淺談機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化

摘 要：本文主要對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造和機(jī)械自動(dòng)化相比較，提出了具有智能化的特征是現(xiàn)代機(jī)械和傳統(tǒng)的機(jī)械在功能上的本質(zhì)區(qū)別。根據(jù)機(jī)械自動(dòng)化在各行各業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，顯現(xiàn)出了機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)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。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)制造；自動(dòng)化；產(chǎn)品；發(fā)展；方向

一、機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與效益

隨著機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品有逐步取代傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品的趨勢(shì)，與傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品相比，機(jī)械自動(dòng)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(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

（一）生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高

機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品大都具有信息自動(dòng)處理和自動(dòng)控制功能，其控制和檢測(cè)的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)可精確地保證機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照設(shè)計(jì)的要求完成預(yù)定的動(dòng)作，使之不受機(jī)械操作者主觀因素的影響，從而實(shí)現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和較高的產(chǎn)品合格率。同時(shí)，由于機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了工作自動(dòng)化，所以生產(chǎn)力大大提高。例如：數(shù)控機(jī)床對(duì)工件的加工穩(wěn)定性大大提高，生產(chǎn)效率比普通機(jī)床提高5～6倍。柔性制造系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備利用率可提高1.5～3.5倍，機(jī)床數(shù)量可減少約50%，節(jié)省操作人員約50%，縮短生產(chǎn)周期40%，使加工成本降低50%左右。此外，由于機(jī)械自動(dòng)化工作方式具有可通過調(diào)整軟件來適應(yīng)需求的良好柔性，特別適合于多品種、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)、是縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、加速更新?lián)Q代的重要途徑。

（二）使用安全性和可靠性提高

機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品一般都具有自動(dòng)監(jiān)視、報(bào)警、自動(dòng)診斷、自動(dòng)保護(hù)等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時(shí)，能自動(dòng)采取保護(hù)措施，避免和減少人身與設(shè)備事故，顯著提高設(shè)備的使用安全性，機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品由于采用電子元器件，減少了機(jī)械產(chǎn)品中的可動(dòng)構(gòu)件和磨損部件，從而使其具有較高的靈敏度和可靠性。故障率降低，壽命得到了延長(zhǎng)。

（三）調(diào)整和維修方便，使用性能改善

機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品在安裝調(diào)試時(shí)，可通過改變控制程序來實(shí)現(xiàn)工作方式的改變，以適應(yīng)不同用戶對(duì)象的需要以及現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的控制系統(tǒng)中，而不需要改變產(chǎn)品中的任何部件和零件。對(duì)于具有存儲(chǔ)功能的機(jī)械自動(dòng)化主品，可以事先存入若干套不同的執(zhí)行程序，然后根據(jù)不同的工作對(duì)象，給定一個(gè)代碼信號(hào)輸入即可按指定的預(yù)定程序進(jìn)行自動(dòng)工作。機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的自動(dòng)化檢驗(yàn)和自動(dòng)監(jiān)視功能可對(duì)工作過程中出現(xiàn)的故障自動(dòng)采取措施，使工作恢復(fù)正常。由于機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示，操作按鈕和手柄數(shù)量顯著減少，使得操作大大簡(jiǎn)化，并且方便、簡(jiǎn)單。機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的工作過程根據(jù)預(yù)設(shè)的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮，系統(tǒng)可重復(fù)實(shí)現(xiàn)全部動(dòng)作。高級(jí)的機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品可通過被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型以及外界參數(shù)的變化隨機(jī)自尋最佳工作程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化最優(yōu)化操作。

（四）具有復(fù)合功能，適用面廣

機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品跳出機(jī)電產(chǎn)品單技術(shù)、單功能限制，具有復(fù)合技術(shù)和復(fù)合功能，使產(chǎn)品的功能水平和自動(dòng)化程度大大提高。機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品一般具有自動(dòng)化控制、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)校驗(yàn)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)保護(hù)和智能化等多種功能，能應(yīng)用于不同的場(chǎng)合和不同領(lǐng)域，滿足用戶需求，應(yīng)變能力較強(qiáng)。

（五）改善勞動(dòng)條件，有利于自動(dòng)化生產(chǎn)

機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品自動(dòng)化程度高，是知識(shí)密集型和技術(shù)密集型產(chǎn)品，是將人們從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來的重要途徑，可以加速工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、交通自動(dòng)化甚至是家庭自動(dòng)化，從而可促進(jìn)我國(guó)四個(gè)現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)。

（六）節(jié)約能源，減少耗材

節(jié)約一次和二次能源是國(guó)家的戰(zhàn)略目標(biāo)，也是用戶十分關(guān)心的問題，機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品通過采用低能耗驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，最佳的調(diào)節(jié)控制，以提高設(shè)備的能源利用率，可達(dá)到明顯的節(jié)能效果。同時(shí)，由于多種學(xué)科的交叉融合，機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)的許多功能一方面從機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到微電子、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，另一方面從硬件系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到軟件系統(tǒng)，從而使得機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品系統(tǒng)朝著輕小型方向發(fā)展，減少了材料消耗。

所以，無論是生產(chǎn)部門還是使用單位，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用，都會(huì)帶來顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。正因?yàn)槿绱?，世界各?guó)，首先是日本、美國(guó)、歐洲各國(guó)都在大力發(fā)展和推動(dòng)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的發(fā)展方向

我國(guó)從20世紀(jì)80年代初才開始這方面的工作研究和應(yīng)用，研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，并取得了一定的成果。但與日本等先進(jìn)國(guó)家相比，仍有相當(dāng)差距。任何一門科學(xué)都是由基礎(chǔ)理論、技術(shù)和工程系統(tǒng)組成的完善體系。機(jī)械自動(dòng)化在技術(shù)和工程系統(tǒng)方面已有很大的發(fā)展，但基礎(chǔ)理論方面尚在發(fā)展中，還很不完備，所以今后的發(fā)展方向是：

（一）機(jī)電一體化

機(jī)電一體化就是機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展和延伸，傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品只有向機(jī)電一體化方向發(fā)展，才是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的唯一出路。

（二）智能化

智能化是21世紀(jì)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。這里所說的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心里學(xué)、生理學(xué)和混飩動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法、模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得更高的控制目標(biāo)。誠(chéng)然，使機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品具有低級(jí)智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

（三）模塊化

模塊化是一項(xiàng)重要而又艱巨的工程。由于機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多。研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能減速、電動(dòng)機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品，同時(shí)也可擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系例化帶來的好處可以肯定，無論是對(duì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械自動(dòng)化單元的企業(yè)還是對(duì)生產(chǎn)機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的企業(yè)，模塊化將給機(jī)械自動(dòng)化企業(yè)帶美好的前程。

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作者簡(jiǎn)介：

封俊樑（1994—）男，漢族，海南瓊中縣人，邵陽(yáng)學(xué)院本科在讀，專業(yè)方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。