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摘要：随着新一轮的自动化风潮席卷全球，机械设计制造及其自动化技术已深入人心，其地位和影响力在世界工业的发展中已经不可动摇，已成为衡量一个国家和地区工业和经济水平的重要指标。世界经济的迅猛发展和科技的日新月异，互联网+、大数据、智能化、信息化等新兴技术和理念犹如雨后春笋，传统生产技术已经无法满足时代发展需求，结合信息化、智能化等综合型自动化技术必将是未来发展趋势。在此，本文将通过所学所感，结合自己对机械设计制造及其自动化的理解，对其应用现状进行分析和未来发展作探讨。
关键词：机械制造；自动化；自动化发展
一、前言
上世纪中期美国机械设计类期刊发表作品中首次提到机店一体化这个一个概念，之后这个一名词得到了广泛应用。全美电机工程师协会于美国电机电程师协会于1987年为机械自动化定义为:“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与机电部件相互联系的系统”。与前文提到的机电一体化意义一致，因而可以这样说，现代机械自动化就是指机电一体化系统。20世纪80年代国际机械与机构理论联合会，给机械自动化做出了这样的定义，机电一体化是精准机械工程、机电控制与系统控制在产品设计应用与制造过程中的协同结合，因而可以说机电一体化就是传统机械设计应用及其机电自动化基础上的发展。
二、机械设计制造的原则
（一）实现对功能的需求
机械产品的研发生产都是为了实现人们对某种功能的实现而开发出来，因而每一种产品都有它的主要功能，产品的研发目的不同，其产品的主要功能也不尽相同。当产品的开发不能实现对人们对功能的需求，那么产品的研发必将失去意义。产品研发都是围绕着产品的主要功能来展开，能量的输入、材料的输入。信息的输入从而是产品具有想要的功能。机械自动化是一个概念科学体系，其中有包含了机械自动化科学技术以及机械自动化产品两个方面，从人性化的角度来讲，产品不仅要需要主要功能，还需要更多附加价值，例如产品设计理念、美观、使用方便等。
（二）对技术的不断创新
根据机械主要功能的不同可以对机械产品，机械系统作以分类。
以物品移动搬运，物品生产传输为主的。输入物质、能量和信息，得以实现物品运输，物品位置的改变，把物品精确的移动的精准的坐标。如各种机床传送装置，交通运输工具车辆、轮船、飞机等；起重机械吊车、张拉器械、千斤顶等，轻工机械印刷机、织布机等等。
以能量转换为主的。输入能量信息，输出另一种能量，把能量加以转换，达到方便使用及可以使用的目的。如水电站将水流的动能转换成电能，内燃机将热能转换成动能，风力发电站将动能转换成电能等等。
以信息处理为主，输入信息和能量，主要输出某种信息。如电话通讯器械，传真机机图文数据传输，航拍器械、计算机数据处理等等。
机械自动化系统除了具备上述必须的主功能外，还应具体备其它内部功能、即动力功能、检测功能、控制功能、构造功能。基于归纳和分析总结，更有利于创造和发明，根据几种主要功能形成系列产品，方便对产品更新换代升级。从而达到节省能量，节省空间，节省成本的目的。
三、机械自动化系统在化工生产中的应用
（一）锅炉汽包水位控制类的研究
锅炉汽包是生产生气的设备，是工业生产上面常用的一种设备。锅炉汽包在工作过程中液位高度控制非常重要，液体位置必须保持在一定范围内，水位过低有会影响蒸汽生成量，严重的话会出现干锅事故；若液位太高，生产蒸汽含水量高，会影响蒸汽质量。这些都是非常影响正常生产的，严格控制锅炉汽包液位是保证正常生产的必要条件，本节就针对锅炉汽包的液位控制系统作以分析研究。
1.单冲量控制系统
汽包水位控制是简单的给水控制，根据这个原理，给水控制可以归纳到单冲量控制。
