淺談機械設(shè)計制造

趙志寬

【摘 要】將傳統(tǒng)的機械設(shè)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(xiàn)代機械和傳統(tǒng)的機械在功能上的本質(zhì)區(qū)別。機械自動化在各行各業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，顯現(xiàn)出了機械自動化的優(yōu)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(chǎn)多元化需求。從系統(tǒng)的觀念出發(fā)，將機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和過控技術(shù)綜合應(yīng)用于化工生產(chǎn)之中。

【關(guān)鍵詞】機械設(shè)計；制造；自動化；產(chǎn)品；發(fā)展方向

現(xiàn)代機械是“由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)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(wù)的機械和（或） 機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。它與前面提及的機電一體化是一致的， 因此可以說現(xiàn)代機械就是指機電一體化系統(tǒng)。

機械設(shè)計制造及其自動化是機械技術(shù)和電子技術(shù)為主體， 多門技術(shù)學科相互滲透、相互結(jié)合的產(chǎn)物， 是正在發(fā)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(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化， 使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電器化” 邁入了以“機械自動化” 為特征的發(fā)展階段。

機械自動化的發(fā)展至今已經(jīng)成為一門有著自身體系的新型學科， 隨著生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展， 它還將不斷被賦予新的內(nèi)容。但其最基本的特征可概括為： 機械自動化的設(shè)計制造是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)， 綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)， 根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標， 在多功能、高質(zhì)量、高可靠性和低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。

需要強調(diào)的是， 機械自動化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合性技術(shù)， 而不是機械技術(shù)以及其他新技術(shù)的簡單組合、拼湊， 這就是現(xiàn)代機械與機械電氣化在概念上的根本區(qū)別?，F(xiàn)代機械設(shè)計制造出的產(chǎn)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(xiàn)代機械自動化和傳統(tǒng)機械在功能上的本質(zhì)區(qū)別。

一、機械設(shè)計制造及自動化的符合設(shè)計原則

1.滿足對機器的功能要求

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

作為產(chǎn)品， 又包含著設(shè)計、制造和特定的功能以滿足使用要求， 而功能是由其內(nèi)部有機聯(lián)系的結(jié)構(gòu)所決定的。

2.利用先進技術(shù)不斷創(chuàng)新

根據(jù)產(chǎn)品或系統(tǒng)的主功能不同， 可對產(chǎn)品或系統(tǒng)進行分類。

以物料搬運、加工為主， 輸入物質(zhì)、能量和信息， 經(jīng)過加工處理， 主要輸出改變了位置和形態(tài)的物質(zhì)系統(tǒng)（或產(chǎn)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(zhuǎn)換為主， 輸入能量和信息， 輸出不同能量的系統(tǒng)（或產(chǎn)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(nèi)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(shù)據(jù)、圖像、文字、聲音等的產(chǎn)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(tǒng)除了具備上述必須的主功能外， 還應(yīng)具備其它內(nèi)部功能， 即動力功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。

二、機械自動化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

生產(chǎn)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(xiàn)生產(chǎn)過程， 對產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)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(chǎn)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(yīng)器的反應(yīng)溫度必須保持平穩(wěn)， 才能使效率達到指標。有些工藝變量雖不直接地影響產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量， 然而保持其平穩(wěn)卻是使生產(chǎn)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(chǎn)蒸汽的設(shè)備， 幾乎是工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備。保持鍋爐汽包的液位高度在規(guī)定范圍內(nèi)是非常重要的， 若水位過低， 則會影響產(chǎn)氣量， 且鍋爐易燒干而發(fā)生事故； 若水位過高， 生產(chǎn)蒸汽含水量高， 會影響蒸汽質(zhì)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(chǎn)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(tǒng)不能適應(yīng)， 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(xiàn)象并不顯著， 配上一些聯(lián)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(tǒng)尚能滿足生產(chǎn)要求。

2.雙沖量控制系統(tǒng)

設(shè)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(shù)值。最好在正常負荷下，和項接近而相互抵消。

根據(jù)以上分析可知： 自動控制裝置和被控的工藝設(shè)備組成了一個沒有人直接參與的自動化控制系統(tǒng)， 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(chǎn)過程的安全， 又降低了勞動強度。

三、結(jié)論

因為現(xiàn)代機械自動化在設(shè)計和制造上具有多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義， 所以機械的設(shè)計、制造都是圍繞著機械自動化來進行的。機械自動化技術(shù)所面臨的共性關(guān)鍵技術(shù)是傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、自動化控制技術(shù)、接口技術(shù)、精密機械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等。所以說， 機械自動化系統(tǒng)就是機電一體化系統(tǒng)。機電一體化的發(fā)展就是機械自動化的發(fā)展。廣大設(shè)計人員應(yīng)清醒地認識到機械設(shè)計制造只有向機械自動化設(shè)計制造方向發(fā)展， 才是機械工業(yè)發(fā)展的唯一出路。設(shè)計人員不能只熱衷于技術(shù)引進， 不能僅僅安心于作為新技術(shù)的傳播者， 而應(yīng)該作為新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的創(chuàng)造者， 為機電一體化技術(shù)發(fā)展開辟廣闊的天地。

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