机械设计的发展范文

导语：如何才能写好一篇机械设计的发展，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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第五阶段，进入21世纪，互联网技术的进步带来了机械设计的新的发展契机，计算机和互联网的结合，产生了大量极具实用价值的协同设计软件和绘图软件，极大的丰富了机械设计的技术手段，同时产生了全新的设计理念和设计范式。

传统机械设计的基本方法和局限性

传统机械设计基本上经过了一个由直觉设计到经验设计再到经验和理论结合设计的过程。这是一种基于不断地摸索和改进，充分利用经验总结，利用前人的研究成果和设计理论，形成相应的设计公式、图表、规范，利用近似技术和类比等方法并结合自己的思想所进行的设计，这种设计方法主要体现在细节的设计、优化分析和可靠性分析以及设计模型的制作等方面。传统机械设计思路的基本流程大概包括以下几个方面：首先确定方案，然后进行分析，最后选择可实际操作的技术将方案落实。

传统机械设计是一种经验的累积，同时又是现代设计理念产生的基石。从设计学的角度来看，传统机械设计是一种经验设计，这种设计思路着眼于产品的技术层面和物质属性，看重数据的计算和校核，可以利用比较直接的方式获得具有实际可操作性的效果。传统机械设计因其简便实用的特点大受欢迎，并成为了所有机械设计工作的基础。

传统机械设计具有比较成熟的理论依据和可参考的操作方法，而且目标明确、功能单一，易于取得成绩，而且一旦设计成功，非常适合机器大工业的生产流程，具有很高的可靠性。但同时，传统机械设计的缺陷也同样明显。首先是这种设计方法不够灵活，很难对瞬息万变的市场变化做出及时反映，在节约成本、提高效率、绿色环保的设计要求方面显得力不从心。

传统机械设计不能及时利用先进的设计手段，往往造成精度不高、效率低下的情况，跟不上社会发展的需要，也不能满足可持续发展的要求。传统机械设计的局限性主要表现在以下几个方面：(1)设计的规范性和结构设计的工艺性比较差；(2)设计周期比较长、成本比较高；(3)设计完成后，一些较小的调整有可能会带来整个设计较大的改动，造成整体设计的动态性较差。

现代机械设计发展趋势

现代机械设计注重高科技的技术手段和对传统机械设计方法的改良。现代机械设计根植于传统机械设计，但它更是一系列新的设计观念的产物，这些观念产生了很多的新的方法和技术，而这些方法和技术也在不断的发展变化和组合中。数字化技术创造了数字仿真和虚拟现实，这为机械产品设计开辟了全新的视野。虚拟现实技术来自于电子学和生物学的科研成果，它利用多媒体仿真技术形成一个具有一定目标性的特殊的三维环境，并且通过传感技术实现了人机对话和交流。在这种环境下，机械设计工作者可以得到更加真实的设计感受。利用数字化仿真技术，虚拟环境可以创造出足以取代物理模型的数字化设计模型，并且可以完成各种在物理真实环境下很难实现的试验和测试。

仿真实验技术有效地缩短了设计周期，减少了成本，极大地提高了设计的质量和效果。现代设计已经越来越像一个集团化的产品。随着设计内容的复杂性越来越高，不同领域、不同技术层面的专业人员相互之间的协同也变得越来越重要。人员协调和信息的实时交互已经成为机械设计中的重要课题。由此，协同设计理念应运而生。

协同设计是一个复杂的组合体，计算机技术、行为科学、认知科学、网络通讯、人工智能等领域都有涉及。协同设计有效地协调了设计工作者不同的专业特长和主观能动性，在较少的时间和空间内分析并组合了各种设计信息，从而实现了极高的设计效率。全生命周期设计是现代机械设计所提出的全新的设计理念，这一理念从根本上颠覆了传统设计的设计思路。全生命周期设计就是指机械设计要对产品的规划、制造、使用、报废、回收等各个历史阶段全面负责。现代机械设计工作人员不但要熟悉自己的技术领域，同时也要熟悉相关的其他方面的技术领域，要能清晰的了解全盘的设计意图。生命周期设计是一个平行的设计流程，所有设计人员都要考虑到机械产品使用周期的各个环节和所有因素，要以最优的方法解决产品的加工性、可靠性和维护性等方面的问题。与此同时，设计人员还要思考产品包装的美观性、装配的便利性和报废后的可回收性。

随着机械和电子技术的发展，以人工智能为基础的设计系统开始出现。这一系统具有自我学习能力，可以对已有的知识进行提炼和总结，然后形成新的产品设计概念。如何充分利用人工智能系统，设计出更为符合时代需要的机械产品，提高产品的竞争力，是对每一个现代机械设计工作者的新的挑战。

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关键词：远程 机械设计 计算模式

一、机械设计发展概述

传统设计方法是经验、类比式的设计方法。主要采用封闭的收敛设计思维，进行经验类比设计。在计算方面只进行静态分析，并将载荷、应力进行集中处理，对于计算数据的误差采用增加安全系数的做法。传统设计方法以手工设计为主，使用简单的工具，进行人工计算画图。这样，一种产品从设计到正式投产往往要花很多时间，因此开发周期长，并且串行设计过程中，各个环节之间缺乏信息沟通，常导致设计人员之间的合作不协调。

近年来，计算机网络技术、 Web 技术和数据库技术的出现和飞速发展，给现代机械设计注入了新的生机和活力，机械设计逐渐向数字化、网络化方向发展。基于 Web 的远程设计正是在这种条件下产生的。

作为现代设计的一个重要组成部分，远程机械设计是一个综合了多学科、多技术的研究领域，涉及到机械工程及计算机技术等诸多知识领域。从机械设计的角度来说，主要研究设计过程的建模、设计优化理论等。从计算机技术方面来说，应研究如何对现有的设计资源进行组织和，使得这些资源能方便异地的设计人员进行查询和调用。

二、国内外远程机械设计发展

2.1 远程设计的概念和意义

远程设计即让设计人员通过客户端浏览器输入设计参数，服务器自动进行计算和选择，并根据确定的参数返回产品的规格或设计图形。远程设计技术是现代计算机技术、网络技术和机械设计技术在工程设计上的应用，它缩短了产品的设计周期和节省了设计成本，真正意义上地释放了工程技术人员。与传统的机械设计相比，远程设计具有以下优点：

1 、缩短产品的开发周期。

2 、避免重复开发。

3 、降低了企业资金和人员的投入。

4 、由于远程设计一般都有提供给用户进行交流和讨论的平台，这就不仅加强了各领域专家之间信息的共享和交换，而且大大提高了一次产品设计的成功率。

2.2 远程设计的国内外研究现状

2.2.1 在国外，有关远程协同设计的研究和应用起步较早，主要有：

（ 1 ）早在上世纪 80 年代中期，麻省理工学院学者就从事了这方面的研究，并首次提出 T 计算机支持的协同工作的概念。

（ 2 ） 20 世纪 90 年代中期，美国伯克利加州大学的集成制造实验室在美国国家科学基金、美国国防先进制造计划福特汽车公司的资助下开展了一个名为 Cybercut 的研究项目，建立了世界上第一个基于 WWW 的设计和制造系统。

（ 3 ）英国建立的 Edinburgh Engineering Virtual Library 网站， 提供工程设计、制造需要的各种信息，在英国建立了基于 Web 的虚拟制造中心，为企业设计、分析、制造等提供服务，提高了企业特别是中小企业的市场竞争能力。

（ 4 ）美国 Microsoft 公司和 Unigraphics Solutions 公司联合研究面向产品全生命周期的基于知识的协同设计支持网络环境“ Design Knowledge Network" ，减少了实际时间，降低了设计成本，在快速获取全球设计知识的基础上，进行产品创新设计。

