機械制造與自動化畢業(yè)論文1

1、中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育 畢業(yè)設計（論文） 題 目： 機械自動化技術(shù)發(fā)展趨勢的分析 年級專業(yè)層次：2010 秋中原機械制造及其自動化專升本 學生姓名： 王 洋 學 號： 10607107037 指導教師： 紀仁杰 職 稱： 講 師 導師單位：中國石油大學（華東）機電工程學院 中國石油大學應用技術(shù)學院 論文完成時間： 2012 年 3 月 10 日 中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育 畢業(yè)設計（論文）任務書 發(fā)給學員 王洋 1設計(論文)題目： 機械自動化技術(shù)發(fā)展趨勢的分析 2學生完成設計(論文)期限： 2012 年 3 月 30 日 3設計(論文)課題要求： (1) 查閱機械自動化相關(guān)專

2、業(yè)書籍，理解機械設計在實際生產(chǎn)中的應 用，以及如何利用相關(guān)知識與實踐結(jié)合。 (2) 完成畢業(yè)設計文檔的書寫工作，要求格式規(guī)范，內(nèi)容完整、結(jié)果 正 確，語言流暢。 4實驗（上機、調(diào)研）部分要求內(nèi)容： 上機完成文獻查閱、文檔書寫等任務。 5文獻查閱要求： 查閱機械自動化相關(guān)專業(yè)書籍，理解機械設計在 實際生產(chǎn)中的應用，以及如何利用相關(guān)知識與實踐結(jié)合。 6發(fā)出日期： 2011 年 9 月 10 日 7學員完成日期： 2011 年 12 月 15 日 指導教師簽名： 學 生 簽 名： 注： 1、任務書應附于完成的設計（論文）中，并與設計（論文）一并提交答辯委員會； 2、除任務書外，學生應從指導教師處領取

3、整個設計（論文）期間的工作進度日程安排 表（包括各階段的工作量及完成日期） ； 3、任務書須由指導教師填寫。 審批意見： 系主任簽名： 年 月 日 摘 要 本文主要對傳統(tǒng)的機械設計制造和機械自動化相比較，提出了具有智能化的特征 是現(xiàn)代機械和傳統(tǒng)的機械在功能上的本質(zhì)區(qū)別。根據(jù)機械自動化在各行各業(yè)的應用和 發(fā)展，顯現(xiàn)出了機械自動化產(chǎn)品的優(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。 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

4、程自動化控制今后的主要目標，指明了機械設計制造及其自 動化的發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：機械自動化；發(fā)展趨勢；技術(shù) 目 錄 第 1 章 前 言.1 1.1 機械自動化的產(chǎn)生和定義.1 1.2 機械自動化的科學技術(shù).1 1.3 機械設計制造及自動化的設計原則.2 1.3.1 滿足對機器的功能要求.2 1.3.2 利用先進技術(shù)不斷創(chuàng)新.2 第 2 章 機械自動化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應用.4 2.1 鍋爐汽包水位控制方面的研究.4 2.1.1 單沖量控制系統(tǒng).4 2.1.2 雙沖量控制系統(tǒng).5 2.1.3 三沖量控制系統(tǒng).5 2.2 冷卻器控制方案的研究.7 2.2.1 控制冷卻劑的流量.7 2.2.

5、2 控制氣氨排量.8 第 3 章 機械自動化系統(tǒng)的優(yōu)點.10 3.1 生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高.10 3.2 使用安全性和可靠性提高.10 3.3 調(diào)整和維修方便，使用性能改善.10 3.4 具有復合功能，適用面廣.11 3.5 改善勞動條件，有利于自動化生產(chǎn).11 3.6 節(jié)約能源，減少耗材.11 第 4 章 機械自動化的發(fā)展趨勢.12 4.1 機電一體化.12 4.2 智能化.12 4.3 模塊化.12 4.4 網(wǎng)絡化.12 4.5 微型化.13 4.6 綠色化.13 4.7 人格化.13 第 5 章 結(jié)論.14 參考文獻.15 致 謝.16 第第 1 章章 前前 言言 1.1 機械自動化的

