1、机械自动化的设计制造是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感检测技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织结构目标，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值并使整个系统最优化的系统工程技术。需要强调的是，机械自动化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合性技术，而不是机械技术，以及其他新技术的简单组合、拼凑，这就是现代机械与机械电气化在概念上的根本区别。现代机械设计制造出的产品，不仅是人和手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有智能化的特征是现代机械自动化和传统的机械
2、在功能上的本质区别。2.3 机械自动化的发展历程机械自动化技术首先在机械制造冷加工大批量生产过程中开始发展应用。60年代后为适应市场的需求和变化，为增强机械制造业对市场灵活快速反应的能力。开始建立可变性自动化生产系统，即围绕计算机技术的柔性自动化。它是在制造系统不变或变化较小的情况下，机器设备或生产管理过程通过自动检测、信息处理、分析判断自动的实现预期的操作或某种过程，并能够自动的从制造一种零件转换到制造另一种不同的零件。七十至八十年代国际上出现了开始采用计算机集成制造系统的CIMS（Computer Integrated Manufacturing）,柔性自动化生产模式也有这种情况。鉴于实现
3、计算机集成制造系统的全盘自动化所需的巨额投入（一个全盘自动化工厂耗资数百亿美元）柔性制造系统一般价格为600至2500万美元），所承担的巨大风险，加之技术上的难度与可靠性等问题，世界工业发达国家已开始碰壁转产，转而注重信息集成的效果，追求低成本自动化LCA（Low Cost Automation）的企业组织结构和运行方式。目前，世界各国的机械自动化水准除少数工业发达国家的某些生产部门外，大多数还处于操作阶段的自动化。我国也不例外，需要循序渐进，不断努力，创造条件，向自动化的高级理想阶段迈进。实现我国机械自动化技术是一个长期的过程，不可能一蹴而就。我国机械制造业目前有11.4万个企业，发展很不平
4、衡，有大量落后于现代水准的产业，大部分企业还比较落后，手工劳动占有相当的比重，我国能独立开发现代机械自动化技术的企业很少。我国机械制造业企业中自动化装备少、水准低，不仅在数量上同世界先进国家有较大差距，而且在品种上、质量上、使用上，同世界现金水准也存在阶段性差距。2.4 我国的现状和特点与传统的机械设计制造产业相比，先进的机械制造及其自动化更加人性化、智能化。多种技术的有效整合，使机械设计制造及其自动化的设备能够充分满足各种要求。机械设计制造及其自动化是一个整体概念，能够满足其功能性的内在要求，机械设备在一定程度上都会存在一定局限性，这就要求其功能性根据机械的具体情况来进行设计决定产品的功能。
5、机械制造及其自动化不是多种技术的累加，而是将他们融合起来，实现多种技术的整合统一，使机械制造及其自动化更加人性化和智能化。机械自动化技术从上个世纪20年代开始发展应用以来，已经得到了迅速的发展，特别是近年来计算机的高度集成化，开始采用了计算机集成制造系统，大大加快了机械自动化的发展，但我国仍处于初级操作阶段的自动化。我国也不例外，我国的产业结构层次低。我国机械制造业企业中自动化装备少、水准低，不仅在数量上同世界先进国家有较大差距，而且在品种上、质量上、使用上，同世界先进水准也存在阶段性差距。需要循序渐进，不断努力，创造条件，向自动化的高级理想阶段迈进。 近年来，机械制造及其自动化产业的发展迅速
6、，在实际应用占了其优势，具体优势如下：（1） 通过先进的自动化技术提高机械的自动化控制，加强了机械设备的智能化水平，因此可以使机械设备精准高效的代替人的工作，大大的提高工作效率，同时工作质量也有很大的提升。如果施工环境情况恶劣，机械可以代替人去完成工作，降低安全隐患，提高了工作效率和工作质量。（2） 传统的机械制造发生故障只能等待工作人员去监测维修，而机械制造及其自动化就能够很好的避免这一问题； 当出现故障时，它就会用自我检查来发现其中的问题，采取自我保护功能，很好的提高了机械设备的工作稳定性和可靠性。智能化的机械制造减少了机械故障和安全事故的发生。（3） 先进化的机械制造不需要手工去进行，输
