鹿龍奇

摘 要：機(jī)械設(shè)計(jì)制造的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，其最早的雛形誕生于石器時(shí)代，經(jīng)歷了從各種石質(zhì)、木質(zhì)、皮質(zhì)的簡(jiǎn)單工具，進(jìn)步到制造多個(gè)零部件組成現(xiàn)代機(jī)械的長(zhǎng)遠(yuǎn)過(guò)程。本論文主要在界定機(jī)械及機(jī)械工程學(xué)的概念的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的定義和核心要素進(jìn)行了詮釋，并以機(jī)械設(shè)計(jì)制造核心要素為劃分依據(jù)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造發(fā)展歷史進(jìn)行了論述；并對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的產(chǎn)生及發(fā)展方向進(jìn)行探究，以及簡(jiǎn)要闡述機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)制造定義和發(fā)展歷程；機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)生及發(fā)展方向；航天航空領(lǐng)域

一、機(jī)械設(shè)計(jì)制造的定義和發(fā)展歷史

（一）機(jī)械設(shè)計(jì)制造的定義

如何定義機(jī)械設(shè)計(jì)制造，首先必須了解兩個(gè)概念：“機(jī)械”和“機(jī)械工程學(xué)”。所謂機(jī)械，簡(jiǎn)單的說(shuō)，機(jī)械是一切具有確定的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。按照機(jī)械工程學(xué)對(duì)機(jī)械概念的定義——機(jī)械被認(rèn)為是能夠?qū)崿F(xiàn)相互的、單一的、規(guī)定的運(yùn)動(dòng)，且假定力加到其各個(gè)部分也難以變形，并能夠把施加的能量轉(zhuǎn)變?yōu)樽钣杏玫男问交蜣D(zhuǎn)變?yōu)橛行У臋C(jī)械功的某些物體的組合。

而機(jī)械工程學(xué)，就是以有關(guān)的自然科學(xué)和機(jī)械技術(shù)科學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合在生產(chǎn)實(shí)踐中積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，研究和解決在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)用和修理各種機(jī)械中的理論和實(shí)際問(wèn)題的一門應(yīng)用學(xué)科①。

那么，什么是機(jī)械設(shè)計(jì)制造呢？根據(jù)上文我們可以做出如下定義：

機(jī)械設(shè)計(jì)制造，是指利用機(jī)械工程學(xué)理論，將若干物體組成能用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和（或）機(jī)構(gòu)部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)的過(guò)程。機(jī)械設(shè)計(jì)制造包含了三大核心元素：機(jī)械設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)及理論、機(jī)械設(shè)計(jì)制造所應(yīng)用的材料、機(jī)械設(shè)計(jì)制造所應(yīng)用的動(dòng)力。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)及理論，代表著人類對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的智力認(rèn)知水平，是機(jī)械設(shè)計(jì)制造進(jìn)步與發(fā)展的基石。人類最初的機(jī)械設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)源于40～50萬(wàn)年前的原始木石工具的制作工藝；而4～5萬(wàn)年前出現(xiàn)的磨制技術(shù)，已經(jīng)使當(dāng)時(shí)的人們能夠打磨光滑鋒利多種刃部形狀的石器；商周時(shí)期成熟的青銅冶鑄技術(shù)，分鑄法等先進(jìn)工藝的廣泛使用，對(duì)杠桿、尖劈、慣性、摩擦、彈性和重力等原理的利用，使得這一時(shí)期機(jī)械在結(jié)構(gòu)方面由簡(jiǎn)單工具發(fā)展為復(fù)合工具和較為復(fù)雜的機(jī)械；17世紀(jì)歐洲隨著自由落體定律、慣性定律及牛頓三大定律的提出，進(jìn)而推動(dòng)了近代機(jī)械設(shè)計(jì)的理論（也稱常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)理論）的誕生，其作為技術(shù)理論支撐，極大推動(dòng)了18世紀(jì)工業(yè)革命中蒸汽機(jī)械設(shè)計(jì)制造的發(fā)展……這些，都體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)及理論的基石作用。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造所應(yīng)用的材料質(zhì)量和性能，很大程度上影響著機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品的可靠性和先進(jìn)性。人類歷史上機(jī)械設(shè)計(jì)制造應(yīng)用材料可以劃分為木石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代、金屬與金屬合金時(shí)代、化學(xué)聚合物及新合成材料時(shí)代。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造所應(yīng)用的動(dòng)力，是一切機(jī)械力量的來(lái)源。動(dòng)力對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和性能具有一定得局限性，如人力和畜力只限于小體積或小重量機(jī)械的，風(fēng)車或水車則需要風(fēng)力或水力，而蒸汽機(jī)、輪船、火車等就需要大型動(dòng)力。所以動(dòng)力對(duì)機(jī)械來(lái)制造設(shè)計(jì)具有重要性作用。機(jī)械設(shè)計(jì)制造所應(yīng)用的動(dòng)力一般包括自然動(dòng)力、熱力、電力等。

