机械设计制造及其自动化发展方向的研究.docx
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机械设计制造及其自动化发展方向的研究
毕
业
论
文
论文题目:
机械设计制造及其自动化发展方向的研究
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机械设计制造及其自动化发展方向的研究
摘要
本文主要对传统的机械设计制造和机械自动化相比较,提出了具有智能化的特征是现代机械和传统的机械在功能上的本质区别。
根据机械自动化在各行各业的应用和发展,显现出了机械自动化产品的优点和效益。
即多功能化、高效率、高可靠性、省材料、省能源,不断满足人们生活和生产多元化需求。
文章从系统的观念出发,综合运用机械技术、微电子技术,自动化技术,及过控技术在化工生产中的应用。
着重例举了锅炉汽包水位的控制和冷却剂流量和气氨排量的最佳控制方案。
提出了过程自动化控制今后的主要目标,指明了机械设计制造及其自动化的发展方向。
关键词:
设计制造;自动化;产品;发展;方向
一前言
1机械自动化的产生和定义
早在1971年日本的《机械设计》杂志副刊上刊登了机电一体化这一名词,后来随着机电一体化的发展而被广泛的应用。
美国机械工程师协会于1984年为现代机械下了如下定义:
“由计算机信息网络协调与控制的,用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统”。
它与前面提及的机电一体化是一致的,因此可以说现代机械就是指机电一体化系统。
20世纪90年代国际机器与机构理论联合会,给出了这样的定义,机电一体化是精密机械工程、电子控制和系统思想在产品设计和制造过程中的协同结合。
因此又可以说机电一体化就是在机械设计制造及其自动化基础上的发展。
2机械自动化的科学技术
机械设计制造及其自动化是机械技术和电子技术为主体,多门技术学科相互渗透、相互结合的产物,是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科,机械自动化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电器化”迈入了以“机械自动化”为特征的发展阶段。
它的发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科,随着生产和科学技术的发展,还将不断被赋予新的内容。
但其最基本的特征可概括为:
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在功能上的本质区别。
二我国机械设计制造及自动化发展方向
机械设计制造及自动化同各种先进技术的运用有着密切的关系,在实际生产应用中,自动化是机械设计制造及自动化控制生产制造的主要方式,传统生产工艺中操作失误频率过多,自动化能够有效降低失误次数、提高生产安全系数等,使得机械制造产业生产效率和质量得到有效提高。
机械设计制造及自动化技术通过控制计算机程序来达到改变加工方式、加工不同产品的目的,计算机的科学控制有利于保证机械始终处于最佳工作负荷状态,确保生产过程的安全性和稳定性。
1在农业领域的应用发展
机械设计制造及自动化技术在我国农业领域的应用具有非常重要的促进作用,一方面有利于促进我国农业生产,另一方面对于我国农业经济建设也有着关键作用。
农业人口大国一直是我国的标签,农村地域面积广阔,但农业发展一直以来依靠人力劳动资源,使得劳动效率和质量比较低。
