我国机械设计制造及其自动化发展方向的研究本文主要对传统的机械设计制造和机械自动化相比较，提出了具有智能化的特征是现代机械和传统的机械在功能上的本质区别。根据机械自动化在各行各业的应用和发展，显现出了机械自动化产品的优点和效益。即多功能化、高效率、高可靠性、省材料、省能源，不断满足人们生活和生产多元化需求。然后结合我国机械的现状，提出了我国机械行业目前所面临的主要问题，并分别从机械产品自身发展及行业出发，指出了未来工程机械行业的发展趋势，并根据我国行业自身发展特点，提出了相应的发展和改进措施，为机械的行业发展提供了一定的理论看法同时在此基础上探索了我国机械自动化的发展之路。关键词：设计制造; 自动化; 产品; 发展; 方向一、我国机械制造业和自动化的概述机械行业是一个国家的基础性和支柱性产业，在国民经济中占有极其重要的地位，具有很强的拉动能力。而机械制造自动化技术始终是机械制造中最活跃的一个研究领域。也是制造企业提高生产率和赢得市场竞争的主要手段。机械自动化技术的应用与发展，是机械制造业技术改造、技术进步的主要手段和技术发展的主要方向。机械自动化的技术水准，不仅影响整个机械制造业的发展，而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响。一）、机械制造业的概述1.经济全球化背景下的机械制造业。机械制造业指从事各种动力机械、起重运输机械、农业机械、冶金矿山机械、化工机械、纺织机械、机床、工具、仪器、仪表及其他机械设备等生产的行业。机械制造业为整个国民经济提供技术装备,其发展水平是国家工业化程度的主要标志之一。21世纪初，机械制造业发展的特点是现代化高新技术的综合利用，其趋势是四化：即柔性化、敏捷化、智能化和信息化。再也不是以20世纪2040年代发展起来的机械学科自身的成就凸轮及其它机械为基础，采用专用机床、夹具、刀具、量具组成的流水式生产线刚性自动化。从20世纪到21世纪，我们身边的制造业已经发生了一系列的巨大变化。以机械化、自动化为特征的传统制造业已变为融入了信息技术和高新技术的现代制造业。2.我国机械制造技术的发展现状20世纪90年代初，随着CIMS技术的大力推广应用，包括有CIMS实验工程中心和7个开放实验室的研究环境已建成。在全国范围内，部署了CIMS的若干研究项目，诸如CIMS软件工程与标准化、开放式系统结构与发展战略，CIMS总体与集成技术、等均取得了丰硕成果，获得不同程度的进展。但因大部分大型机械制造企业和绝大部分中小型机械制造企业主要限于CAD和管理信息系统，底层基础自动化还十分薄弱，数控机床由于编程复杂，还没有真正发挥作用。因此，与工业发达国家相比，我国的制造业仍然存在一个阶段性的整体上的差距。概括起来主要表现在以下几个方面：1.）产品结构的差距中国机械制造业的快速发展，主要依靠技术引进和赶超型发展战略，加之中国劳动力丰富而资金相对短缺，致使机械制造业的科技开发明显滞后。虽然中国机械制造业的产品数量已经位居世界前列，但主要是劳动密集型产品，具有自主知识产权的高、精、尖产品比较少。我国械制造业产品的质量虽然有了很大程度的提高，但大量的机电产品的质量可靠性、外观设计、内在性能还有很大差距。2.）生产投入结构的差距机械制造业作为一般竞争性行业，其竞争状况与效益状况直接受生产投入结构的影响。企业之间的竞争，在很大程度上取决于科研与开发的投入。发达国家为了保持机械制造业的市场竞争力，一些大企业的科技开发费用占到其销售额的4%8%，甚至10%以上。正是科技投入、人员素质、设备投入等方面的巨大差距，使中国机械制造业企业的设计与生产方法落后，自主开发能力差，产品开发周期长，更新慢，新产品产值率低，产品质量难以得到保证。3.）产业组织结构的差距中国机械制造业之所以在投入结构上难以加大科技开发投入，直接根源是产业组织结构不合理，企业规模小，布局分散，大中小企业之间难以形成合理的专业化分工协作体系；深层原因是体制约束，条块分割导致的地区雷同与“分散化”倾向，有悖于世界机械制造业日益资本密集化、生产全球化、机电一体化、市场集中化的发展趋势。三）机械制造技术未来发展趋势未来机械制造业必然以集成化、智能化、敏捷化、信息化为方向，是各国经济实力、人才实力乃至综合国力的较量。计算机集成制造(CIMS)是2l世纪制造企业的主要生产方式，利用包括计算机辅助设计(CAD)，计算机辅助工程分析(CAE)，计算机辅助工艺过程设计(CAPP)，计算机辅助工装设计(CATD)数控程序编制(NCP)等软件技术来辅助生产是一个重要的方式。二）机械自动化的概述1.