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關于機械工程設計及其自動化發(fā)展趨勢探討自動化畢業(yè)論文
1 機械工程設計制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(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)品都能夠將不同信號、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所具有的功能，而且能夠利用這項技術開發(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)運作原理基礎上，為用戶開發(fā)出的更有利于模型設計或者是數(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(jù)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床�？梢园l(fā)現(xiàn)，機械工程及自動化這一領域的發(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計的原理融入到我們的生活中不斷的創(chuàng)新，不斷的設計出方便人類生活、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反應器內(nèi)的反應溫度，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，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)是一種充分結合前饋控制和單回路反饋兩種控制原理的復合控制的系統(tǒng)。但是，這種融合卻也導致雙沖量控制操作性和設計性難度的提高，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)氨等化學介質(zhì)。通過利用冷卻器內(nèi)化學介質(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，伴隨這一技術的發(fā)展，為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(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、適應性都較其出現(xiàn)之初得到了長足的發(fā)展，并且這些設備能夠對參數(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，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 結語
機械工程設計制造及其自動化技術的發(fā)展為我國社會主義現(xiàn)代化實現(xiàn)提供了堅實的基礎。其以機械技術以及電子技術作為發(fā)展的核心內(nèi)容，通過融合、滲透、交融多門學科技術產(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)新學科。依據(jù)其基本特征能夠將這一技術概括為以整體系統(tǒng)觀出發(fā)，堅持系統(tǒng)的功能及其優(yōu)化的組織結構目標，通過綜合運用多種機械信息技術（ 例如：機械制造技術、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群體技術），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。
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