我國機械設計制造及其自動化發(fā)展方向的研究論文

1、<p>　　我國機械設計制造及其自動化發(fā)展方向的研究</p><p>　　本文主要對傳統(tǒng)的機械設計制造和機械自動化相比較，提出了具有智能化的特征是現(xiàn)代機械和傳統(tǒng)的機械在功能上的本質(zhì)區(qū)別。根據(jù)機械自動化在各行各業(yè)的應用和發(fā)展，顯現(xiàn)出了機械自動化產(chǎn)品的優(yōu)點和效益。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。然后結合我國機械的現(xiàn)狀，提出了我國機械行業(yè)目前所面臨的主要問題，并

2、分別從機械產(chǎn)品自身發(fā)展及行業(yè)出發(fā)，指出了未來工程機械行業(yè)的發(fā)展趨勢，并根據(jù)我國行業(yè)自身發(fā)展特點，提出了相應的發(fā)展和改進措施，為機械的行業(yè)發(fā)展提供了一定的理論看法同時在此基礎上探索了我國機械自動化的發(fā)展之路。</p><p>　　關鍵詞：設計制造; 自動化; 產(chǎn)品; 發(fā)展; 方向</p><p>　　一、我國機械制造業(yè)和自動化的概述</p><p>　　機械行業(yè)是一個

3、國家的基礎性和支柱性產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位，具有很強的拉動能力。而機械制造自動化技術始終是機械制造中最活躍的一個研究領域。也是制造企業(yè)提高生產(chǎn)率和贏得市場競爭的主要手段。機械自動化技術的應用與發(fā)展，是機械制造業(yè)技術改造、技術進步的主要手段和技術發(fā)展的主要方向。機械自動化的技術水準，不僅影響整個機械制造業(yè)的發(fā)展，而且對國民經(jīng)濟各部門的技術進步有很大的直接影響。</p><p>　　一）、機械制造業(yè)的概

4、述</p><p>　　1. 經(jīng)濟全球化背景下的機械制造業(yè)。 </p><p>　　機械制造業(yè)指從事各種動力機械、起重運輸機械、農(nóng)業(yè)機械、冶金礦山機械、化工機械、紡織機械、機床、工具、儀器、儀表及其他機械設備等生產(chǎn)的行業(yè)。機械制造業(yè)為整個國民經(jīng)濟提供技術裝備,其發(fā)展水平是國家工業(yè)化程度的主要標志之一。21世紀初，機械制造業(yè)發(fā)展的特點是現(xiàn)代化高新技術的綜合利用，其趨勢是四

5、化：即柔性化、敏捷化、智能化和信息化。再也不是以20世紀20～40年代發(fā)展起來的機械學科自身的成就——凸輪及其它機械為基礎，采用專用機床、夾具、刀具、量具組成的流水式生產(chǎn)線——剛性自動化。 從20世紀到21世紀，我們身邊的制造業(yè)已經(jīng)發(fā)生了一系列的巨大變化。以機械化、自動化為特征的傳統(tǒng)制造業(yè)已變?yōu)槿谌肓诵畔⒓夹g和高新技術的現(xiàn)代制造業(yè)。</p><p>　　2.我國機械制造技術的發(fā)展現(xiàn)狀 <

6、/p><p>　　20 世紀90 年代初，隨著CIMS 技術的大力推廣應用，包括有CIMS 實驗工程中心和7 個開放實驗室的研究環(huán)境已建成。在全國范圍內(nèi)，部署了CIMS 的若干研究項目，諸如CIMS 軟件工程與標準化、開放式系統(tǒng)結構與發(fā)展戰(zhàn)略，CIMS 總體與集成技術、等均取得了豐碩成果，獲得不同程度的進展。但因大部分大型機械制造企業(yè)和絕

7、大部分中小型機械制造企業(yè)主要限于CAD 和管理信息系統(tǒng)，底層基礎自動化還十分薄弱，數(shù)控機床由于編程復雜，還沒有真正發(fā)揮作用。因此，與工業(yè)發(fā)達國家相比，我國的制造業(yè)仍然存在一個階段性的整體上的差距。概括起來主要表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　1.）產(chǎn)品結構的差距 </p><p>　　中國機械制造業(yè)的快速發(fā)展，主要依靠技術引進和趕超型發(fā)展戰(zhàn)略，加之中國勞動力豐&