6、產(chǎn)生和定義機械自動化的產(chǎn)生和定義 機械自動化，主要是指在機械制造業(yè)中應用自動化技術(shù)，實現(xiàn)對加工對象的連續(xù) 自動生產(chǎn)。實現(xiàn)優(yōu)化有效的自動化生產(chǎn)過程，從而加快生產(chǎn)投入原料的加工變換和流 動速度。機械自動化技術(shù)的應用與發(fā)展，是機械制造業(yè)升級和進步的主要手段，是未 來機械制造業(yè)技術(shù)發(fā)展的主要方向。 制造自動化技術(shù)是先進制造技術(shù)中的重要組成部分，也是當今制造業(yè)中涉及面廣， 研究十分活躍的技術(shù)，它代替人的體力勞動，輔助人的腦力勞動，協(xié)調(diào)、管理、控制 和優(yōu)化制造系統(tǒng)中人及整個系統(tǒng)，它的功能是多方面的，已形成了一個有機體系，它 不僅涉及到具體的生產(chǎn)制造過程，而且涉及到產(chǎn)品的所有過程。 早在 1971 年日本的

7、機械設計雜志副刊上刊登了機電一體化這一名詞，后來隨 著機電一體化的發(fā)展而被廣泛的應用。美國機械工程師協(xié)會于 1984 年為現(xiàn)代機械下了 如下定義：“由計算機信息網(wǎng)絡協(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)。 20 世紀 90 年代國際機器與機構(gòu)理論聯(lián)合會給出了這樣的定義，機電一體化是精密 機械工程、電子控制和系統(tǒng)思想在產(chǎn)品設計和制造過程中的協(xié)同結(jié)合，因此又可以說 機電一體化就是在機械設計制造及其自動化基礎上的發(fā)展。 1.2 機械自動化的科學技術(shù)機械自動化的科學

8、技術(shù) 機械設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。 它的發(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，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

9、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、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。 1.3 機械設計制造及自動化的設計原則機械設計制造及自動化的設計原則 1.3.1 滿足對機器的功能要求滿足對機器的功能要求 任何一種產(chǎn)品

10、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)、能量與信息的主功能。如圖 1-1 所示： 工業(yè)三大 要素具有所需特性 圖 1-1 機械自動化系統(tǒng)功能示意圖 如上所述，機械自動化系統(tǒng)是一個綜合的概念，包含了機電一體化技術(shù)和機電一 體化產(chǎn)品兩個方面的內(nèi)容。作為產(chǎn)品，又包含著設計、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

11、的。 1.3.2 利用先進技術(shù)不斷創(chuàng)新利用先進技術(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： 1、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 物 質(zhì) 能 量 信 息 系統(tǒng)主要功能 （變換、傳遞、存 儲） 物 質(zhì) 能 量 信 息 控制( 人 ） 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。 2、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。 3、以信息處理為主，輸入信息和能量。主要輸出

12、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。 基于上述的功能構(gòu)成原理，既有利于設計或分析各種機械自動化的產(chǎn)品，又有利 于開拓思路，便于創(chuàng)造發(fā)明和創(chuàng)新。例如，根據(jù) 3 種不同的主功能及其不同的輸入， 組合起來可形成 9 大類型的系統(tǒng)產(chǎn)品。如表 1-1 所示： 表 1-1 不同主功能及輸入的組合 類型 主要功能輸入輸出組合實例 1變換物質(zhì)材料加工或處理機 2傳遞物質(zhì)交通運輸機 3儲存物質(zhì)自動化倉庫、包裝機 4變換能量動力機械

13、5傳遞能量機械或流體傳動 6儲存能量機械或流體儲能器 7變換信息電子計算機、儀表 8傳遞信息通信系統(tǒng)、傳真機 9儲存信息儲存器、錄像機 此外，對于不同主功能的加工機構(gòu)，其運動方式不同，也構(gòu)成不同用途的機械。 例如，金屬切削機床是根據(jù)工件與刀具相對運動產(chǎn)生切削作用的原理進行工作的。因 此，工件與刀具的運動方式不同，便產(chǎn)生不同用途的機床。所以說機械自動化的發(fā)展 空間非常廣闊，需要我們利用先進技術(shù)符合科學原理來不斷創(chuàng)新，設計制造出一流的 自動化產(chǎn)品。 第第 2 章章 機械自動化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應用機械自動化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應用 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。

14、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 反應器的反應溫度必須保持平穩(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。 2.1 鍋爐汽包水位控制方面的研究鍋爐汽包水位控制方面的研究 鍋爐汽包是生產(chǎn)蒸汽的設備，幾乎是工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的設備，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

15、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。 2.1.1 單沖量控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng) 汽包水位控制手段是控制給水，基于這一原理，可構(gòu)成如圖 2-1 所示的單沖量控 制系統(tǒng)。 lt lc 蒸 汽 給 水 省 煤 器 汽 包 圖 2-1 汽包單沖量控制系統(tǒng) 這里的“沖量”一詞是指變量，單沖量即汽包水位。這種控制系統(tǒng)是典型的簡單 控制系統(tǒng)。當蒸汽負荷突然大幅度增加時，由于假水位現(xiàn)象，控制器不但不能開大給 水閥來增加給水量，以維持鍋爐的物料平衡，而是關(guān)小控制閥的開度，減小給水量。 等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而減

