(dòng)化在實(shí)際工作中的優(yōu)勢(shì)在于以計(jì)算機(jī)技術(shù)代替人的工作對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的過程以程序的方式執(zhí)行，大大的簡(jiǎn)化了機(jī)械設(shè)計(jì)制造工作過程，降低了人的因素在操作中的影響，有效的避免了人工作業(yè)發(fā)生危險(xiǎn)的可能性，確保工程的安全可行，同時(shí)也可促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高。

3.2完善了監(jiān)督系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，人作為生產(chǎn)過程中的主要力量，控制著整個(gè)生產(chǎn)過程，包括對(duì)于故障及警報(bào)等的及時(shí)處理。而自動(dòng)化的發(fā)展及應(yīng)用在工作中對(duì)解決此類問題有良好的效果，這是因?yàn)樵摷夹g(shù)可用內(nèi)部監(jiān)督系統(tǒng)監(jiān)管工程，并對(duì)工作中所有的細(xì)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)一檢驗(yàn)，快速的搜尋故障的具體位置及成因并及時(shí)解決，確保工程的安全穩(wěn)定。由此可見，自動(dòng)化的發(fā)展對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)意義重大，相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)而言，其優(yōu)勢(shì)不可取代。

4機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

4.1實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化

目前，在計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)迅速發(fā)展的大背景下，機(jī)電一體化作為機(jī)械制造行業(yè)未來的發(fā)展趨勢(shì)之一，關(guān)鍵在于數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用。數(shù)控技術(shù)是機(jī)電一體化實(shí)現(xiàn)的技術(shù)保障。將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用其中，可有效的解決機(jī)械生產(chǎn)所需的精細(xì)化及高效化需求，同時(shí)具備信息化及職能化特點(diǎn)的數(shù)控系統(tǒng)的創(chuàng)建可實(shí)現(xiàn)機(jī)械生產(chǎn)的全面自動(dòng)化模式并代替?zhèn)鹘y(tǒng)半自動(dòng)化生產(chǎn)。在全自動(dòng)生產(chǎn)模式下，對(duì)于任何類型或是生產(chǎn)特點(diǎn)的機(jī)械產(chǎn)品，均能做到其生產(chǎn)過程以數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制完成。所以，全自動(dòng)生產(chǎn)模式的應(yīng)用可有效降低人力在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，對(duì)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)也可起到最大程度的優(yōu)化，為生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。

4.2實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，并使計(jì)算機(jī)技術(shù)得以大范圍應(yīng)用，從而促進(jìn)了工作效率得到大力提高。而在機(jī)械制造行業(yè)中加入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并使二者相互結(jié)合，對(duì)于機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)也有著重要意義。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可對(duì)機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)過程進(jìn)行綜合管控，并充分利用監(jiān)視技術(shù)，全方位監(jiān)管生產(chǎn)的全部程序，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并合理解決，保證生產(chǎn)在安全、穩(wěn)定的前提下持續(xù)進(jìn)行。

4.3實(shí)現(xiàn)智能化

對(duì)智能技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行合理的結(jié)合，通過完善數(shù)控系統(tǒng)和設(shè)備，使機(jī)械生產(chǎn)速度及質(zhì)量得以保證，是機(jī)械制造智能化實(shí)現(xiàn)的重要手段。在實(shí)際工作中，自機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段開始到生產(chǎn)完工整個(gè)過程中可用智能化的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行全過程的處理。這就需要機(jī)械設(shè)計(jì)人員以智能化系統(tǒng)為工具，對(duì)所要生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品開始虛擬設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)完成后詳細(xì)檢測(cè)產(chǎn)品的各種性能，以檢測(cè)結(jié)果為準(zhǔn)對(duì)設(shè)計(jì)方案不斷的完善，直到滿足生產(chǎn)所需，然后進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。這種設(shè)計(jì)及生產(chǎn)模式，可在降低生產(chǎn)成本的前提下，充分修正產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題，確保機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量符合預(yù)期要求。