8、lt;/p><p>　　富而資金相對短缺，致使機械制造業(yè)的科技開發(fā)明顯滯后。雖然中國機械制造業(yè)的產(chǎn)品數(shù)量已經(jīng)位居世界前列，但主要是勞動密集型產(chǎn)品，具有自主知識產(chǎn)權的高、精、尖產(chǎn)品比較少。 </p><p>　　我國械制造業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量雖然有了很大程度的提高，但大量的機電產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性、外觀設計、內(nèi)在性能還有很大差距。</p><p>　　2. ）生產(chǎn)

9、投入結構的差距 </p><p>　　機械制造業(yè)作為一般競爭性行業(yè)，其競爭狀況與效益狀況直接受生產(chǎn)投入結構的影響。企業(yè)之間的競爭，在很大程度上取決于科研與開發(fā)的投入。發(fā)達國家為了保持機械制造業(yè)的市場競爭力，一些大企業(yè)的科技開發(fā)費用占到其銷售額的4%—8%，甚至10%以上。正是科技投入、人員素質(zhì)、設備投入等方面的巨大差距，使中國機械制造業(yè)企業(yè)的設計與生產(chǎn)方法落后，自主開發(fā)能力差，產(chǎn)品開發(fā)周期長，更新慢，新

10、產(chǎn)品產(chǎn)值率低，產(chǎn)品質(zhì)量難以得到保證。 </p><p>　　3. ）產(chǎn)業(yè)組織結構的差距 </p><p>　　中國機械制造業(yè)之所以在投入結構上難以加大科技開發(fā)投入，直接根源是產(chǎn)業(yè)組織結構不合理，企業(yè)規(guī)模小，布局分散，大中小企業(yè)之間難以形成合理的專業(yè)化分工協(xié)作體系；深層原因是體制約束，條塊分割導致的地區(qū)雷同與“分散化”傾向，有悖于世界機械制造業(yè)日益資本密集化、生

11、產(chǎn)全球化、機電一體化、市場集中化的發(fā)展趨勢。</p><p>　　三）機械制造技術未來發(fā)展趨勢 </p><p>　　未來機械制造業(yè)必然以集成化、智能化、敏捷化、信息化為方向，是各國經(jīng)濟實力、人才實力乃至綜合國力的較量。計算機集成制造(CIMS)是2l世紀制造企業(yè)的主要生產(chǎn)方式，利用包括計算機輔助設計(CAD)，計算機輔助工程分析(CAE)，計算機輔助工藝過程設計(CAPP)，計

12、算機輔助工裝設計(CATD)數(shù)控程序編制(NCP)等軟件技術來輔助生產(chǎn)是一個重要的方式。  </p><p>　　二）機械自動化的概述</p><p>　　1.機械自動化的產(chǎn)生   </p><p>　　早在1971年日本的《機械設計》雜志副刊上刊登了機電一體化這一名詞，后來隨著機電一體化的發(fā)展而被廣泛的應用。機械自

13、動化技術從上個世紀20年代首先在機械制造冷加工大批量生產(chǎn)過程中開始發(fā)展應用，上世紀60年代后為適應市場的需求和變化，為增強機械制造業(yè)對市場靈活快速反應的能力，開始建立可變性自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，即圍繞計算機技術的柔性自動化。</p><p>　　2.機械自動化系統(tǒng)的優(yōu)點與效益</p><p>　　隨著機械自動化技術的快速發(fā)展，機械自動化產(chǎn)品有逐步取代傳統(tǒng)機電產(chǎn)品的趨勢，與傳統(tǒng)機電產(chǎn)品相比，機械自

14、動化產(chǎn)品具有高的功能水平和附加值，它將給開發(fā)生產(chǎn)者和用戶帶來社會、經(jīng)濟效益。</p><p>　　4.1生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高</p><p>　　4.2使用安全性和可靠性提高</p><p>　　4.3調(diào)整和維修方便，使用性能改善</p><p>　　4.4具有復合功能，適用面廣</p><p>　　4.5改善勞動

15、條件，有利于自動化生產(chǎn)</p><p>　　4.6節(jié)約能源，減少耗材</p><p>　　3我國機械自動化的現(xiàn)狀   </p><p>　　機械自動化技術從上個世紀20年代開始發(fā)展應用以來，已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展，特別是近年來計算機的高度集成化，開始采用了計算機集成制造系統(tǒng)，大大加快了機械自動化的發(fā)展，但我國仍處于初級操作階段的自動化。目

