机械设计制造及自动化发展方向

摘要：机械设计是制造业中机械工程的主要组成，机械设计水准对产品质量、产品性能、研制时间及经济利益等有直接的影响。本文首先简要论述了机械设计制造及自动化原则，分析了机械设计和制造技术的现状，基于此，展望了机械设计和制造技术的发展方向。

关键词：设计制造、自动化、现状、发展方向

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

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。

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，根据系统功能目标和优化组织结构目标，在多功能、高质量、高可靠性和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。

二、机械设计制造及自动化原则

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、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。

（1）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。

（2）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。

（3）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。

三、机械设计和制造技术的现状分析

1、机械设计的现状

传统的制造业机械设计，大多都是手工设计，工作人员仅借简单的工具就能制作图稿，设计思维相对收敛及封闭，借鉴同类经验进行形式设计，预算上无法做动态分析，加大安全系数法减少数据上计算的误差。不仅设计花费的时间长，而且工作人员的设计思维不同，无法完全协调的合作，在对信息的沟通方面也不是很好。现在，传统设计已经无法满足人们对产品功能的要求以及市场的需求。随着计算机网络的普及与发展，制造业的机械设计也逐渐向现代化方向发展，利用计算机网络上庞大的共享资源系统，借鉴经验，扬长避短，在设计上优化计算结果，机械设计向着自动化以及高效率的方向发展，不仅缩短了设计的时间，而且设计上更加精确。

2、制造技术的现状

机械制造技术是一个国家繁荣发展的基本前提，制造业的先进程度和制造技术的发达水平是对一个国家的经济以及综合国力强弱的具体表现形式。制造技术的发展不仅可以加强国防、促进社会繁荣发展、提高全国人民生活水平、保障生活质量[3]。改革开放以来，我国在机械制造技术上是取得相当高的成绩，但还是比世界发达国家落后，差距还是比较大的。对新产品的研制开发上，我们欠缺专业的设计知识、缺乏自主研发能力。管理上，计算机先进的管理模式得不到广泛的应用，组织不够完善，体制管理上不够健全，我们大部分企业都还处在传统的经验管理模式阶段。技术上，对激光、微细、精密、高精密等技术方面的加工还不被广泛应用，很多技术还在学习、开发以及掌握的阶段。在自动化上，计算机的集成制造、数控机床制造、柔性制造等系统还没有实现智能化、柔性化以及集成化，我国还只是处在刚性和单机自动化的阶段

四、展望机械设计和制造技术的发展方向

1、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、心理学、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。

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。

3、网络化

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，只要其功能独到，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将朝着网络化方向发展。

4、模块化

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、系列化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来美好的前程。

5、绿色化

工业的发达一方面使得物质丰富，生活舒适；另一方面，导致资源减少，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极少，资源利用率最高。设计绿色的机械自动化产品，具有远大的发展前途。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。

6、微型化

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1 cm3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、信息等方而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。

五、结语

综上所述，我国与发达国家的机械设计和制造技术水平还相距较远，所以，对我国的机械设计和制造技术的研究与发展是刻不容缓的，深入研究先进的设计技术、大力推广先进的制造技术、坚持绿色的环保的可持续发展的要求，努力跟上世界科技发展的脚步，加快我国科技的自主创新，提升综合国力，缩小与发达国家间的科技差距，提高我国人民的生活质量。

参考文献：

陈静：《机械设计技术的发展现状与趋势》，《中国石油和化工标准与质量》， 2011年01期

王晓晶：《柔性制造技术的现状及发展趋势》，《内江科技》， 2010年08期

黄利民：《浅论远程机械设计发展趋势》，《科技资讯》， 2009年08期

李占周：《金属切削用剂的使用及发展趋势》，《东方电机》， 2009年01期