（二）機(jī)械設(shè)計(jì)制造的發(fā)展歷程

機(jī)械設(shè)計(jì)制造的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，其最早的雛形誕生于石器時(shí)代，經(jīng)歷了從各種石質(zhì)、木質(zhì)、皮質(zhì)的簡(jiǎn)單工具，進(jìn)步到制造多個(gè)零部件組成現(xiàn)代機(jī)械的漫長(zhǎng)過(guò)程。筆者以機(jī)械設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)及理論、機(jī)械設(shè)計(jì)制造應(yīng)用材料、機(jī)械設(shè)計(jì)制造應(yīng)用動(dòng)力三大核心元素為區(qū)分點(diǎn)，認(rèn)為機(jī)械設(shè)計(jì)制造的歷史可以劃分為三個(gè)時(shí)代：機(jī)械制造直覺(jué)設(shè)計(jì)時(shí)代、機(jī)械制造經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)代、機(jī)械制造理論設(shè)計(jì)時(shí)代。

機(jī)械制造直覺(jué)設(shè)計(jì)時(shí)代，也可以叫做機(jī)械設(shè)計(jì)起源和古代機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)代。其時(shí)間跨度從古代社會(huì)到17世紀(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)及理論水平主要有古代數(shù)學(xué)，金屬鍛造冶鑄技術(shù)，木工機(jī)械技術(shù)，與杠桿、尖劈、慣性、摩擦、彈性和重力等原理相關(guān)的簡(jiǎn)單物理知識(shí)。機(jī)械設(shè)計(jì)制造所應(yīng)用的材料主要為木器、石器、青銅器和鐵器。機(jī)械設(shè)計(jì)制造所應(yīng)用的動(dòng)力主要以人力、畜力、自然動(dòng)力為主。

機(jī)械制造經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)代，也可以叫做近代機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)代。其時(shí)間跨度從17世紀(jì)瓦特制造出第一臺(tái)蒸汽機(jī)至20世紀(jì)40年代。機(jī)械設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)及理論水平主要是在古典力學(xué)的基礎(chǔ)所建立和發(fā)展成的近代機(jī)械設(shè)計(jì)理論；1854年德國(guó)學(xué)者勞萊克斯發(fā)表著作《機(jī)械制造中的設(shè)計(jì)學(xué)》，融合（材料、彈性、流體、力學(xué)、疲勞）各種新力學(xué)理論、疲勞強(qiáng)度理論、實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法等，所建立的以力學(xué)和制造為基礎(chǔ)的新科學(xué)體系機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)等。機(jī)械設(shè)計(jì)制造所應(yīng)用的材料主要為金屬與金屬合金，以及陶瓷、玻璃和簡(jiǎn)單的化學(xué)聚合物。機(jī)械設(shè)計(jì)制造所應(yīng)用的動(dòng)力主要以熱力為主，即以能將常規(guī)燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的熱力機(jī)械為主，如內(nèi)燃機(jī)（包括汽油機(jī)、柴油機(jī)和煤氣機(jī)等）、燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽動(dòng)力裝置等。

