浅谈我国机械设计制造及其自动化发展前景

杨书东,白郅沅,齐利兴

长春大学 吉林省长春市

摘要：随着我国经济社会的不断发展，各行各业的需求也在发生不同的变化，而为了顺应行业发展的需求，机械设计和制造也发生了重大的改变，与此同时还体现出了机械行业自身强大的适应能力和丰富的产品特色。即功能的丰富性、产品的高效性、性能的可靠性、原材料的利用率和节能性，从而持续的满足人们在生活和工业生产中对产品多样化、信息化、高效化的要求。本文从系统概念的角度出发，综合各种技术在工业生产中的应用，如机械技术、微电子技术，自动化技术和自动控制技术等，以锅炉汽包水位的控制、冷却剂流量以及气氨排量的最优控制方案为案例，分析了整个生产过程中采用的控制方法，并且提出了机械自动化控制今后需要实现的主要目标，指明了机械设计制造及其自动化发展的前景和方向。

关键词：机械设计制造； 发展； 工业； 目标； 自动化； 多元化

1  机械自动化名称的由来和定义

机电一体化这一名称最早起源于日本，于1971年出版在《机械设计》杂志副刊上，从此以后，在行业快速发展的时代下，对机械设备生产运行以及管理一体化的生产方式受到了各行业的广泛应用。美国机械工程师协会在1984年指出:在移动互联网时代下，现代机械是一种通过运用移动互联网技术，对机械应力等机械设备内部运行与内部机械部件紧密联系的系统。机电一体化系统是现代机械的别称。IFToMM在20世纪90年代提出:机械一体化系统是由自动控制工程、精密机械仪器控制工程以及对产品制造、生产、管理过程系统化的思想构成。这说明在机械设备自动化工程蓬勃发展时代下，一定程度上促进了现代机械的发展。

2 机械自动化系统的优点与效益

2.1  生产能力和工作质量提高

相比于传统机电产品，机械自动化产品会具有更显著的功能特点，例如自动控制功能。因为在制作过程中采用的技术更为精湛，使得生产出来的产品也具有更优良的功能特点，通过自动化控制系统不仅可以避免了操作者主观因素的影响，精确地完成预先设定的操作要求，实现操作的最佳性，还在大幅度提高生产力的同时，维持工作效率以及质量，甚至还可以提高工作效率和质量，极大地提高了产品的合格率。例如，市面上最为常见的两种机床，一是数控机床；二是普通机床。在同样的生产条件和生产环境下，数控机床的生产速率并非普通机床可以媲美的，数控机床的生产效率相比于普通机床高出了550%左右，除此之外，还能减少控制人员和更充分地利用原材料，更好地节约成本，获取更高的利润。时间就是金钱，对于一个工厂来说，在相同时间内能够生产更多的产品，就是变相减少成本，提高自身竞争力。

2.2  使用安全性和可靠性提高

由于机械自动化生产技术相比于传统机电生产技术更为精湛，生产出来的产品的安全性更强大，除此之外，还具有自动保护、自动调整等功能。倘若产品在使用过程中遇到了某些不可抗力因素，导致产品失去工作能力甚至危机使用人员的人身安全时，那么机械自动化产品的强大安全性可以极大减少这种情况的出现。机械自动化产品的原材料以及中间产品的挑选也极为严格，多采用一些高精密的电子元件以及相互摩擦力较少的机械零件，所以机械自动化产品的灵敏度和可靠性也非常高。并且产品的故障率也得到了降低，使用寿命得到了延长，更加符合消费者的使用需求。

2.3  调整和维修方便，使用性能改善

机械自动化产品在安装调试时，根据消费对象不同的需求或者现场参数的改变，而做出这些改变只需给产品写入相应的程序即可，而不需要像传统机电产品一样需要拆开产品，更换部分零件以达到目的所需。对于不同类型的机械自动化产品，虽说具体的改变方法不一样，单页大同小异，例如对于存储类的机械自动化产品，可以通过预先写入程序的办法，然后根据不同的工作需要，输入事先预定的开始代码信号,产品就可以按照特定的预定程序进行自动工作。由于机械自动化产品具有自动修整的特点，在其工作过程中如因为产品自身原因而出现故障，此时，产品就会启动自动修整功能，检查自身损坏部分并及时做出调整，使得工作继续进行，这极大地减少了人力消耗，促进工作效率提高。