（ 5 ）英国 Liverpool 等大学研究并应用人工智能和 Internet 提供滚动轴承的网络化设计服务。

2.2.2 在国内，有关这方面的研究主要集中在高等院校和科研院所，其中主要有：

（ 1 ）以西安交通大学理论与轴承研究所为主、国内多家企业和研究机构共同参与建立了国内第一个支持产品协同设计的网站 - 现代产品设计与研究开发网络（ 省略 ），旨在推进现代设计，主要提供设计知识的获取，参加的单位还有清华大学、华中理工大学、机械科学研究院、上海交通大学、重庆大学等国内许多著名的高校和科研院所。

（ 2 ）清华大学精密仪器及机械系摩擦学国家重点实验室开发出了基于 Web 的异地合作设计系统 Cdesign ，该系统采用了 Client/Serveer 构架，客户与服务器之间通过 VAW 来完成。

（ 3 ）上海先进制造工程技术研究中心和上海飞机制造公司开发了一个基于 Intemet/web 的异地设计与制造系统，利用其进行跨企业、跨地域的协同产品设计与制造。

另外，国内也有一些相关的网站，如：中国机械网（ 省略 ）、材料与制造综合信息服务平台等，它们提供机械设计技术数据、制造工艺技术数据等，并把机械设计技术、制造工艺技术、远程设计技术、产品数据库、计算机辅助设计都实现了网络化。在其中的机械设计技术模块中，用户只须选取自己要使用的设计模块，输入适当的参数就可自动设计出自己所需的零部件；在远程分析模块中，实现了常用机构的参数化仿真与分析。

可是远程设计由于刚刚起步，像其它新兴技术一样还不够完善。随着 CAD 技术、计算机网络技术、数据库技术及人工智能技术的不断发展，远程设计的内容必将越来越丰富，功能越来越强大，所提供的服务也将越来越完善。

三、远程设计系统的技术研究

系统的总体结构模式的确定是系统在初步设计阶段要完成的一项重要任务。系统的总体结构模式是系统的基础，只有确定了系统的结构模式之后才能进行下一步的设计和开发。而应用软件的架构是建立在计算模式基础之上的，因此，有必要先对网络计算模式进行分析。

在计算机网络技术的发展过程中，先后出现了以大型机为中心的计算模式、以服务器为中心的计算模式、客户机 / 服务器 (Client/Server) 计算模式，以及随着 Web 技术的成熟而发展起来的浏览器 / 服务器 (Browse/Server) 计算模式。

（ 1 ）通过对两种计算模式的研究和分析， B/S 模式较 US 模式，具有以下优点 :

1 、界面风格统一、可移植

US 模式的客户端往往采用不同的开发工具开发，因此界面不统一，一般来说也互不兼容，难以移植到其它的平台上运行，而 B/S 模式的客户端使用统一的 Web 浏览器，根本就不存在移植性的问题，而且使用非常简单。

2 、跨平台性

B/S 模式的系统较 US 模式的系统有更好的跨平台性，客户端可位于任意的软、硬件平台，因此跨平台的问题得到解决。

3 、易于管理和维护。

C/S 模式的系统针对不同的客户端需要开发不同的应用程序，完成的工作量较大。一旦系统要进行修改或升级，则要修改所有客户端上的应用程序，工作重复，管理和维护成本较高。反观 B/S 模式，由于应用软件集中在服务器端的开发和管理，因此应用系统进行升级时，只需更新服务器端的软件即可，无需客户端的参与，因此大大减少了系统维护与升级的成本与工作量。

参考文献：

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关键词：机械设计；发展；

中图分类号：C35文献标识码： A

前言：在技术不断发展的新世纪，机械的加工精细度越来越强，已经实现了到毫米的精确度，超精密加工对于促进技术不断实现新的发展具有重要的意义，超精密加工技术对于不断提高产品的技能，将产品质量提高到一个新的高度起到了非常重要的基础作用，不断提高新产品的稳定性和可靠性，促进产品的技术创新对于将机械技术推到一个新的发展平台起到了带动作用，在通往技术创新的道路上实现超精密加工技术能够更好推进技术进步和产品革新，自动化装配是机械设计制造及其自动化的结果，在很大程度上都需要不断对工作进行多方面的努力，加的大智能化的工作准备，在人员上进行有效管理和综合分析，在机械设备的使用当中也需要不断实现智能化，通过具体操作进行综合整理和有效管理，提高工作的质量和成效，微型机械在这一领域的运用也方便了企业的生产，同时为未来的发展提供了便利，总体来看，信息技术的发展对未来各项技术的发展提供了便利，适应了经济全球化的发展方向，中国企业在技术和管理方面的不足之处需要通过不断改进技术进行努力，不断把握世界经济发展的机遇，分析信息化发展的现实情况，提升我国企业发展的信息化水平，

1我国机械制造行业发展现状及现实应用

过去的十几年，中国工程机械行业取得的战绩是骄人的，如今，中国是世界第一大工程机械制造国，同时中国的工业机械销售市场也是世界最大的，然而资源的流通和粗犷式利用却严重阻碍着我国工程机械行业的发展，我国的生产方式还不够环保，不够节能，在工程机械再制造技术和产品回收体系等方面和世界发达国家还有很大差距，从我国工程机械发展的现状来 看，当 前 正 是 向 工 程 机 械 再 制 造 领 域 进军 的 最 佳时机，近年来，相继出台的有关政策为制造行业发展的健康有序提供了法律保障，但是我国的机械制造业还远不如国外成熟，还有些技术瓶颈问题亟需解决。

1.1我国的工程机械再制造还处在起步阶段，国家政策存在着严重的缺失。

1.2国内还存在再制造行业标准的盲区

1.3在国内，再制造产品的被认可度还很低，再制造缺乏引导和宣传，

1.4站台屏蔽门

地铁屏蔽门是一项集建筑、机械、材料、电子和信息等学科于一体的高科技产品，使用于地铁站台。国内第一条安装地铁屏蔽门的是广州地铁二号线，随后上海、深圳、天津、南京 北京等城市的地铁也安装了地铁屏蔽门。随着地铁屏蔽门的普及，国内多家屏蔽门生产企业也逐渐打破了其核心技术被国外几家企业垄断的局面，标志着我国的地铁屏蔽门产业已经进入世界先进行列。

2.机械设计制造及其自动化在设计中的原则

2.1 满足对机械设备功能的要求

机械设计制造及其自动化的发展虽然被广泛应用于各个行业之中，但是更多的却应用于机械设备中，这就要求在进行机械设计制造及其自动化设计的同时，必须掌握机械设备的使用功能和重要的核心作用，机械设备通过转换，必须满足人们正常获取信息数据的要求，在整个机械设计制造及其自动化的过程中，要对机械设备进行一个全面系统的把握，掌握每一个机械设备的功能，以及自动化使用的实际需要。

2.2采用先进的技术

机械设计制造和自动化技术的不断进步和持续推广极大促进了我国经济的发展，技术进步是机械设计制造和自动化不断发展的基本前提条件，机械化产品的生产和加工都是以先进的技术为保障的，只有技术进步才能够带动整个产业的发展，机械设计的基本设备都需要将技术放在重要的位置，在各项技术的发展当中，机械技术处于比较重要的位置，需要根据具体情况进行相关分析，不断在技术领先方面实现技术进步的智能化，各种加工行业的机械化设备，通过对相关产品进行处理与加工，改变相关产品原有的形态，增加相关产品中所具备的的功能，例如：机床，数控车床等各种加工行业的现代化机械设备，转换能量的机械化设备，动力机械主要的功能就是以转换能量为主，如：内燃机，水轮机，电动机等一系列转换能力的机械化设备，处理数据信息的机械化设备，将数据信息输人相关的机械化设备后，经过机械化设备的处理之后得到所需要的数据信息，最常见的处理数据信息的机械化设备有传真机，计算机等一系列机械化设备，具有其他功能的机械化设备，只有对机械设计制造及其自动化这一项技术进行深入的分析与研究，了解这一项技术中所具备的主要功能，才能在运用机械设计制造及其自动化技术时将不同的产品设计出来，培养创新的思维，用途，功能不同的机械化设备在运行的方式上也不同，这一点充分的体现了机械化制造及其自动化在发展过程中的空间非常的大，根据对机械设计制造及其自动化这项技术的不断创新与设计，机械设计制造及其自动化会更加的完善，机械设计制造及其自动化这一项技术在发展中，先进的技术依然是其最强有力的支撑，在不断完善的过程中要对其进行科学合理的规划与设计。