7、入相应的控制指令，机械便会自动的进行操作，简化操作流程，操作简单。（4） 机械设计制造是一门综合技术学科，它具有复合功能，具有广泛性，它能够满足人不同的需求，从而满足行业中不同的发展方向。2.4.1 合资带来的忧愁改革开放以来，我国大量引进技术和技术装备使机械制造业有了长足的发展，但也给人们带来了许多担忧。2006年4月，执我国工程机械行业之牛耳的徐工集团与美国凯雷投资公司的并购计划基本敲定。美国凯雷亚洲投资公司以3.75亿美元收购了徐工集团下属企业徐州工程机械集团有限公司85的股份。虽然6月份由于三一重工的介入使得控股过程出现波折，但这宣告我国很多经济学家所担心的“卡特彼勒通吃中国工程机械行
8、业”的计划暂告一段落。2005年3月，全球最大的机械设备制造商美国卡特彼勒公司以低得“令人意外”的价格收购了山东重工的40的股份，此后工程机械业中传出，强硬的卡特比勒已制定了庞大的收购计划，目的是“蚕食中国工程机械”。工程机械业中稳居“老大”多年的徐工集团当然是它的既定目标之一。2007年卡特彼勒公司在徐州成立卡特彼勒路面机械徐州工厂，主导产品：压路机、冷铣刨机、沥青混凝土摊铺机、路面冷再生设备稳定土拌和机等。20世纪90年代以来，大型跨国公司纷纷进军杀入国内机械工业市场，主要集中在汽车、电工电器、文化办公设备、仪器仪表、通用机械和工程机械等领域，这几个行业约占机械工业外商直接投资金额的80。
9、外国投资者的经营策略是：“基本前提是对华投资活动中必须保持其控制权”，当前跨国企业特别热衷于并购我国高成长性行业中的优势企业。目前已经能看到的悬油嘴油泵行业、轴承行业等。2.4.2 存在着许多技术黑洞中国的机械制造业除了面临“外敌”之外，自身也存在着诸多问题。曾几何时，企业的进口机械成了宣传的噱头。广东一家食品企业这样炫耀自己：“公司引进多台日本、台湾自动化生产设备，工艺精湛，优异的产品质量赢得了广大消费者的青睐。”这样的例子俯拾皆是。国人也都在潜移默化中接受了这一现实：只有外国进口的生产线和生产设备是可靠的，是产品的保证。“振兴民族”产业的口号兴起之后，国内逐渐打造出一些著名品牌，例如家电里
10、有海尔、海信、TCL等。品牌虽然已经“国产化”，但说到产品的核心部件，却大都来自国外。业内人士认为，我国机械行业存在一个巨大的技术“黑洞”，最突出的表现是对外技术依存度高。近几年来，中国每年用于固定资产的上万亿元设备投资中，60以上是引进的。作为窗口的国家高新技术产业开发区，也有57的技术源自国外。在冶金机械中，最近几年我国板、带材生产线上了三、四十条，型材线就更多了，总投入大得惊人，但是这些设备和系统几乎全部来自德国、日本及意大利。例如河北一家大型钢铁（邯郸）厂，冷轧设备来自德国西马克公司，镀锌设备来自意大利达涅利公司。据机械工业联合会的统计，目前工业发达国家新产品贡献率为52，我国仅为59
11、。在“核心技术方面”具有独立自主知识产权的产品较少，克隆产品较多。这样的结果除了自主创新能力削弱之外，还容易遭到侵权指控。即使出现了自行研制的技术，也很容易被指责为“剽窃”。中国不久前自行研制的“CMl海豚”磁悬浮列车还没有试运行，就被德国一些媒体和企业指责为“抄袭了德国磁悬浮技术”。整个工业制造设备的骨干都是外国产品，这暴露了我国工业化的虚弱性。机械制造业是一个国家的脊椎和脊柱，中国今后如果不把腰杆锻炼硬了，挺直了，那么整个经济和国防都是虚弱的。2.4.3 机械制造业落后近30年有人在发起“中国的机械制造业落后欧美发达国家多少年”的讨论，很多人认为“至少30年的差距”。这种差距尤其表现在发动
12、机上。发动机作为机械的“心脏”，怎么评价它在机械中的重要性都不过分，尤其是对于我国正在大力倡导的汽车制造业而言。我国的汽车制造业发展了多年，直到现在使用上自己设计的“心脏”的却很少，这让很多汽车业内人士都为之伤神。不过现在已经有几家汽车制造企业开始关注设计自己的发动机。奇瑞是其中之一，它研发成功的ACTECO发动机让中国的汽车也开始赚技术钱了。奇瑞研制的ACTECO发动机获得“2005中国创造奖”。为何市场没有换来必要的技术? 专家认为，并不是拿来了车型就等于转让了技术，一些关键的地方还需要学习，还需要有人点拨。但是相当多企业只关注合资，引进等等形式上的东西。仿制而不消化吸收是机械工业步入歧途