16、小，將使水位嚴重下降，波動很 厲害，嚴重時汽包水位降到危險程度以至發(fā)生事故。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，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。 2.1.2 雙沖量控制系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng) 在汽包水位的控制中，最主要的擾動是蒸汽負荷的變化。如果根據(jù)蒸汽流量來進 行校正，不僅可以補償“虛假水位”所引起的誤動作，而且使給水位控制閥的動作十 分及時，從而減少水位波動，改善控制品質(zhì)。將蒸汽流量信號引入，就構(gòu)成了雙沖量 控制

17、系統(tǒng)，如圖 2-2 所示。從本質(zhì)上看，雙沖量控制系統(tǒng)是一個前饋（蒸汽流量）控 制加單回路反饋控制的復合控制系統(tǒng)。這里的前饋僅為靜態(tài)前饋，若需要考慮兩條通 道在動態(tài)上的差異，需引入動態(tài)補償環(huán)節(jié)。 (雙沖 量 控 制 原理 圖 ) lt lc 汽 包 給 水 蒸 汽 ic if i 省 煤 器 ft (雙沖 量 控制 方 框 圖 ) gmd if c2 c1gcgvgp gml x -+icio w l gf d 圖 2-2 汽包雙沖量原理圖及方框圖 圖 2-2 所示的連接方式中，加法器的輸出 i 是 ic1icc2ifi0 (2-1) 式中 ic液位控制器的輸出； if蒸汽流量變送器（一般經(jīng)開方

18、器）的輸出； i0初始偏置值； c1、c2 加法器系數(shù)。c1的設置一般取 1，c2的值應考慮到靜態(tài)前饋補償，可現(xiàn) 場湊試，也可經(jīng)理論推導得出。 設置 i0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，i0 和 c2if項接近而相互抵消。 2.1.3 三沖量控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng) 雙沖量控制系統(tǒng)還有兩個弱點：控制閥的工作特性不一定能成為線性特性，這樣 要做到靜態(tài)補償就比較困難，同時，對于給水系統(tǒng)的擾動仍不能克服，為此可再將給 水流量信號引入，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)。 三沖量控制系統(tǒng)的實施方案較多，如圖 2-3 所示為其中的典型控制方案之一。 lt lc 汽

19、 包 蒸 汽 ic ft d dt fc ft 給 水 省 煤 器 圖 2-3 汽包三沖量控制系統(tǒng) 從圖 2-3 可以看出，這是前饋控制與串級控制組成的復合控制系統(tǒng)。其中，汽包 水位是主沖量（主變量） ，蒸汽、給水流量為輔助沖量。在汽包停留時間較短、 “虛假 水位”嚴重時，需引入蒸汽流量信號的微分作用。這種微分信號應是負微分作用，以 避免由于負荷突然增加和減少時，水位偏離設定值過高或過低而造成鍋爐停車。 圖 2-4 所示為三沖量控制系統(tǒng)的方框圖，加法器的運算關(guān)系與雙沖量控制時相同， 各系數(shù)設置如下： a 系數(shù) c1通常可取 1 或稍小于 1 的數(shù)值； b 若采用氣開閥；c2取正值，c2的值可按

20、物料平衡關(guān)系進行計算； c i0的設置和取值仍與雙沖量控制系統(tǒng)相同。 -+ w io ic -+ gp1gp2gfcgvglc gfgmd l x if gmw d gml 圖 2-4 汽包三沖量系統(tǒng)方框圖 在三沖量的控制系統(tǒng)中，水位控制器和流量控制器的參數(shù)整定方法與一般串級控 制系統(tǒng)相同。在有些裝置中，采用了比較簡單的三沖量控制系統(tǒng)，只用一臺控制器及 一臺加法器，加法器可接在控制器之前，如圖 2-5(a)所示，也可接在控制器之后，如圖 2-5(b)所示。 ltftft c2 +- 給 水蒸 汽水 位 c3c1 - lc 正 作 用 氣 關(guān) 閥 lc ltftft c2 +- 給 水蒸 汽水