機(jī)械制造理論設(shè)計(jì)時(shí)代，也可以叫做現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)。其時(shí)間跨度從20世紀(jì)40年代直到現(xiàn)在。機(jī)械設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)及理論水平主要有摩擦學(xué)、可靠性分析、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元計(jì)算、人機(jī)學(xué)、原子能技術(shù)、航天技術(shù)、人工合成材料、分子生物學(xué)、遺傳工程等高新技術(shù)、系統(tǒng)的“工業(yè)設(shè)計(jì)”學(xué)科體系、機(jī)械工程學(xué)等。機(jī)械設(shè)計(jì)制造所應(yīng)用的材料主要為新型金屬合金材料及新型化學(xué)聚合物材料，如新型纖維材料、功能性高分子材料、非晶質(zhì)材料、單晶體材料、精細(xì)陶瓷和新合金材料等。機(jī)械設(shè)計(jì)制造所應(yīng)用的動(dòng)力主要以電力為主，即以電能作為動(dòng)力的能源，如火力（煤等可燃燒物）、太陽(yáng)能、大型風(fēng)力、核能、氫能、水利等能源發(fā)電，以及將各類燃料如氫、甲醇、天然氣、煤氣等所包含的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電源，另外也會(huì)采用地?zé)崮芎吞?yáng)能等熱力作為動(dòng)力。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的產(chǎn)生及發(fā)展方向

（一）機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的產(chǎn)生

所謂自動(dòng)化，是指人類在從事生產(chǎn)管理事務(wù)及日常生活的一切過(guò)程中，能夠通過(guò)采用特定的技術(shù)裝置和策略以替代人工操作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在較少的人工干預(yù)甚至沒(méi)有人工干預(yù)的情況下，就能達(dá)到預(yù)期目的的過(guò)程。最早的機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化，可以追溯到18世紀(jì)蒸汽機(jī)時(shí)代。1768年瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)時(shí)為了其轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，所采用的離心調(diào)速裝置就是世界上最早的機(jī)械制造自動(dòng)化設(shè)計(jì)。 20世紀(jì)40年代，美國(guó)數(shù)學(xué)家維納等人在自動(dòng)調(diào)節(jié)、計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、仿生學(xué)以及其他科學(xué)互相滲透的基礎(chǔ)上提出了反饋控制原理，控制論的產(chǎn)生對(duì)自動(dòng)化技術(shù)有著深遠(yuǎn)影響。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，數(shù)字計(jì)算機(jī)得到廣泛應(yīng)用以及現(xiàn)代控制理論的誕生，使得機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)水平大大提高。1984年，美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化下了如下定義：“由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和（或）機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”②。endprint

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是以各種工業(yè)機(jī)械裝備及機(jī)電產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行控制到生產(chǎn)過(guò)程的企業(yè)管理為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感檢測(cè)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)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械工業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品功能與零部件構(gòu)成、產(chǎn)品生產(chǎn)方式及綜合管理體系，都達(dá)到系統(tǒng)功能目標(biāo)和組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)自動(dòng)化、智能化、最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)，是一門日漸發(fā)展完善的新興綜合技術(shù)學(xué)科。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程的安全性提高、生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量的目標(biāo)預(yù)期的保證、生產(chǎn)原材料及能源消耗的降低、生產(chǎn)過(guò)程中有害污染排放物量的減少控制等都有著積極的作用。

（二）機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的發(fā)展方向

21世紀(jì)以來(lái)，由于多種技術(shù)的存在，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域的深度應(yīng)用，使得機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備在功能性和結(jié)構(gòu)性上都能夠滿足機(jī)器的各種內(nèi)在外在要求?？梢愿鶕?jù)產(chǎn)品需要和機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)的職能性和可選性，對(duì)產(chǎn)品的性質(zhì)和功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定產(chǎn)品的應(yīng)用價(jià)值。如微電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的結(jié)合使用，可以生成工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床和加工中心、微型機(jī)電系統(tǒng)等機(jī)電一體化產(chǎn)品；如計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、輔助設(shè)計(jì)技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，可以有利于機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與最優(yōu)化，以及實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造三方面的有機(jī)結(jié)合……當(dāng)前各種機(jī)電產(chǎn)品設(shè)施越來(lái)越追求智能化、人性化方面的設(shè)計(jì)，這就為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提出了必須的要求以及提供了廣闊的空間。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展方向主要包括：

1.機(jī)電一體化

“機(jī)電一體化”，即機(jī)械技術(shù)和微電子技術(shù)一體化，是將機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程、制造過(guò)程、安裝與運(yùn)行過(guò)程等都形成系統(tǒng)化、自動(dòng)化控制的有機(jī)整體，以達(dá)到滿足產(chǎn)品功能性的內(nèi)在要求。從原理的角度而言，機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化系統(tǒng)涵蓋了機(jī)電一體化產(chǎn)品的涵義，機(jī)電一體化是機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化本身應(yīng)有的內(nèi)涵，是機(jī)械自動(dòng)化概念的發(fā)展和延伸。