16、前，世界各國的機械自動化水準除少數(shù)工業(yè)發(fā)達國家的某些生產(chǎn)部門外，大多數(shù)還處于操作階段的自動化。我國也不例外，我國的產(chǎn)業(yè)結構層次低。我國機械制造業(yè)企業(yè)中自動化裝備少、水準低，不僅在數(shù)量上同世界先進國家有較大差距，而且在品種上、質(zhì)量上、使用上，同世界先進水準也存在階段性差距。實現(xiàn)我國機械自動化技術是一個長期的過程，不可能一蹴而就。需要循序漸進，不斷努力，創(chuàng)造條件，向自動化的高級理想階段邁進。</p><p>　　二、

17、 機械設計制造及自動化的符合設計原則</p><p>　　2.1 滿足對機器的功能要求</p><p>　　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，都能對輸入的物質(zhì)、能量和信息（即所謂工業(yè)三大要素）進行某種處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)、能量與信息。因此，機械自動化系統(tǒng)也必須具有對輸入的物質(zhì)、能量和信息進行某種處理，從而輸

18、出具有所需特性的物質(zhì)、能量與信息的主功能。如圖2-1所示:</p><p>　　圖2-1 機械自動化系統(tǒng)功能示意圖</p><p>　　如上所述，機械自動化系統(tǒng)是一個綜合的概念，包含了機電一體化技術和機電一體化產(chǎn)品兩個方面的內(nèi)容。作為產(chǎn)品，又包含著設計、制造和特定的功能以滿足使用要求，而功能是由其內(nèi)部有機聯(lián)系的結構所決定的。</p><p>　　2.2利用先進技術

19、不斷創(chuàng)新 </p><p>　　根據(jù)產(chǎn)品或系統(tǒng)的主功能不同，可對產(chǎn)品或系統(tǒng)進行分類。</p><p>　　以物料搬運、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。如各種機床、交通運輸機械、食品加工機械、起重機械、紡織機械、印刷機械、輕工機械等。</p><p>　　以能量轉換為主，輸入能量和信息，輸

20、出不同能量的系統(tǒng)（或產(chǎn)品）稱為動力機，其中輸出機械能的為原動機。如電動機、水輪機、內(nèi)燃機等。</p><p>　　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。如各種儀器、儀表、計算機、傳真機以及各種辦公機械等。</p><p>　　機械自動化系統(tǒng)除了具備上述必須的主功能外，還應具體備其它內(nèi)部功能、即動力功能、檢測功能、控制功能、構造功能。&

21、lt;/p><p>　　基于上述的功能構成原理，既有利于設計或分析各種機械自動化的產(chǎn)品，又有利于開拓思路，便于創(chuàng)造發(fā)明和創(chuàng)新。</p><p>　　此外，對于不同主功能的加工機構，其運動方式不同，也構成不同用途的機械。例如，金屬切削機床是根據(jù)工件與刀具相對運動產(chǎn)生切削作用的原理進行工作的。因此，工件與刀具的運動方式不同，便產(chǎn)生不同用途的機床。所以說機械自動化的發(fā)展空間非常廣闊，具有極大的想向空

22、間，需要我們利用先進技術符合科學原理來不斷創(chuàng)新，設計制造出一流的自動化產(chǎn)品。</p><p>　　三、機械自動化在實際中的應用</p><p>　　一）機械自動化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應用</p><p>　　生產(chǎn)過程中，對各個工藝過程的物理量（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

23、，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不能超過允許范圍，否則將影響后一工段的效果；化學反應器的反應溫度必須保持平穩(wěn)，才能使效率達到指標。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。</p><p>　　自動控制裝置和被控的工藝設備組成了一個沒有人直接參與的自動化控制系統(tǒng)。操作工坐在操作室里，就能觀察到整個裝置的變化。因此，保證

24、生產(chǎn)過程的安全，降低了勞動強度。</p><p>　　近二十年來，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的迅速發(fā)展，加劇了對人類生存環(huán)境的污染，因此減小工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染的影響也納入了過程控制的目標范圍。</p><p>　　綜上所述，過程自動化控制的主要目標包括以下幾個方面：</p><p>　　1、保證生產(chǎn)過程的安全和平穩(wěn)；</p><p>　　2、達到預期的產(chǎn)

25、量和質(zhì)量；</p><p>　　3、盡可能地減少原材料和能源損耗；</p><p>　　4、把生產(chǎn)對環(huán)境的危害降到最小限度。</p><p>　　二） 機械自動化產(chǎn)品</p><p>　　1.具有復合功能，適用面廣 </p><p>　　機械自動化產(chǎn)品跳出機電產(chǎn)品單技術、單功能限制，具有復合技術和復

