毕业设计（论文）-浅析机械设计制造及其自动化的现状应用及发展方向.doc

成人高等教育毕业设计（论文） 学院(）： 年级专业： 机械设计 层 次： 本科 学 号： 姓 名： 指导教师： 起止时间： 题题 目：目：浅析机械设计制造及其自浅析机械设计制造及其自 动化的现状应用及发展方向动化的现状应用及发展方向 摘要 摘 要 本文主要阐述了机械设计及其自动化的概念，应用的目的 及类别，从多方面讲述了机械设计及其自动化在各行各业应用 的优势，显现出了机械自动化产品的优点和效益。 文章从系统的观念出发，综合概述了机械设计及其自动化 在我国制造业、化工等行业生产中的应用现状，道出了在生产 应用中存在的问题。根据优势、现状指明了机械设计制造及其 自动化的发展方向，即：一体化，智能化，数字化，模块化， 网络化，人格化。 关键词关键词： 设计制造，自动化， 制造业， 发展 ，方向 目录 目 录 摘要i 目录 第 1 章 机械设计及其自动化概念1 1.1 机械设计自动化的产生 1 1.2 机械设计制造及其自动化的科学技术 1 第 2 章 机械设计及其自动化在生产中的优势3 2.1 满足对机器的功能要求 3 2.2 利用先进技术不断创新3 2.3 机械设计自动化的作用 5 第 3 章 机械设计制造及其自动化的现状 6 3.1 经济全球化背景下的机械制造业6 3.2 我国机械制造业和自动化的现状6 第 4 章 机械设计制造及其自动化发展方向 8 4.1 机械自动化的发展趋势-农业自动化 8 4.2 机电一体化8 4.3 智能化8 4.4 模块化8 4.5 网络化9 4.6 微型化9 4.7 绿色化9 4.8 人格化 10 结论 11 参考文献 12 致谢 13 第一章 机械设计制造及其自动化概念 0 第一章 机械设计制造及其自动化概念 1.1 机械设计自动化的产生 随着微电子技术、信息技术、计算机技术、材料技术和新能源技术等 高新技术与机械设计制造技术的相互交叉、渗透、融合，使传统意义上的 机械设计制造技术在原有基础上得到了质的飞跃，形成了当代的先进设计 制造技术，与传统的机械设计制造技术相比既有继承，又有很大发展。如 今，先进的设计制造技术正成为经济发展和人民生活需要的主要技术支撑， 成为加速高技术发展和国防现代化的主要支撑，成为企业在激烈市场竞争 中能立于不败之地并求得迅速发展的关键技术。计算机技术引入机械领域， 使机械设计制造及其自动化技术产生了深刻变化。利用计算机辅助设计与 优化设计技术，使设计过程实现了自动化和最优化；微电子技术与机械技 术的结合，实现了机电产品的一体化，出现了数控机床和加工中心、机器 人、微型机电系统等；利用计算机控制技术使机械制造过程实现了自动化 和智能化，传感技术、计算机技术和机械设计制造的结合；机器的设计与 运行过程的紧密结合，可以对机电产品的设计过程、制造过程、销售过程、 安装与运行过程实现综合的自动化控制。 1.2 机械设计制造及其自动化的科学技术 机械设计制造及其自动化是机械技术和电子技术为主体，多门技术学 科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘 学科，机械自动化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产 方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电器化”迈入了以 “机械自动化”为特征的发展阶段。 它的发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着生产和科 学技术的发展，还将不断被赋予新的内容。但其最基本的特征可概括为： 机械自动化的设计制造是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子 技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感检测技术、电力电子 技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统 第一章 机械设计制造及其自动化概念 1 功能目标和优化组织结构目标，在多功能、高质量、高可靠性，低能 耗的意义上实现特定功能价值并使整个系统最优化的系统工程技术。 