13、。除了消化不到位之外，技术壁垒也是中国引进技术的巨大障碍。目前知识产权已经成为包括美国在内的发达国家保持与发展中国家之间差距的一种武器。“欧美发达国家在小心翼翼地保持着与中国技术水平几十年的差距。2.4.4 国家扶持的支点偏离业内人士普遍认为，技术黑洞的形成与国家的重视程度、投入密切相关。国家在过去的二十多年来忽视了发展机械行业，在政策、资金等方面都出现了偏差。产权激励制度是创新和研发产品的重要保障。国有企业对创新人才的产权激励基本上没有实行。一方面创新成果的知识产权没有得到有效的保护，另一方面，创新者的贡献没有得到产权确认。企业研发的技术和产品，要么被国家无偿拿走，要么被其他的企业无偿抄袭。
14、3 机械设计制造及自动化的设计原则3.1 满足对机器的功能需求机械自动化系统的设计和制造必须要满足人们的需要，至少要具备一个核心功能，将信息和能量进行必要个转换之后变成人们所需要的信息和能量。机械自动化系统将产品和技术荣威一体，从设计、制造到功能，形成完整的机械自动化系统。3.2 利用先进技术各种先进技术是机械设计制造及自动化的基础和重要保证，无论是产品还是系统，其所具备的功能依然要以技术为主，这样才能充分展现现代机械的智能化和人性化。3.2.1 各种加工设备通过加工和处理过程改变有的形态，增加输出物质或产品的功能，如机床、各种加工设备等现代机械。3.2.2 能量转换机械动力机主要是以能量的转
15、换为主，如电动机、水轮机、内燃机等各种能量转换机械。3.2.3 信息处理机械将输入信息经过处理后输出所需信息，常见的信息处理机械主要有计算机，传真机等各种办公用设备。以信息处理为主的机械称为信息机，用来传递人们所需的直观信息，如图像、文字等。3.2.4 其他功能的机械只有充分了解机械自动化的主要功能，才能设计出不同的产品，培养创新思维。不同用途的机械具备不同的运动方式，这充分说明了机械自动化的发展空间很大，根据人们的创新和设计，未来的机械自动化内容会更加丰富完善。而这一切依然需要强大的技术做支撑，并做出合理的设计和科学的规划。4 机械设计制造及自动化中计算机技术的具体应用4.1 机械设计制造中
16、的计算机辅助功能分析机械设计制造及自动化是一个复杂、繁琐的过程，计算机在这一过程中的应用是科技发展的必然结果，也是机械设计制造及自动化自身发展的需求。计算机辅助设计是计算机的常用功能，在报刊、服装、机械等方面都有广泛的应用，机械设计中，利用计算机设计辅助功能可有效的提高产品设计的可靠性和精度，为机械生产制造带来更高的效益。第一，机械设计的目的是机器生产性能够优越的体现出来，在这一过程中绘制复杂的机械图非常关键，利用计算机的CAD、CAM 等软件，对机械设计进行科学的信息处理，使这一复杂过程变得清晰、明确，且减少了人为失误、出错等，提高了机械设计的效率和科学性。第二，机械设计中要对机械的工作原理
17、、结构、形状、尺寸等进行分析利用计算机辅助技术对设计的机械产品形成具体的描述，使设计人员能够更加直观的看出设计的问题和不足，有利于提高设计速度和设计有效性。第三，计算机辅助功能的应用方便了图纸的编辑、修改，在图纸分析中不用做反复、重复的工作，一切图形绘制、数据计算及处理等问题计算机都能搞定。第四，在相应软件的支持下，机械产品零部件的测试也更加方便。在机械设计过程中利用计算机的虚拟样机构建，结合图纸“制造”一个虚拟的样机模型，利用计算机技术对其进行工作性能、受力情况等测试，以便及时的修改原设计，使原设计变得更加完美。4.2 机械设计制造中的计算机仿真技术应用分析计算机仿真技术是在可视技术和虚拟技
18、术的基础上发展起来的，这一技术通过计算机系统对研究对象建立模型（这种模型被称为“数学模型”），利用模型真实的显示研究对象的实质，其数学模型便于计算机处理，使机械设计的修改更加方便、简洁。同时，仿真软件的应用实现了现实与虚拟的结合，在模型仿真实验，为确保机械产品的质量提供了科学依据。例如，在汽车制造中，机械设计具有难度大、成本高、修改难等特点，如一个多缸发动机的设计就需要经过许多繁琐的工作，对产品的排气过程要经过反复的研究， 利用仿真模型就可以简化这一过程，实现对机械运动过程中各种状态的可视，确保了机械设计的实践功能。4.3 机械自动化中计算机技术的应用机械的自动化是工业革命的伟大产物，极大的提