4.4實(shí)現(xiàn)微型化

納米和微米技術(shù)的應(yīng)用促使機(jī)械制造的未來走向微型化，這兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可通過縮小產(chǎn)品體積，降低物料的使用，從計(jì)算機(jī)主機(jī)、VPC（VMEPMCCarrier）母板卡、和駕駛艙電子設(shè)備組成。在計(jì)算機(jī)主機(jī)上，飛行模擬機(jī)的ARINC程序被運(yùn)行在主計(jì)算機(jī)PCISlot16位置的RACE卡上，主計(jì)算機(jī)上RACE可以通過HSSLRM模式與其它RACE卡進(jìn)行內(nèi)存共享。除此之外該位置RACE卡還采用高速光纖網(wǎng)絡(luò)HSSLBR模式與模擬機(jī)不同位置上的VPC母卡組成回路拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。VPC卡分布在每個(gè)接口單元組件，通常在其Slot3和Slot4位置上，在每張VPC卡上有兩塊獨(dú)立工作PAI（PMCARINC429INTERFACE）子卡，每張PAI卡通過其接口組件單元上VMEBUS總線與VPC通信。其中PAI板卡是ARINC接口系統(tǒng)的處理核心，每塊PAI卡最大可以同時(shí)處理24個(gè)ARINC429信號(hào)通道，其總線尋址地址為32BIT，工作頻率為12.5MHZ。每張PAI卡在上電初始化時(shí)通過內(nèi)部FPGA來配置每張PAI卡的端口，PAI卡的0-15號(hào)設(shè)置為發(fā)送端口，16-23號(hào)設(shè)置為接收端口。以PAI卡接收數(shù)據(jù)為例，當(dāng)PCI地址總線上有地址總線申請(qǐng)時(shí)，PAI卡先把PCI總線上的數(shù)據(jù)存入到RAM內(nèi)存中，通過其內(nèi)部FPGA對(duì)32BIT地址信息進(jìn)行譯碼，選擇對(duì)應(yīng)的端口，將RAM內(nèi)存數(shù)據(jù)通過選擇的端口完成ARINC429數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化，再通過WDA繞線組件與其它信號(hào)線一起組成完整的電纜線完成與機(jī)載航電設(shè)備通信。

5接口系統(tǒng)的主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

①實(shí)時(shí)性：由于飛行模擬機(jī)包含了計(jì)算機(jī)、接口系統(tǒng)和機(jī)載設(shè)備等，這些設(shè)備在處理數(shù)據(jù)時(shí)存在反應(yīng)時(shí)間，所以飛行模擬機(jī)必須按照模擬機(jī)鑒定測(cè)試指南測(cè)試模擬機(jī)的傳輸延時(shí)，保證飛行模擬機(jī)實(shí)時(shí)性符合要求。②抗干擾性：由于計(jì)算機(jī)、接口系統(tǒng)和機(jī)載設(shè)備在空間上存在一段距離，且布線采用集中布線方式，線纜存在著相互干擾和信號(hào)衰減問題，這就需要接口系統(tǒng)選用抗到干擾衰減能力更強(qiáng)的設(shè)備，或者添加中繼設(shè)備增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度，以及做好線纜之間的屏蔽措施。③穩(wěn)定性：由于模擬機(jī)的接口系統(tǒng)通常安裝在模擬機(jī)駕駛艙附近，由于模擬機(jī)訓(xùn)練振動(dòng)，需要在設(shè)計(jì)安裝時(shí)，考慮接口的抗震性和穩(wěn)定性。防止接口板卡或者接頭在使用中松動(dòng)。除此之外，接口系統(tǒng)還應(yīng)注意接口系統(tǒng)自診斷和易維護(hù)性等。

6結(jié)語

本文分析了某型A320飛行模擬機(jī)兩種接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理及意義，并對(duì)兩種不同接口方式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，希望大家對(duì)了解飛行模擬機(jī)接口有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]R7系列模擬機(jī)操縱與技術(shù)手冊(cè).美國L3民用飛行模擬機(jī)公司，2014.

[2]飛行模擬機(jī)鑒定與測(cè)試指南.中國民用航空軍，2005.

[3]現(xiàn)代飛行模擬機(jī)論證概要.中國民航飛行學(xué)員學(xué)報(bào)，2001.