需要强调的是，机械自动化技术是基于上述群体技术有机融合的一种 综合性技术，而不是机械技术，以及其他新技术的简单组合、拼凑，这就 是现代机械与机械电气化在概念上的根本区别。现代机械设计制造出的产 品，不仅是人和手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有智能 化的特征是现代机械自动化和传统的机械在功能上的本质区别。 第二章 机械设计制造及其自动化在生产中的优势 0 第 2 章 机械设计制造及其自动化在生产中的优势 2.1 满足对机器的功能要求 任何一种产品都是为满足人们的某种需要而开发的，都必须具有某种 主要功能，不同的产品具有不同的主要功能。概而言之，都能对输入的物 质、能量和信息（即所谓工业三大要素）进行某种处理，输出具有所需特 性的物质、能量与信息。因此，机械自动化系统也必须具有对输入的物质、 能量和信息进行某种处理，从而输出具有所需特性的物质、能量与信息的 主功能。如图 2-1 所示: 工业三 具有 大要素 所需性 图 2-1 机械自动化系统功能示意图 如上所述，机械自动化系统是一个综合的概念，包含了机电一体 化技术和机电一体化产品两个方面的内容。作为产品，又包含着设计、 制造和特定的功能以满足使用要求，而功能是由其内部有机联系的结 构所决定的。 2.2 利用先进技术不断创新 根据产品或系统的主功能不同，可对产品或系统进行分类。 以物料搬运、加工为主。输入物质、能量和信息，经过加工处理， 主要输出改变了位置和形态的物质系统（或产品）称为加工机。如各 物质 能量 信息 系统主功能 （变换、传递、存储） 物质 能量 信息 控制（人） 第二章 机械设计制造及其自动化在生产中的优势 1 种机床、交通运输机械、食品加工机械、起重机械、纺织机械、印刷 机械、轻工机械等。 以能量转换为主，输入能量和信息，输出不同能量的系统（或产品） 称为动力机，其中输出机械能的为原动机。如电动机、水轮机、内燃机等。 以信息处理为主，输入信息和能量。主要输出某种信息。如数据、图 像、文字、声音等的产品称为信息机。如各种仪器、仪表、计算机、传真 机以及各种办公机械等。 机械自动化系统除了具备上述必须的主功能外，还应具体备其它内部 功能、即动力功能、检测功能、控制功能、构造功能。 基于上述的功能构成原理，既有利于设计或分析各种机械自动化的产 品，又有利于开拓思路，便于创造发明和创新。例如，根据 3 种不同的主 功能及其不同的输入，组合起来可形成 9 大类型的系统产品。如表 2-1 所 示： 类型主功能输入-输出组合实例 1变换物质材料加工或处理机 2传递物质交通运输机 3储存物质自动化仓库、包装机 4变换能量动力机械 5传递能量机械或流体传动 6储存能量机械或流体储存器 7变换信息电子计算机、仪表 8传递信息通信系统、传真机 9储存信息储存器、录像机 2-1 表不同主功能及输入的组合 此外，对于不同主功能的加工机构，其运动方式不同，也构成不同用 途的机械。例如，金属切削机床是根据工件与刀具相对运动产生切削作用 第二章 机械设计制造及其自动化在生产中的优势 2 的原理进行工作的。因此，工件与刀具的运动方式不同，便产生不同用途 的机床。所以说机械自动化的发展空间非常广阔，具有极大的想向空间， 需要我们利用先进技术符合科学原理来不断创新，设计制造出一流的自动 化产品。 2.3 机械设计自动化的作用 在工业生产中,机械自动化的作用很大:第一,机械自动化的应用,可以 提高生产过程的安全性;第二,机械自动化可以提高生产效率;第三,机械自 动化可以提高产品的质量;第四,机械自动化可以减少,生产过程的原材料 和能源损耗。 很多方面机械自动化的特点与作用相辅相成,在工业中起到很大的作 用,并且我国处于机械自动化的初期,需要循序渐进,不断努力,创造条件, 向自动化的高级理想阶段迈进。 第三章 机械设计制造及其自动化的现状 0 第第 3 3 章章 机械设计制造及其自动化的现状机械设计制造及其自动化的现状 3.1 经济全球化背景下的机械制造业 机械制造业指从事各种动力机械、起重运输机械、农业机械、冶金矿 山机械、化工机械、纺织机械、机床、工具、仪器、仪表及其他机械设备 等生产的行业。在 21 世纪初，现代化高新技术运用到了机械制造业中， 这样机械制造业发展就趋于四化，即柔性化、迅捷化、智能化、信息化。 从 20 世纪末到 21 世纪初，在机械制造业这个领域已经发生了前所未有的 变化。信息技术和高新技术已经应用到传统机械制造业中。