關(guān)于機(jī)械工程設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)探討論文
1 機(jī)械工程設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的符合設(shè)計(jì)原則
1.1 滿足對(duì)機(jī)器的功能要求
所有產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)都是為了更好滿足人們各種需要的，因此其都將具有獨(dú)特的功能。不同產(chǎn)品之間的功能都有相互區(qū)別之處，都有屬于自身的主要功能。換句話來(lái)說(shuō)，這些產(chǎn)品都能夠?qū)⒉煌盘?hào)、能量、物質(zhì)進(jìn)行特定的處理，從而輸出具有不同特性的信號(hào)、能量、物質(zhì)。而機(jī)械工程及自動(dòng)化產(chǎn)品正是具有如此功能的產(chǎn)品，其能夠科學(xué)化、自動(dòng)化的自主處理來(lái)自外部輸入的信號(hào)、能量、物質(zhì)，依據(jù)自身特性對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行加工，輸出符合用戶需求的信息、動(dòng)力、產(chǎn)成品。機(jī)械工程及自動(dòng)化系統(tǒng)不僅擁有機(jī)電一體化這項(xiàng)技術(shù)所具有的功能，而且能夠利用這項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)適配的機(jī)電一體化產(chǎn)品。而這種機(jī)電一體化產(chǎn)品可以通過(guò)其設(shè)計(jì)不同、制造工藝不同打造不同功能，從而滿足用戶多樣化的需求。
1.2 利用先進(jìn)技術(shù)不斷創(chuàng)新
機(jī)械工程及自動(dòng)化系統(tǒng)可以根據(jù)其擁有的主功能，對(duì)這類(lèi)產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行分類(lèi)。（1） 加工機(jī)。這是一種主要以物料的搬運(yùn)和加工為主的自動(dòng)化機(jī)械，其通過(guò)將輸入的信息、能量及其物質(zhì)通過(guò)加工處理步驟，輸出改變?cè)形镔|(zhì)形態(tài)、位置的一種機(jī)械，例如在生活當(dāng)中經(jīng)�？吹降臋C(jī)床、交通運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械、食品加工的機(jī)械、用于紡織和印刷的機(jī)械等等；（2） 動(dòng)力機(jī)。這是一種主要以能量輸出的機(jī)械，其在獲取輸入信息之后，在自主判斷能量來(lái)源、成本的基礎(chǔ)上輸出不同能量的一種系統(tǒng)，例如：運(yùn)輸工具的電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等等。（3） 信息機(jī)。其是以信息處理為主要功能的自動(dòng)化機(jī)械系統(tǒng)，其對(duì)輸入的信息或指示進(jìn)行處理，為用戶輸出需求的信息，例如運(yùn)輸工具或加工機(jī)械上的儀表、生活中經(jīng)常用到的計(jì)算機(jī)和打印機(jī)以及其他各種信息終端等等。
另外，機(jī)械工程及自動(dòng)化系統(tǒng)還具有其它的功能，例如：檢測(cè)的功能、控制的功能、構(gòu)造的功能。這些功能都是機(jī)械工程及自動(dòng)化系統(tǒng)的輔助功能，其在以上的功能系統(tǒng)運(yùn)作原理基礎(chǔ)上，為用戶開(kāi)發(fā)出的更有利于模型設(shè)計(jì)或者是數(shù)據(jù)分析的各種自動(dòng)化機(jī)械的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)非常有利于開(kāi)拓人類(lèi)的思維，延伸用戶的思路，讓創(chuàng)造發(fā)明更加容易被實(shí)現(xiàn)。例如，金屬切削機(jī)床就是受到了工件和刀具之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)啟發(fā)而設(shè)計(jì)的，其利用這種切削作用的基本原理設(shè)計(jì)出了更方便工作的機(jī)械設(shè)備。而科學(xué)家們又根據(jù)工件和刀具之間運(yùn)動(dòng)方式的差別，設(shè)計(jì)出了具有不同功能的機(jī)床。可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)械工程及自動(dòng)化這一領(lǐng)域的發(fā)展空間是非常廣闊的，其擁有開(kāi)拓的想象空間，而我們需要做的就是將機(jī)械工程設(shè)計(jì)的原理融入到我們的生活中不斷的創(chuàng)新，不斷的設(shè)計(jì)出方便人類(lèi)生活、工作的自動(dòng)化產(chǎn)品。