3  机械设计制造及其自动化的发展方向

3.1  机电一体化

如今，机械技术应当与微电子技术结合发展，基于集成电路对机械自动化产品进行制作，能让产品变得更为紧凑，轻便，节约了原材料的使用，拓宽了机械自动化设备的使用范围，对机械自动化领域的发展具有重大意义。

3.2  智能化

“智能”可以说是近年来的核心词汇，智能化也是当今电气设备或电气系统发展的重大课题。“智能”是“智能化”机器的一种行为特征，智能理论基于自动控制原理，结合心理学、生物学、语言学、计算科学、数学、力学等各种涵盖范围极广的学科或理论构成。高度智能化的产品必须具有一定的学习能力、逻辑能力以及能够自发地做出一些行为等。目前的自动化机械的智能性较低，仍存在着很大的智能化开发空间。

3.3  模块化

产品的模块化发展非常重要，然而这一方向的发展较为困难，因为相关产品的制作商以及类别众多，而且机械自动化产品的制作单元以及相关的接口繁多，这使得整个模块化发展的过程极为复杂。但是模块化发展的优点也很多，比如一些融入了智能化技术、机电一体化技术的动力模块，以及一些融入了视觉处理、图像处理、距离测量技术的控制模块能发挥相应的功能来协助整个自动化机械完成一些重要的任务。如此一来，可以基于各模块的不同功能根据实际生产需求针对性地批量制作相应的自动化机械设备。可知，基于装置单元的模块化发展有利于制作商的规模化、系统化发展，能够降低企业运营的风险，符合社会生产的实际需求。

3.4  网络化

1990年前后，基于计算机的互联网技术得到了迅猛的发展，互联网的广泛应用，对科学领域、工业领域、政治领域、军事领域、教育领域以及大众的生活产生了巨大的影响。互联网让世界范内的通讯更为便捷，加速了世界各国的信息交流，促进了各国的生产合作以及经济全球化的发展，一些产品的制作商的竞争平台也由国内转变为国际。因此，若相关制作商研发出了新颖、安全、稳定、功能强大的产品，就容易占领相应的国际产品市场。同时，当今的互联网用户数量众多，分布范围广泛，且近年来随着IoT技术的发展，出现了越来越多的可以进行远程监测与控制的电子机械自动化设备。总线结构以及LAN技术的推广应用促进了家用智能化、自动化、机械化设备的发展。基于RS485协议对家庭网络进行总线布置，将各类家用电器与LAN关联，让终端设备可以对这些家用电器进行可视化的监控与管理，能够很大限度地简化、方便人们的生活。可见，网络化是机械自动化产品的一大发展趋势。

3.5  微型化

机械自动化产品的微型化发展始于1980年前后，微型化的机械自动化系统又称为微电子机械系统，简称为微机系统，国外的研究者又对微机在产品尺寸上进行了明确的界定，一般而言，体积小于或等于1cm3的机械自动化设备称为微机，且近年来，新出产的微机产品的尺寸越来越小，正往着更低的数量级发展。微机的具有体积紧凑、能耗以及功耗低、灵便的优点，广泛应用于医学领域、生物学领域、军事领域以及信息数据领域等。机械自动化产品微型化发展的难题是相应技术的欠缺与不完善，因为这些产品需要进行高精度的加工，需要应用到光刻与蚀刻这两种高难度的技术。

参考文献

[1] 刘武发，刘德平.《机电一体化设计基础》.北京化学工业出版社.2007.5

[2] 杨世明 腾献银 赵镇宏 段巍《机械设计》电子工业出版社出版2007.3

[3] 张建民等.机电一体化系统设计.北京: 高等教育出版社，2001.