淺談機械設計制造及其自動化

摘 要：本文主要對傳統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代機械和傳統的機械在功能上的本質區別。根據機械自動化在各行各業的應用和發展，顯現出了機械自動化產品的優點和效益。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多元化需求。

關鍵詞：設計制造；自動化；產品；發展；方向

一、機械自動化系統的優點與效益

隨著機械自動化技術的快速發展，機械自動化產品有逐步取代傳統機電產品的趨勢，與傳統機電產品相比，機械自動化產品具有高的功能水平和附加值，它將給開發生產者和用戶帶來社會、經濟效益。

（一）生產能力和工作質量提高

機械自動化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動化控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現最佳操作，保證最佳的工作質量和較高的產品合格率。同時，由于機械自動化產品實現了工作自動化，所以生產力大大提高。例如：數控機床對工件的加工穩定性大大提高，生產效率比普通機床提高5～6倍。柔性制造系統的生產設備利用率可提高1.5～3.5倍，機床數量可減少約50%，節省操作人員約50%，縮短生產周期40%，使加工成本降低50%左右。此外，由于機械自動化工作方式具有可通過調整軟件來適應需求的良好柔性，特別適合于多品種、小批量產品的生產、是縮短產品開發周期、加速更新換代的重要途徑。

（二）使用安全性和可靠性提高

機械自動化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身與設備事故，顯著提高設備的使用安全性，機械自動化產品由于采用電子元器件，減少了機械產品中的可動構件和磨損部件，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。

（三）調整和維修方便，使用性能改善

機械自動化產品在安裝調試時，可通過改變控制程序來實現工作方式的改變，以適應不同用戶對象的需要以及現場參數變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機械自動化產品的控制系統中，而不需要改變產品中的任何部件和零件。對于具有存儲功能的機械自動化主品，可以事先存入若干套不同的執行程序，然后根據不同的工作對象，給定一個代碼信號輸入即可按指定的預定程序進行自動工作。機械自動化產品的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動采取措施，使工作恢復正常。由于機械自動化產品普遍采用程序控制和數字顯示，操作按鈕和手柄數量顯著減少，使得操作大大簡化，并且方便、簡單。機械自動化產品的工作過程根據預設的程序逐步由電子控制系統指揮，系統可重復實現全部動作。高級的機械自動化產品可通過被控對象的數學模型以及外界參數的變化隨機自尋最佳工作程序，實現自動化最優化操作。

（四）具有復合功能，適用面廣

機械自動化產品跳出機電產品單技術、單功能限制，具有復合技術和復合功能，使產品的功能水平和自動化程度大大提高。機械自動化產品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調節、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。

（五）改善勞動條件，有利于自動化生產

機械自動化產品自動化程度高，是知識密集型和技術密集型產品，是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、農業自動化、交通自動化甚至是家庭自動化，從而可促進我國四個現代化的實現。

（六）節約能源，減少耗材

節約一次和二次能源是國家的戰略目標，也是用戶十分關心的問題，機械自動化產品通過采用低能耗驅動機構，最佳的調節控制，以提高設備的能源利用率，可達到明顯的節能效果。同時，由于多種學科的交叉融合，機械自動化系統的許多功能一方面從機械系統轉移到微電子、計算機系統，另一方面從硬件系統轉移到軟件系統，從而使得機械自動化產品系統朝著輕小型方向發展，減少了材料消耗。

所以，無論是生產部門還是使用單位，機械自動化技術和產品的應用，都會帶來顯著的社會和經濟效益。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展和推動機械自動化技術。

二、機械設計制造及其自動化的發展方向

我國從20世紀80年代初才開始這方面的工作研究和應用，研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，并取得了一定的成果。但與日本等先進國家相比，仍有相當差距。任何一門科學都是由基礎理論、技術和工程系統組成的完善體系。機械自動化在技術和工程系統方面已有很大的發展，但基礎理論方面尚在發展中，還很不完備，所以今后的發展方向是：

（一）機電一體化

機電一體化就是機械自動化的發展和延伸，傳統的機械產品只有向機電一體化方向發展，才是機械工業發展的唯一出路。

（二）智能化

智能化是21世紀機械自動化技術發展的一個重要發展方向。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心里學、生理學和混飩動力學等新思想、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。誠然，使機械自動化產品具有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

（三）模塊化

模塊化是一項重要而又艱巨的工程。由于機械自動化產品種類和生產廠家繁多。研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機械自動化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能減速、電動機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新的產品，同時也可擴大生產規模。顯然，從電氣產品的標準化、系例化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機械自動化單元的企業還是對生產機械自動化產品的企業，模塊化將給機械自動化企業帶美好的前程。

參考文獻：

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[2]楊世明，騰獻銀，趙鎮宏，段巍.機械設計.電子工業出版社出版.2007.3.

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[4]趙松年，張奇鵬.機電一體化機械系統設計.北京：機械工業出版社，1996.

作者簡介：

封俊樑（1994—）男，漢族，海南瓊中縣人，邵陽學院本科在讀，專業方向：機械設計制造及其自動化。