如果能够将机械设计制造及自动化技术应用到农业发展过程中,那么对于发展我国智慧化农业而言将是一个契机,小型、微型芯片的出现也将为我国农业机械化及自动化产品实现完全的智能化和自动化提供了更大空间,电子设备的完善将会带动我国农业机械化装备能适应更多的不利环境,以往设计出来的自动收割机、播种机对农田农地的位置条件有非常严格的要求,如果地理环境条件比较差,自动化机械设备就无法发挥自身作用,有了计算机技术的辅助,为我国农业发展带来更多的便利性。
2在工业领域的应用发展
机械设计制造及自动化技术在工业领域的应用发展前景更为广阔,因为本身机械设计制造及自动化技术就是工业发展的产物,以机电一体化系统为例,该系统可以用于较为复杂的生产环境中,对提高企业生产效率和产品设计质量均有十分重要的促进作用。
机电一体化在未来发展过程中,将逐渐向智能化的方向发展,所谓的智能化就是承载了人类智力因素的加入,可以根据条件变化、数据分析、概率解析等对产品生产活动进行全方位模拟,使其动作误差控制在最小范围内,全面提升机械控制效果;机电一体化将朝着体积小、功能多的方向发展,通过半导体蚀刻技术制造出亚微米级的机械元件,就可以实现机械和电子的融合,使得微机机电一体化产品能够用于军事、生物医疗等更多行业;光机电一体化的发展也成为重要方向之一,利用光学的技术优势,使得机电系统中各种子系统的感知力更加灵敏,如此一来在处理相关信息时就会更加快速、高效,从而实现提高机械设计制造质量和效率的目标;人格化也是机械设计制造及自动化发展的重要方向之一,模拟人类的性格、使得自动化产品具备更高水平的人格力。
3在集成虚拟化技术领域的应用发展
机械设计及自动化技术在机械电子集成电路中的应用发展主要是促进电子设备产生更有效的控制和管理,即通过机械设备,将电力系统中的控制电路、驱动电路以及功率电路等集成在一起,但在此过程中需要注意集成后避免各种电路之间的相互干扰,否则将无法达到预期的发展效果。
以插卡技术为例,在机械设计制造及自动化技术的支撑下,研发出一种插卡式的集成技术,将控制电路装置设计在系统的外部,通过插卡的方式完成集成电路的连接,使得各种电路之间不会产生不良干扰,酒店中插卡开关就是很好的产品。
采用插卡的电路结构,能够有效避免封装元件数量大的问题,有效避免控制电路与模块一体化相互干扰等问题,是集成虚拟技术领域发展的重要方向。
4虚拟化应用发展
在传统产品设计过程中,设计人员需要进行图纸设计、方案确认、CAD绘制最终精确的图纸,如果将机械设计制造及自动化技术应用到产品设计过程中,就能够实现产品设计虚拟化,避免人为设计过程中产生的数据误差、大大缩短产品设计周期、有效提高产品设计效率和质量等。
比如在建筑设计行业,将CAD技术与CAPP等计算机技术在一起,实现计算机操作系统的智能化和虚拟化,通过高速的自动化绘图模式,在制图过程中出现错误可以及时提醒设计人员,以及时修正错误,在计算机技术的仿真下,减少机械设备的实际操作频率,使得最终得到的图纸更加精准。
由于机械制作过程是一个非常严格、严肃的过程,所以在机械设计制造及自动化的每个应用环节都需要格外谨慎,生产虚拟化就可以很大程度上降低巨额的经济成本,同时把握产品设计尺寸、质量等。
5与大数据产业结合应用发展
在云计算和计算机技术不断发展的时代下,机械设计制造及自动化技术与大数据产业的结合已经成为必然趋势,在数据收集、数据分析以及数据处理等方面,机械设计制造及自动化技术都能够发挥很重要的作用,有利于推动自动化产业发展。
在智能传感器、智能仪表、工业网络技术的应用中加入大数据分析技术,可以节省更多数据计算过程,使得以往的数据分析更有效率、质量,避免在机械制造过程中产生浪费行为。
比如交通产业的设备自动化,在大数据背景下发展智慧交通,即在传统交通系统的基础上,应用大数据和自动化技术,将传感器、监控视频以及GPS定位系统技术结合在一起,通过对交通数据信息的全面分析和处理,实现对当前交通数据信息的实时传递、并对未来一段时间内的交通状况进行有效预测,为人们的出行提供更多参考依据。
6基于互联网+的应用发展