21、位 氣 關(guān) 閥 正 作 用 c3c1 - (a) (b) 圖 2-5 汽包三沖量控制系統(tǒng)的簡化接法 圖 2-5 中加法器的正負號是針對采用氣關(guān)閥及正作用控制器的情況。圖 2-5(a)接法 的優(yōu)點是使用儀表最少，只要一臺多通道的控制器即可實現(xiàn)。但如果系數(shù)設置不能確 保物料平衡，則當負荷變化時，水位將有余差，圖 2-5(b)的接法，水位無余差，但使用 儀表較前者多，在投運及系數(shù)設置等方面較前者麻煩一些。 2.2 冷卻器控制方案的研究冷卻器控制方案的研究 冷卻器的熱載體是冷卻劑，常采用液態(tài)氨等介質(zhì)作為冷卻劑，利用它們在冷卻器 內(nèi)蒸發(fā)進吸收工藝物料的大量熱量，使用工藝物料的出口溫度下降來達到生產(chǎn)工藝要

22、 求，工業(yè)用冷卻器的一般控制方案有以下幾種。 2.2.1 控制冷卻劑的流量控制冷卻劑的流量 氣 氨 物 料 物 料 液 氨 tt tc 圖 2-6 氨冷卻器控制冷卻劑流量的控制方案 圖 2-6 為氨冷卻器控制冷卻劑流量的控制方案，其機理也是通過改變傳熱速率方 程中的傳熱面積 f 來實現(xiàn)的。該方案控制平穩(wěn)，冷量（冷卻劑量）利用充分，且對壓 縮機入口壓力無影響。但這種方案控制不夠靈活，另外蒸發(fā)空間不能得到保證，易引 起氣氨帶液而損壞壓縮機。為此，可采用圖 2-7 所示的物料出口溫度與液位的串級控 制方案，使用這種方案時，可以限制液位的上限，保證有足夠的蒸發(fā)空間，也可以采 用圖 2-8 所示的選擇性

23、控制方案。 氣 氨 物 料 物 料 液 氨 tt lt tc tc 氣 氨 物 料 物 料 液 氨 tt lt tc tc ls 圖 2-7 溫度與液位串級控制方案 圖 2-8 溫度與液位選擇性控制方案 2.2.2 控制氣氨排量控制氣氨排量 如圖 2-9 所示，為氨冷卻器控制氣氨排量的控制方案，其機理是通過改變傳熱速 率方程中的平均溫度來控制工藝物料的出口溫度的，這種方案控制靈敏迅速，但制冷 系統(tǒng)必須許可壓縮機入口壓力的波動。另外，冷量的利用不充分。為確保系統(tǒng)的安全 運行，還需要設置一個液位控制系統(tǒng)，防止液氨進入氨管路而導致壓縮機損壞。 液 氨 tt lt tc 氣 氨 tc 物 料 物 料

24、圖 2-9 控制氣氨排量的控制方案 根據(jù)以上分析研究可知，自動控制裝置和被控的工藝設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。因此， 保證生產(chǎn)過程的安全，降低了勞動強度。 近二十年來，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的迅速發(fā)展，加劇了對人類生存環(huán)境的污染，因此減小 工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染的影響也納入了過程控制的目標范圍。 綜上所述，過程自動化控制的主要目標包括以下幾個方面： 1、保證生產(chǎn)過程的安全和平穩(wěn)； 2、達到預期的產(chǎn)量和質(zhì)量； 3、盡可能地減少原材料和能源損耗； 4、把生產(chǎn)對環(huán)境的危害降到最小限度。 第第 3 章章 機械自動化系統(tǒng)的優(yōu)點機械自動化系統(tǒng)的優(yōu)點 隨

25、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。 3.1 生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高 機械自動化產(chǎn)品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、 精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動化控制系統(tǒng)可精確地保證機械的執(zhí)行機 構(gòu)按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現(xiàn) 最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和較高的產(chǎn)品合格率。同時，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)

26、定性大大提 高，生產(chǎn)效率比普通機床提高 56 倍。柔性制造系統(tǒng)的生產(chǎn)設備利用率可提高 1.53.5 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 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。 3.2 使用安全性和可靠性提高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 減少人身與設備事故，顯著提高設備的使

27、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。 3.3 調(diào)整和維修方便，使用性能改善調(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。對于具 有存儲功能的機械自動化物品，可以事先存入若干套不同的執(zhí)行程序，然后根據(jù)不同 的工作對象，給定一個代碼信號輸入即可按指定的預定程序進行自動工作。機械自動 化產(chǎn)品的

28、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) 預設的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮，系統(tǒng)可重復實現(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。 3.4 具有復合功能，適用面廣具有復合功能，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，具有復合技術(shù)和復合功能， 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、