3.机械设计的发展方向

3.1生态化

随着科技的逐渐发展人们了解到环境因素对经济发展有非常重要的影响。因此出现了绿色生态的理念。机械设计制造的绿色设计主要就是最大化的使用资源取得新型的绿色产品设计。产品设计的时候,以产品环境的属性为重点不但要满足环境的要求池要保证产品的经济性以及基本功能。绿色产品不但要有指定的使用功能,也不可以对四周的环境和人的健康带来损害。推动可持续发展战略,就会向生态化的发展道路走去。现代机械设计重视生态化不但可以降低资源损耗池可以提高产品的使用质量和竞争力。

3.2定量化和系统化

现代机械设计制造把传统设计类的经验和类比设计都提高到逻辑性和理性的程度形成了系统之中的新型设计方式。把机械产品当作整体的系统来查看根据计算机技术,可以把人与环境的关系展开协调。机械设计制造系统化就是把总系统分为多个子系统,运用现代设计的理论展开协调达到系统化的主要目标。倘若是比较传统的设计方法在分析的时候是静态的,是凭着经验去感受的。因此不能够使用动态化的定量设计。实质工况不能用传统设计方法展开反映。机械产品设计是在随机动态的状况下展开的。由此可见机械设计的未来发展将会朝定量化发展。现代机械设计对材料和零部件的损伤都展开了充足的考虑，运用有限元法和数学归纳法能够更好的展开机械设计,进而提高了机械设计的成功率。

3.3自动化

自动化是机械制造技术发展的必然趋势，科技的发展对自动化的普及起着推动作用，机械制造的自动化主要表现在制造技术中的集成技术，系统技术和人机一体化技术中，自动化为机械制造技术提供了一个快速发展的有力平台。

3.4远程机械设计

未来我国机械设计发展的重点应锁定在远程机械设计上，远程机械设计涉及相当多的计算机和机械工程方面的知识，属于多技术，多学科领域，目前，远程机械设计在我国正处于起步阶段，因此，要大力研究如何在网络环境下调用和获取设计资源，这样，设计人员就可以充分利用网络对在设计过程中遇到的问题进行及时的分析计算，在短时间内将问题解决，从而尽快进入下一个环节，达到节约成本，缩短工期，提高工作效率的目的。

3.5人性化

人性化的控制和操作有利于机械作业适应性和安全性的大幅度提高，当今的机械制造技术向着电子化的方向迅速发展，微机控制技术的使用使得发动机在最佳功率配备下工作变得更加容易，能有效降低油耗，同时还能对机器状态进行自动诊断，让机器一直在良好的状态下运行。

结束语：随着信息技术的革命性发展，人们对产品的要求越来越高，对厂家的生产也提出了新的要求，他们不再满足于某一特定的规格，而是要求厂家按照自己的个性化要求来生产产品，由此带来了机械制造企业管理方法的根本性变革，因此，我们必须刷新对机械制造业的认识，认真探讨机械制造业在新世纪的发展，及时把握制造技术的最新特点，不断改进生 产策略。

参考文献：

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关键词：机械制造；设计；数字化；并行化；智能化

中图分类号：TD404 文献标识码：A 文章编号：

机械设计对质量有很大影响，随着技术的发展，传统的机械设计已不能满足现代产品功能的需要，在当前计算机技术高速发展的新时期，应当运用全新的设计理念和方法，制定科学的设计模式，提高我们的设计水平。

一、当前机械制造业设计的方法及内容

当前机械制造业设计方法是在对过去传统的机械设计理念进行深刻反思的基础上,综合运用现代化的设计技术手段实施的相应机械设计,可以概括为以下三个方面主要内容。

1、数字化成为当前机械设计的核心特点。随着科技的进步,尤其是数字化技术的高速发展,在机械设计进行之前久能够围绕整个设计生命周期进行相应的建模工作。同时可以充分利用计算机技术进行模拟设计,并对产品设计的整个生命周期进行过程模拟,给实际机械设计提供最佳的参考素材。在设计当中,还能够综合运用大量的数字化的设计技术及方法,广泛应用计算机辅助设计以及数字管理手段对全部设计的过程进行科学管理,确保资源配置最优化、设计效率最大化。

2、并行化成为当前机械设计的最大趋势。依托计算机支持,机械制造设计团队能够实现更多信息的共享,从而打破了时间和空间阻隔障碍。不同地区的机械设计工作者能够在同一平台下实现协同设计工作。在机械设计的过程中能够更多地赢得技术方面的支持和帮助,实现各种优势的互助互补,不断提高设计能力和设计水平。随着当前机械大型化、综合化的发展,各种机械的构造及功能都变得更加多样和复杂,机械设计开发初期确立的思路对于后期影响较大,由于设计过程比较复杂,如果前期的设计思路一旦出现纰漏,那么将很难进行及时的修正。因此在开发设计的的开始阶段就必须进行更加充分的实验及论证,充分考虑设计过程中可能产生的各种因素,这样能够有效减少产品后期的修正频次,缩短产品的开发周期。

3、智能化成为当前机械设计的迫切要求。随着自动化技术在机械设计领域的广泛应用,机械的自动化程度已经变得越来越高,相应地对机械自动化设计进程也提出了更高的要求。机械设计师需要充分利用智能技术进行相应的机械设计工作,构建完善的智能化的体系。在机械设计智能化系统中,可以实现独立计算和智能逻辑推理功能,从而有效减轻机械设计师的工作量,进一步提高工作效率。伴随着智能化技术在机械设计领域的不断深入,机械设计正向模糊化方向发展,也就是机械设计师无需过分关注机械设计过程中的一些基础环节,仅需将精力集中在理论和方向上,具体细节可以通过计算机辅助完成,从而有效提高设计工作效率。

二、现代机械设计技术及应用情况

随着社会的进步和科技的发展,尤其是计算机网络的普及,新的机械设计技术被广泛应用以下几种技术方法均为当前机械设计应用较普遍的技术。

1、有限元设计

有限元分析技术FED(Finite Element Design)是当前广泛应用的一项工程分析技术,是上世纪60年展后逐步发展和健全的数值计算方式。近年来,随着计算机技术的普及,有限元设计在机械设计领域的应用变得更为普遍。该技术十分精确地计算出形状复杂构件的应力变化和分布情况,是当前复杂构件强度及刚度计算分析的常用工具。该方法的最大特征为灵活性很强,仅需改变单元的数目,就能够完成对解的精确度变化,可以获得和实际情况十分接近的解。有限元法基本理论需要综合运用数学和力学等多方面知识。目前国内外已经有ANSYS、SAP、AD INA等大量成熟的有限元分析软件,通过相应的软件,也可以依托这些软件来进行机械问题求解。在机械设计中,有限元法的广泛应用使在机械设计发生了深刻变革,实现了从经验设计到理论设计的飞跃。

2、最优化设计

最优化设计OD(Optimal Design)是当前机械设计中较新颖的设计方式,该方式将机械设计问题经过抽象变换后,转换为一个最优化的数学模型问题,也就是就是选用最为合适的最优化方法,通过电子计算机来搜寻最优处理方案。最优化设计方式的出现虽然较晚,但发展十分迅速,在机械产品中、机械零件、钻用机械等多个方面均有十分广泛的应用,最优化设计是计算机技术、优化数学以及机械设计等多个学科的综合运用,在当前机械设计领域作用发挥日益显著,是当前机械设计的趋势之一,应用最优化设计可以有效改善机械产品性能,同时在降低成本等方面也具有重要意义。