19、高了机械生产的效率，当前机械生产制造的自动化在各行各业有广泛的应用，在解放人力劳动的同时实现了生产的自动化、智能化，提高了生产的效率和精度。在机械制造中，利用与计算机相关的传感技术、电磁波技术、遥控技术等，识别和操控机械产品的生产，对提高机械生产效率有很大的意义。一方面，计算机的参与使机械生产过程中一些复杂的环节无需人直接参与便可得到解决，促进了机械生产的安全性、可靠性。另一方面，计算机技术的应用确保了机械生产系统的最佳状态，不但确保了生产安全、提高了生产效率，还节省了生产成本等。例如对机械零部件产品的包装，利用计算机控制的自动包装机，无需人员参与，就可对产品进行包装，大大提高了生产的速度和效
20、率。5 机械自动化的优点和效益随着机械自动化技术的快速发展，机械自动化产品有逐步取代传统机电产品的趋势，与传统机电产品相比，机械自动化产品具有高的功能水平和附加值，它将给开发生产者和用户带来社会、经济效益。5.1 生产能力和工作质量提高机械自动化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动化控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和较高的产品合格率。同时，由于机械自动化产品实现了工作自动化，所以生产力大大提高。例如：数控机床对工件的加工稳定性大
21、大提高，生产效率比普通机床提高5至6倍。此外，由于机械自动化工作方式具有可通过调整软件来适应需求的良好柔性，特别适合于多种、小批量产品的生产、是缩短产品开发周期、加速更新换代的重要途径。5.2 使用安全性和可靠性提高机械自动化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身与设备事故，显著提高设备的使用安全性，机械自动化产品由于采用电子元器件，减少了机械产品中的可动构件和磨损部件，从而使其具有较高的灵敏度和可靠性。故障率降低，寿命得到了延长。5.3 调整和维修方便，使用性能改善机械自动化产品在安装调
22、试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机械自动化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件和零件。对于具有存储功能的机械自动化主品，可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。机械自动化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。由于机械自动化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化，并且方便、简单。机械自动化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥
23、，系统可重复实现全部动作。高级的机械自动化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动化最优化操作。5.4 具有复合功能，适用面广机械自动化产品跳出机电产品单技术、单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机械自动化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求，应变能力较强。 5.5 改善劳动条件，有利于自动化生产机械自动化产品自动化程度高，是知识密集型和技术密集型产品，是将人们从繁重的体力劳动中解放出来的重要途径，可以加速工厂自动化、办公自动化、农业
24、自动化、交通自动化甚至是家庭自动化，从而可促进我国四个现代化的实现。5.6 节约能源，减少耗材节约一次和二次能源是国家的战略目标，也是用户十分关心的问题，机械自动化产品通过采用低能耗驱动机构，最佳的调节控制，以提高设备的能源利用率，可达到明显的节能效果。同时，由于多种学科的交叉融合，机械自动化系统的许多功能一方面从机械系统转移到微电子、计算机系统，另一方面从硬件系统转移到软件系统，从而使得机械自动化产品系统朝着轻小型方向发展，减少了材料消耗。所以，无论是生产部门还是使用单位，机械自动化技术和产品的应用，都会带来显著的社会和经济效益。正因为如此，世界各国，首先是日本、美国、欧洲各国都在大力发展和
