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關(guān)于機械工程設(shè)計及其自動化發(fā)展趨勢探討自動化畢業(yè)論文
1 機械工程設(shè)計制造及自動化的符合設(shè)計原則
1.1 滿足對機器的功能要求
所有產(chǎn)品的開發(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。換句話來說，這些產(chǎn)品都能夠?qū)⒉煌盘�、能量、物質(zhì)進行特定的處理，從而輸出具有不同特性的信號、能量、物質(zhì)。而機械工程及自動化產(chǎn)品正是具有如此功能的產(chǎn)品，其能夠科學(xué)化、自動化的自主處理來自外部輸入的信號、能量、物質(zhì)，依據(jù)自身特性對這些內(nèi)容進行加工，輸出符合用戶需求的信息、動力、產(chǎn)成品。機械工程及自動化系統(tǒng)不僅擁有機電一體化這項技術(shù)所具有的功能，而且能夠利用這項技術(shù)開發(fā)適配的機電一體化產(chǎn)品。而這種機電一體化產(chǎn)品可以通過其設(shè)計不同、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 利用先進技術(shù)不斷創(chuàng)新
機械工程及自動化系統(tǒng)可以根據(jù)其擁有的主功能，對這類產(chǎn)品或系統(tǒng)進行分類。（1） 加工機。這是一種主要以物料的搬運和加工為主的自動化機械，其通過將輸入的信息、能量及其物質(zhì)通過加工處理步驟，輸出改變原有物質(zhì)形態(tài)、位置的一種機械，例如在生活當中經(jīng)�？吹降臋C床、交通運輸?shù)臋C械、食品加工的機械、用于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后，在自主判斷能量來源、成本的基礎(chǔ)上輸出不同能量的一種系統(tǒng)，例如：運輸工具的電動機、內(nèi)燃機、發(fā)動機等等。（3） 信息機。其是以信息處理為主要功能的自動化機械系統(tǒng)，其對輸入的信息或指示進行處理，為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(jīng)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(tǒng)還具有其它的功能，例如：檢測的功能、控制的功能、構(gòu)造的功能。這些功能都是機械工程及自動化系統(tǒng)的輔助功能，其在以上的功能系統(tǒng)運作原理基礎(chǔ)上，為用戶開發(fā)出的更有利于模型設(shè)計或者是數(shù)據(jù)分析的各種自動化機械的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)非常有利于開拓人類的思維，延伸用戶的思路，讓創(chuàng)造發(fā)明更加容易被實現(xiàn)。例如，金屬切削機床就是受到了工件和刀具之間會產(chǎn)生相對運動啟發(fā)而設(shè)計的，其利用這種切削作用的基本原理設(shè)計出了更方便工作的機械設(shè)備。而科學(xué)家們又根據(jù)工件和刀具之間運動方式的差別，設(shè)計出了具有不同功能的機床�？梢园l(fā)現(xiàn)，機械工程及自動化這一領(lǐng)域的發(fā)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(shè)計的原理融入到我們的生活中不斷的創(chuàng)新，不斷的設(shè)計出方便人類生活、工作的自動化產(chǎn)品。
2 機械工程及自動化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用
在每個產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，都對每個生產(chǎn)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(chǎn)過程，并在產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量當中表現(xiàn)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(nèi)部操作壓力時刻不變，只有才能才能夠得到一批合格的產(chǎn)品。假如在加熱過程中加熱爐的出口溫度所產(chǎn)生的波動超出了允許范圍，就會導(dǎo)致下一工序出產(chǎn)半成品的質(zhì)量和數(shù)量。另外，在加熱過程中還要時刻控制化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度，只有保持溫度平穩(wěn)波動，才能讓整個過程的生產(chǎn)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(chǎn)品的數(shù)量極其質(zhì)量，但是保持其平穩(wěn)波動卻是確保整個加工生產(chǎn)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
鍋爐汽包是一種用于生產(chǎn)蒸汽的重要設(shè)備，其在工業(yè)生產(chǎn)當中發(fā)揮著不可缺少的作用。在生產(chǎn)蒸汽過程中，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)對整個生產(chǎn)過程都是至關(guān)重要的。如果水位低于標準水平，將會直接影響到氣體產(chǎn)生的數(shù)量，而且會導(dǎo)致鍋爐內(nèi)水分被燒干的事故出現(xiàn)。相反，如果內(nèi)部水位高于標準區(qū)間，就會導(dǎo)致所生產(chǎn)蒸汽的含水量過大，從而降低蒸汽的質(zhì)量�？梢园l(fā)現(xiàn)，汽包液位的準確、動態(tài)控制在鍋爐生產(chǎn)過程中扮演著重要的角色。為了更好的保證液位適當，可以為其設(shè)計以下機械工程及自動化系統(tǒng)。