3、模糊设计

模糊设计(Fuzzy Design)是把模糊数学知识应用于机械设计的一种方式。随着科技发展,机械设计的结构变得日益庞大和复杂,在机械设计中涉及的变量也变得更多,关系也更为复杂,在一系列变量关系中,存在很多模糊现象,很多时候无法精确对所设计的产品进行描述。在具体设计当中,不仅要对/非此即彼0类的精确现象进行识别,还要对/亦彼亦此0类的的模糊现象进行识别。例如机械产品使用寿命较长和承载力较强都是模糊现象。对于这类问题就需要采取糊数学的方法进行解决。在具体的机械设计过程中,通常把模糊技术和其他重量的设计方法进行有机结合,最终形成模糊优化、模糊可靠性等方式。

三、当前机械设计方法趋势探索

当今社会科技日新月异,各种新技术不断出现,机械设计产品的随科技含量不断增强,机械设计技术水平的竞争已经趋于白热化,在激烈的市场竞争中,要处于不败之地,必须不断改进技术、降低成本、提高工作效率,这些也是当前机械设计方法的发展趋势和方向。

1、系统化——机械设计方法研究的趋势。系统工程学是依托信息学、控制论、统筹管理等科学方法建立并发展起来的,解决工程问题最优化设计及控制的科学。过去传统的机械设计方法,多将设计对象视为独立事物进行分解和研究,其结论的局限性较强,在机械设计中通过系统工程学的运用,可以使机械设计过程作为统一的系统进行研究和探索,以整个系统为研究对象,对系统的各个部分进行关联性研究,其发展前景十分广阔。

2、精英化——创造创造潜力挖掘趋势。虽然机械设计中计算机技术广泛参与,但人的作用依然是最核心、最关键的,充分发挥机械设计师的创造潜力,以其特有的设计灵感和创造方法解决问题,将起到其他辅助技术无法实现的作用,在市场竞争日趋剧烈的新形势下,最优秀机械设计师的培养和挖潜,是当前机械设计保持强劲生命力的最根本保证。

3、商品化——机械设计产品设计趋势。当前,大部分企业已经认识到生存和发展的关键在于不断创新,而在开发设计产品的过程中,很多新产品虽然投入了较多的时间、较大的精力、较多的财力,但在常常在商品化这一最终环节上出现问题。商品化是所有机械设计开发的最终环节,也是检验机械设计成果的最好方法,为此应在设计之初就做好市场调研和产品定位,并大胆创新。在商品化的创新设计下的机械产品,比其他同类产品中更具竞争力,更加符合市场的要求,从而能创造出较高的经济、社会及环境效益。

四、结语

随着科技的发展,计算机网络技术的普及,机械设计方法已经有了实质性改变,科技新成果,不断丰富着机械设计的思想、理论以及方法,不断促进了机械设计发展和变革。广大机械设计师,应不断更新设计思维和方法,更好地运用现代科技,不断提高设计水平,提升市场竞争力。

[参考文献]

[1]李一峰,王大伟.机械产品方案的现代设计方法及发展趋势[J].科协论坛:下半月,2009(7):122.

[2]贾丽萍.机械工程中常规设计技术与现代设计技术的比较[J].科技创新与应用,2011(24):61.

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关键词：设计制造 自动化 产品 发展

1.前 言

1.1 机械设计及自动化定义的产生

早在1971年日本的《机械设计》杂志副刊上刊登了机电一体化这一名词，后来随着机电一体化的发展而被广泛的应用。美国机械工程师协会于1984年为现代机械下了如下定义：“由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统”。它与前面提及的机电一体化是一致的，因此可以说现代机械就是指机电一体化系统。20世纪90年代国际机器与机构理论联合会，给出了这样的定义，机电一体化是精密机械工程、电子控制和系统思想在产品设计和制造过程中的协同结合。因此又可以说机电一体化就是在机械设计制造及其自动化基础上的发展。

1.2 机械设计制造及自动化的技术研究

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，机械自动化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电器化”迈入了以“机械自动化”为特征的发展阶段。

2.机械设计制造及自动化的原则

2.1产品的功能要求

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。如图2-1所示：

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。

2.2产品的功能分类

根据产品或系统的主功能不同，可对产品或系统进行分类。

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。

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。

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。

此外，对于不同主功能的加工机构，其运动方式不同，也构成不同用途的机械。。因此，工件与刀具的运动方式不同，便产生不同用途的机床。所以说机械自动化的发展空间非常广阔，具有极大的想向空间，需要我们利用先进技术符合科学原理来不断创新，设计制造出一流的自动化产品。

3.机械自动化系统在实际生产中的技术控制要求

生产过程中，对各个工艺过程的物理量（或工艺变量）有着一定的控制要求。有些工艺变量直接表现生产过程，对产品的数量与质量起着决定性的作用。例如，精馏塔的塔顶或塔釜温度，一般在操作压力不变的情况下必须保持一定，才能得到合格的产品；加热炉出口温度的波动不能超过允许范围，否则将影响后一工段的效果；化学反应器的反应温度必须保持平稳，才能使效率达到指标。有些工艺变量虽不直接地影响产品的质量和数量，然而保持其平稳却是使生产获得良好控制的前提。

3.1 锅炉汽包水位的控制

锅炉汽包是生产蒸汽的设备，几乎是工业生产不可缺少的设备，保持锅炉汽包的液位高度在规定范围内是非常重要的，若水位过低，则会影响产气量，且锅炉易烧干而发生事故；若水位过高，生产蒸汽含水量高，会影响蒸汽质量。这些都是危险的，因此对汽包的液位严加控制是保证锅炉正常生产必不可少的措施，

1.双冲量控制系统。在汽包水位的控制中，最主要的扰动是蒸汽负荷的变化。如果根据蒸汽流量来进行校正，不仅可以补偿“虚假水位”所引起的误动作，而且使给水位控制阀的动作十分及时，从而减少水位波动，改善控制品质。将蒸汽流量信号引入，就购入了双冲量控制系统。从本质上看，双冲量控制系统是一个前馈（蒸汽流量）控制加单回路反馈控制的复合控制系统。这里的前馈仅为静态前馈，若需要考虑两条通道在动态上的差异，需引入动态补偿环节。

2.三冲量控制系统。双冲量控制系统还有两个弱点：控制阀的工作特性不一定能成为线性特性，这样要做到静态补偿就比较困难；同时，对于给水系统的扰动仍不能克服。为此可再将给水流量信号引入，构成三冲量控制系统。

从这里可以看出，这是前馈控制与串级控制组成的复合控制系统。其中，汽包水位是主冲量（主变量），蒸汽，给水流量为辅助冲量。在汽包停留时间较短、“虚假水位”严重时，需引入蒸汽流量信号的微分作用。这种微分信号应是负微分作用，以避免由于负荷突然增加和减少时，水位偏离设定值过高或过低而造成锅炉停车。

如图3-1所示，为三冲量控制系统的方框图，加法器的运算关系与双冲量控制时相同，各系数设置如下：

a 系数C1通常可取1或稍小于1的数值；

b 若采用气开阀；C2取正值，C2的值可按物料平衡关系进行计算；

c I0的设置和取值仍与双冲量控制系统相同。

在三冲量的控制系统中，水位控制器和流量控制器的参数整定方法与一般串级控制系统相同。在有些装置中，采用了比较简单的三冲量控制系统，只用一台控制器及一台加法器，加法器可接在控制器之前，也可接在控制器之后.加法器的正负号是针对采用气关阀及正作用控制器的情况。接法的优点是使用仪表最少，只要一台多通道的控制器即可实现。但如果系数设置不能确保物料平衡，则当负荷变化时，水位将有余差，这类接法，水位无余差，但使用仪表较前者多，在投运及系数设置等方面较前者麻烦一些。

3.2冷却器的控制方案

冷却器的热载体是冷却剂，常采用液态氨等介质作为冷却剂，利用它们在冷却器内蒸发进吸收工艺物料的大量热量，使用工艺物料的出口温度下降来达到生产工艺要求，工业用冷却器的一般控制方案有以下几种。