随着互联网技术的发展,互联网+已经成为各行各业发展的主要模式,将机械设计制造机自动化发展与互联网+融合在一起,有利于提升设备数据信息安全、提高数据分析的有效性和及时性。
基于互联网+的机械设计制造及自动化能够实现对数据信息的动态安全测评,为生产计划的顺利实施提供最大程度保障,并自动制定应急处理方案,使得生产过程更加稳定,从而实现机械设计制造及自动化数据信息的自动防护。
三机械设计制造及其自动化发展
1机械设计制造及其自动化技术应用的优势分析
(1)大大提升机械生产的效率
随着社会发展的速度越来越快,社会各行各业的发展和人们的生活对于机械制造行业有着更高的需求。
机械制造行业想要满足社会发展的需求,不但要努力的提升机械生产的效率,还要实现机械生产的精细化。
通过引信自动化技术,机械生产一方面能够满足生产企业对生产效率的需求,另一方面还能节省人力资源,避免生产过程中的人为操作错误,提升机械生产的质量。
机械生产自动化技术的应用,还能适应很多恶劣的生产环境,从而在实现生产目标的同时,避免对生产人员的健康损害。
(2)提升机械生产制造的安全性
在过去的机械生产制造过程中,大部分的生产环节都需要生产人员进行操作和控制。
在实际的生产过程中,一旦机械出现故障,往往需要操作人员凭借维修经验对机械故障进行判断和维修,这样的处理方式不但低效,而且缺乏科学性。
自动化技术能够利用电子元件对各个生产环节进行远程操控,还能够对生产设备的运行状态、设备故障进行实时的监测和诊断。
不但能在一定程度上确保生产设备的正常运行,还能为设备故障的诊断和维修提供大量数据基础。
另外,应用自动化技术,能实现对机械生产设备安全性的全面监测与实时监控,一旦设备运行出现异常,就会及时向操作人员预警,从而避免安全事故的出现。
(3)优化机械生产流程
机械设计与制造自动化技术的应用,可对传统机械生产工序进行有效优化,能结合实际机械生产的特点和需求,简化生产程序,降低生产周期和难度。
同时,通过简化生产流程,也能节省生产企业的人力资源,在保障操作人员人身安全的同时,避免传统生产过程中人为操作造成的失误,从而提升生产的质量和水平。
自动化技术的应用,不仅仅有利于生产企业经济效益的提升,对于整个机械制造行业的发展都有着巨大的推动作用。
(4)自动化技术应用的局限性较小
机械设计生产及其自动化技术是一项具有非常强的综合性和系统性的技术,由智能技术、信息技术以及计算机技术等多种技术融合而成,因此自动化产品并不会受到功能单一的局限。
在实际应用过程中,自动化技术能够通过电子控制实现生产过程中自动补偿和调节,同时还能对生产过程中的安全性进行有效保障,在提升机械产品质量的同时,丰富机械产品的功能,满足社会发展的需求。
(5)实现机械生产的节能化
相比于传统的机械化产品,机械自动化产品在结构和用料上都趋向于轻便化和微型化,因此在材料使用以及能源消耗方面具有较强的节能型。
机械自动化产品的这一特点与现阶段机械制造行业发展的趋势相符合,能够有效降低生产企业的生产成本,实现经济效益的提升
2机械设计制造及其自动化发展的重要性
(1)降低能源耗用率
任何一项生产制造活动的直接目的是为了创造最大的经济效益,机械自动化设备不仅能够满足企业控制生产成本,还能够通过低能耗驱动机构对产品加工过程进行成本控制。
在实际的加工过程中,产品的精准度会出现大幅提高,同时减少能源消耗率,促进机械设备向着自动化的方向发展,并节约能源消耗量,减少工业原料浪费这一现状,提高企业的产品质量与生产效率[1]。
机械的自动化能够促使企业采取科学合理的方向控制成本,进而保证企业今后的健康和谐发展。
(2)减少事故发生率
所谓机械自动化,就是采用计算机电子技术,增强对周边事物的可靠性与灵敏度,当工作人员在实际的工作中遇到问题时,可以采取相关自动保护措施,减少因机械故障问题导致安全事故的发生。
