淺談機械設計制造

趙志寬

【摘 要】將傳統的機械設計制造和機械自動化進行了比較，指出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。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。從系統的觀念出發，將機械技術、微電子技術、自動化技術和過控技術綜合應用于化工生產之中。

【關鍵詞】機械設計；制造；自動化；產品；發展方向

現代機械是“由計算機信息網絡協調與控制的， 用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和（或） 機電部件相互聯系的系統”。它與前面提及的機電一體化是一致的， 因此可以說現代機械就是指機電一體化系統。

機械設計制造及其自動化是機械技術和電子技術為主體， 多門技術學科相互滲透、相互結合的產物， 是正在發展和逐漸完善的一門新興的邊緣學科。機械自動化使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化， 使工業生產由“機械電器化” 邁入了以“機械自動化” 為特征的發展階段。

機械自動化的發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科， 隨著生產和科學技術的發展， 它還將不斷被賦予新的內容。但其最基本的特征可概括為： 機械自動化的設計制造是從系統的觀點出發， 綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感檢測技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術， 根據系統功能目標和優化組織結構目標， 在多功能、高質量、高可靠性和低能耗的意義上實現特定功能價值并使整個系統最優化的系統工程技術。

需要強調的是， 機械自動化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合性技術， 而不是機械技術以及其他新技術的簡單組合、拼湊， 這就是現代機械與機械電氣化在概念上的根本區別。現代機械設計制造出的產品， 不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸， 智能化的特征是現代機械自動化和傳統機械在功能上的本質區別。

一、機械設計制造及自動化的符合設計原則

1.滿足對機器的功能要求

任何一種產品都是為滿足人們的某種需要而開發的， 都必須具有某種主要功能， 不同的產品具有不同的主要功能。概而言之， 都能對輸入的物質、能量和信息（即所謂工業三大要素） 進行某種處理， 輸出具有所需特性的物質、能量與信息。因此， 機械自動化系統也必須具有這樣的主功能， 即對輸入的物質、能量和信息進行某種處理， 從而輸出具有所需特性的物質、能量與信息。

作為產品， 又包含著設計、制造和特定的功能以滿足使用要求， 而功能是由其內部有機聯系的結構所決定的。

2.利用先進技術不斷創新

根據產品或系統的主功能不同， 可對產品或系統進行分類。

以物料搬運、加工為主， 輸入物質、能量和信息， 經過加工處理， 主要輸出改變了位置和形態的物質系統（或產品） 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。

以能量轉換為主， 輸入能量和信息， 輸出不同能量的系統（或產品） 稱為動力機， 其中輸出機械能的為原動機。如電動機、水輪機、內燃機等。

以信息處理為主， 輸入信息和能量， 主要輸出某種信息。如數據、圖像、文字、聲音等的產品稱為信息機。如各種儀器、儀表、計算機、傳真機以及各種辦公機械等。

機械自動化系統除了具備上述必須的主功能外， 還應具備其它內部功能， 即動力功能、檢測功能、控制功能、構造功能。

二、機械自動化系統在化工生產中的應用

生產過程中， 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生產過程， 對產品的數量與質量起著決定性的作用。例如， 精餾塔的塔頂或塔釜溫度， 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， 才能使效率達到指標。有些工藝變量雖不直接地影響產品的質量和數量， 然而保持其平穩卻是使生產獲得良好控制的前提。

1.鍋爐汽包水位控制方面的研究

鍋爐汽包是生產蒸汽的設備， 幾乎是工業生產不可缺少的設備。保持鍋爐汽包的液位高度在規定范圍內是非常重要的， 若水位過低， 則會影響產氣量， 且鍋爐易燒干而發生事故； 若水位過高， 生產蒸汽含水量高， 會影響蒸汽質量。這些都是危險的， 因此對汽包的液位嚴加控制是保證鍋爐正常生產必不可少的措施。

因此對于停留時間短、負荷變動較大的情況， 這樣的系統不能適應， 水位不能保證。然而對于小型鍋爐， 由于水在汽包中的停留時間較長， 在蒸汽負荷變化時， 假水位的現象并不顯著， 配上一些聯鎖報警裝置， 也可以保證安全操作， 故采用這種單沖量控制系統尚能滿足生產要求。

2.雙沖量控制系統

設置的目的是使其在正常負荷下， 控制器和加法器的輸出都有一個比較適中的數值。最好在正常負荷下，和項接近而相互抵消。

根據以上分析可知： 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， 操作工坐在操作室里就能觀察到整個裝置的變化。這樣， 既能保證生產過程的安全， 又降低了勞動強度。

三、結論

因為現代機械自動化在設計和制造上具有多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義， 所以機械的設計、制造都是圍繞著機械自動化來進行的。機械自動化技術所面臨的共性關鍵技術是傳感檢測技術、信息處理技術、伺服驅動技術、自動化控制技術、接口技術、精密機械技術及系統總體技術等。所以說， 機械自動化系統就是機電一體化系統。機電一體化的發展就是機械自動化的發展。廣大設計人員應清醒地認識到機械設計制造只有向機械自動化設計制造方向發展， 才是機械工業發展的唯一出路。設計人員不能只熱衷于技術引進， 不能僅僅安心于作為新技術的傳播者， 而應該作為新技術產業化的創造者， 為機電一體化技術發展開辟廣闊的天地。

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