2 機(jī)械工程及自動(dòng)化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用
在每個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，都對(duì)每個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程的工藝變量（ 或叫做物力量） 進(jìn)行一定的控制。這些被控制的工藝變量將直接影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，并在產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量當(dāng)中表現(xiàn)出來(lái)。例如，如果要控制精餾塔的塔頂或者是塔釜的溫度，就一定要保證其內(nèi)部操作壓力時(shí)刻不變，只有才能才能夠得到一批合格的產(chǎn)品。假如在加熱過(guò)程中加熱爐的出口溫度所產(chǎn)生的波動(dòng)超出了允許范圍，就會(huì)導(dǎo)致下一工序出產(chǎn)半成品的質(zhì)量和數(shù)量。另外，在加熱過(guò)程中還要時(shí)刻控制化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度，只有保持溫度平穩(wěn)波動(dòng)，才能讓整個(gè)過(guò)程的生產(chǎn)效率達(dá)到要求。另外，雖然有些工藝變量不會(huì)直接的影響到產(chǎn)品的數(shù)量極其質(zhì)量，但是保持其平穩(wěn)波動(dòng)卻是確保整個(gè)加工生產(chǎn)過(guò)程得到控制的重要保證。
2。1 鍋爐汽包水位控制方面的研究
鍋爐汽包是一種用于生產(chǎn)蒸汽的重要設(shè)備，其在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中發(fā)揮著不可缺少的作用。在生產(chǎn)蒸汽過(guò)程中，如何保持鍋爐汽包內(nèi)液位的高度維持在規(guī)定的范圍內(nèi)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都是至關(guān)重要的。如果水位低于標(biāo)準(zhǔn)水平，將會(huì)直接影響到氣體產(chǎn)生的數(shù)量，而且會(huì)導(dǎo)致鍋爐內(nèi)水分被燒干的事故出現(xiàn)。相反，如果內(nèi)部水位高于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，就會(huì)導(dǎo)致所生產(chǎn)蒸汽的含水量過(guò)大，從而降低蒸汽的質(zhì)量�？梢园l(fā)現(xiàn)，汽包液位的準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)控制在鍋爐生產(chǎn)過(guò)程中扮演著重要的角色。為了更好的保證液位適當(dāng)，可以為其設(shè)計(jì)以下機(jī)械工程及自動(dòng)化系統(tǒng)。
�。�1）單沖量控制系統(tǒng)：這一系統(tǒng)當(dāng)中“沖量”一詞的實(shí)際意思是指變量，而“單沖量”一詞就是指汽包的動(dòng)態(tài)水位。單沖量控制系統(tǒng)是一種非常典型和常見(jiàn)的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。其運(yùn)作原理如下：在蒸汽所產(chǎn)生的負(fù)荷突然產(chǎn)生大幅度的增加時(shí)，會(huì)產(chǎn)生假水位的現(xiàn)象，控制器會(huì)開(kāi)始工作，從而調(diào)整控制閥的實(shí)際開(kāi)度，大大減小供水量以保證鍋爐內(nèi)所有物料之間的平衡。接著，在假水位現(xiàn)象消失之后，由于爐內(nèi)的蒸汽量開(kāi)始增加，控制器就會(huì)增大送水量，從而減少反而爐內(nèi)水位快速下降所帶來(lái)的氣泡波動(dòng)�？刂破髟谶@一系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，通過(guò)單沖量控制系統(tǒng)可以大大降低蒸汽生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)幾率。但是，這一體統(tǒng)也有自身的弱點(diǎn)。