毕业设计（论文）-机械设计制造及其自动化发展方向的研究.doc

西安电子科技大学网络教育 毕业论文设计任务书学习中心邯郸学习中心专 业机械制造及其自动化学 号7081141082003姓 名白宇生题 目机械设计制造及其自动化开展方向的研究任务与要求任务：本文从系统观念出发，综合运用机械技术，微电子技术，自动化技术，及过控技术在化工生产中的运用，着重列举了锅炉汽包水位的控制和冷却剂流量和气氨排量的最正确控制方案。提出来过程自动化控制今后的主要目标，指明了机械制造及其自动化的开展方向。要求:1.阅读指定的有关书籍，掌握相关的文献资料。2.撰写大纲，初稿，进行修改，直至定稿3.论文撰写应简明扼要，文理通顺，章节层次清楚，观点明确，论述有据。论文全文字数不少于10000字，中文摘要200300字。4.论文写作过程中，应当按时与指导教师联系，严格按照学院规定的论文写作的各个环节的要求去做。开始日期完成日期西安电子科技大学网络教育 毕业论文设计工作方案学习中心邯郸学习中心专 业机械制造及其自动化学 号7081141082003姓 名白宇生题 目机械设计制造及其自动化开展方向的研究工作进程起止时间工作内容6月1日6月7日选题。进入毕业设计选题系统进行选题。6月8日6月30日开题。与指导教师见面会，由导师对学生进行开题指导8月10日-8月20日中期检查9月20日-30日论文验收。将论文初稿交导师审阅，学生将修改后并经导师签字、填写评语的论文，正式胶装1份，复印再简装2份交给学习中心。论文辩论。主要参考书目：1刘武发，刘德平,?机电一体化设计根底?北京化工工业出版社2007.52杨世明，腾献根，赵振宏，段魏?机械设计? 电子工业出版社 2007.33张建民等，机电一体化系统设计 北京:高等教育出版社 20014赵松年，张奇鹏，机电一体化机械系统设计 北京：机械工业化出版社 19965齐卫红，林春丽，王水红?过程控制系统? 北京 电子工业出版2007.56刘巨良 过程控制仪表 北京：化工工业出版社 1998.7温希东 自动控制原理及其应用 西安电子科技大学出版社20048王树青 工业过程控制工程 北京 化工工业出版社20039陆德民 石油化工自动化控制设计手册 北京 化工工业出版社 200010孙虎章 自动化控制原理 北京 中央播送电视大学出版社 199411蒋慰孙 过程控制工程 北京 化工工业出版社 1999主要仪器设备：西安电子科技大学网络教育 毕业论文设计评审表学习中心邯郸学习中心专 业机械制造及其自动化学 号7081141082003姓 名白宇生题 目机械设计制造及其自动化开展方向的研究论文评语及成绩指导教师签名: 年 月 日评语内容应包括：学生的工作态度和投入时间、精力情况；运用根本技能获取、利用信息的情况；学生对根底知识、专业知识的掌握程度；分析、解决问题和进行创新的能力；论文设计的质量情况；是否同意辩论。辩论小组意见组长签名: 年 月 日辩论小组对评定的“优秀和“不及格成绩需给出明确和详细的意见！综合评审组意见组长签名: 年 月 日机械设计制造及其自动化开展方向的研究摘 要 本文主要对传统机械设计制造和机械自动化相比较，提出来具有智能化的特征是现代机械和传统机械在功能上的本质区别。根据机械自动化在各行各业的应用和开展，显现出了机械自动化的优点和效益。即多功能化，高效率，高可靠性，省材料，省能源，不断满足人们生活和生产多元化需求。关键词： 设计制造，自动化，产品，开展，方向目 录第一章 前言111.1 机械自动化的产生和定义.111.2 机械自动化的科学技术.11第二章 机械设计制造及其自动化符合设计原那么122.1 满足对机器的功能要求.122.2 利用先进技术不断创新12第三章 机械自动化在化工生产中的应用133.1锅炉汽包水位控制方面的研究133.1.1 单冲量控制系统133.1.2双冲量控制系统133.1.3 三冲量控制系统.15第四章 机械自动化的优点和效益16 4.1 生产能力和工作质量的提高16 4.2 使用平安和可靠性的提高.16 4.3调整和维修方便，使用性能改善.16 4.4具有复合作用，使用面广.17 4.5改善劳动条件，有利于自动化生产.17 4.6节约能源，减少耗材.17 第五章 机械制造及自动化的开展方向.18 5.1机电一体化.18 5.2 智能化.18 5.3模块化.18 5.4网络化.19 5.5微型化.19 5.6绿色化.19 5.7人格化.19第六章结论.21参考文献.22致谢.23 第一章 前言1.1自动化的产生和定义早在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开展而被广泛的应用。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根底上的开展。1.2 机械自动化的科学技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，是正在开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开展阶段。它的开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开展，还将不断被赋予新的内容。但其最根本的特征可概括为：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。第二章 机械设计制造及自动化的符合设计原那么2.1 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、能量与信息的主功能。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。2.2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。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。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。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、 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，便于创造创造和创新。所以说机械自动化的开展空间非常广阔，具有极大的想向空间，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。第三章 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，否那么将影响后一工段的效果；化学反响器的反响温度必须保持平稳，才能使效率到达指标。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，假设水位过低，那么会影响产气量，且锅炉易烧干而发生事故；假设水位过高，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，波动很历害，严重时气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著，配上一些联锁报警装置，也可以保证平安操作，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，就购入了双冲量控制系统。 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。为此可在将给水流量信号流入，构成三流量控制图。3.2 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到达生产工艺要求，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3-7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 控制气氨排量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。为确保系统的平安运行，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。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，保证生产过程的平安，降低了劳动强度。近二十年来，工业生产规模的迅速开展，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、保证生产过程的平安和平稳；2、到达预期的产量和质量；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。第四章 机械自动化系统的优点与效益随着机械自动化技术的快速开展，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。4.1 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，从而实现最正确操作，保证最正确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56倍。