淺析機械工程設計及其自動化發展趨勢論文

　　1 機械工程設計製造及自動化的符合設計原則

1.1 滿足對機器的功能要求

所有產品的開發都是爲了更好滿足人們各種需要的，因此其都將具有獨特的功能。不同產品之間的功能都有相互區別之處，都有屬於自身的主要功能。換句話來說，這些產品都能夠將不同信號、能量、物質進行特定的處理，從而輸出具有不同特性的信號、能量、物質。而機械工程及自動化產品正是具有如此功能的產品，其能夠科學化、自動化的自主處理來自外部輸入的信號、能量、物質，依據自身特性對這些內容進行加工，輸出符合用戶需求的信息、動力、產成品。機械工程及自動化系統不僅擁有機電一體化這項技術所具有的功能，而且能夠利用這項技術開發適配的機電一體化產品。而這種機電一體化產品可以通過其設計不同、製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 利用先進技術不斷創新

機械工程及自動化系統可以根據其擁有的主功能，對這類產品或系統進行分類。(1) 加工機。這是一種主要以物料的搬運和加工爲主的自動化機械，其通過將輸入的信息、能量及其物質通過加工處理步驟，輸出改變原有物質形態、位置的一種機械，例如在生活當中經常看到的機牀、交通運輸的機械、食品加工的機械、用於紡織和印刷的機械等等;(2) 動力機。這是一種主要以能量輸出的機械，其在獲取輸入信息之後，在自主判斷能量來源、成本的基礎上輸出不同能量的一種系統，例如：運輸工具的電動機、內燃機、發動機等等。(3) 信息機。其是以信息處理爲主要功能的自動化機械系統，其對輸入的信息或指示進行處理，爲用戶輸出需求的信息，例如運輸工具或加工機械上的儀表、生活中經常用到的計算機和打印機以及其他各種信息終端等等。

另外，機械工程及自動化系統還具有其它的功能，例如：檢測的功能、控制的功能、構造的功能。這些功能都是機械工程及自動化系統的輔助功能，其在以上的功能系統運作原理基礎上，爲用戶開發出的更有利於模型設計或者是數據分析的各種自動化機械的產品。這些產品的設計和開發非常有利於開拓人類的思維，延伸用戶的思路，讓創造發明更加容易被實現。例如，金屬切削機牀就是受到了工件和刀具之間會產生相對運動啓發而設計的，其利用這種切削作用的基本原理設計出了更方便工作的機械設備。而科學家們又根據工件和刀具之間運動方式的差別，設計出了具有不同功能的機牀。可以發現，機械工程及自動化這一領域的發展空間是非常廣闊的，其擁有開拓的想象空間，而我們需要做的就是將機械工程設計的原理融入到我們的生活中不斷的創新，不斷的設計出方便人類生活、工作的自動化產品。

　　2 機械工程及自動化系統在化工生產中的應用

在每個產品的生產過程中，都對每個生產工藝過程的工藝變量( 或叫做物力量) 進行一定的控制。這些被控制的工藝變量將直接影響整個生產過程，並在產品的數量和質量當中表現出來。例如，如果要控制精餾塔的塔頂或者是塔釜的溫度，就一定要保證其內部操作壓力時刻不變，只有才能才能夠得到一批合格的產品。假如在加熱過程中加熱爐的出口溫度所產生的波動超出了允許範圍，就會導致下一工序出產半成品的質量和數量。另外，在加熱過程中還要時刻控制化學反應器內的反應溫度，只有保持溫度平穩波動，才能讓整個過程的生產效率達到要求。另外，雖然有些工藝變量不會直接的影響到產品的數量極其質量，但是保持其平穩波動卻是確保整個加工生產過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

鍋爐汽包是一種用於生產蒸汽的重要設備，其在工業生產當中發揮着不可缺少的作用。在生產蒸汽過程中，如何保持鍋爐汽包內液位的高度維持在規定的範圍內對整個生產過程都是至關重要的。如果水位低於標準水平，將會直接影響到氣體產生的數量，而且會導致鍋爐內水分被燒乾的事故出現。相反，如果內部水位高於標準區間，就會導致所生產蒸汽的含水量過大，從而降低蒸汽的質量。可以發現，汽包液位的準確、動態控制在鍋爐生產過程中扮演着重要的角色。爲了更好的保證液位適當，可以爲其設計以下機械工程及自動化系統。

(1)單衝量控制系統：這一系統當中“衝量”一詞的`實際意思是指變量，而“單衝量”一詞就是指汽包的動態水位。單衝量控制系統是一種非常典型和常見的簡單控制系統。其運作原理如下：在蒸汽所產生的負荷突然產生大幅度的增加時，會產生假水位的現象，控制器會開始工作，從而調整控制閥的實際開度，大大減小供水量以保證鍋爐內所有物料之間的平衡。接着，在假水位現象消失之後，由於爐內的蒸汽量開始增加，控制器就會增大送水量，從而減少反而爐內水位快速下降所帶來的氣泡波動。控制器在這一系統中發揮着關鍵的作用，通過單衝量控制系統可以大大降低蒸汽生產過程中發生事故的風險機率。但是，這一體統也有自身的弱點。對於大型鍋爐來說，當爐內產生時間短以及負荷波動非常大的情況時，該系統無法進行快速反應，從而不能讓爐內的水位得到保證。相反，當該系統被加載於小型鍋爐時，由於爐內的水汽包中會在一個時間段長久停留，從而讓蒸汽負荷產生變化時其所產生假水位現象並不是很明顯，需要在此係統上安裝連鎖的報警裝置來保證單衝量控制系統滿足蒸汽生產的實際需求。

