现代机械及制造技术发展趋向

2014-03-24 10:46 作者:admin 来源:未知 浏览: 字号:

摘要:1.概述 研制高性价比的产品最重要的一个环节是产品的 设计工作,因为产品的设计可赋予产品先天特优、 先天良好、先天一般和先天不足这些至关重要的 本质特性。因此,对绝大多数产品来说,设计在保证 产品质量的过程中起着头等重要的作用。为搞好产品 设计,

1.概述
    研制高性价比的产品最重要的一个环节是产品的
设计工作,因为产品的设计可赋予产品“先天特优、
先天良好、先天一般和先天不足”这些至关重要的
本质特性。因此,对绝大多数产品来说,设计在保证
产品质量的过程中起着头等重要的作用。为搞好产品
设计,国内外科技工作者进行了大量的研究工作,提
出了数十种设计方法,这么多的设计方法,对于初学
设计的人来说,真使人眼花缭乱,无所适从。那么如
何运用这些方法对产品进行设计呢?本篇给从事产品
设计的工程技术人员一个比较清晰的概念,一条较为
明确的思路,使其了解、掌握与运用这些设计方法,
有效地完成产品设计工作。
    现代机械与制造技术发展趋向可归纳为以下4个
主要方向:“极端制造”方向、综合集成方向、信息
化方向和绿色化方向,还可进一步细分为12个具体
方向:大型化(或微型化)、高速化(或高效化)、
精密化、专用化(或柔性化)、综合化、集成化、模
块化、自动化、智能化、数字化、网络化和绿色化,
简称为高、大(或微)、精、专(或柔)、综、集、
模、自、智、数、网、绿(见图33. 1-1)。

