机械制造与自动化毕业论文.docx
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机械制造与自动化毕业论文
LastupdatedontheafternoonofJanuary3,2021
机械制造与自动化毕业论文
西安广播电视大学
毕业设计（论文）
中文题目：
机械自动化技术发展趋势
学习中心：
高新分校
专业：
机械制造及其自动化
*******
学号：
******
2016年10月17日
西安广播电视大学
毕业设计（论文）承诺书
本人声明：
本人所提交的毕业论文《机械自动化技术发展趋势》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果。
论文中所引用的他人无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中明确标注；有关教师、同学及其他人员对本论文的写作、修订提出过且为本人在论文中采纳的意见、建议均已在本人致谢辞中加以说明并深致谢意。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
本毕业论文《机械自动化技术发展趋势》是本人在读期间所完成的学业的组成部分，同意学校将本论文的部分或全部内容编入有关书籍、数据库保存，并向有关学术部门和国家相关教育主管部门呈交复印件、电子文档，允许采用复制、印刷等方式将论文文本提供给读者查阅和借阅。
论文作者：
_______________________（签字）_______年_______月______日
指导教师已阅：
___________________（签字）_______年_______月______日
北京交通大学
毕业设计（论文）成绩评议
年级
14秋
层次
本科
专业
机械设计及其自动化
姓名
常晓敏
题目
机械设计及其自动化发展趋势
指
导
教
师
评
阅
意
见
成绩评定：
指导教师：
年月日
答
辩
小
组
意
见
答辩小组负责人：
年月日
西安广播电视大学
毕业设计（论文）任务书
本任务书下达给：
14秋级机械设计及其自动化专业学生常晓敏
设计（论文）题目：
机械设计及其自动化发展趋势
一、设计（论述）内容
二、基本要求
三、重点研究的问题
四、主要技术指标
五、其他要说明的问题
下达任务日期：
年月日
要求完成日期：
年月日
答辩日期：
年月日
指导教师：
开题报告
题目：
机械设计及其自动化发展趋势
报告人：
常晓敏年月日
一、文献综述
二、选题的目的和意义
三、研究方案（框架）
四、进度计划
五、指导教师意见
指导教师：
年月日
中期报告
题目：
机械设计及其自动化发展趋势
报告人：
常晓敏
一、进展情况
二、指导教师意见
指导教师：
年月日
结题验收
一、完成日期
二、完成质量
三、存在问题
四、结论
指导教师：
年月日
中文摘要
关键词：
ABSTRACT
Keywords:
第1章前言
机械自动化的产生和定义
机械自动化，主要是指在机械制造业中应用自动化技术，实现对加工对象的连续自动生产。
实现优化有效的自动化生产过程，从而加快生产投入原料的加工变换和流动速度。
机械自动化技术的应用与发展，是机械制造业升级和进步的主要手段，是未来机械制造业技术发展的主要方向。
制造自动化技术是先进制造技术中的重要组成部分，也是当今制造业中涉及面广，研究十分活跃的技术，它代替人的体力劳动，辅助人的脑力劳动，协调、管理、控制和优化制造系统中人及整个系统，它的功能是多方面的，已形成了一个有机体系，它不仅涉及到具体的生产制造过程，而且涉及到产品的所有过程。
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。
美国机械工程师协会于1984年为现代机械下了如下定义：
“由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统”。
它与前面提及的机电一体化是一致的，因此可以说现代机械就是指机电一体化系统。
20世纪90年代国际机器与机构理论联合会给出了这样的定义，机电一体化是精密机械工程、电子控制和系统思想在产品设计和制造过程中的协同结合，因此又可以说机电一体化就是在机械设计制造及其自动化基础上的发展。
机械设计制造及其自动化优势
机械设计制造及其自动化是传统技术的升级，在生产中，机械设计制造及其自动化的应用促使生产精准度逐渐提升，高效率的生产因此缩短了的传统生产所消耗的时间。
分析机械设计制造及其自动化中应用的优势主要有三：
第一，能够大大解决社会资源，运用工业生产代替传统人力制造，实现工业生产的高效，最大程度提高生产效率；第二，降低生产中失误现象的发生，避免人工操作失误率；第三，机械设计制造自动化技术在工业生产中的应用实现了工业生产发展的智能化，并有效提升了工业生产能力，可大大提升工业生产效率。
机械自动化的科学技术
机械设计制造及其自动化是机械技术和电子技术为主体，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科，机械自动化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电器化”迈入了以“机械自动化”为特征的发展阶段。
它的发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着生产和科学技术的发展，还将不断被赋予新的内容。
但其最基本的特征可概括为：