当故障一直潜伏其中,就能够在第一时间发出报警信号,技术管理人员可以在最短的时间内发现故障问题,同时采取相关补救措施,将安全事故的损失控制在一定范围内,最终保证人们的人身安全。
(3)适用范围广泛
在工业制作过程中,工序相对较为复杂,同时存在一定难度系数,机械设备在创新的过程中需要与实际情况相互结合,对功能进行二次设计,在设计过程中充分考虑机械设计制造以及自动化系统,并将自动控制与校验等功能涵盖其中,这些设备的功能相对较为广泛化,可以在不同行业领域中广泛使用[2],在实际的生产过程中,满足机械自动化的需求,在遇到问题或者发生事故的过程,具备极强的应变能力。
三机械设计制造及自动化的符合设计原则
1满足对机器的功能要求
任何一种产品都是为满足人们的某种需要而开发的,都必须具有某种主要功能,不同的产品具有不同的主要功能。
概而言之,都能对输入的物质、能量和信息(即所谓工业三大要素)进行某种处理,输出具有所需特性的物质、能量与信息。
因此,机械自动化系统也必须具有对输入的物质、能量和信息进行某种处理,从而输出具有所需特性的物质、能量与信息的主功能。
如上所述,机械自动化系统是一个综合的概念,包含了机电一体化技术和机电一体化产品两个方面的内容。
作为产品,又包含着设计、制造和特定的功能以满足使用要求,而功能是由其内部有机联系的结构所决定的。
2利用先进技术不断创新
根据产品或系统的主功能不同,可对产品或系统进行分类。
以物料搬运、加工为主。
输入物质、能量和信息,经过加工处理,主要输出改变了位置和形态的物质系统(或产品)称为加工机。
如各种机床、交通运输机械、食品加工机械、起重机械、纺织机械、印刷机械、轻工机械等。
以能量转换为主,输入能量和信息,输出不同能量的系统(或产品)称为动力机,其中输出机械能的为原动机。
如电动机、水轮机、内燃机等。
以信息处理为主,输入信息和能量。
主要输出某种信息。
如数据、图像、文字、声音等的产品称为信息机。
如各种仪器、仪表、计算机、传真机以及各种办公机械等。
机械自动化系统除了具备上述必须的主功能外,还应具体备其它内部功能、即动力功能、检测功能、控制功能、构造功能。
基于上述的功能构成原理,既有利于设计或分析各种机械自动化的产品,又有利于开拓思路,便于创造发明和创新。
例如,根据3种不同的主功能及其不同的输入,组合起来可形成9大类型的系统产品。
此外,对于不同主功能的加工机构,其运动方式不同,也构成不同用途的机械。
例如,金属切削机床是根据工件与刀具相对运动产生切削作用的原理进行工作的。
因此,工件与刀具的运动方式不同,便产生不同用途的机床。
所以说机械自动化的发展空间非常广阔,具有极大的想向空间,需要我们利用先进技术符合科学原理来不断创新,设计制造出一流的自动化产品。
四机械设计制造及其自动化的发展方向
我国从20世纪80年代初才开始这方面的工作研究和应用,研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作,并取得了一定的成果。
但与日本等先进国家相比,仍有相当差距。
任何一门科学都是由基础理论、技术和工程系统组成的完善体系。
机械自动化在技术和工程系统方面已有很大的发展,但基础理论方面尚在发展中,还很不完备,所以今后的发展方向是:
1绿色化
每个国家在发展工业的过程中,必定会为环境造成不可泯灭的影响,这些破坏的程度大小不一。
当前人们的环保意识逐渐加强,意识到了工业发展对生态环境产生的恶劣影响,在这样的大环境下,机械设计制造及其自动化发展应紧跟时代发展的步伐,坚持可持续发展的理念,实现行业的绿色化发展。
机械设计制造及其自动化实现绿色化发展,能够顺应人与自然和谐发展的理念,最终设计出的产品还具备清洁生产节能减排的特点,对生态环境进行保护
2网络化
无论是哪一个行业,都应给予计算机与网络技术高度重视,真正做到与时俱进,否则就会被这个时代所淘汰。