25、推动机械自动化技术。6 机械设计制造及其自动化的发展前景和发展方向6.1 机械设计制造及其自动化的发展前景培养高素质高能力人才，努力学习经验技术。机械设计制造及其自动化课程在许多学校都已经开设，社会对此方面的人才需求很大，因此就业前景可以说很大，在我国很多地方，这个产业属于竞争性产业，更需要高素质人才。机械制造产业在航空航天、汽车、兵器等领域都有所发展，因此其更需要长久的发展，并且存在这广泛的空间，设计制造、科研开发、运行管理等方面都需要机械制造产业。我国十分重视机械制造业的发展，并且制定了一系列的规划与发展情况，这点在新的五年计划中有提出。目前我国经济发展迅速，需要将机械设计制造及其自动化作
26、为经济战略发展的优先位置，并且予以支持，树立好中国在世界上的国际形象，提高中国在世界上的经济地位。6.2 机械设计制造及其自动化未来的发展方向随着社会各行业的纵深发展以及不同行业的交叉发展，对机械产品的需求以及要求也越加严格和精细，因此适应不同要求的产品设计也应该提到行业改革的日程上来，通过对近年来机械产品的市场分析来看，未来工程机械产品的大致发展方向如下：6.2.1 机电一体化机电一体化就是机械自动化的发展和延伸，传统的机械产品只有向机电一体化方向发展，才是机械工业发展的唯一出路。6.2.2 智能化智能化是机械自动化技术发展的一个重要发展方向，这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制
27、理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、混合动力学等新思想、新方法、模拟人工智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得更高的控制目标。诚然，使机械自动化产品具有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。6.2.3 模块化模块化是一项重要而又艰巨的工程，由于机械自动化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机械自动化产品单元是一项十分复杂而又重要的事。如研制制集减速、智能减速、电动机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新的产品，同时也可
28、扩大生产规模。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机械自动化单元的企业还是对生产机械自动化产品的企业，模块化将给机械自动化企业贷美好的前程。6.2. 4 网络化20世纪90年代，计算机技术的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育以及人们日常生活带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一体，企业间的竞争也区域全球化。机械自动化的新产品一旦研制出来，只要其功能独道，质量可靠，很快会畅销全球。由于网络化的普及，给予网络的各种远程控制和监测技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机械自动化产品。现场总线和局域网技术使家
29、用电器网络化已成大势。利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统，使人们在家里充分享受各种高技术带来的便利和快乐。因此，机械自动化产品无疑朝着网络化方向发展。6.2.5 微型化微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机械自动化向微观领域发展的趋势。国外将其成为微电子机械系统，或微机械自动化系统，泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机械自动化产品，并向微米、纳米级发展。微机械自动化产品体积小、耗能少、运动灵活。在生物医疗、军事、信息、等方面具有不可比你的优势。微机械自动化发展的瓶颈在于微机械技术，微机械自动化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。6.2.6 绿色化工业的发达给人们生活带来了巨大的变化。一方面，物质丰富，生