机械自动化的产生早在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。机械自动化技术从上个世纪20年代首先在机械制造冷加工大批量生产过程中开始发展应用，上世纪60年代后为适应市场的需求和变化，为增强机械制造业对市场灵活快速反应的能力，开始建立可变性自动化生产系统，即围绕计算机技术的柔性自动化。2.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、经济效益。4.1生产能力和工作质量提高4.2使用安全性和可靠性提高4.3调整和维修方便，使用性能改善4.4具有复合功能，适用面广4.5改善劳动条件，有利于自动化生产4.6节约能源，减少耗材3我国机械自动化的现状机械自动化技术从上个世纪20年代开始发展应用以来，已经得到了迅速的发展，特别是近年来计算机的高度集成化，开始采用了计算机集成制造系统，大大加快了机械自动化的发展，但我国仍处于初级操作阶段的自动化。目前，世界各国的机械自动化水准除少数工业发达国家的某些生产部门外，大多数还处于操作阶段的自动化。我国也不例外，我国的产业结构层次低。我国机械制造业企业中自动化装备少、水准低，不仅在数量上同世界先进国家有较大差距，而且在品种上、质量上、使用上，同世界先进水准也存在阶段性差距。实现我国机械自动化技术是一个长期的过程，不可能一蹴而就。需要循序渐进，不断努力，创造条件，向自动化的高级理想阶段迈进。二、 机械设计制造及自动化的符合设计原则2.1 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。如图2-1所示: 图2-1 机械自动化系统功能示意图如上所述，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。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。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。例如，金属切削机床是根据工件与刀具相对运动产生切削作用的原理进行工作的。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。 三、机械自动化在实际中的应用一）机械自动化系统在化工生产中的应用 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。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。近二十年来，工业生产规模的迅速发展，加剧了对人类生存环境的污染，因此减小工业生产对环境的污染的影响也纳入了过程控制的目标范围。综上所述，过程自动化控制的主要目标包括以下几个方面：1、保证生产过程的安全和平稳；2、达到预期的产量和质量；3、尽可能地减少原材料和能源损耗；4、把生产对环境的危害降到最小限度。二）机械自动化产品1.具有复合功能，适用面广机械自动化产品跳出机电产品单技术、单功能限制，具有复合技术和复合功能，产品的功能水平和自动化程度大大提高。机械自动化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求，应变能力较强。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。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。所以，无论是生产部门还是使用单位，机械自动化技术和产品的应用，都会带来显著的社会和经济效益。正因为如此，世界各国，首先是日本、美国、欧洲各国都在大力发展和推动机械自动化技术。五、 机械设计制造及其自动化的发展方向随着社会各行业的纵深发展以及不同行业的交叉发展，对机械产品的需求以及要求也越加严格和精细，因此适应不同要求的产品设计也应该提到行业改革的日程上来，通过对近年来机工程机械产品的市场分析来看，未来工程机械产品的大致发展特色如下：一）机械产品的发展方向5.1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。5.2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。它广泛应用于工程机械的产品设计，使工程机械向信息化、智能化方向大步前进，提高了工程机械的高科技含量，促进了工程机械的发展随着工程施工技术的不断发展完善，用户对工程建设机械也提出了更高的市场要