机械自动化的设计制造是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感检测技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织结构目标，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值并使整个系统最优化的系统工程技术。
需要强调的是，机械自动化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合性技术，而不是机械技术，以及其他新技术的简单组合、拼凑，这就是现代机械与机械电气化在概念上的根本区别。
现代机械设计制造出的产品，不仅是人和手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有智能化的特征是现代机械自动化和传统的机械在功能上的本质区别。
机械设计制造及自动化的设计原则
机械设计制造是一种新兴学科技术，将该种技术应用与现代化生产之中，能够时间不间断的进行生产，并在生产中逐渐改变传统生产的弊端，大大提升生产效率。
正是由于机械设计制造自动化生产具有众多优势，才使得机械设计制造学科发展备受关注。
机械设计制造及其自动化需遵循一定的原则，在工作中保证信息之间的相互转化原则，不仅要注重生产的效率，更应注重生产的质量。
此外生产也需不断升级与创新，在自动化体系生产下，运用科技技术来改进自动化设备，促使设备生产更加的节能与高效，以此来满足社会发展日益增长的需求。
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1-1所示：
工业三大
要素具有所需特性
图1-1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。
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：
1、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。
2、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。
3、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。
例如，根据3种不同的主功能及其不同的输入，组合起来可形成9大类型的系统产品。
如表1-1所示：
表1-1不同主功能及输入的组合
类型
主要功能
输入—输出
组合实例
1
变换
物质
材料加工或处理机
2
传递
物质
交通运输机
3
储存
物质
自动化仓库、包装机
4
变换
能量
动力机械
5
传递
能量
机械或流体传动
6
储存
能量
机械或流体储能器
7
变换
信息
电子计算机、仪表
8
传递
信息
通信系统、传真机
9
储存
信息
储存器、录像机
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，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。
第2章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。
锅炉汽包水位控制方面的研究
锅炉汽包是生产蒸汽的设备，几乎是工业生产不可缺少的设备，保持锅炉汽包的液位高度在规定范围内是非常重要的，若水位过低，则会影响产气量，且锅炉易烧干而发生事故；若水位过高，生产蒸汽含水量高，会影响蒸汽质量。
这些都是危险的，因此对汽包的液位严加控制是保证锅炉正常生产必不可少的措施。
单冲量控制系统
汽包水位控制手段是控制给水，基于这一原理，可构成如图2-1所示的单冲量控制系统。
图2-1汽包单冲量控制系统
这里的“冲量”一词是指变量，单冲量即汽包水位。
这种控制系统是典型的简单控制系统。
当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于假水位现象，控制器不但不能开大给水阀来增加给水量，以维持锅炉的物料平衡，而是关小控制阀的开度，减小给水量。
等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而减小，将使水位严重下降，波动很厉害，严重时汽包水位降到危险程度以至发生事故。
因此对于停留时间短、负荷变动较大的情况，这样的系统不能适应，水位不能保证。
然而对于小型锅炉，由于水在汽包中的停留时间较长，在蒸汽负荷变化时，假水位的现象并不显着，配上一些联锁报警装置，也可以保证安全操作，故采用这种单冲量控制系统尚能满足生产要求。
双冲量控制系统
在汽包水位的控制中，最主要的扰动是蒸汽负荷的变化。
如果根据蒸汽流量来进行校正，不仅可以补偿“虚假水位”所引起的误动作，而且使给水位控制阀的动作十分及时，从而减少水位波动，改善控制品质。
将蒸汽流量信号引入，就构成了双冲量控制系统，如图2-2所示。
从本质上看，双冲量控制系统是一个前馈（蒸汽流量）控制加单回路反馈控制的复合控制系统。
这里的前馈仅为静态前馈，若需要考虑两条通道在动态上的差异，需引入动态补偿环节。
图2-2汽包双冲量原理图及方框图
图2-2所示的连接方式中，加法器的输出I是
I＝C1IC±C2IF±I0（2-1）
式中IC—液位控制器的输出；
IF—蒸汽流量变送器（一般经开方器）的输出；
I0—初始偏置值；
C1、C2—加法器系数。
C1的设置一般取1，C2的值应考虑到静态前馈补偿，可现场凑试，也可经理论推导得出。