2.智能化

“智能化”，即對(duì)機(jī)電產(chǎn)品賦予一定的人工智能，是以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)和動(dòng)力學(xué)等理論或技術(shù)，使機(jī)電產(chǎn)品在行為方面，對(duì)人類智能進(jìn)行模擬，進(jìn)而獲得一定程度的邏輯思維、判斷推理、自主決策等能力，以實(shí)現(xiàn)更高層次的自動(dòng)化控制目標(biāo)，如工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床。機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的智能化發(fā)展核心是建立人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，即智能機(jī)器在人類專家的引領(lǐng)下承擔(dān)一定程度的人類腦力勞動(dòng)，人機(jī)協(xié)作實(shí)現(xiàn)工作的最優(yōu)化完成。

3.模塊化

“模塊化”，即對(duì)機(jī)電產(chǎn)品按照其通用性進(jìn)行系列化、模塊化的設(shè)計(jì)。鑒于機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品類別繁多且生產(chǎn)廠家各有不同，那如何才能保證在設(shè)計(jì)機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品單元接口的時(shí)候，所研制和開(kāi)發(fā)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)接口（包括機(jī)械接口、動(dòng)力接口、電氣接口以及環(huán)境接口等）能夠符合產(chǎn)品類別，這就需要考慮到各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)接口的通用性，進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)。如動(dòng)力單元如何實(shí)現(xiàn)多級(jí)減速、智能減速及電動(dòng)機(jī)一體化的系列研制，如控制單元如何實(shí)現(xiàn)具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能一體化的系列開(kāi)發(fā)等。模塊化所帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)單元系列化生產(chǎn)，對(duì)于新產(chǎn)品研發(fā)的技術(shù)革新及生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大都有著巨大的促進(jìn)作用，有利于提升機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)的效益。

4.數(shù)字化

“數(shù)字化”，即機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)化信息化。數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)是信息社會(huì)的基本特征，因此數(shù)字化成為了機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展的中心環(huán)節(jié)。機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的所有產(chǎn)品信息和技術(shù)能力，通過(guò)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，將機(jī)械設(shè)計(jì)所涉及的各種資料進(jìn)行大數(shù)據(jù)搜集、大數(shù)據(jù)分析、智能化重組以及信息化技術(shù)處理，以及對(duì)于自身的產(chǎn)品通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息發(fā)布及網(wǎng)絡(luò)營(yíng)銷。數(shù)字化技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)行業(yè)資源和技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同研制新型機(jī)械產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造自動(dòng)化的數(shù)字化發(fā)展，是21世紀(jì)新形勢(shì)下機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

5.綠色化

“綠色化”，即機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化過(guò)程中最大化避免或控制有害污染物的排放量。機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化產(chǎn)品所涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行控制、生產(chǎn)、銷售、使用、維修、回收和再利用或再制造等環(huán)節(jié)，都應(yīng)該秉承綠色環(huán)保理念、避免污染、堅(jiān)持實(shí)現(xiàn)企業(yè)關(guān)于產(chǎn)品生產(chǎn)與環(huán)境自然的可持續(xù)性發(fā)展的綠色產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)概念。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的“綠色產(chǎn)品化”已經(jīng)成為了當(dāng)今時(shí)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。

6.人格化

“人格化”，即強(qiáng)調(diào)和突出機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化產(chǎn)品與人的關(guān)系，從機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的最終使用對(duì)象“人”出發(fā)來(lái)研制各種機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品。一方面應(yīng)該最大化滿足人類對(duì)所使用的機(jī)電產(chǎn)品在智能、情感、人性方面的內(nèi)在要求；另一方面機(jī)電產(chǎn)品所開(kāi)發(fā)出生命體特征，也應(yīng)該立足于人類所熟悉的生物機(jī)理的模仿。

7.微型化

“微型化”，即強(qiáng)調(diào)機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)向微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)，也被稱為微電子機(jī)械系統(tǒng)或微機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)。“微型化”機(jī)電自動(dòng)化產(chǎn)品主要指幾何尺寸不超過(guò)1cm?的機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品，主要應(yīng)用于軍事、生物醫(yī)療、信息領(lǐng)域。微機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品所運(yùn)用的超精密技術(shù)，包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)，已經(jīng)使得微型化機(jī)械產(chǎn)品體積能夠向微米、納米級(jí)發(fā)展。

