摘 要：现代科技不断发展的过程中，较多高新技术也得到了了相应发展，机械设计制造及其自动化便是精密机械工程与系统思想发展中的结合产物机械设计制造及其自动化是推动现代机械生产的主要动力，也是现代机械生产发展的领航者。基于此，本文对机械设计制造及其自动化发展方向进行阐述，以期为机械生产发展提供方向。
关键词：机械设计制造;机械设计制造自动化;发展方向
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）24-0000-00
机械自动化发展至今日，已经有了较为完整的体系，随着现代技术及生产的突破发展，机械自动化也在不断增加新的内涵。不过机械自动化的根本特征还是可以概括为综合应用机械技术、自动控制技术、信息技术、传感检测、软件编程、信息变换等多类技术，以系统功能化目标，在多功能、高质量、低功耗、高可行的基础上实现某一价值目标，同时使得整体系统达成最优化的系统性技术。现阶段而言，对于机械自动化的研究方向较多，同时对于其不同方向纵深发展的需求也较多，就目前而言主要被应用于工业生产中。本文系统的对机械自动化设计原则进行阐述，并对其在工业中的应用进行分析，最后对其未来发展发现展开论述，以期为现代机械自动化发展提供借鉴。
1机械设计制造和其自动化的设计原则
1.1机械功能需求
产品设计与开发是据社会某种需求展开的，因此都需要保证某一主要功能，不同产品，在功能差异上相对较大。具体来说，就是针对信息、能量、物质的输入进行处理，为输出要求的信息特征、物质特征、信息特征提供保障。这即是说，机械自动化系统必须要有主要功能，能够对输入信息及能量和物质进行处理，输出的信息及能量和物质可以具有需求特性。机械设计制造自动化系统。机械自动化系统具有产品和设计两个方面的内容，作为产品时其又包括了设计和制造，同时又有需求的功能。功能一般是内部结构所决定的，如图1所示。
1.2 机械自动化创新能力强
机械自动化系统可以根据功能进行系统或者产品的分类，主功能为加工及物料搬运，输入物质及能量和信息，再通过处理加工，形态和位置发生改变的产品系统或者物质系统一般被称为加工系统。比如各种轻工机械以及其中机械和印刷机械等。功能是能量转化的机械自动化系统，一般被称作为动力系统，对系统输入信息和能量输出特定能量，比如电动机以及内燃机等。功能是信息处理的机械自动化系统，对系统进行信息及能量的输入后，输出特定信息，比如电子仪表、电子仪器、计算机及传真机等。自动化系统不仅可以包含有上述主要功能，还会有其他辅助功能，例如构造、检测功能、动力等功能。基于此以上功能构成，机械自动化系统能够利于进行各类机械自动化产品的设计及分析，同时也便于思路的拓展，为创新及创造发明提供便利。比如根据3种主功能不同以及输入的不同，可以组合成9种类型的产品或系统（如表1）。
功能存在差异的加工系统在运行方式及模式上也存在一定差别。例如金属切削机床依据公建和刀具特定的相对运行从而产生切削作用，进而展开工作。因此刀具及工件运行存在差异的情况下，机床的用途也会存在一定差异。这也说明机械自动化发展极为灵活，未来还有较大的发展空间。不过机械自动化产品在设计中，追求的是高产出及低耗能，现代应用机械自动化产品多数也是在此原则下经过无数次优化才得到应用。
2机械自动化于工业中的应用
在工业生产中，各个工艺中的物理量以及工艺变量控制需要是一贯保有的，一些工艺变量也会在生产时表现出来，对于产品质量及数量有着极为关键的作用。比如精馏塔塔釜温度或塔顶温度会要求压力稳定下保持不变，以此才能得到相应质量要求的产品。
2.1 锅炉汽包水位双冲量控制
锅炉汽包是作为生产设备在工业中应用，其生产主要为蒸汽，是极为重要的动力设备。锅炉汽包中的液位要控制在标准水位，否则会导致锅炉少干或者蒸汽质量受到影响，进一步会引发较多危险状况，因此将锅炉汽包液位高度控制在一定范围是极为必要的。汽包水位控制最为关键的还在于减少蒸汽负荷变化，这一条件会对汽包水位产生直接影响。若是对蒸汽流量校正，能够使虚假水位得到补偿，避免其发生误动作，水位控制阀动作也能保证迅速，以此减少水位波动，加强控制效果。在这一控制中，将蒸汽流量感应引入到控制中，双冲量系统便是基于这一控制方式进行的。该系统是蒸汽流量控制以及单回路反馈控制两者集合应用的系统。前馈也即是蒸汽流量，是静态的反馈，如果要进行两条通路存在的动态差异兼顾，就需要加入动态补偿的概念。加法器输出的I是：