机械设计制造这一行业必须充分考虑自身实际情况与计算机网络技术结合的可行性,才能够实现自动化发展的目标,将计算机网络技术与机械设计制造技术有机相互融合,探索出全新的发展途径。
当今许多企业都提出了物联网这一概念,通过远程控制系统对电子设备进行统一管理[3]。
机械设计制造也可以这样,将所有机械与同一网络相连接进行统一控制,提高自身工作效率,使机械制造更加稳定与准确
3智能化
前沿科技的优秀代表就是智能化,由此可以看出智能化是机械设计制造发展的主要趋势。
站在机械设计制造的角度,智能化的发展更是现代机械自动化追求的根本目标。
不仅要求机械在操作过程中具有能动性,还需要在人们可接受的范围内,根据实际情况进行自我评判与选择。
4模块化
与机械设计制造自动化有关的产品种类繁多,部分传统的机械设计具有较为复杂的接口,其中包含电气接口、环境接口、标准接口等,因此在机械设计与制造的过程中,应秉承着严谨的工作态度,保证所设计产品的质量。
在机械设计与制造的过程中存在的各种问题必定会为工作人员带来一定困扰,在这种情况下可以研究出新型装置,如模块化设计制造就属于一个较好的方法[4],模块化之后不仅能够扩大生产规模,还可以将生产成本与时间压缩到最低,对于机械设计制造以及自动化的发展有着至关重要的意义。
5人格化
人格化,就是指将人类情感赋予不具备生命情感的东西,使其具有一定的情感化。
实际上,现已制造出来的大多数机械设备均是为人类而进行设计的,这些机械设备需要和人类进行打交道,假如机械设备具有一定的人格,具有一定的人类情感,则能够使人类获取更为优质的服务。
不过值得注意的是,本文提出的人格化,并不是指克隆人类,对于机械人格化,能够使人们的生活变得更为方便,同时不会将人类的生活体验予以取消,所以在对机械设计进行设计时,必须要将设计尺度掌握好。
6微型化
在机械设计制造的发展中,随着我国纳米技术的不断发展,微型化是一大重要发展趋势。
在过去几年中,我国纳米技术水平并不高,主要出于研究阶段,不过在最近几年中,纳米技术水平迅速上升,机械设计制造领域便开始对其进行关注,并对其进行越来越广泛的运用。
所以,在机械设计制造的发展中,微型化是一大重要发展趋势。
实际上,在机械设计制造设计发展过程中,微型化对其具有非常大的推动作用,能够对机械生产设备的灵活性、准确性进行有效提高,能够有效简化机械设备的复杂性,有效提高机械设计制造的工作效率,大大提高机械设计制造企业的竞争力。
五结论
因为现代机械自动化在设计和制造上具有多功能、高质量、高可靠性,低能耗的意义所以机械的设计、制造、都是围绕着机械自动化来进行的。
机械自动化技术所面临的共性关健技术是传感检测技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动化控制技术、接口技术、精密机械技术及系统总体技术等。
所以说,机械自动化系统就是机电一体化系统。
机电一体化的发展就是机械自动化的发展,所以广大设计人员应清醒的认识到机械设计制造只有向机械自动化设计制造方向发展,才是机械工业发展的唯一出路。
所以设计人员不能只热衷于技术引进,不能仅仅安心于作为新技术的传播者,而应该作为新技术产业化的创造者。
为机电一体化技术发展开辟广阔的天地。
致谢
本文在编写过程中,从论文的选题到论文的写作、修改都得到了ХХ教授的细心帮助,在他的指导下,本人完成了论文的撰写工作。
在此,对ХХ的辛苦劳动表示感谢。
另外,论文是在有关资料的调查的基础上完成的。
其中参考了他人的有关资料,并对资料的引用者表示深深的感谢。
此外,在本人的学习过程中,自始至终得到了学校有关领导和老师的亲切帮助,在此一并表示感谢。
另外,还要感谢我的家人对我学习的支持和帮助。
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- 机械设计 制造 及其 自动化 发展方向 研究