1.控制冷却剂的流量。

为氨冷却器控制冷却剂流量的控制方案，其机理也是通过改变传热速率方程中的传热面积F来实现的。该方案控制平稳，冷量（冷却剂量）利用充分，且对压缩机入口压力无影响。但这种方案控制不够灵活，另外蒸发空间不能得到保证，易引起气氨带液而损坏压缩机。为此，可采用物料出口温度与液位的串级控制方案，使用这种方案时，可以限制液位的上限，保证有足够的蒸发空间。也可以采用选择性控制方案。

2.控制气氨排量。氨冷却器控制气氨排量的控制方案，其机理是通过改变传热速率方程中的平均温度来控制工艺物料的出口温度的，这种方案控制灵敏迅速，但制冷系统必须许可压缩机入口压力的波动。另外，冷量的利用不充分。为确保系统的安全运行，还需要设置一个液位控制系统，防止液氨进入氨管路而导致压缩机损坏。

根据以上分析研究可知：自动控制装置和被控的工艺设备组成了一个没有人直接参与的自动化控制系统。操作工坐在操作室里，就能观察到整个装置的变化。因此，保证生产过程的安全，降低了劳动强度。

4.机械自动化系统的发展趋势

随着机械自动化技术的快速发展，机械自动化产品有逐步取代传统机电产品的趋势，与传统机电产品相比，机械自动化产品具有高的功能水平和附加值，它将给开发生产者和用户带来社会、经济效益。

由于机械自动化产品实现了工作自动化，所以生产力大大提高。例如：数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5～6倍。柔性制造系统的生产设备利用率可提高1.5～3.5倍，机床数量可减少约50%，节省操作人员约50%，缩短生产周期40%，使加工成本降低50%左右。此外，由于机械自动化工作方式具有可通过调整软件来适应需求的良好柔性，特别适合于多品种、小批量产品的生产、是缩短产品开发周期、加速更新换代的重要途径。

4.1使用安全性和可靠性提高

机械自动化产品的功能包括：监视、自动报警、自动诊断及自动启用保护装置等。这些功能在工作中避免和减少人身与设备事故，设备的安全性能有了很大提高，机械自动化产品由于采用电子元器件，减少了机械产品中的可动构件和磨损部件，从而使其具有较高的灵敏度和可靠性。故障率降低，寿命得到了延长。

4.2改善劳动条件，有利于自动化生产

机械自动化产品自动化程度高，是知识密集型和技术密集型产品，是将人们从繁重的体力劳动中解放出来的重要途径，可以加速工厂自动化、办公自动化、农业自动化、交通自动化甚至是家庭自动化，从而可促进我国四个现代化的实现。

4.3节约能源，减少耗材

节约一次和二次能源是国家的战略目标，也是用户十分关心的问题，机械自动化产品通过采用低能耗驱动机构，最佳的调节控制，以提高设备的能源利用率，可达到明显的节能效果。同时，由于多种学科的交叉融合，机械自动化系统的许多功能一方面从机械系统转移到微电子、计算机系统，另一方面从硬件系统转移到软件系统，从而使得机械自动化产品系统朝着轻小型方向发展，减少了材料消耗。

5.结论

因为现代机械自动化在设计和制造上具有多功能、高质量、高可靠性，低能耗的意义所以机械的设计、制造、都是围绕着机械自动化来进行的。

机械自动化技术所面临的共性关健技术是传感检测技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动化控制技术、接口技术、精密机械技术及系统总体技术等。所以说，机械自动化系统就是机电一体化系统。机电一体化的发展就是机械自动化的发展，所以广大设计人员应清醒的认识到机械设计制造只有向机械自动化设计制造方向发展，才是机械工业发展的唯一出路。所以设计人员不能只热衷于技术引进，不能仅仅安心于作为新技术的传播者，而应该作为新技术产业化的创造者。为机电一体化技术发展开辟广阔的天地。

参考文献：

[1]刘武发，刘德平.《机电一体化设计基础》.北京化学工业出版社. 2007.5

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关键词:机械设计制造技术发展方向

中图分类号:TH12文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)09(c)-0236-01

科技飞速发展的今天,我国机械设计与制造技术的发展取得了日新月异的成绩,但同时也面临着严峻的挑战,未来的发展方向需要我们更进一步的明确出来,本文就我国机械设计与制造技术的现状进行了分析,提出了未来的发展方向。

1我国机械设计与制造技术的发展现状分析

1.1 我国机械设计的发展现状

传统的机械设计以手工设计为主,设计人员利用简单的工具进行计算绘图,一般采用封闭的收敛设计思维,经验类比设计形式,计算上只做静态分析,计算数据的误差采用增加安全系数的办法。产品开发周期较长,设计人员之间合作起来不够协调,信息沟通不好。现阶段,计算机网络技术的迅速发展给机械设计提供了非常便利的条件,机械设计人员充分利用计算机这个有利工具,建立了企业之间的虚拟小组或动态联盟,使资源共享,各个企业的优势可以给别人借鉴,有效避免了设计上的好多误区,信息的交流及共享提高了产品设计的成功率,加快了产品开发的速度。

1.2 我国机械制造技术的发展现状

人类社会的机械制造技术从使用最原始的天然工具发展到制造工具,从简单的手工制造发展到机床的使用,人类一直为制造技术的发展而不断努力着。机械制造技术这门工程学科需要不断的研究及发展,现在机械制造技术运用科学的手段取得了一定的成绩,提高了产品的质量、效益、竞争力等方面。可以说现在的机械制造技术是先进制造技术的初步发展阶段,它是在传统的制造技术的基础上发展起来的,保留了传统制造技术中的有效因素,吸收了各种高新技术的精华,它把机械制造技术提高到了一个新的技术领域,增加了整个制造业的经济效益和社会效益。近年来,我国的机械制造技术虽然取得了一些成绩,但是和发达国家比较还是存在着较大的差距。在管理方面,我国没有广泛采取计算机管理模式,对组织、管理体制的更新发展不够充分,很多企业仍然处于经验管理阶段;在制造工艺上,我国对精细加工、微细加工、高精密加工、激光加工等技术没有广泛采用,许多技术尚在开发、掌握之中;在自动化技术上,我国的数控机床、计算机集成制造系统、柔性制造系统等,尚未实现柔性自动化、知识集成化、智能化,我们只处在单机自动化、刚性自动化的阶段。

2我国机械设计与制造技术的未来发展方向

2.1 我国机械设计的未来发展方向

我国未来的机械设计要把远程机械设计作为重点发展方向,远程机械设计目前在我国正处于初步发展阶段,它是一个多学科、多技术的研究领域,涉及许多机械工程和计算机方面的知识领域。对于机械设计来说,它主要研究设计过程的建模、设计优化理论的一些内容;在计算机技术方面,它主要研究怎样对现有的设计资源(如各种专业化的计算、分析程序、数据库、知识库等)进行组织及,以便于这些资源以最快的速度供设计人员查询及应用,因此要大力研究网络环境下设计资源获取及调用,这样设计人员在设计过程中遇到问题,就能通过网络及时的进行分析计算或查询数库,很快的解决问题,进行下一步工作,相对来说降低了成本,节约了时间,有效地提高了工作的效率。

2.2 我国机械制造技术的未来发展方向

2.2.1 网络化发展趋势

当今社会科技飞速发展,网络遍及每个角落,机械制造技术也势必要通过网络来作为未来发展的媒介,产品的零件制造、物料选购、市场开发等等都可以通过网络在异地进行。网络通讯技术可以加强经营管理的学习、加速技术信息的交流,为整个机械制造技术的提高提供了便捷服务。

2.2.2 自动化发展趋势

机械制造技术的自动化发展是必然趋势,科技发展推动了自动化的普及,自动化的发展表现在制造技术中系统技术、集成技术、人机一体化制造等各个系统中,自动化给机械制造技术的快速发展奠定了良好的基础。

2.2.3 绿色环保的发展趋势

制造技术未来会更多的朝着绿色环保的方向发展,在生产过程、使用材料、包装等方面更多的讲究环保,生产出来的产品是绿色无污染的产品,很大程度上减少了制造对环境的污染,提高了原材料及能源的利用率。