这里的“冲量”一词是指变量，单冲量指锅炉汽包里面的水位。这种控制系统是典型的简单控制系统，对其研究能直观的反映出这一控制系统的特点。汽包内部当蒸汽负荷大幅度增加时，往往会出现假水位现象，使得控制器不能增大给水阀门给水，维护汽包内部水位平衡，而是关小控制阀的给水量。等到假水位消失后，蒸汽量增加，水位进一步减少，使得水位严重下降，当水位下降到一定程度，就会发生干锅，发生生产事故，严重影响正常的生产环境。因此对单冲量停留的时间长短、负荷变动的情况，这样的系统不能适应高要求发杂的情况。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，假水位现象并不显著，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。
2.双冲量控制系统
在锅炉汽液位的控制中，主要是控制蒸汽负荷的变动。根据蒸汽流量变动情况对单冲量控制进行校正，可以有效的补偿虚假水位带来的较大误差，使得给水阀控水更加灵敏，准确，减少水位波动，保障生产对汽包性能的高质量要求。将蒸汽流量作为校正信号引入，就构成了双冲量控制系统。从本质来看，双冲量系统是单冲量系统的在升级，对控制系统的高要求的复合控制系统。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。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。
汽包双冲量原理及连接方式中，加法器的输出I是
I＝C1IC±C2IF±I0
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。
（二）冷却器控制分析
冷却器的热载体是冷却剂，通常采用液体有水，液态氨等。通过液体蒸发时候吸收热量的特点，在蒸发时候带走更多热量，从而使得物料出口的温度降低。工业上常用液态氨来作为冷却剂，常用的控制方案有一下几种：
1.控制冷却剂的流量
氨冷却器通过控制控制冷却剂流量达到控制物料出口温度的目的。这样的方式很容易理解，通过增加冷却剂的接触面积，带走更多的热量，从而达到通过调节流量而控制温度的目的，是一种常见的控制方式。
2.控制气氨排量
控制液氨的排放量的控制方案，其原理是通过控制传热速率方程式中平均温度来控制物料出口的温度。这种方案反应灵敏准确，但是这种控制也是优缺点的，比如冷量利用不够充分等。为了确保控制系统的有效运行，还要设计一个液位控制系统，用来防止液氨进入氨管道而导致压缩机损坏。
综上所述可以的出来这样的结论：以上控制装置是一个没有人参与的自动化控制装置，这些在远程的操作室内就可以监控整个装置的运作，能够保证生产过程的安全，降低劳动强度，解放生产力。
近几十年来工业发展速度迅猛，人们对生活质量要求越来越高，国家对环境污染加大法制建设力度、加大整治力度，因而防止工业生产对环境污染也加入到生产控制的目标范围。
根据以上论述可以的出来这样的结论，机械自动化科学技术主要包含一下几个方面：
（1）确保生产过程安全可靠；
（2）保证产品质量；
（3）达到应有的生产效率；
（4）减少能耗，节约资源；
（5）减少生产对环境的损害；
四、机械自动化研究发展方向
（一）机电一体化
机电一体化是在机械机自动化的基础上再发展，机械自动化发展和机电一体化区分越来越不明显，随着技术发展两者必将融为一起难分彼此，机电一体化也是机械自动化发展唯一方向。
（二）智能化
随着智能化产品的使用增加，机械自动化向着智能化发展已经成为机械自动化发展一个明显的趋势。机械自动化向着智能化发展是对机器行为的描述，在机械自动化的基础上发展人工智能，涵盖了运统学、计算机科学、生理x学、心里学、混沌动力学等新概念、新方法、模拟人类只能，使机械能有不部分人类的判断能力，逻辑思维能力，有自主决策的能力，以求得更高的控制目标。机械智能化在实际应用上已经有部分的研究成果，如汽车的无人驾驶，无人工厂，一些服务行业把机器人用来接待客户，实现人机互动。
（三）模块化