设置I0的目的是使其在正常负荷下，控制器和加法器的输出都有一个比较适中的数值。
最好在正常负荷下，I0和C2IF项接近而相互抵消。
三冲量控制系统
双冲量控制系统还有两个弱点：
控制阀的工作特性不一定能成为线性特性，这样要做到静态补偿就比较困难，同时，对于给水系统的扰动仍不能克服，为此可再将给水流量信号引入，构成三冲量控制系统。
三冲量控制系统的实施方案较多，如图2-3所示为其中的典型控制方案之一。
图2-3汽包三冲量控制系统
从图2-3可以看出，这是前馈控制与串级控制组成的复合控制系统。
其中，汽包水位是主冲量（主变量），蒸汽、给水流量为辅助冲量。
在汽包停留时间较短、“虚假水位”严重时，需引入蒸汽流量信号的微分作用。
这种微分信号应是负微分作用，以避免由于负荷突然增加和减少时，水位偏离设定值过高或过低而造成锅炉停车。
图2-4所示为三冲量控制系统的方框图，加法器的运算关系与双冲量控制时相同，各系数设置如下：
a系数C1通常可取1或稍小于1的数值；
b若采用气开阀；C2取正值，C2的值可按物料平衡关系进行计算；
cI0的设置和取值仍与双冲量控制系统相同。
图2-4汽包三冲量系统方框图
在三冲量的控制系统中，水位控制器和流量控制器的参数整定方法与一般串级控制系统相同。
在有些装置中，采用了比较简单的三冲量控制系统，只用一台控制器及一台加法器，加法器可接在控制器之前，如图2-5（a）所示，也可接在控制器之后，如图2-5（b）所示。
（a）（b）
图2-5汽包三冲量控制系统的简化接法
图2-5中加法器的正负号是针对采用气关阀及正作用控制器的情况。
图2-5（a）接法的优点是使用仪表最少，只要一台多通道的控制器即可实现。
但如果系数设置不能确保物料平衡，则当负荷变化时，水位将有余差，图2-5（b）的接法，水位无余差，但使用仪表较前者多，在投运及系数设置等方面较前者麻烦一些。
冷却器控制方案的研究
冷却器的热载体是冷却剂，常采用液态氨等介质作为冷却剂，利用它们在冷却器内蒸发进吸收工艺物料的大量热量，使用工艺物料的出口温度下降来达到生产工艺要求，工业用冷却器的一般控制方案有以下几种。
控制冷却剂的流量
图2-6氨冷却器控制冷却剂流量的控制方案
图2-6为氨冷却器控制冷却剂流量的控制方案，其机理也是通过改变传热速率方程中的传热面积F来实现的。
该方案控制平稳，冷量（冷却剂量）利用充分，且对压缩机入口压力无影响。
但这种方案控制不够灵活，另外蒸发空间不能得到保证，易引起气氨带液而损坏压缩机。
为此，可采用图2-7所示的物料出口温度与液位的串级控制方案，使用这种方案时，可以限制液位的上限，保证有足够的蒸发空间，也可以采用图2-8所示的选择性控制方案。
图2-7温度与液位串级控制方案图2-8温度与液位选择性控制方案
控制气氨排量
如图2-9所示，为氨冷却器控制气氨排量的控制方案，其机理是通过改变传热速率方程中的平均温度来控制工艺物料的出口温度的，这种方案控制灵敏迅速，但制冷系统必须许可压缩机入口压力的波动。
另外，冷量的利用不充分。
为确保系统的安全运行，还需要设置一个液位控制系统，防止液氨进入氨管路而导致压缩机损坏。
图2-9控制气氨排量的控制方案
根据以上分析研究可知，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。
第3章机械自动化系统的特点
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。
就当前的现状来看，机械制造自动化技术特点主要体现在以下几个方面：
第一，生产能力较高。
即机械制造自动化设备在设计过程中呈现出精度高且系统性强的特点，继而将其应用于机械产品生产流程中，可透过自动化技术手段操控产品加工过程，最终就此减少相关工作人员工作量，并缓解传统机械产品生产模式下凸显出的人工误差问题，达到最佳的产品加工状态，且通过自动化系统中的程序预设提升整体产品加工效率；第二，操作安全。
即机械制造自动化技术在应用过程中融合了计算机技术、信息技术、自动化技术等现代化科学技术手段，因而在一定程度上增强了机械设备使用寿命，且通过对现代化电子元件等的应用，稳固了机械系统运行环境；第三，全新的劳动形式。
即在机械制造自动化操控环境下，劳动模式由传统的体力劳动转向智能化劳动，且逐渐呈现出高技术密集型的机械产品加工特点，为此，当代机械工业领域在发展过程中应提高对此问题的重视程度。
机械自动化系统的优点：
生产能力和工作质量提高
机械自动化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动化控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和较高的产品合格率。
同时，由于机械自动化产品实现了工作自动化，所以生产力大大提高。
例如：
数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5～6倍。
柔性制造系统的生产设备利用率可提高～倍，机床数量可减少约50%，节省操作人员约50%，缩短生产周期40%，使加工成本降低50%左右。
此外，由于机械自动化工作方式具有可通过调整软件来适应需求的良好柔性，特别适合于多品种、小批量产品的生产，是缩短产品开发周期、加速更新换代的重要途径。
使用安全性和可靠性提高
机械自动化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。