2.2.4 精密成形制造技术

精密工程技术也是未来机械制造技术的一个发展方向,包括精密的焊接、铸造、塑性加工、切割等技术,超精密的机械制造技术未来将进入微型机械电子技术及微型机器人的时代。

3结语

我国机械设计与制造技术的水平直接反应了我国科技的发展水平,是我国在国际间进行科技竞争的重要手段。因此,研究和发展我国的机械设计与制造技术势在必行,网络化、自动化的发展是我们前进的方向,绿色环保制造技术是人类社会在制造业中的可持续发展道路。努力跟随世界发展的潮流,提高我国的综合竞争力,尽快缩短我国与发达国家之间的差距,相信我国的机械设计与制造技术会给国家和人民带来更多的财富,创造更多的社会价值。

参考文献

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关键词：机械设计制造；自动化；发展方向

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.017

0 引言

传统机械设计制造业属于劳动力密集型产业，生产成本一直居高不下，生产效率也较低下，难以满足当前社会高速发展的需求。而将自动化技术应用于机械工程中，以提高机械设备加工生产的效率和效益，是机械工程行业未来的发展方向。自动化技术不能局限于重复的机械动作，应该通过设定相关程序来使机械智能化，能在系统出现问题时自我诊断和维护，根据实际情况调整操作以准确完成任务。

1 机械自动化基本含义及特征

1.1 含义

机械自动化，顾名思义是指利用自动化技术使机械制造企业，能够连续性自动生产和优化改进加工流程，是机械设计制造业的新兴技术。机械自动化广泛应用于工程机械、数控机床、发电设备等多个领域，通过自动控制系统，让机器装置以机械方式实现自动化控制过程，真正的将工人从高强度劳动中解放出来，实现大工业生产，大幅度提升劳动效率。机械自动化技术能促进各个行业的发展，稳定机械设备结构的同时提升其性能，以满足机器设备技术的智能化和人性化发展需求。

1.2 特征

传统机械自动化技术主要是结合多种技术，赋予设备系统更为全面、丰富的功能，技术层面仅限于简单的技术叠加。而未来的机械自动化技术，本质上就不同于传统机械自动化技术，是多项技术整体上的结合与统一，机器的可靠性和稳定性较强，确保设备稳定运行以实现机械制造的自动化和智能化。系统自动化控制流程能满足各行业、各领域功能日益增加的需求，利用系统控制过程实现输入端控制输出，以满足个性化生产目标，大幅度提高工作效率和工作质量。可见，机械自动化不仅是将若干种技术综合起来的一个概念，还是一个多种技术有机结合的系统和整体，以全面、强大的功能满足客户复杂需求。

2 传统机械设计制造的不足

2.1 工作环境差

传统工业设计制造属于劳动密集型产业，需要雇佣大量工人，为节省成本会最大限度压缩生产场地，使得生产线布置的过于紧凑。数量庞大的工人汇聚在一起生产加工，车间噪音污染和粉尘污染难以得到有效控制，对生产人员的身心造成巨大伤害。同时，车间管理属于粗放式管理，各项规章制度和安全操作规程不能严格执行，存在巨大的安全隐患。一旦出现火灾或爆炸等险情，工作人员难以快速、安全的疏散，易发生踩踏事件。

2.2 生产效率低

传统机械设计制造主要由人力完成，每种产品部件安排相应的技术工种操作，再将各部件焊接、组装成整体。操作环节越多，标准就越难得到统一，零配件之间出现匹配误差的几率就越大。而且人的精力是有限的，经过长时间、高负荷的体力劳动后，劳动效率和工作质量都不可避免的下降，使得整体生产效率低下。

2.3 产品质量不高

从操作精准和尺寸精度来说，人力是无法和机器相比较的。精细产品的生产需要严格控制全过程，所有操作必须精准，这就对生产工人的操作技术提出了高要求，而人类受多种因素影响而不稳定性较强，存在技术失误的可能。且随着工作时间的增加，工人操作失误的可能性变大，直接影响操作质量，生产出来的产品质量难以得到保障。

3 机械自动化的发展趋势

3.1 微型化

从实用性能考虑出发，机械设备应具备灵活便利、小体积和低能耗的特点，可缩减储存和摆放空间，减轻机械转运和人力搬运时的劳动强度。可见，微型化是机械设备未来发展的方向之一。从节约生产成本来说，机械企业投入资金改造大型、操作不便的设备，可大大节省生产资源，降低生产、运输、安装等过程的费用。同时，机械设备微型化拓宽了应用范围，为机械制造业的发展提供新的思路。为了最大限度缩小设备体积，降低生产和运输过程的能耗，必须寻求生产全过程的更高技术支持，提升原有设备的操作精度。

3.2 虚拟化

传统机械设备新产品的开发流程通常如下，先设计出图纸，然后多重筛选、整合方案，进行小范围试验等，这样开发周期较长，不利于企业设备技术的升级换代，阻碍资金的优化及合理配置。而随着信息时代的高速发展，计算机技术在人们日常工作与生活中应用越来越广泛，尤其是在机械制造方面可突显自动化技术。通过计算机模拟试验从理论上验证设计方案的可行性，这大大简化了试验流程，节省大量设计时间和人力劳动，提升设计效率的同时促成了企业经济效益最大化。此外，网络通信技术的普及也为机械自动化技术提供便利，技术人员可通过网络共享和传导数据资料，帮助设计双方实现异地无障碍沟通交流，大大缩短设计过程的耗时，为尽早完善设计方案提供技术支持。

3.3 模块化

机械设计制造行业目前没有适用性较广的国际标准，不同生产厂家的产品会有不同规格和标准，呈现出产品的多样性。因此，我国单独规范标准机各类接口的产品单元很难，但该项研究意义重大。如通过研究统一的动力单元，将智能减速、电动机和集减速集合起来，实现控制单元的测距识别功能和视觉图像处理功能，有利于扩大新产品的开发和研制规模，促进机械设计制造企业的规模壮大。

3.4 网络化

计算机技术发展至今，网络技术在各行各业都广泛应用，加强互联网技术的应用，促进机械制造自动化技术与网络技术的融合，实现“互联网+”是未来机电设备一体化发展的必然要求。我国机械自动化产品为拓宽销路，提高核心竞争力，就必须顺应时代潮流，充分利用网络资源，逐渐实现网络化发展。利用互联网渠道便捷的优势，拓宽高效、节能和优质机械设备的销路。机械设备的设计和生产环节，可以借助网络监测管理与远程控制技术，不断解决机械设计过程的问题，提高设计性能和使用性能。

3.5 绿色化

经济发展与资源浪费和环境污染的冲突日益尖锐，人们逐渐意识到可持续发展的重要性，呼吁国土资源、生态环境与经济建设的协调发展，大力倡导绿色环保产品的研发。绿色产品的出发点是尽可能保护生态环境和人类健康，旨在减少资源浪费和生态环境污染，以有限的资源开发出更多的产品。绿色机械自动化产品是符合社会发展趋势和人们建设需求的，产品开发过程节省了资源，报废后还可回收充分利用，符合生态经济可持续发展的理念。

3.6 人格化

机械自动化是未来的发展趋势，如何协调好人机关系是机械设计制造的重点研究方向，即赋予自动化机械人格化。机械的服务对象是人，故赋予机械设备智能和情感，对机械进行生物机理的模仿，可大大提高设备的可操作性和服务舒适性，进一步扩展机械的应用范围。

4 结束语

综上所述，机械设计制造自动化的未来发展重点是微型化、虚拟化、模块化、网络化、绿色化和人格化，着重解决传统机械设计制造的工作环境差、生产效率低和产品质量低等突出缺点。发展方向就是更多利用计算机技术、现代管理技术和网络技术等手段。传统机械制造业结合计算机技术，可实现设计、生产、管理和销售全过程的流程控制。同时，也要结合现实情况研制出符合国情的高标准机械产品，大力提升产品自动化的水平，将工作人员从高强度劳动中解放出来，提高劳动效率和工作质量。为响应国家可持续发展战略和集约型社会建设方针，一定要在生产、运输过程中降低能耗，减少资源的浪费，实现绿色化产品的长远发展。

参考文献：

[1]任玲慧.浅议机械设计制造及自动化的发展方向[J].中国机械，2015（07）：67-68.