在传统的机械 制造业中有了很大的技术突破。 3.2 我国机械制造业和自动化的现状 20 世纪 90 年代初，由于 cims 技术的广泛应用，拥有 cims 实验中心 及 7 个开放的实验室已经建成。不仅如此，在全国还建立了 cims 的几个 研究项目。比如 cims 总体与集成技术、cims 软件工程与标准化等等一些 项目，这些项目都取得了非常喜人的成绩。但由于大部分的机械制造企业 底子非常薄弱，并没有完全的发挥作用。所以，在机械制造上，我国与发 达的工业国家还是存在不小的差距。从 20 世纪 20 年代以来，机械自动化 技术得到发展应用，在这几十年中，自动化已经得到了迅猛的发展。由于 近年计算机的高度集成化，机械自动化采用了计算机集成制造系统，这让 机械自动化得到了很好的发展。目前只有少数工业发达国家的某些生产部 门达到非常成熟的自动化，但大多数的国家都还处于初级阶段的自动化， 我国也是其中的一员。我国的自动化技术还不成熟，要想跟上社会的快速 发展进度就必须努力提长升自动化技术。 我国作为一个发展中国家, 考虑一切生产技术问题时的前提必须是适 用。我国消化吸收国外柔性制造系统( pseudo- fms) , 是要确保必要的 生产柔性的前提下, 优化人机界面, 不过分追求 自动化, 尽可能建立较 为完善的信息系统, 充分发展计算机管理的效益。系统中先进的自动化装 备和普通设备并存, 系统的某些环节允许人工干预。这是一个典型的结合 国情、实施适用先进方针的自动化技术解决方案。我国目前在消化呼吸、 第三章 机械设计制造及其自动化的现状 1 融会贯通国际上有用的自动化技术理论的基础上, 要努力做到从我国机械 制造业的实际情况出发, 发展创新, 形成有国情特征的发展自动化技术理 论和学说, 进行围绕计算机技术的柔性自动化技术的开发研究, 以适用为 前提, 急需什么就解决什么, 取得实践经验再 推广应用。 总之, 我国机械制造业发展应用自动化技术, 不但要起点高, 瞄准世 界先进水准, 而且必须包括各种灵活的低成本、见效快的自动化技术, 坚 持提高与普及相结合的方针, 我国的机械自动化技术发应应用才能健康地 走上高速度、高质量和高效益之路 。 第四章 机械设计制造及其自动化发展方向 2 第第 4 4 章章 机械设计制造及其自动化发展方向机械设计制造及其自动化发展方向 4.1 机械自动化的发展趋势-农业自动化 近些年来, 国外农业自动化飞速发展, 农业机械设计向高速、宽幅、 大功率、舒适的方向发展。自动化控制技术在农业机械上的应用已相当普 及, 一些著名厂商把自动控制、信息处理、全球定位系统和激光、遥感等 现代尖端技术、装备应用于农业机械上。由于历史、观念和技术等方面的 原因, 我国传统农业机械与发达国家相比有很大差距, 已远远不能适应农 业的科技进步。近些年来, 自动化的研究逐渐被人们所认识, 自动控制在 农业上的应用越来越受到重视。 4.2 机电一体化 机电一体化就是机械自动化的发展和延伸，传统的机械产品只有 向机电一体化方向发展，才是机械工业发展的唯一出路。 4.3 智能化 智能化是 21 世纪机械自动化技术发展的一个重要发展方向。这里所 说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工 智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心里学、生理学和混饨动力学等 新思想、新方法、模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决 策等能力，以求得更高的控制目标。诚然，使机械自动化产品具有低级智 能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。 4.4 模块化 模块化是一项重要而又艰巨的工程。由于机械自动化产品种类和生产 厂家繁多。研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接 口的机械自动化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集 减速、智能减速、电动机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别 和测距等功能的控制单元以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可 利用标准单元迅速开发出新的产品，同时也可扩大生产规模。