在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身与设备事故，显着提高设备的使用安全性，机械自动化产品由于采用电子元器件，减少了机械产品中的可动构件和磨损部件，从而使其具有较高的灵敏度和可靠性，故障率降低，寿命得到了延长。
调整和维修方便，使用性能改善
机械自动化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。
这些控制程序可通过多种手段输入到机械自动化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件和零件。
对于具有存储功能的机械自动化物品，可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，给定一个代码信号输入即可按指定的预定程序进行自动工作。
机械自动化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。
由于机械自动化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显着减少，使得操作大大简化，并且方便、简单。
机械自动化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥，系统可重复实现全部动作。
高级的机械自动化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动化最优化操作。
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，使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。
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。
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进行最佳的调节控制，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，都会带来显着的社会和经济效益。
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。
当前机械制造自动化技术发展中存在的问题
我国在机械制造自动化生产过程中突显出的问题首先体现在，部分机械制造厂在可持续发展过程中仍然存在着制造工艺水平滞后的问题，即忽视了对自动化技术等的引进，继而影响到了自身整体生产效率。
同时，与发达国家相比，我国在纳米技术、微激光加工技术等应用领域仍然处在初级阶段，从而由此呈现出机械制造工艺较为粗糙的现象，为此，当代机械制造产业在发展过程中应着重强调对此问题展开行之有效的处理。
其次，基于机械制造领域不断发展的背景下，部分制造行业在实践运营管理过程中仍然存在着管理制度较为落后的问题，即未实现计算机管理模式的贯穿，最终就此影响到了整体管理成效。
再次，就当前的现状来看，西方国家在制造产业发展过程中开发了柔性制造系统，例如，自动化数控机床等，继而营造了全自动机械产品生产空间。
但我国自动化、集成化生产的产业仍然维持在少数的应用状态下。
机械制造自动化技术的未来
与网络化融合。
基于网络化普及的背景下，要求当代机械制造行业在可持续发展过程中为了增强自身竞争实力，应注重在机电设备一体化操控过程中，实现机械制造自动化技术与网络技术间的相互融合，由此来营造良好的机械设备监视环境，并以远程操控形式对机械制造整个流程进行管理，且及时发现机械产品生产过程中凸显出的相应问题，对其进行实时解决。
同时，网络信息化监控系统的引进，有助于传统机械产品生产过程中突显出的人工作业量大且存在人工误差的问题，并实现对机械制造生产线情况的严格把控，达到最佳的生产状态。
此外，基于机械制造自动化技术与网络化相互融合的背景下，在机械制造流程操控过程中亦应注重将网络、声像、通讯技术融于一体，继而便于相关工作人员在对机械产品生产流程进行操控过程中可通过网络平台编辑图像信息，并以信息处理形式实时掌控机械产品生产过程中设备运行参数变化状况，最终由此达到高效率产品生产效果。
以智能化为依托。
以智能化为依托亦是机械制造自动化技术未来发展趋势之一，其要求当代机械制造企业在可持续发展过程中为了稳固自身在市场竞争中的地位，应注重结合自身实际发展情况确定自动化产品生产目标，同时将智能化技术贯穿于机械产品生产流程中，即通过心理学、运筹学打造人工智能模拟环境、自动编程等产品生产空间，提升整体产品生产效率，并改善传统脑力劳动中凸显出的相应问题。
同时，在智能手段应用过程中为了提升操作界面的便捷性，相关技术人员在对数控智能化系统进行设计过程中应注重制定统一的用户操作界面，同时确保操作界面以图形为主，并完善窗口中工具栏、菜单等功能，由此满足机械制造智能化操作需求。
此外，基于以智能化为依托的基础上，亦应注重将可视化技术贯穿于智能化操作平台中，即将原有的文字信息以直观的图像或动画形式进行传播，由此缩短产品生产周期，达到最佳的生产状态。
另外，智能化技术的贯穿亦要求制造行业应注重利用虚拟技术对机械生产过程进行仿真模拟，由此实现预防措施的制定。
从以上的分析中即可看出，智能化技术手段的应用关系着机械制造效率，因而应强化对其的有效落实。
呈现以人为本。
随着当代社会的不断发展，人们逐渐提高了对绿色生产理念的重视，因而
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