機(jī)械工程設(shè)計(jì)及其自動化發(fā)展趨勢探討

(中鐵十二局第三工程有限公司 山西太原 030000)

機(jī)械工程設(shè)計(jì)及其自動化發(fā)展趨勢探討

葉 懋

(中鐵十二局第三工程有限公司 山西太原 030000)

現(xiàn)代工程機(jī)械是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下，利用機(jī)械是被或者其他電氣設(shè)備來完成機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)或其他動力學(xué)運(yùn)動的整套系統(tǒng)。“現(xiàn)代機(jī)械”最早是出現(xiàn)在機(jī)械一體化當(dāng)中，兩者是互相統(tǒng)一想通的，最早在1984年提出的“現(xiàn)代機(jī)械”就是我們現(xiàn)在經(jīng)常提到的機(jī)電一體化。在上個(gè)世紀(jì)九十年代，國際機(jī)械學(xué)與國際機(jī)構(gòu)理論學(xué)會聯(lián)合起來給出了“機(jī)械一體化”具體的定義，內(nèi)容如下：機(jī)電一體化是精密機(jī)械建造工程與整體系統(tǒng)觀和電子信息設(shè)備結(jié)合的產(chǎn)物，為實(shí)現(xiàn)某一目標(biāo)而互相協(xié)作、互相配合。從此看來，機(jī)電一體化是從工程機(jī)械、自動化和系統(tǒng)化思想發(fā)展延伸出來成為一個(gè)統(tǒng)一的整體，它們之間互相影響互相協(xié)調(diào)，達(dá)到最后的操控目的。

機(jī)械工程設(shè)計(jì)；機(jī)械制造技術(shù)；自動化；發(fā)展趨勢

1.機(jī)械工程設(shè)計(jì)及自動化的設(shè)計(jì)原則

1.1滿足對機(jī)械的功能需求

只要是機(jī)械新技術(shù)的出現(xiàn)必定是為了滿足人們某種需求，而人們需求不同設(shè)計(jì)出來的機(jī)械都含有不同種的功能。不同產(chǎn)品之間都有各自的區(qū)別與功能，具體來說就是不同種的設(shè)備能夠?qū)⑿盘?、能量和物質(zhì)處理為不同特性的信號能量和物質(zhì)，從而達(dá)到不同的效果。而機(jī)械自動化正是這種類型的產(chǎn)品，通過不同的設(shè)計(jì)來科學(xué)化和自動化實(shí)現(xiàn)某一特定操作，然后以某種形式表達(dá)出來，而這種形式必定是以滿足客戶要求為標(biāo)準(zhǔn)的，機(jī)械自動化系統(tǒng)不僅僅是包含機(jī)電一體化功能，而且還能通過機(jī)電一體化的某一種特征，縱向發(fā)展而開發(fā)出不同種類功能的產(chǎn)品。而這種機(jī)電一體化產(chǎn)品不但能夠通過不同工藝制造出不同類型的產(chǎn)品，還能根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)，來滿足用戶多樣化需求。

1.2利用先進(jìn)技術(shù)不斷創(chuàng)新

機(jī)械工程及自動化系統(tǒng)往往功能豐富，有多種操作特點(diǎn)，在都對其分類時(shí)往往是根據(jù)其主功能的主要特點(diǎn)。

1）加工機(jī)；這類機(jī)械產(chǎn)品是以物料加工和運(yùn)輸為主要目的的機(jī)械產(chǎn)品，通過輸入信息、能量和物料，通過信息處理和狀態(tài)改變后實(shí)現(xiàn)用戶目的，例如在生活中常?？吹降臋C(jī)床、交通運(yùn)輸機(jī)械和紡織印刷機(jī)械等；

2）動力機(jī)；這一類型機(jī)械主要是以動力輸出為主，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化，在通過能量輸入后，在判斷能量來源和成本的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)為另一種用戶需求的能源，例如電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)及發(fā)電機(jī)等；

3）信息機(jī)；信息機(jī)主要是實(shí)現(xiàn)信息處理這一功能，在輸入信息后，通過對輸入信息進(jìn)行加工和樹立后表達(dá)為用戶需求的信息，例如在機(jī)械設(shè)備上的電壓力表，用戶經(jīng)常用到的打印機(jī)和其他不同類型的終端系統(tǒng)。

另外，機(jī)械工程與自動化功能豐富多樣，其中以構(gòu)造和檢測最為出色。這些功能都是為了滿足其他功能而存在的輔助功能，為了使主要功能能夠順利實(shí)現(xiàn)，滿足用戶多樣化需求，開發(fā)出來的功能設(shè)計(jì)或者是其他自動化的產(chǎn)品。例如，金屬切削機(jī)就是在物體相對運(yùn)動的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，這種機(jī)械開發(fā)出來后能夠使用戶在使用時(shí)更加方便和高效。由此可見，機(jī)械自動化在未來發(fā)展上具有非常廣闊的視野，只要我們能夠腳踏實(shí)地去開拓自己的想象空間，然后將工程機(jī)械原理融入到我們的思想中，將具體的機(jī)械產(chǎn)品制造出來，就能開發(fā)出更加方便人們生活、工作的自動化機(jī)械產(chǎn)品。