26、合功能，   產(chǎn)品的功能水平和自動化程度大大提高。機械自動化產(chǎn)品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調(diào)節(jié)、自動保護和智能化等多種功能，能應用于不同的場合和不同領域，滿足用戶需求，應變能力較強。 </p><p>　　2.改善勞動條件，有利于自動化生產(chǎn) </p><p>　　機械自動化產(chǎn)品自動化程度高，是知識密集型和技術密集型產(chǎn)品，是

27、將人們從繁重的體力勞動中解放出來的重要途徑，可以加速工廠自動化、辦公自動化、農(nóng)業(yè)自動化、交通自動化甚至是家庭自動化，從而可促進我國四個現(xiàn)代化的實現(xiàn)。 </p><p>　　3.節(jié)約能源，減少耗材 </p><p>　　節(jié)約一次和二次能源是國家的戰(zhàn)略目標，也是用戶十分關心的問題，機械自動化產(chǎn)品通過采用低能耗驅(qū)動機構，最佳的調(diào)節(jié)控制，以提高設備的能源利用率，可達到明顯的節(jié)能

28、效果。同時，由于多種學科的交叉融合，機械自動化系統(tǒng)的許多功能一方面從機械系統(tǒng)轉移到微電子、計算機系統(tǒng)，另一方面從硬件系統(tǒng)轉移到軟件系統(tǒng)，從而使得機械自動化產(chǎn)品系統(tǒng)朝著輕小型方向發(fā)展，減少了材料消耗。 </p><p>　　所以，無論是生產(chǎn)部門還是使用單位，機械自動化技術和產(chǎn)品的應用，都會帶來顯著的社會和經(jīng)濟效益。正因為如此，世界各國，首先是日本、美國、歐洲各國都在大力發(fā)展和推動機械自動化技術。 

29、;</p><p>　　五、 機械設計制造及其自動化的發(fā)展方向</p><p>　　隨著社會各行業(yè)的縱深發(fā)展以及不同行業(yè)的交叉發(fā)展，對機械產(chǎn)品的需求以及要求也越加嚴格和精細，因此適應不同要求的產(chǎn)品設計也應該提到行業(yè)改革的日程上來，通過對近年來機工程機械產(chǎn)品的市場分析來看，未來工程機械產(chǎn)品的大致發(fā)展特色如下：</p><p>　　一）機械產(chǎn)品的發(fā)展方向</p&

30、gt;<p><b>　　5.1機電一體化</b></p><p>　　機電一體化就是機械自動化的發(fā)展和延伸，傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品只有向機電一體化方向發(fā)展，才是機械工業(yè)發(fā)展的唯一出路。</p><p><b>　　5.2智能化 </b></p><p>　　智能化是21世紀機械自動化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。它廣

31、泛應用于工程機械的產(chǎn)品設計，使工程機械向信息化、智能化方向大步前進，提高了工程機械的高科技含量，促進了工程機械的發(fā)展隨著工程施工技術的不斷發(fā)展完善，用戶對工程建設機械也提出了更高的市場要求，預測并根據(jù)一定的智能體系排除可能出現(xiàn)的故障是日前機械行業(yè)的最新發(fā)展動向。</p><p><b>　　5.3模塊化</b></p><p>　　模塊化是一項重要而又艱巨的工程。由于

32、機械自動化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多。研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機械自動化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。這樣，可利用標準單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品，同時也可擴大生產(chǎn)規(guī)模。顯然，從電氣產(chǎn)品的標準化、系例化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標準機械自動化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機械自動化產(chǎn)品的企業(yè)，模塊化將給機械自動化企業(yè)帶美好的前程。</p><p><b>　　5.4網(wǎng)絡化

33、</b></p><p>　　網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們?nèi)粘Ｉ顜砹司薮蟮淖兏?。各種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一體，企業(yè)間的競爭也趨于全球化。機械自動化的新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨道，質(zhì)量可靠，很快會暢銷全球。因此，機械自動化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。</p><p><b>　　5.5微型化</b>&l

34、t;/p><p>　　微型化興起于20世紀80年代末，微機械自動化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息、等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機械自動化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術，微機械自動化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。</p><p><b>　　5.6綠色化</b></p><p>　　工業(yè)的發(fā)達