式中Ic是指液位控制器输出;IF则是指蒸汽流量的变送器输出;I0则是指初始偏置值;cI则是加法器的系数，一般取值为1;C2也是加法器系数，但是要兼顾静态前馈补偿，可以再现场进行取值试验，也可在理论支持下推导得到I0设置目的是于正常负荷之下，加法器与控制器输出数值都能够保证适中。最理想的状态是于正常负荷下，I0与C2IF项相接近，能够相互抵消。互相抵消是理想状态，现实中并无法实现，只能保证微补偿的情况下，能够实现互相抵消。
2.2冷却剂控制方案
冷却器热载体为冷却剂，通常冷却剂选择的介质为液态氨等，运用其在冷却器中蒸发，进而吸收物料加工及制造中的热量，使得物料加工及制造出口温度得到控制，从而达成生产需要。在现阶段中，工业使用的冷却控制在方案上具有以下几种。
2.2.1流量控制冷却剂方案
该控制方案是将传热速率方程传热面积F进行改变实现。这一方案的控制能力较为稳定，冷却剂量充分利用的情况下，压缩机入口受到的压力影响较大。不过，这一方案的控制中灵活性不足，蒸发空间难以保障，容易发生气氨带液的现象，最终导致压缩机损坏。对于此类状况，可以选择液位与物料出口温度串级控制。使用这一方案能够对液位上限进行限制，从而使得蒸发空间能够保证充分。
2.2.2氨冷却器气氨排量控制方案
气氨排量控制的原理是对传热速率方程平均温度进行改变，实现对物料的出口温度控制（如图2）。
该方案的控制灵活性较强，不会制冷系统必须允许压缩机入口压力波动，同时在冷却剂量的运用不够完全。为了保障冷却系统的安全要对液位控制进行设置，避免液氨深入到氨管路，造成压缩机损害情况出现。
由上述内容可以明确，自动化工艺及设备组成了无人工直接进行控制的自动化系统，只需利用监测系统对其运行状况进行观察即可，能够保证生产中的安全性又降低了生产中的人力需求。随着我国改革开放，工业生产的规模在不断扩大，导致生态环境的污染问题愈加严重，所以在工业生产环境治理及保护也成为工业生产中的重要需求。综合而言，应用机械自动化于工业生产中能够保证生产的安全性与稳定型，达成预期的生产效，尽量使得成本的消耗减到最低，实现生产高效、生产安全。此外，在进行机械自动化产品的应用也能保证灵活性，只需对按照生产条件稍加改造就能在不同生产系统中应用，同时能够达成节约型社会建设的要求。
3机械设计制造及其自动化未来发展方向
我国自上世纪八十年代才展开机械设计制造及其自动化方向的应用及研究，在应用及研究中虽然也斩获了一定成果，但与日本、欧美等先进国家还具有较大的差距。未来赶超这些技术先进的国家，还需要从以下方向展开。
3.1 机电一体化
在上文便提到，机械自动化是达成机电一体化目标的基础，从另一方面来看，达到较高程度的机械自动化水平，就要实现机电一体化，为机械自动化的发展提供有力臂助，促进机械自动化系统的水平发展。
3.2 智能发展
本世纪机械自动化中的重要方向便是智能化发展。这里智能是针对机器行为的一种描述，基于控制理论，集合混沌动力学、生理学、心理学。模糊数学、计算机科学、运筹学、人工智能等新的研究方法及研究理论，使机械具有模拟人类智能的能力，使机械更具有自主决策、逻辑思考、判断推理等能力，从而达成更高的自动化控制水平。机械具有低智能水平或者部分人类智能，是完全可能且极为必要的。智能发展是现代电子技术的统一方向，机械自动化作为电子技术的一个方向，同时是工业中的重要应用技术，未来智能化发展也是大势所趋。
3.3 模块发展
机械产品的生产厂家及产品种类较为多样化，进行标准化机械接口等开发及研制自动化的产品单元，是极为复杂，但又是工业生产需求的工作。比如进行电动机与智能减速、减速以一体化动力单元研制;集测距、是被、图像处理及视觉功能一体的控制单元;各类典型操作的机械装置等。如果此类单元顺利得到开发，能够利用其对产品进行开发，能够极大提升其开发速度。新产品的开发速度提升，那么在生产规模上也能得到极大提升，进而实现技术应用的经济效益及社会效益。电气自动化产品系列化及标准化对于行业发展有极大的裨益，模块化会为机械自动化生产带来新的发展。
4结语
机械设计制造与其自动化专业的核心是机械与电子，同时又与多门专业交互，是现代发展中逐步得到更新的边缘学科，但是其发展前景目前也较为广阔，并不局限与现有的水平。机械自动化是工业的产品、技术、生产、功能及构成、管理等优化的主要动力，工业生产从机械电器化的阶段，进入了机械自动化发展的新进程。本文对机电自动化在现代工业中的应用进行分析，并对其未来发展前景进行了阐述。
参考文献
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收稿日期：2019-11-11
作者简介：郭芳涛（1972—），男，山东青州人，本科，中级工程师，研究方向：机械设计及其自动化。