2.機(jī)械工程及自動化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)的應(yīng)用

在每一個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，都是通過不同種的工藝來實(shí)現(xiàn)不同變量之間的轉(zhuǎn)化與控制。這些被控制的工藝變量將直接影響整個(gè)生產(chǎn)過程，并對產(chǎn)品產(chǎn)生最為直接的影響，然后通過產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量最終表達(dá)出來。例如，要實(shí)現(xiàn)對精餾塔塔頂溫度的控制就必須對塔頂壓力進(jìn)行把控，塔頂壓力必須始終保持不變，才能產(chǎn)出符合人們要求的精餾產(chǎn)品，如果壓力有變動，塔頂溫度會隨之改變，精餾產(chǎn)品百分含量也會隨之改變，產(chǎn)品質(zhì)量就達(dá)不到人們要求。再比方在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會用到加熱爐，加熱爐的出口溫度對下一道工序產(chǎn)生直接影響，如果出口溫度達(dá)不到要求，就會使產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。另外，化工工藝中最為關(guān)鍵的是化學(xué)反應(yīng)溫度的控制，在工廠開車后要時(shí)刻保持化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度恒定在某一允許范圍內(nèi)，才能使產(chǎn)品的合格率達(dá)到要求。在其他輔助工序上，其產(chǎn)品數(shù)據(jù)也要控制在允許的波動范圍，才能確保整個(gè)工藝流程能夠順利進(jìn)行，也是整個(gè)工藝過程能夠平穩(wěn)控制的重要保證。

2.1鍋爐氣包水位控制方面的研究

鍋爐汽包設(shè)備主要功能是生產(chǎn)蒸汽，在工業(yè)生產(chǎn)中有非常重要的作用，而汽包中水位控制對整個(gè)生產(chǎn)過程都有非常重要的影響，而如何保持鍋爐汽包中的水位保持在一定的范圍則需要一定的技術(shù)研究。如果鍋爐中水位比標(biāo)準(zhǔn)水位要低，會對蒸汽量的產(chǎn)生造成最為直接的影響，如果一直低于某種水平，甚至?xí)霈F(xiàn)鍋爐中水燒干的現(xiàn)象出現(xiàn)。相反如果水位比標(biāo)準(zhǔn)位要高的話，則會產(chǎn)生過多的蒸汽，而蒸汽質(zhì)量則降低。由此可見，鍋爐汽包中液位的準(zhǔn)確與動態(tài)控制在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，為確保鍋爐汽包中水位能夠合理控制，可以為其做如下機(jī)械工程和自動化設(shè)計(jì)。

（1）單沖量控制系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)當(dāng)中，“單沖量”具體指的是鍋爐汽包中的液位水平。這類型的控制系統(tǒng)是非常常見的簡單控制系統(tǒng)，其具體運(yùn)行原理如下：在檢測器檢測到鍋爐汽包中蒸汽量增加時(shí)，感應(yīng)器會向調(diào)節(jié)器發(fā)出信號，調(diào)節(jié)器在接收到信號后就會產(chǎn)生動作，由于蒸汽量增大需要減少鍋爐汽包中的水位，所以調(diào)節(jié)器發(fā)出關(guān)小閥門的信號，此時(shí)閥門關(guān)小。

（2）雙沖量控制系統(tǒng)；雙沖量控制系統(tǒng)具有自身優(yōu)點(diǎn)，能夠彌補(bǔ)單沖量系統(tǒng)在反應(yīng)上過慢的問題，解決鍋爐內(nèi)水位得不到保證的情況。其具體工作原理也有別于單沖量控制系統(tǒng)，它是一個(gè)主動控制系統(tǒng)，靠主動擾動來控制蒸汽量的變化。主動擾動系統(tǒng)能夠根據(jù)系統(tǒng)中蒸汽流量自動對汽包液位高度進(jìn)行校正，避免因?yàn)樘摷偎欢鴮?dǎo)致的系統(tǒng)誤差。

3.機(jī)械工程自動化對生產(chǎn)生活的影響

機(jī)械工程及其自動化生產(chǎn)已經(jīng)經(jīng)歷了長期的發(fā)展，伴隨這一系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)踐，給人類社會帶來的許多便利，例如交通得到大大改善，生活空間更加舒適，生產(chǎn)方式更加先進(jìn)等。機(jī)械工程的快速發(fā)展提高了人類社會的生產(chǎn)力。機(jī)械工程設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入新的發(fā)展階段，其控制靈敏度、準(zhǔn)確度和適應(yīng)性都有了很大程度上的提高，能夠?qū)?shù)、溫度和其他客觀環(huán)境變量得到自動高效控制，讓機(jī)械產(chǎn)品能夠適應(yīng)多種地域、時(shí)間和空間的要求。接卸工程及其自動化技術(shù)能夠大大節(jié)約社會資源，通過對動態(tài)環(huán)境做出相應(yīng)變化，來控制其能源輸出，并且減少了由于人工操作的不確定性而產(chǎn)生的失誤，保證產(chǎn)品的高質(zhì)量。

4.結(jié)語

綜上所述，機(jī)械工程設(shè)計(jì)及其自動化發(fā)展對我國社會主義現(xiàn)代化事業(yè)開拓了更為廣闊的視野，其主要以電子技術(shù)與機(jī)械協(xié)作發(fā)展為核心，通過不斷融合其他專業(yè)的電子技術(shù)，不斷產(chǎn)出各種跨時(shí)代的新產(chǎn)品。以其基本特征為依據(jù)，從系統(tǒng)整體發(fā)展出發(fā)，堅(jiān)持系統(tǒng)的功能和各類功能的優(yōu)化為目標(biāo)，融合進(jìn)其他多種機(jī)械技術(shù)，讓機(jī)械系統(tǒng)能夠在不同行業(yè)中擔(dān)當(dāng)不同角色，具有多功能性、高質(zhì)量型和高可靠性的一項(xiàng)工程技術(shù)。

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