對(duì)于大型鍋爐來(lái)說(shuō)，當(dāng)爐內(nèi)產(chǎn)生時(shí)間短以及負(fù)荷波動(dòng)非常大的情況時(shí)，該系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行快速反應(yīng)，從而不能讓爐內(nèi)的水位得到保證。相反，當(dāng)該系統(tǒng)被加載于小型鍋爐時(shí)，由于爐內(nèi)的水汽包中會(huì)在一個(gè)時(shí)間段長(zhǎng)久停留，從而讓蒸汽負(fù)荷產(chǎn)生變化時(shí)其所產(chǎn)生假水位現(xiàn)象并不是很明顯，需要在此系統(tǒng)上安裝連鎖的報(bào)警裝置來(lái)保證單沖量控制系統(tǒng)滿足蒸汽生產(chǎn)的實(shí)際需求。
�。�2）雙沖量控制系統(tǒng)：雙沖量能夠有效避免單沖量系統(tǒng)的弱點(diǎn)，其能夠在汽包水位的控制過(guò)程中，通過(guò)主要的擾動(dòng)來(lái)控制蒸汽負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化。主動(dòng)擾動(dòng)系統(tǒng)讓雙沖量系統(tǒng)能夠根據(jù)蒸汽的流量對(duì)水汽泡的高度進(jìn)行動(dòng)態(tài)的校正，從而不僅能夠減少“虛假水位”所導(dǎo)致的失誤操作，并且能夠使供水控制閥更加靈敏，不斷根據(jù)水位的減少或者增加，根據(jù)既定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水位進(jìn)行調(diào)整，大大提高了科技含量，并提高了產(chǎn)品的品質(zhì)和加工效率。從另一方面來(lái)看，其實(shí)雙沖量這一控制系統(tǒng)是一種充分結(jié)合前饋控制和單回路反饋兩種控制原理的復(fù)合控制的系統(tǒng)。但是，這種融合卻也導(dǎo)致雙沖量控制操作性和設(shè)計(jì)性難度的提高，為了更好的保證整個(gè)系統(tǒng)的有序運(yùn)作，就需要在這兩個(gè)系統(tǒng)之間找到平衡點(diǎn)并加以控制。
2.2 冷卻器控制方案的研究
冷卻器在機(jī)械工程及自動(dòng)化控制當(dāng)中也扮演著重要的地位。冷卻劑是冷卻器的`熱載體，在當(dāng)前化工生產(chǎn)中通常會(huì)采用液態(tài)氨等化學(xué)介質(zhì)。通過(guò)利用冷卻器內(nèi)化學(xué)介質(zhì)的蒸發(fā)來(lái)吸收整個(gè)工藝物料生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生大量的熱量，從而使這些工藝物料能夠達(dá)到其規(guī)定的出口溫度。
�。�1）控制冷卻劑的流量：其是控制主要是通過(guò)改變傳熱面積F 的傳熱速度來(lái)運(yùn)作的。此方案在控制過(guò)程中比較平穩(wěn)，能夠保證冷卻劑得到充分的利用，并且并不會(huì)對(duì)壓縮機(jī)的入口產(chǎn)生過(guò)大壓力。但是，這種方案控制也存在不夠靈活，不能保證蒸發(fā)的空間從而導(dǎo)致氣氨帶液對(duì)壓縮機(jī)造成傷害的弱點(diǎn)。
�。�2）控制氣氨排量：該機(jī)械的運(yùn)作原理是通過(guò)機(jī)械內(nèi)部的平均溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝物料輸出溫度的控制的。此種方案的控制具有很高的靈敏度，但是必須保證該冷卻機(jī)內(nèi)的制冷系統(tǒng)能夠適應(yīng)壓縮機(jī)入口的動(dòng)態(tài)壓力波動(dòng)，從而保證冷卻劑得到充分利用。另外，為了更好的確保整個(gè)系統(tǒng)的順利運(yùn)行，還要在此系統(tǒng)上加載另一個(gè)液位的控制系統(tǒng)，從而防止液氨泄露導(dǎo)致壓縮機(jī)內(nèi)部的損壞。
3 機(jī)械工程及自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)和生活的影響
3.1 生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高