29、自動校驗、自動調(diào)節(jié)、自動保護和智能化等多種功能，能應用于不同的場合 和不同領域，滿足用戶需求，應變能力較強。 3.5 改善勞動條件，有利于自動化生產(chǎn)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)。 3.6 節(jié)約能源，減少耗材節(jié)約能源，減少耗材 節(jié)約一次和二次能源是國家的戰(zhàn)略目標，也是用戶十分關(guān)心的問題，機械自動化 產(chǎn)品通過采用低能耗驅(qū)動機構(gòu)進行最佳的調(diào)節(jié)控制，以提高設備的能源利用率，可達 到明顯的節(jié)能

30、效果。同時，由于多種學科的交叉融合，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)品的應用，都會帶來 顯著的社會和經(jīng)濟效益。正因為如此，世界各國，首先是日本、美國、歐洲各國都在 大力發(fā)展和推動機械自動化技術(shù)。 第第 4 章章 機械自動化的發(fā)展趨勢機械自動化的發(fā)展趨勢 我國從 20 世紀 80 年代初才開始這方面的工作研究和應用，研究機構(gòu)及一些大中 型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應用做了大量的工作，并取得了一定的成果。但與日本等

31、先進國家相比，仍有相當差距。任何一門科學都是由基礎理論、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： 4.1 機電一體化機電一體化 機電一體化是機械自動化的發(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。 4.2 智能化智能化 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。這里所說的“智能化” 是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、 模糊數(shù)學、心里學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法、模擬人類智能，使它具 有判斷推

32、理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得更高的控制目標。誠然，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。 4.3 模塊化模塊化 模塊化是一項重要而又艱巨的工程。由于機械自動化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多。 研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機械自動化產(chǎn)品單 元是一項十分復雜但又是非常重要的事。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、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標準

33、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) 帶來美好的前程。 4.4 網(wǎng)絡化網(wǎng)絡化 20 世紀 90 年代，計算機技術(shù)的突出成就是網(wǎng)絡技術(shù)。網(wǎng)絡技術(shù)的興起和飛速發(fā)展 給科學技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們?nèi)粘Ｉ顜砹司薮蟮淖兏铩８?種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一體，企業(yè)間的競爭也趨于全球化。機械自動化的新產(chǎn) 品一旦研制出來，只要其功能獨道，質(zhì)量可靠，很快會暢銷全球。由于網(wǎng)絡化的普及， 基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)測技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機械 自動化產(chǎn)品。現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡化已成大勢。利用家庭網(wǎng)絡將各 種家用電器連接成

34、以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)，使人們在家里充分享受各 種高技術(shù)帶來的便利和快樂。因此，機械自動化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。 4.5 微型化微型化 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。 4.6 綠色化綠色化 工業(yè)

35、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運而生，綠色化是時代的趨勢，綠色產(chǎn)品在其設計、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。 4.7 人格化人格化 未來的機械自動化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機械自動化的人格化有兩層含義： 一層是機械自動化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機械自動化的

36、智能、情感、人 性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化，另一層是模 仿生物機理，研制各種機械自動化產(chǎn)品，實事上，許多機械自動化產(chǎn)品都是受動物的 啟發(fā)研制出來的。 第第 5 章章 結(jié)論結(jié)論 因為現(xiàn)代機械自動化在設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)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 廣大設計人員應清醒的認識到機械設計

37、制造只有向機械自動化設計制造方向發(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。 本文首先介紹了機械設計自動化的產(chǎn)生及其設計原則，即要滿足對機器的功能要 求和利用先進技術(shù)不斷創(chuàng)新。通過查閱資料，以鍋爐汽包水位控制為例研究了機械自 動化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應用，其控制系統(tǒng)包括單沖量控制系統(tǒng)、雙沖量控制系統(tǒng)和 三沖量控制系統(tǒng)，對冷卻器的控制要注意控制冷卻劑的流量和氣氨排量。機械自動化 系統(tǒng)的優(yōu)點包括能提高生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量、提高使用安全性和可靠性、調(diào)整和維修 方便，使用性能改善、具有復合功能，適用面廣、改善勞動條件，有利于自動化生產(chǎn)、 節(jié)約能源，減少耗材。最后介紹了機械自動化的發(fā)展趨勢：機電一體化、智能化、模 塊化、網(wǎng)絡化、微型化、綠色化、人格化。 參考文獻參考文獻 1 劉武發(fā)，劉德平.機電一體化設計基礎.北京化學工業(yè)出版社. 2007.5 2 楊世明 騰獻銀 趙鎮(zhèn)宏 段巍機械設計 電子工業(yè)出版社出版 20