显然，从电 气产品的标准化、系例化 第四章 机械设计制造及其自动化发展方向 0 带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机械自动化单元的企业还是 对生产机械自动化产品的企业，模块化将给机械自动化企业带美好的前程。 4.5 网络化 20 世纪 90 年代，计算机技术的突出成就是网络技术。网络技术的兴 起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育以及人们日常生 活带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一体，企业间的竞 争也趋于全球化。机械自动化的新产品一旦研制出来，只要其功能独道， 质量可靠，很快会畅销全球。由于网络化的普及，基于网络的各种远程控 制和监测技术方兴未艾、而远程控制的终端设备本身就是机械自动化产品。 现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势。利用家庭网络将各种 家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统，使人们在家里充 分享受各种高技术带来的便利和快乐。因此，机械自动化产品无疑朝着网 络化方向发展。 4.6 微型化 微型化兴起于 20 世纪 80 年代末，指的是机械自动化向微观领域发展 的趋势。国外将其称为微电子机械系统，或微机械自动化系统，泛指几何 尺寸不超过 1cm3的机械自动化产品，并向微米、纳米级发展。微机械自 动化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息、等方面 具有不可比拟的优势。微机械自动化发展的瓶颈在于微机械技术，微机械 自动化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和 蚀刻技术两类。 4.7 绿色化 工业的发达给人们生活带来了巨大的变化。一方面，物质丰富， 生活舒适：另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染，于是，人 们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而 生，绿色化是时代的趋势，绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的 生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无 害或危害及少，资源利用率最高。设计绿色的机械自动化产品，具有 第四章 机械设计制造及其自动化发展方向 1 远大的发展前途。机械自动化产品的绿色化主要是指使用时不污染环 境，报废后能回收利用。 4.8 人格化 未来的机械自动化更加注重产品与人的关系，机械自动化的人格化有 两层含义.。一层是机械自动化产品的最终使用对象是人，如何赋予机械 自动化的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高 层境界就是人机一体化，另一层是模仿生物机理、研制各种机械自动化产 品，实事上，许多机械自动化产品都是受动物的启发研制出来的。 结论 0 结 论 因为现代机械自动化在设计和制造上具有多功能、高质量、高可靠性， 低能耗的意义所以机械的设计、制造、都是围绕着机械自动化来进行的。 机械自动化技术所面临的共性关健技术是传感检测技术、信息处理技 术、伺服驱动技术、自动化控制技术、接口技术、精密机械技术及系统总 体技术等。所以说，机械自动化系统就是机电一体化系统。机电一体化的 发展就是机械自动化的发展，所以广大设计人员应清醒的认识到机械设计 制造只有向机械自动化设计制造方向发展，才是机械工业发展的唯一出路。 所以设计人员不能只热衷于技术引进，不能仅仅安心于作为新技术的传播 者，而应该作为新技术产业化的创造者。为机电一体化技术发展开辟广阔 的天地。 参考文献 0 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. 2007.5，5260 2 杨世明 腾献银 赵镇宏 段巍机械