三、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

在航天航空領(lǐng)域，機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)，如工業(yè)機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、航天自動(dòng)化對(duì)接裝配技術(shù)等，也有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。

（一）工業(yè)機(jī)器人在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人是機(jī)電一體化、智能化的機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化產(chǎn)品，通過(guò)預(yù)先編排的人工智能程序或人類發(fā)出的控制指令，依靠自身動(dòng)力或控制能力自動(dòng)行動(dòng)完成一定操作，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能的機(jī)器。工業(yè)機(jī)器人主要由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三部分組成，外觀一般為多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置。endprint

將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，有著不可估量的意義和價(jià)值。航空航天裝配是一個(gè)泛密集勞動(dòng)力的工作，其裝備由于精密度要求很高，需要能夠進(jìn)行高精度操作的大量勞動(dòng)力，人工操作往往生產(chǎn)周期長(zhǎng)。而用工業(yè)機(jī)器人代替人工操作，一方面可以提高航空航天設(shè)備的裝配效率，進(jìn)而縮短生產(chǎn)周期和節(jié)約生產(chǎn)成本；另一方面工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化智能化程序可以盡量減少人工操作的誤差，提高產(chǎn)品的精密度和質(zhì)量，保證航空航天裝備的安全可靠性。工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)越來(lái)越成為航天裝配車間的核心技術(shù)儲(chǔ)備，極大地推動(dòng)了航空航天事業(yè)的發(fā)展。

（二）無(wú)人機(jī)技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

“無(wú)人機(jī)”，主要是利用無(wú)線電遙控技術(shù)，能夠通過(guò)遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置，有間歇地對(duì)其進(jìn)行操縱或使其完全地自主操作的不載人飛行器，英文縮寫為“UAV”。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)主要由機(jī)身、電源、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、飛行管理控制系統(tǒng)、發(fā)射及回收系統(tǒng)等組成。飛行管理控制系統(tǒng)是決定著無(wú)人機(jī)的飛行狀況，包括機(jī)上和地面兩部分，是最為核心的系統(tǒng)。機(jī)上部分主要作用于無(wú)人機(jī)起飛/著落控制、飛行姿態(tài)/軌跡/導(dǎo)航控制、自主飛行及飛行安全控制等；地面部分主要作用于無(wú)人機(jī)飛行定位、監(jiān)控、位置顯示、指令系統(tǒng)等。另外無(wú)人機(jī)與地面部分在信息反饋和遙控輸出指令方面主要依賴于數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，而發(fā)射及回收系統(tǒng)則起到了最大化保證無(wú)人機(jī)起飛/著落順利的作用。

無(wú)人機(jī)技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，給人類的工作生活帶來(lái)了極大的影響。在軍事方面主要在偵察、通信、監(jiān)視、遠(yuǎn)距離攻擊等方面作為信息化智能化武器；在民用方面主要應(yīng)用于公共安全、農(nóng)林植被和氣象環(huán)境保護(hù)、緊急搜尋救護(hù)、影視航天拍攝等多個(gè)領(lǐng)域。

（三）自動(dòng)化對(duì)接裝配技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

自動(dòng)化裝配，主要是利用機(jī)電一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化產(chǎn)品代替人工勞動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)化裝配的一種對(duì)接裝配技術(shù)。航天自動(dòng)化對(duì)接裝配技術(shù)，主要以機(jī)器人為裝配機(jī)械，和自動(dòng)化裝配中心一起組成航空航天領(lǐng)域柔性裝配系統(tǒng)。航天自動(dòng)化對(duì)接裝配技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)總裝自動(dòng)化對(duì)接平臺(tái)（數(shù)字化柔性工裝系統(tǒng)）、飛機(jī)激光跟蹤儀測(cè)量設(shè)備裝配（數(shù)字化測(cè)量定位系統(tǒng)）等航空航天領(lǐng)域尖端技術(shù)方面，有利于推動(dòng)飛機(jī)裝配與數(shù)字化、信息技術(shù)相結(jié)合，將傳統(tǒng)模擬量傳遞模式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量傳遞模式，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)裝配數(shù)字化、柔性化、模塊化、自動(dòng)化和信息化，從而成為飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)領(lǐng)域的中間力量。

注釋：

①引用自百度百科“機(jī)械工程”概念.

②引用自《基于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的研究》，作者劉東宇，[J].《魅力中國(guó)》.2014.

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