35、給人們生活帶來了巨大的變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適：另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染，于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。設計綠色的機械自動化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。機械自動化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染環(huán)境，報廢后能回收利用。 </p><p><b>　　5.7人格化</b></p><p>　　未來的機械自動化更加注重產(chǎn)品與人的關系

36、，機械自動化的人格化有兩層含義.。一層是機械自動化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機械自動化的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化，另一層是模仿生物機理、研制各種機械自動化產(chǎn)品，實事上，許多機械自動化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。</p><p>　　二）、我國機械自動化發(fā)展之路探索   </p><p>　?。?）結

37、合生產(chǎn)實際發(fā)展機械自動化技術   </p><p>　　先進制造技術的全部真諦在于應用。發(fā)展機械自動化技術，應以企業(yè)的生產(chǎn)和技術發(fā)展的實際需要及具體條件為導向。只有對合適的產(chǎn)品采用與之相適應的自動化方式進行生產(chǎn)，才能收到良好的技術經(jīng)濟效益和社會經(jīng)濟效益。我國發(fā)展機械自動化技術，應結合實際，注重實用，即對國民經(jīng)濟產(chǎn)生實際效益。</p><p>　?。?）發(fā)展投資

38、少、見效快的低成本自動化技術   </p><p>　　發(fā)展低成本自動化技術，潛力大，前景廣，投資省，見效快，提高自動化程度，可以收到事半功倍的經(jīng)濟效果，適合我國現(xiàn)階段的發(fā)展需要和國情。我國機械制造業(yè)各企業(yè)有大量的通用設備，在發(fā)展現(xiàn)代機械自動化技術時，若以原有的設備為主，合理調(diào)整機床布局，添加少量的數(shù)控設備，引入CAD／CAM技術，為我國機械制造業(yè)自動化技術發(fā)展應用提供了一條投資少、

39、見效快、效益高、符合我國國情的機械自動化技術發(fā)展應用新途徑。</p><p>　　（3）注重配套發(fā)展機械自動化技術   </p><p>　　現(xiàn)代自動化技術在機械制造中的應用就是在控制理論的指導下，對生產(chǎn)的物流和人的作用進行綜合的研究，涉及到機械技術、微電子技術、自動控制理論和計算機技術等。發(fā)展應用機械自動化技術，要扎扎實實地抓好自動化技術應用項目的基礎工作和

40、從實際出發(fā)的推廣應用工作，這些都將是今后機械自動化的主要技術基礎。</p><p>　　(4) 對自動化技術的論述和展望。 </p><p>　　機械制造自動化技術始終是機械制造中最活躍的一個研究領域，也是制造企業(yè)提高生產(chǎn)率和贏得市場競爭力的主要手段。它是制造技術、控制技術、現(xiàn)代管理技術和信息技術的綜合，旨在全面提高制造企業(yè)的勞動生產(chǎn)率和對市場的響應速度。 &

41、lt;/p><p><b>　　1.集成化 </b></p><p><b>　　2.智能化 </b></p><p><b>　　3.敏捷化 </b></p><p><b>　　4.虛擬化 </b></p>

42、;<p><b>　　5.清潔化 </b></p><p>　　綜上所述，機械制造業(yè)的發(fā)展方向是將傳統(tǒng)的制造技術與現(xiàn)代信息技術、管理技術、自動化技術、系統(tǒng)工程技術進行有機的結合，通過計算機技術是企業(yè)產(chǎn)品在全生命周期中有關的組織、經(jīng)營、管理和技術有機集成和優(yōu)化運行，在企業(yè)產(chǎn)品全生命周期中實現(xiàn)信息化、智能化、集成優(yōu)化，以達到產(chǎn)品上市快、服務好、質(zhì)量優(yōu)、成本低的目的，進而提

43、高企業(yè)的柔性，健壯性和敏捷性，使企業(yè)在激烈的市場競爭中立于不敗之地。</p><p>　　經(jīng)過多年的迅速發(fā)展，特別十五”期間，中國機械行業(yè)取得了很多可喜的成績，在國內(nèi)和國際上已取得一定地位，從業(yè)企業(yè)在市場、資金、人才和技術等方面都初具特色，為中國機械行業(yè)的進一步發(fā)展奠定了良好的基礎，但我們?nèi)砸獙π袠I(yè)形勢及企業(yè)自身發(fā)展有一個清醒、客觀的認識。</p><p>　　中國是世界上機械生產(chǎn)大國，但