[2]吴壬佳.探讨机械设计制造及其自动化的发展趋势[J].科技与企业，2015（08）：69.

[3]王春华，何佳岐.机械设计制造及其自动化的发展方向[J].企业文化（下旬刊），2015（03）：201.

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关键词：机械设计；制造自动化产品；发展方向

早在1971 年日本的《机械设计》杂志副刊上就刊登了机电一体化这一名词。之后， 机电一体化得到了不断发展。美国机械工程师协会于1984 年为现代机械下了如下定义： 现代机械是“由计算机信息网络协调与控制的， 用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和（或） 机电部件相互联系的系统”。它与前面提及的机电一体化是一致的， 因此可以说现代机械就是指机电一体化系统。

一、机械设计制造及自动化的符合设计原则

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。

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。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。

二、机械自动化系统的优点与效益

随着机械自动化技术的快速发展， 机械自动化产品有逐步取代传统机电产品的趋势。与传统机电产品相比， 机械自动化产品具有高的功能水平和附加值， 它将给开发生产者和用户带来社会效益和经济效益。

1. 生产能力和工作质量提高

机械自动化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能， 其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高， 通过自动化控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作， 使之不受机械操作者主观因素的影响， 从而实现最佳操作， 保证最佳的工作质量和较高的产品合格率。同时， 由于机械自动化产品实现了工作自动化， 所以生产力大大提高。例如：数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5～6 倍。柔性制造系统的生产设备利用率可提高1.5～3.5 倍， 机床数量可减少约50%， 节省操作人员约50%， 缩短生产周期40%， 使加工成本降低50%左右。

2. 使用安全性和可靠性提高

机械自动化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中， 遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时， 能自动采取保护措施， 避免和减少人身与设备事故， 显著提高设备的使用安全性。机械自动化产品由于采用电子元器件， 减少了机械产品中的可动构件和磨损部件， 从而使其具有较高的灵敏度和可靠性， 故障率降低， 寿命得到了延长。

3.调整和维修方便， 使用性能改善

机械自动化产品在安装调试时， 可通过改变控制程序来实现工作方式的改变， 以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机械自动化产品的控制系统中， 而不需要改变产品中的任何部件和零件。对于具有存储功能的机械自动化产品， 可以事先存入若干套不同的执行程序， 然后根据不同的工作对象，给定一个代码信号输入， 即可按指定的预定程序进行自动工作。机械自动化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施， 使工作恢复正常。由于机械自动化产品普遍采用程序控制和数字显示， 操作按钮和手柄数量显著减少， 使得操作大大简化， 并且方便、简单。机械自动化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥， 系统可重复实现全部动作。高级的机械自动化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序， 实现自动化最优化操作。

三、机械设计制造及其自动化的发展方向

我国从20 世纪80 年代初才开始机械设计制造及其自动化发展方向这方面的研究和应用工作， 研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作， 并取得了一定的成果。但与日本等先进国家相比， 仍有相当差距。任何一门科学都是由基础理论、技术和工程系统组成的完善体系。机械自动化在技术和工程系统方面已有很大的发展， 但基础理论方面尚在发展中， 还很不完备。所以今后的发展方向有如下几个方面。

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. 模块化

模块化是一项重要而又艰巨的工程。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、 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。

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关键词：机械设计；自动化技术；机械设计自动化；计算机技术；自动控制

机械设计是追求快速、尖端和科学化的过程，也是推动生产发展、社会进步和经济运行的重要动力。在国外，机械设计已经成为高水平的技术行业类型，并受到人们的追捧和关注。机械设计向着科学化方向发展，就必然绕不开自动化技术，二者的结合和应用也是业界研究的焦点。尤其在现在，研讨机械设计与自动化技术的结合、应用以及未来发展趋势，其现实意义十分明显。

1.机械设计与自动化技术的紧密联系

我们都知道，机械设计的过程其实就是机械不断发展、演进和提升的过程，是一种生产力的进步需求。机械设计需要运用多种技术和技能，比如工程学的知识、设计理论、工业理论等。要看到，随着机械设计的进步和发展，更为便捷化、科学化技术的引入和应用，已经是大势所趋。自动化技术与机械设计的紧密结合，正是机械设计现代化的一种必然结果。自动化技术应用与现代机械设计，不但可以有效简化机械设计的程序、步骤和内容，而且大大提高机械设计的效率和质量，同时为机械设计工程的量产与高产提供了可能。众所周知，自动化技术融合了诸如电子技术、控制工程技术、信息技术、系统工程理论、自动控制技术等多种先进的技术、技能，是现代工业发展、科技进步所不可或缺的技术类别，并且在国民经济和社会建设中发挥着不可替代的重要作用。将自动化技术完善的应用到机械设计中，不但是可行的，而且是必然的趋势。在我国，机械设计制造及其自动化已经成为现代机械学科的重要内容，也日益引起人们的关注，成为了业界研究的热点话题。

事实充分说明，机械设计与自动化技术的结合是机械设计走向科学化、自动化、工程化和尖端化的必然选择。当然，现代机械设计自动化早已实现，而且已经在生产实践中发挥了建设性的作用，为生产效率的提升和设计工作的变革提供了巨大的技术支持。或许可以这样理解，现代机械设计与自动化技术已经须臾不可分离，二者之间的相互渗透与影响很难用量化的数字或文字进行描述。总之，自动化技术在机械设计中的应用，为现代机械设计的功能提升和品质保证提供了新的路径，是机械设计进一步发展的标志。

2.自动化技术在机械设计中的应用

前文已经讲到，机械设计制造及其自动化已经融为一体，其间的联系十分紧密，并且已经朝着更为科学化、信息化的方向发展。例如，在现代机械系统设计中，设计者需要掌握诸如基础的设计技术、机械制造技术、计算机技术、电子技术、自动化技术等多种技能和技巧。同时，我们可以看到，机械系统设计的过程其实就是运用自动化技术对机械的零部件、材料和各种组件进行有机组合与调配的过程。机械系统设计的目的就是将机械设计系统化、科学化，形成设计工程的完整体系，保证机械设计的有效性。在此期间，自动化技术可谓是无处不在。自动化技术为机械设计提供了完整的技术链条支撑，同时保证了设计工作的顺利开展，这是一张密不可分的状态和结果。所以，自动化技术在技术设计中的应用是很明显的，这种应用已经显现出巨大的功能性作用。

例如，工业自动化是自动化技术的一个重要方向，也是反映了自动化技术发展的基本趋势。在工业自动化的技术分类中，有一种计算机辅助设计的技术类型，即通常所说的CAD。计算机辅助设计真是现代机械设计中经常应用的技术，它可以大大提高机械设计的工程效率，保证设计的质量。同时，借助计算机的高效率和精密操作，机械设计能够实现量产和高产，这是人力操作所很难达到的。因此，诸如CAD这样的自动化技术能够促进机械设计的功能提升与效率提高，其积极作用是很难具体量化说明的。

3.机械设计自动化的未来发展趋势

根据机械设计及自动化应用的现状，我们可以对机械设计自动化的未来发展做出基本的判断和分析。首先，机电一体化是未来机械设计自动化的大趋势。所谓的机电一体化，即包括微机、传感器、控制系统、动力原等内容的机械电子一体化系统，这个系统是完整有效的，可以保证机械设计的高效率。其次，未来机械设计自动化将朝着更为智能化控制的方向发展。也就是说，自动化技术的进一步发展和升级将部分或完全脱离人力的干扰，而是完整借助计算机、机械仪表、控制系统来开展机械设计、制造等工作。智能化控制可以进一步提升机械设计的效率和效能，同时大大节省人力的开支。再者，未来机械设计自动化的流程将会更加简练和便捷，其工作效率会进一步提高。自动化技术的本质就是帮助工人拜托束缚，利用自动运行的机器完成既定的工作，解放被工作“捆绑”的人。未来，借助高尖端智能化技术、计算机技术和微电子技术等新型技术，机械设计的自动化也必然可以更加“自由”，设计的流程和步骤会根据有利于解放生产力和生产过程。