机械自动化产品的模块化是为了人们更快的实现模块对接，从而达到自己想要的功能需求。因此实现机械自动化产品的各种模块接口统一是十分必要的。有效的减少企业与企业之间的人为壁垒，有利于产品的在使用，有利于市场的良性发展，有利于人们享受服务的体验。例如，我们平时使用的手机充电设备的数据线，在早期一个手机品牌有自己的数据线接口标准，不同品牌手机数据线不能交叉使用，造成许多不必要的浪费，后期经过国家有关部门规范要求，现在极大的增加了数据线的使用寿命、使用次数方，使得人们在使用的时候更加方便。统一模块设计接口，只要有标准的接口不同来源的单元就可以快速的拼装组合使用，有利于机械自动化规模的扩大。显然，机械自动化产品的模块化、标准化无论是对生产企业还是应用者的角度看，都是大有益处的，必将给机械自动化企业带来美好的前景。
（四）网络化
网络化的发展给人们的生活带来的大的改变，改变了人们的生活生存方式，拉近人与人之间的距离，增加了信息流通的速度以及方式。同时网络技术的发展也给机械自动化产品发展带来新的机遇。随着网络化在生活、军工、教育、生产上的普遍使用，机械自动化的网络化发展的是一个必然的结果。网络化发展增加了全球信息流通的速度，产品的竞争全球化。好的产品研发产生，在短时间内就可以天下皆知，机械自动化新品，只要其功能良好，质量可靠，很快就能推广至全球。基于网络技术的普遍应用，机械自动化产品的检测技术、遥感控制技术以及总线控制技术在产品设计上面有了更高的要求。人们在操作室可以完成千万里之外的机械设备，也可以检测千万里之外的一切，机械自动化的网络，延伸的人们的视觉、触觉。增加了人们对外界事物的掌控力。我们可以享受到网络化机械自动化产品带来的便利和服务，因此机械自动化向着网络化发展是未来机械自动化产品设计研发的又一发展方向。
（五）微型化
机械自动化产品起源于发达国家上世纪九十年代，当下在我国也有研发应用，使用范围也越来越广阔。微型机械自动化产品泛指体积一立方厘米机械自动化产品，主要发展方向向着纳米技术、微米技术发展。在德国军工和医疗行业已经有实际产品应用；例如德国斐托斯公司的仿生蚂蚁机器人研究，仿生蚂蚁机器人有光学传感可以3D成像，可以搬运四百倍体重的重物等功能。随着微型机械自动化的发展未来可以使用微型的机器人从人体内部做微创型的医疗手术，也可以使用微型机器人实现精密设备的内部维修等。综上所述，未来微型化机械自动化产品有着更多的使用需求，也有着更加广阔的发展前景。
（六）绿色化
工业的发展给人类生活带来了翻天覆地的改变，更多的提高了社会的生产力，把人们从繁重的工作中解放了出来。然而工业的发展必然带来的能源损耗、环境污染也是一个我们不得不面对的问题。随着社会的发展，，人们对生活质量的要求不仅是产品的需求，更多的是生活质量，以及幸福度的追求。于是绿色环保，节能减耗的理念更加深入人心。设计人员在产品设计上面需要考虑到产品的节能减耗、节约材料、使用寿命以及产品二次污染等问题。同时应该注意产品二次回收在利用，越是有益于环境保护，资源节约的产品越会受到人们的青睐，越会有市场。
（七）人格化
经常有人有这样的担心，随着机电一起化、机械智能化发展，有一天机械会取代人类的位置；那么未来机械自动化产品与人的关系将会是怎么样我们更应当理清人与机械的关系。机械人格化是一个必然的结果，然而机械永远有也不会代替人。机械自动化产品的实用最终对象是人，赋予有机械自动化产品的智能化、学习能力、自我进化以及情感都是在为人服务，尤其是家用机械自动化上面会有更高层次的发展，例如人机一起化，机械自动化产品替代人的一些生理功能；模仿生物机理研究产更好的产品为人类服务。
五、结论
当下机械自动化在实用制造以及设计上都在围绕着智能化、低能耗、多功能、高质量、安全可靠来发展。机械自动技术所面临的关键技术是检测传感技术、信息综合处理技术、自动化控制技术、模块化统一接口技术等。所以机械自动化发展的前景就是机电一体化系统。所有的机械自动化设计人员应该充分的认识到，机械自动化只有向着机电一体化，机电智能化发展才是唯一出路。我国在机械自动化发展的道路上，引用借鉴了很多发达国家的技术。然而广大的设计人员应当清醒认识到只有我们自主研发，明确机械自动化发展的方向，才能在机械自动化这个领域有所作为，为机械自动化发展开拓新的天地。
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