�。�1）單沖量控制系統(tǒng)：這一系統(tǒng)當中“沖量”一詞的實際意思是指變量，而“單沖量”一詞就是指汽包的動態(tài)水位。單沖量控制系統(tǒng)是一種非常典型和常見的簡單控制系統(tǒng)。其運作原理如下：在蒸汽所產(chǎn)生的負荷突然產(chǎn)生大幅度的增加時，會產(chǎn)生假水位的現(xiàn)象，控制器會開始工作，從而調(diào)整控制閥的實際開度，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)的蒸汽量開始增加，控制器就會增大送水量，從而減少反而爐內(nèi)水位快速下降所帶來的氣泡波動�？刂破髟谶@一系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，通過單沖量控制系統(tǒng)可以大大降低蒸汽生產(chǎn)過程中發(fā)生事故的風險幾率。但是，這一體統(tǒng)也有自身的弱點。對于大型鍋爐來說，當爐內(nèi)產(chǎn)生時間短以及負荷波動非常大的情況時，該系統(tǒng)無法進行快速反應(yīng)，從而不能讓爐內(nèi)的水位得到保證。相反，當該系統(tǒng)被加載于小型鍋爐時，由于爐內(nèi)的水汽包中會在一個時間段長久停留，從而讓蒸汽負荷產(chǎn)生變化時其所產(chǎn)生假水位現(xiàn)象并不是很明顯，需要在此系統(tǒng)上安裝連鎖的報警裝置來保證單沖量控制系統(tǒng)滿足蒸汽生產(chǎn)的實際需求。
�。�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，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(tài)變化。主動擾動系統(tǒng)讓雙沖量系統(tǒng)能夠根據(jù)蒸汽的流量對水汽泡的高度進行動態(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)既定標準對水位進行調(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。從另一方面來看，其實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)計性難度的提高，為了更好的保證整個系統(tǒng)的有序運作，就需要在這兩個系統(tǒng)之間找到平衡點并加以控制。
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著重要的地位。冷卻劑是冷卻器的熱載體，在當前化工生產(chǎn)中通常會采用液態(tài)氨等化學(xué)介質(zhì)。通過利用冷卻器內(nèi)化學(xué)介質(zhì)的蒸發(fā)來吸收整個工藝物料生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生大量的熱量，從而使這些工藝物料能夠達到其規(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(wěn)，能夠保證冷卻劑得到充分的利用，并且并不會對壓縮機的入口產(chǎn)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(fā)的空間從而導(dǎo)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(nèi)部的平均溫度來實現(xiàn)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(nèi)的制冷系統(tǒng)能夠適應(yīng)壓縮機入口的動態(tài)壓力波動，從而保證冷卻劑得到充分利用。另外，為了更好的確保整個系統(tǒng)的順利運行，還要在此系統(tǒng)上加載另一個液位的控制系統(tǒng)，從而防止液氨泄露導(dǎo)致壓縮機內(nèi)部的損壞。
3 機械工程及自動化系統(tǒng)對生產(chǎn)和生活的影響
3.1 生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高
機械工程及自動化自產(chǎn)生到如今已經(jīng)經(jīng)歷了五十個年頭，伴隨這一技術(shù)的發(fā)展，為人類社會帶來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。機械工程及自動化促進了人類整個社會的發(fā)展，帶來了生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量的提高�，F(xiàn)有的機械工程及自動化設(shè)備（ 機械） 已經(jīng)開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(chǎn)品能夠根據(jù)動態(tài)環(huán)境來配置資源、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的阻礙。通過結(jié)合信息管理系統(tǒng)與機械一體自動化系統(tǒng)，為企業(yè)戰(zhàn)略的制定和實施更加容易，讓對整個產(chǎn)品生產(chǎn)線的操控更加簡單和準確，從而大大提高了當代企業(yè)運作的可靠性。生產(chǎn)廠區(qū)人工數(shù)量的減少，對危險操作流程采用機械工程及自動化系統(tǒng)避免了有害工種對員工產(chǎn)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(jié)約能源，減少耗材
機械工程及自動化大大的節(jié)約了能源，其通過對動態(tài)環(huán)境做出不同反應(yīng)，減少了人工生產(chǎn)過程當中的失誤，大大避免了人工工作過程中產(chǎn)生的風險，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。通過大規(guī)模機械之間的相互組合，新型機械工程及自動化生產(chǎn)線極大的減少了人工成本，縮短了整個產(chǎn)品出產(chǎn)的時間，從而減少了生產(chǎn)過程當中失誤幾率、信息傳遞誤差的產(chǎn)生，帶來了企業(yè)生產(chǎn)成本、耗材數(shù)量的降低。
4 結(jié)語
機械工程設(shè)計制造及其自動化技術(shù)的發(fā)展為我國社會主義現(xiàn)代化實現(xiàn)提供了堅實的基礎(chǔ)。其以機械技術(shù)以及電子技術(shù)作為發(fā)展的核心內(nèi)容，通過融合、滲透、交融多門學(xué)科技術(shù)產(chǎn)生的一項劃時代產(chǎn)物，其也是一門與時代同步發(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)，堅持系統(tǒng)的功能及其優(yōu)化的組織結(jié)構(gòu)目標，通過綜合運用多種機械信息技術(shù)（ 例如：機械制造技術(shù)、設(shè)計技術(shù)；微電子的技術(shù)；自動控制的技術(shù)；計算機信息的技術(shù)等等群體技術(shù)），從而讓整個機械工作分散過程成為一個兼具多功能性、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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