機(jī)械工程及自動(dòng)化自產(chǎn)生到如今已經(jīng)經(jīng)歷了五十個(gè)年頭，伴隨這一技術(shù)的發(fā)展，為人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了更加便利的交通設(shè)施，更加容易的溝通渠道，更加高效的生產(chǎn)模式。機(jī)械工程及自動(dòng)化促進(jìn)了人類(lèi)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展，帶來(lái)了生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量的提高�，F(xiàn)有的機(jī)械工程及自動(dòng)化設(shè)備（ 機(jī)械） 已經(jīng)開(kāi)始朝著更加高科技方向發(fā)展，其控制靈敏度、可用度、適應(yīng)性都較其出現(xiàn)之初得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并且這些設(shè)備能夠?qū)?shù)、溫度、濕度等主觀環(huán)境得到有效的控制，從而讓產(chǎn)品的生產(chǎn)大大的克服了地域、時(shí)間、空間的限制。
3.2 使用安全性和可靠性提高
機(jī)械工程及自動(dòng)化的產(chǎn)品能夠根據(jù)動(dòng)態(tài)環(huán)境來(lái)配置資源、能量、信息的輸入和輸出，讓產(chǎn)品的生產(chǎn)、信息的傳遞更加具有安全性。自動(dòng)化操作系統(tǒng)也減少了繁瑣的信息交互，讓信息的傳遞跨越人為主觀意識(shí)的阻礙。通過(guò)結(jié)合信息管理系統(tǒng)與機(jī)械一體自動(dòng)化系統(tǒng)，為企業(yè)戰(zhàn)略的制定和實(shí)施更加容易，讓對(duì)整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)線的操控更加簡(jiǎn)單和準(zhǔn)確，從而大大提高了當(dāng)代企業(yè)運(yùn)作的可靠性。生產(chǎn)廠區(qū)人工數(shù)量的減少，對(duì)危險(xiǎn)操作流程采用機(jī)械工程及自動(dòng)化系統(tǒng)避免了有害工種對(duì)員工產(chǎn)生的健康威脅，通過(guò)遠(yuǎn)程操作、前饋程序編制的方式，大大提高了工作過(guò)程當(dāng)中的安全性。
3.3 節(jié)約能源，減少耗材
機(jī)械工程及自動(dòng)化大大的節(jié)約了能源，其通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境做出不同反應(yīng)，減少了人工生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的失誤，大大避免了人工工作過(guò)程中產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，從而讓產(chǎn)品的生產(chǎn)效率更高、產(chǎn)品次品率更低、產(chǎn)品質(zhì)量更高。通過(guò)大規(guī)模機(jī)械之間的相互組合，新型機(jī)械工程及自動(dòng)化生產(chǎn)線極大的減少了人工成本，縮短了整個(gè)產(chǎn)品出產(chǎn)的時(shí)間，從而減少了生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中失誤幾率、信息傳遞誤差的產(chǎn)生，帶來(lái)了企業(yè)生產(chǎn)成本、耗材數(shù)量的降低。
4 結(jié)語(yǔ)
機(jī)械工程設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展為我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其以機(jī)械技術(shù)以及電子技術(shù)作為發(fā)展的核心內(nèi)容，通過(guò)融合、滲透、交融多門(mén)學(xué)科技術(shù)產(chǎn)生的一項(xiàng)劃時(shí)代產(chǎn)物，其也是一門(mén)與時(shí)代同步發(fā)展，并逐漸趨于完善的創(chuàng)新學(xué)科。依據(jù)其基本特征能夠?qū)⑦@一技術(shù)概括為以整體系統(tǒng)觀出發(fā)，堅(jiān)持系統(tǒng)的功能及其優(yōu)化的組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，通過(guò)綜合運(yùn)用多種機(jī)械信息技術(shù)（ 例如：機(jī)械制造技術(shù)、設(shè)計(jì)技術(shù)；微電子的技術(shù)；自動(dòng)控制的技術(shù)；計(jì)算機(jī)信息的技術(shù)等等群體技術(shù)），從而讓整個(gè)機(jī)械工作分散過(guò)程成為一個(gè)兼具多功能性、高質(zhì)量性、高可靠性以及低消耗性的一種系統(tǒng)的工程技術(shù)。
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