柔性制造系统的生产设备利用率可提高1.53.5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%，使加工本钱降低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。4.2使用平安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，防止和减少人身与设备事故，显著提高设备的使用平安性，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。4.3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主品，可以事先存入假设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开工作。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著减少，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正确工作程序，实现自动化最优化操作。4.4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。4.5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。4.6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，最正确的调节控制，以提高设备的能源利用率，可到达明显的节能效果。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开展，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，都会带来显著的社会和经济效益。正因为如此，世界各国，首先是日本、美国、欧洲各国都在大力开展和推动机械自动化技术。第五章 机械设计制造及其自动化的开展方向我国从20世纪80年代初才开始这方面的工作研究和应用，研究机构及一些大中型企业对这一技术的开展及应用做了大量的工作，并取得了一定的成果。但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。任何一门科学都是由根底理论、技术和工程系统组成的完善体系。机械自动化在技术和工程系统方面已有很大的开展，但根底理论方面尚在开展中，还很不完备，所以今后的开展方向是：5.1机电一体化机电一体化就是机械自动化的开展和延伸，传统的机械产品只有向机电一体化方向开展，才是机械工业开展的唯一出路。5.2智能化智能化是21世纪机械自动化技术开展的一个重要开展方向。这里所说的“智能化是对机器行为的描述，是在控制理论的根底上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心里学、生理学和混饨动力学等新思想、新方法、模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得更高的控制目标。诚然，使机械自动化产品具有低级智能或人的局部智能，那么是完全可能而又必要的。5.3模块化模块化是一项重要而又艰巨的工程。由于机械自动化产品种类和生产厂家繁多。研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机械自动化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能减速、电动机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新的产品，同时也可扩大生产规模。显然，从电气产品的标准化、系例化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机械自动化单元的企业还是对生产机械自动化产品的企业，模块化将给机械自动化企业带美好的前程。5.4网络化20世纪90年代，计算机技术的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速开展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育以及人们日常生活带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一体，企业间的竞争也趋于全球化。机械自动化的新产品一旦研制出来，只要其功能独道，质量可靠，很快会畅销全球。由于网络化的普及，基于网络的各种远程控制和监测技术方兴未艾、而远程控制的终端设备本身就是机械自动化产品。现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势。利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统，使人们在家里充分享受各种高技术带来的便利和快乐。因此，机械自动化产品无疑朝着网络化方向开展。5.5微型化微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机械自动化向微观领域开展的趋势。国外将其称为微电子机械系统，或微机械自动化系统，泛指几何尺寸不超过1cm3的机械自动化产品，并向微米、纳米级开展。微机械自动化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息、等方面具有不可比较的优势。微机械自动化开展的瓶颈在于微机械技术，微机械自动化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。5.6绿色化工业的兴旺给人们生活带来了巨大的变化。一方面，物质丰富，生活舒适：另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染，于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势，绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害及少，资源利用率最高。设计绿色的机械自动化产品，具有远大的开展前途。机械自动化产品的绿色化主要是指使用时不污染环境，报废后能回收利用。5.7人格化未来的机械自动化更加注重产品与人的关系，机械自动化的人格化有两层含义.。一层是机械自动化产品的最终使用对象是人，如何赋予机械自动化的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化，另一层是模仿生物机理、研制各种机械自动化产品，实事上，许多机械自动化产品都是受动物的启发研制出来的。第六章 结论因为现代机械自动化在设计和制造上具有多功能、高质量、高可靠性，低能耗的意义所以机械的设计、制造、都是围绕着机械自动化来进行的。机械自动化技术所面临的共性关健技术是传感检测技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动化控制技术、接口技术、精密机械技术及系统总体技术等。所以说，机械自动化系统就是机电一体化系统。机电一体化的开展就是机械自动化的开展，所以广阔设计人员应清醒的认识到机械设计制造只有向机械自动化设计制造方向开展，才是机械工业开展的唯一出路。所以设计人员不能只热衷于技术引进，不能仅仅安心于作为新技术的传播者，而应该作为新技术产业化的创造者。为机电一体化技术开展开辟广阔的天地。参考文献1 刘武发，刘德平.?机电一体化设计根底?.北京化学工业出版社.2007.52 杨世明 腾献银 赵镇宏 段巍?机械设计? 电子工业出版社出版2007.33 张建民等. 机电一体化系统设计。北京:高等教育出版社，2001.4 赵松年，张奇鹏. 机电一体化机械系统设计.北京：机械工业出版社 1996.5 齐卫红 林春丽 王永红?过程控制系统? 北京 电子工业出版社出版2007.56 刘巨良. 过程控制仪表.北京：化学工业出版社，1998.7 温希东. 自动控制原理及其应用. 西安：西安电子科技大学出版社，2004.8 王树青. 工业过程控制工程，北京：化学工业出版社，2003.9 陆德民. 石油化工自动化控制设计手册. 北京 化学工业出版社，2000.10 孙虎章. 自动化控制原理. 北京：中央播送电视大学出版社，1994.11 蒋慰孙. 过程控制工程. 北京：化学工业出版社. 1999致 谢本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢!导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了根本的研究方法。本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在四年的学习期间，导师、同学们的关心和帮助，在此表示深深的感谢。感谢西安电子科技大学网络学院为我提供了一个良好的学习环境，感谢学院的领导和老师们！他们无微不至的关心、精心的培养使我到了很多的知识，终生受益！