此外，未来机械自动化技术的发展会要求工人和技术人员必须具备相应的知识结构、理论技能和操作水平。也就是说，虽然自动化技术解放了机械设计的生产力，提升了机械设计的技能和质量，但是并不意味着工人和设计人员能够完全脱离设计流程。恰恰相反的是，未来的机械设计人员必须通过了解自动化技术的应用流程和步骤，来不断的强化技术的使用效能和效果，使自动化技术真正发挥出功能性的作用。

总之，机械设计的自动化是未来发展的大方向和大趋势，而借助自动化技术的应用谋求机械设计的进一步发展，则是本行业与从业者的真正期盼。

参考文献：

[1]阿布别克・乌拉孜.浅谈机械自动化的现状和发展趋势[J].新疆有色金属，2011（03）

[2]李秋娟，张兵.论CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的新发展[J]. 化学工程与装备，2010（03）

[3]周一鸣，索春英.浅谈自动化技术在机械设计中的应用[J]. 价值工程，2011（12）

[4]聂海波.机械自动化技术的应用研究[J]. 科协论坛（下半月），2011（02）

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关键词：机械设计制造；自动化；发展方向；前景分析

一、前言

随着先进科学技术的发展，机械设计制造与应用成为了当前人们关注的焦点。伴随着计算机技术的发展和提高，自动化的机械应用为人们的生产生活带来了很大的影响，机械自动化的发展更代表着机械制造技术的革新。下文就机械设计制造的含义与机械自动化的现状展开分析，就机械设计制造与自动化的未来发展方向进行研究。

二、机械设计制造的发展历程

1、机械自动化的含义

机械自动化是在制造生产的过程中很少、甚至不会用到人力参与的生产过程。自动化发展最初起源于工业革命时期，利用蒸汽技术是最原始的自动化萌芽，通过其利用发展，减少了人力的中间成本，加快了制造与生产的效率，促使了工业生产的一次大变革。而到了20世纪大约70到80 年代，当时企业生存艰难，技术相对落后，制造业承担风险大，制造成本高，其中为减少成本，便出现很多企业运用机械自动化代替人力手工作业，机械自动化的发展逐步开始走向了成熟。直至今日，我国各种机械设计制造企业基本上已采用了机械自动化建造生产模式，使厂房车间制造生产的效率达到最大，以图能得到最大的收益。

2、机械设计制造自动化的发展优势

机械设计制造自动化是机械的运用，通过电力或其他形式的能源来使其工作运行。和以前的手工制作或者是半自动制造相对比，能很清晰的得出很多机械自动化所特有的优势。机械自动化具有管理统一化，纯粹的机器，不会像人一样出现各种意外，更加利于一个内部的管理。机械自动化能解放工人的双手，有利于公司的成本控制，能最大限度的降低企业机械制造的人力成本，不会为工人发放薪资，不会为员工福利而做过多的烦恼。机械自动化更大程度体现的是一个国家的科技发展力量，一个企业机械制造的机械自动化有利于公司内部处于一个十分良好公司氛围，会使管理者不在为公司人员的变动而一筹莫展。机械自动化制造能够使企业生产制造的产品更加精密、准确，通过机械的尺量，能更大程度的提升零件的合格率，可以更加有效的节约生产制造的原料成本。

3、机械自动化的发展现状

我国机械制造业现阶段为了企业利益最大化都着眼于发展机械自动化，但是其发展不是很成熟完善，很多地方还需要更加先进的科学技术作为支撑。现在的机械自动化很多的制造精准度还有一定的欠缺，所生产的产品的精细程度也有一定的局限性，而且机械自动化的低技术限制了制造生产的效率，相当大程度上阻碍了我国机械制造自动化的前进。机械自动化的发展会有很多的便利，但是在优势产生的同时，也不得不承认事物总是好与坏同时存在的，所以机械自动化也给社会带来了很多的问题。我国人口多，所以工作问题是我国一直以来的大问题，而机械自动化的出现使得工厂和企业都辞退了大量员工，使得原来很多的工作岗位都消失，没了存在的必要性，这一现象的出现使得我国本就十分严重的就业问题更加的危急。机械自动化的发展还会使得机械生产制造产业变得门槛更低，让原就火热的行业会有更多的人迅速涌入，造成行业的一时崩溃，然后大量的人力资源流失，造成机械生产制造的颓败。

三、机械设计制造与自动化的发展趋势分析

1、机电一体化的发展方向

前面说到，随着计算机技术的飞速发展，机电一体化的机械设计制造将成为机械自动化的主要发展趋势，这也是机械设计制造技术与系统的升级和提高。当前，很多工业化生产已经开始使用现金的机电一体化技术，并在应用和生产生得到了良好的效果，这也使得机械设计制造与自动化技术进一步向机电一体化的方向靠拢。以机械设计制造和自动化技术为基础，通过机电一体化的指导，重新组合不同的机械和电子设备，形成电子控制机械，同时实现了自动化和智能化的系统控制。可以说，机械设计制造与自动化的机电一体化发展是一种科技的延伸，机电一体化是机械设计制造与自动化发展的必然趋势。

2、智能化、数字化以及网络化的发展方向

事实上，智能化与数字化是机械设计制造与自动化技术的主要特点，也就是说，未来的机械设计制造与自动化技术会不断向全智能化和全数字化的方向发展。就当前的情况来看，很多机械在投入使用的过程中虽然有一定的智能化技术，但出于半智能化，仍需要人的参与，相信在未来，实现全数字化与全智能化的机械设计、制造以及生产操作全过程。同时，数字化的技术具有很大的发展意义和前景，包括机械制造过程中涉及的图形、技能、数据以及声音等都可以进行数字信息的高校处理，并建立起数字化的模型对产品进行模拟，进而提高设计和制造的效率。除此之外，在机械设计和制造的过程中，尽管预警实现了网络技术的系统化控制，但却没能实现对机械的生产控制网络化。相信在未来，我们更能利用起网络技术、信息技术以及传感技术等来实现机械设计制造与自动化生产的网络化，最终实现对系统的远程操控目标。

3、机械自动化的前景分析

机械自动化的快速成型会使的采用自动化的机械制造获得更加可观的经济效益，能够让一个企业的行业话语权更加快速的提升，也会代表着一个国家科技水平的高度。我国的机械制造业其本身的规模范围很大，如要将企业提升到一个较可观的高度，就必须要注意企业生产转型为机械自动化的类型，这其中不仅会因为转型研究成本高昂，还需要选择适合企业发展、符合中国国情的自动化类型，只有这样的变换才能够让企业具有更超值的转型。我国的科技研究相对落后，需要在自身不断的研究发展下，引进国外的机械自动化相关的科技技术作为借鉴参考，以此来让我国的这个方向的发展产生蜕变。增强行业中智能科技的研发，以此让机械自动化变得更加智能化、高效化，使机械制造业在机械自动化下能制造出更为复杂、精密的物品。

四、结束语

总而言之，机械设计制造与自动化的发展不仅为人们的生产生活带来了便利，更对提高我国经济有着重要的作用。随着智能化、网络化以及数字化等技术的不断发展，相信在未来，机械设计制造与自动化生产还能得到进一步的发展，为人们的生产生活带来不断的创新。（作者单位：西安石油大学机械工程学院）

参考文献：

[1]李彤. 机械设计制造及其自动化的发展方向[J]. 中国科技投资，2013，11：106.

[2]刘超. 我国机械设计制造及其自动化发展方向研究[J]. 河南科技，2013，06：105.

[3]王锟长. 机械设计制造及其自动化的发展方向研究[J]. 科技致富向导，2013，36：247.