(2)雙衝量控制系統：雙衝量能夠有效避免單衝量系統的弱點，其能夠在汽包水位的控制過程中，通過主要的擾動來控制蒸汽負荷的動態變化。主動擾動系統讓雙衝量系統能夠根據蒸汽的流量對水汽泡的高度進行動態的校正，從而不僅能夠減少“虛假水位”所導致的失誤操作，並且能夠使供水控制閥更加靈敏，不斷根據水位的減少或者增加，根據既定標準對水位進行調整，大大提高了科技含量，並提高了產品的品質和加工效率。從另一方面來看，其實雙衝量這一控制系統是一種充分結合前饋控制和單迴路反饋兩種控制原理的複合控制的系統。但是，這種融合卻也導致雙衝量控制操作性和設計性難度的提高，爲了更好的保證整個系統的有序運作，就需要在這兩個系統之間找到平衡點並加以控制。

2.2 冷卻器控制方案的研究

冷卻器在機械工程及自動化控制當中也扮演着重要的地位。冷卻劑是冷卻器的熱載體，在當前化工生產中通常會採用液態氨等化學介質。通過利用冷卻器內化學介質的蒸發來吸收整個工藝物料生產過程中所產生大量的熱量，從而使這些工藝物料能夠達到其規定的出口溫度。

(1)控制冷卻劑的流量：其是控制主要是通過改變傳熱面積F 的傳熱速度來運作的。此方案在控制過程中比較平穩，能夠保證冷卻劑得到充分的利用，並且並不會對壓縮機的入口產生過大壓力。但是，這種方案控制也存在不夠靈活，不能保證蒸發的空間從而導致氣氨帶液對壓縮機造成傷害的弱點。

(2)控制氣氨排量：該機械的運作原理是通過機械內部的平均溫度來實現對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內的製冷系統能夠適應壓縮機入口的動態壓力波動，從而保證冷卻劑得到充分利用。另外，爲了更好的確保整個系統的順利運行，還要在此係統上加載另一個液位的控制系統，從而防止液氨泄露導致壓縮機內部的損壞。

　　3 機械工程及自動化系統對生產和生活的影響

3.1 生產能力和工作質量提高

機械工程及自動化自產生到如今已經經歷了五十個年頭，伴隨這一技術的發展，爲人類社會帶來了更加便利的交通設施，更加容易的溝通渠道，更加高效的生產模式。機械工程及自動化促進了人類整個社會的發展，帶來了生產能力和工作質量的提高。現有的機械工程及自動化設備( 機械) 已經開始朝着更加高科技方向發展，其控制靈敏度、可用度、適應性都較其出現之初得到了長足的發展，並且這些設備能夠對參數、溫度、溼度等主觀環境得到有效的控制，從而讓產品的生產大大的克服了地域、時間、空間的限制。

3.2 使用安全性和可靠性提高

機械工程及自動化的產品能夠根據動態環境來配置資源、能量、信息的輸入和輸出，讓產品的生產、信息的傳遞更加具有安全性。自動化操作系統也減少了繁瑣的信息交互，讓信息的傳遞跨越人爲主觀意識的阻礙。通過結合信息管理系統與機械一體自動化系統，爲企業戰略的制定和實施更加容易，讓對整個產品生產線的操控更加簡單和準確，從而大大提高了當代企業運作的可靠性。生產廠區人工數量的減少，對危險操作流程採用機械工程及自動化系統避免了有害工種對員工產生的健康威脅，通過遠程操作、前饋程序編制的方式，大大提高了工作過程當中的安全性。

3.3 節約能源，減少耗材

機械工程及自動化大大的節約了能源，其通過對動態環境做出不同反應，減少了人工生產過程當中的失誤，大大避免了人工工作過程中產生的風險，從而讓產品的生產效率更高、產品次品率更低、產品質量更高。通過大規模機械之間的相互組合，新型機械工程及自動化生產線極大的減少了人工成本，縮短了整個產品出產的時間，從而減少了生產過程當中失誤機率、信息傳遞誤差的產生，帶來了企業生產成本、耗材數量的降低。

　　4 結語

機械工程設計製造及其自動化技術的發展爲我國社會主義現代化實現提供了堅實的基礎。其以機械技術以及電子技術作爲發展的核心內容，通過融合、滲透、交融多門學科技術產生的一項劃時代產物，其也是一門與時代同步發展，並逐漸趨於完善的創新學科。依據其基本特徵能夠將這一技術概括爲以整體系統觀出發，堅持系統的功能及其優化的組織結構目標，通過綜合運用多種機械信息技術( 例如：機械製造技術、設計技術;微電子的技術;自動控制的技術;計算機信息的技術等等羣體技術)，從而讓整個機械工作分散過程成爲一個兼具多功能性、高質量性、高可靠性以及低消耗性的一種系統的工程技術。