尤連昌

摘 要：文章從系統(tǒng)的觀念出發(fā)，綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)，自動化技術(shù)，及過控技術(shù)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。著重例舉了鍋爐汽包水位的控制和冷卻劑流量和氣氨排量的最佳控制方案。提出了過程自動化控制今后的主要目標，指明了機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：設(shè)計制造； 自動化； 產(chǎn)品； 發(fā)展； 方向

一、機械自動化的科學(xué)技術(shù)

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(xué)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(xué)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。

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。現(xiàn)代機械設(shè)計制造出的產(chǎn)品，不僅是人和手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，具有智能化的特征是現(xiàn)代機械自動化和傳統(tǒng)的機械在功能上的本質(zhì)區(qū)別。

二、機械自動化系統(tǒng)的優(yōu)點與效益

隨著機械自動化技術(shù)的快速發(fā)展，機械自動化產(chǎn)品有逐步取代傳統(tǒng)機電產(chǎn)品的趨勢，與傳統(tǒng)機電產(chǎn)品相比，機械自動化產(chǎn)品具有高的功能水平和附加值，它將給開發(fā)生產(chǎn)者和用戶帶來社會、經(jīng)濟效益。

2.1生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高

由于機械自動化產(chǎn)品實現(xiàn)了工作自動化，所以生產(chǎn)力大大提高。例如：數(shù)控機床對工件的加工穩(wěn)定性大大提高，生產(chǎn)效率比普通機床提高5～6倍。柔性制造系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備利用率可提高1.5～3.5倍，機床數(shù)量可減少約50%，節(jié)省操作人員約50%，縮短生產(chǎn)周期40%，使加工成本降低50%左右。此外，由于機械自動化工作方式具有可通過調(diào)整軟件來適應(yīng)需求的良好柔性，特別適合于多品種、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)、是縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、加速更新?lián)Q代的重要途徑。

2.2使用安全性和可靠性提高

機械自動化產(chǎn)品一般都具有自動監(jiān)視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身與設(shè)備事故，顯著提高設(shè)備的使用安全性，機械自動化產(chǎn)品由于采用電子元器件，減少了機械產(chǎn)品中的可動構(gòu)件和磨損部件，從而使其具有較高的靈敏度和可靠性。故障率降低，壽命得到了延長。

2.3調(diào)整和維修方便，使用性能改善

機械自動化產(chǎn)品在安裝調(diào)試時，可通過改變控制程序來實現(xiàn)工作方式的改變，以適應(yīng)不同用戶對象的需要以及現(xiàn)場參數(shù)變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機械自動化產(chǎn)品的控制系統(tǒng)中，而不需要改變產(chǎn)品中的任何部件和零件。機械自動化產(chǎn)品的自動化檢驗和自動監(jiān)視功能可對工作過程中出現(xiàn)的故障自動采取措施，使工作恢復(fù)正常。由于機械自動化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示，操作按鈕和手柄數(shù)量顯著減少，使得操作大大簡化，并且方便、簡單。機械自動化產(chǎn)品的工作過程根據(jù)預(yù)設(shè)的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮，系統(tǒng)可重復(fù)實現(xiàn)全部動作。高級的機械自動化產(chǎn)品可通過被控對象的數(shù)學(xué)模型以及外界參數(shù)的變化隨機自尋最佳工作程序，實現(xiàn)自動化最優(yōu)化操作。

2.4具有復(fù)合功能，適用面廣

機械自動化產(chǎn)品跳出機電產(chǎn)品單技術(shù)、單功能限制，具有復(fù)合技術(shù)和復(fù)合功能，使產(chǎn)品的功能水平和自動化程度大大提高。機械自動化產(chǎn)品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調(diào)節(jié)、自動保護和智能化等多種功能，能應(yīng)用于不同的場合和不同領(lǐng)域，滿足用戶需求，應(yīng)變能力較強。

2.5改善勞動條件，有利于自動化生產(chǎn)

機械自動化產(chǎn)品自動化程度高，是知識密集型和技術(shù)密集型產(chǎn)品，是將人們從繁重的體力勞動中解放出來的重要途徑，可以加速工廠自動化、辦公自動化、農(nóng)業(yè)自動化、交通自動化甚至是家庭自動化，從而可促進我國四個現(xiàn)代化的實現(xiàn)。

2.6節(jié)約能源，減少耗材

機械自動化產(chǎn)品通過采用低能耗驅(qū)動機構(gòu)，最佳的調(diào)節(jié)控制，以提高設(shè)備的能源利用率，可達到明顯的節(jié)能效果。同時，由于多種學(xué)科的交叉融合，機械自動化系統(tǒng)的許多功能一方面從機械系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到微電子、計算機系統(tǒng)，另一方面從硬件系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到軟件系統(tǒng)，從而使得機械自動化產(chǎn)品系統(tǒng)朝著輕小型方向發(fā)展，減少了材料消耗。所以，無論是生產(chǎn)部門還是使用單位，機械自動化技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用，都會帶來顯著的社會和經(jīng)濟效益。

三、機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展方向

任何一門科學(xué)都是由基礎(chǔ)理論、技術(shù)和工程系統(tǒng)組成的完善體系。機械自動化在技術(shù)和工程系統(tǒng)方面已有很大的發(fā)展，但基礎(chǔ)理論方面尚在發(fā)展中，還很不完備，所以今后的發(fā)展方向是：

3.1機電一體化

機電一體化就是機械自動化的發(fā)展和延伸，傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品只有向機電一體化方向發(fā)展，才是機械工業(yè)發(fā)展的唯一出路。

3.2智能化

智能化是21世紀機械自動化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向，使機械自動化產(chǎn)品具有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

3.3模塊化

模塊化是一項重要而又艱巨的工程。如研制集減速、智能減速、電動機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品，同時也可擴大生產(chǎn)規(guī)模。顯然，從電氣產(chǎn)品的標準化、系例化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標準機械自動化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機械自動化產(chǎn)品的企業(yè)，模塊化將給機械自動化企業(yè)帶美好的前程。

3.4微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機械自動化向微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外將其稱為微電子機械系統(tǒng)，或微機械自動化系統(tǒng)，泛指幾何尺寸不超過1cm3的機械自動化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機械自動化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息、等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機械自動化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機械自動化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。

3.5綠色化

工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大的變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適：另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染，于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢，綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害及少，資源利用率最高。設(shè)計綠色的機械自動化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。機械自動化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染環(huán)境，報廢后能回收利用。

六、結(jié)論

機械自動化技術(shù)所面臨的共性關(guān)健技術(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，所以廣大設(shè)計人員應(yīng)清醒的認識到機械設(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。所以設(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。

參考文獻

[1] 劉武發(fā)，劉德平.《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》.北京化學(xué)工業(yè)出版社. 2007.5

[2] 楊世明 騰獻銀 趙鎮(zhèn)宏 段巍《機械設(shè)計》 電子工業(yè)出版社出版2007.3

[3] 張建民等. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計。北京：高等教育出版社，2001.

[4] 趙松年，張奇鵬. 機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，1996.