2“极端制造”方向
目前,有些专家所提出的“极端制造”方向即高、大(或微)、精、专(或柔)等。现代机械及
制造技术向“极端制造”方向发展,这是必然的趋势。“极端制造”方向的内容见表33.1-1.
表33.1-1“极端制造”方向的内容
高效化和高速化
        高效化和高速化的主要目标是提高产品的工效,几乎所有产品都要求有较高的工效,产品的高速
化是提高产品工作效率的主要手段之一.
大型化
  大型化是目前机械装备的一个主要发展方向。由于工艺过程及工程施工的需要,以及工程建设规模
不断扩大等,常常要采用更大的机械设备,例如,大楼愈来愈高,修建的公路愈来愈宽。因此.应用
于这些工程中的施工机械,如起重机和摊铺机等也必须要向大型化方向发展。此外,设备的大型化可
以显著提高其工效。运输原油的油轮,最大的吨位可达数十万吨、最大的民用客机可以运载500 -- 600
名乘客,十分明显,增大设备和运载工具的容积,可以大大提高它的使用效率与经济效益.
微型化
  徽型化与大型化相对应.也是设备发展的“极端”方向。微机电系统(MEM5)是一些科学技术
发达的国家所高度关注的技术方向。由于工作的需要,不少机械必须做得很小;许多电子设备,如
分子存储器和原子存储器等的尺寸都很小;芯片加工设备等也必须随若芯片尺寸的减小及单位面积
内的元件数全的增加而缩小它的尺寸.
精密化
  对机械产品精度的要求,一方面是由于产品工作的需要,如加工精度不高的产品,对它的功能、
结构性能(工作寿命等)、工作性能(工作稳定性等)和工艺性熊(装配性等)都会产生不良的影
响;另一方面,由于有些机器的零部件的尺寸愈来愈小,没有足够的精度,就无法完成所要求的工
作。如芯片的加工,已经达到纳米级精度的要求。
专用化
专用化是某一类机械产品的基本方向。生产某种专用零件的机床,如生产标准件的机床,只有在
专用化的条件下,才会有较高生产率和较高的工效。
柔性化
  柔性化是另一类机械产品的基本要求。对于一般个别或小批童生产的零件,采用具有柔性化的机
床更为适宜,一种机床可以生产许多不同形状和不同规格尺寸的零件。在一种机器中只要对其中的
个别机构或零件稍加改变,就能实现多种功能,完成多种工作.
      “极端”方向还有更广泛的内容,例如,多功能、高度的综合和集成、极端环境(超高压、超高
温、高真空度、高能量密度及高危场所等)、低能耗、低污染等。
3“综合集成”的方向
    综合集成的方向包括综合化、集成化和模块化,详细内容如下.
表33.1-2“综合集成”方向详细内容
综合化
  绝大多数零件很难依靠单一工序来完成它的加工制造,而将多种功能综合在一起可能完成整个生
产工艺过程,其所得到的好处自然十分明显;另一方面,从产品的使用功能角度出发,一种产品如
果在不增加太多零部件的情况下,能够完成更多的功能,即有更多的用途,这往往是用户提出的要
求和希望。例如,某些工程机械和某些加工中心就具有这一特点,它可以完成多种工作,一种机
器,可以根据要求完成许多不同的功能。
集成化
  计算机集成生产系统(CIMS )是案设计、制造和管理等为一体的生产系统。许多生产线也都是
集多种工序为一体的机械系统。在冶金工厂,为了完成某种钢材的生产,它往往僻要许多工艺过
程.要将这些工艺过程集成起来,以达到成材和获得最终产品的目的。集成化可以考虑生产过程的
整体性,避免由于独立地完成某些作业而忽略这些工作中的相互依赖带来的不足,从而获得较好的
工艺效果和经济效益。任何一种产品的生产都必须从系统工程的观点出发考虑问题,避免工作中出
现片面性。
模块化
  许多产品常常将其部件分成几个相对独立的部分,即将产品分成多个模块,其目的是为了使产品
在使用、运输、检修、维护,甚至是回收再利用的过程中,得到最理想的效果。这种模块式组合可
使产品获得良好的制造工艺性、装配性、维修性、可回收性及经济性等.
4“信息化”的方向
“信息化”的方向包括自动化、智能化、数字化和网络化,其内涵如下:
表33.1-3“信息化”方向的内涵
自动化
  自动化的提出最初是以减轻人的体力劳动、提高设备工效为目的的,自动化对解放人的体力劳动
和部分脑力劳动发挥积极的作用;同时,自动化还可以提高劳动者手工劳动难以获得的加工精度,
从而可以提高工作效率或避免人工操作过程中可以产生的意外失误。随着科学技术的发展,自动化
的含义已经发生了深刻的变化,目前,“自动化”已经由自动控制、自动调节、自动补偿和自动辨
识等逐渐发展到自学习、自组织、自维护和自修复等更高的水平.
智能化
  智能化有两种含义,一是作为完成工作的手段,如用计算机等来完成各种工作,二是作为产品要
实现的目标(本篇提出的智能化,它所表现的形式是目标和手段的综合)。机器人具有一定的智能
化程度,许多机械设备也正在向智能化方向发展,所以说智能化是产品发展的主导方向之一。设备
的智能化和数字化设计可以使产品的使用性能得到提高,更具体地说,产品的工效实用性、工作德
定性和指标优越性能得到具体的实现。例如,数控机床可以通过数控系统对加工过程实现控制,提
高了加工过程的精确性和可靠性。再如机器人及机器人化工程机械,它们具有不同的智能程度,具
有一定智能化程度的产品较一般产品更能满足人们的要求。一般来说,从价格上来看,这类产品较
一般产品更高,但对多数产品来说,经过统筹考虑是合算的.
数字化
  数字化是信息化的核心,“数字化”处理和“模拟化”处理相比,有许多优点,如信息精确、信
息安全、信息容最大等。目前在制造领域,出现了数字工厂、数字制造、数字装o数字化制造是
制造技术、计算机技术、网络技术和管理科学技术的交叉、融合、发展和应用的结果。数字化的最
大特点是可以大大提商设备的精确度,例如,数字化电视机的清晰度较一般电视机要高得多:数字
化加工设备的加工精确度也较一般加工设备为高.
网络化
  网络化是在设备设计、制造和使用过程中采用网络技术。网络技术的发展为机械产品的设计和制
造提供了一个十分有利的手段,协同设计和制造、远程设计与制造,以及并行设计和制造,都可以
通过网络来实现。这样设计与制造工作可以在不同地点通过网络通信,快速地完成各项工作,显著
加快设计与制造速度,缩短设计与制造周期,从而可以完成产品的敏捷设计和敏捷制造。网络化设
计制造是信息时代的特点之一.
5 绿色化方向
    绿色化是科学发展观中特别强调的方向。人类社
会发展过程中必然会遇到人类与自然之间出现相互矛
盾的情况,人口的不断增加、资源总量的相对局限性
和短缺、生产过程对人类与环境所造成的污染,自然
而然地出现人与自然之间的不协调性和矛盾。“绿
色”首先是从环境保护角度引伸出来的,其目的是
使人类社会与自然界在发展过程中趋于协调与和谐。
制造业的发展要在产品研究、设计、生产、使用、废
物回收的全过程中考虑环境保护的问题,既要考虑保
护自然环境和资源的合理利用,还要考虑保护社会环
境、生产环境,更要考虑劳动者及使用者的身心健
康。
    绿色化方向包括绿色设计的材料选择与管理、产
品的可回收性设计、产品的装配与可卸性设计、产品
包装设计、绿色产品的成本分析和绿色产品设计数据
库与知识库等,其内容见表如下:
表33.1-4“绿色化”方向的内容
绿色设计的材料选择与管理
  绿色设计要求产品设计人员要改变传统选材程序和步骤,选材时不仅要考虑产品的使用条件和性
能,而且应考虑环境约束准则,同时必须了解材料对环境的影响,选用无毒、无污染、无辐射特性
的材料及易于再利用、回收、再制造或易于降解提高资源利用率的材料。除合理选材外,还应加强
材料管理,即一方面不能把含有有害成分与无害成分的材料棍纺在一起;另一方面,达到生命周期
的产品,有用部分要充分回收利用,使其对环境的影响降到最低限度.
产品的可回收性设计
  可回收性设计是在产品设计初期充分考虑其零件材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方
法、回收处理结构工艺等与回收有关的一系列问题,最终达到零件材料资源、能源的最大利用,并
对环境污染为最小的一种设计思想和方法。可回收性设计主要包括:①可回收材料及其标志;②可
回收工艺与方法;③可回收性经济评价;④可回收性结构设计。
产品的装配与可卸性设计
  现代机电产品不仅具有优良的装配性能,还必须具有良好的拆卸性能,而且拆卸设计已成为绿色
设计研究的主要热点。因为不可拆卸不仅会造成大全可重复利用零件材料的浪费,还会因废弃物不
好处置,而会严重污染环境。可拆卸性要求在产品设计的初期就将可拆卸性作为结构设计的一个评
价准则,使所设计的结构易于拆卸,维护方便。并可在产品报废后可再用部分能充分有效地回收和
利用,以达到节约资抓和能撅、保护环境的目的.
产品包装设计
  在某种程度上,作为产品“嫁衣“的包装对产品的整体形象、产品竞争力等具有重耍影响。绿
色包装巳成为产品整体绿色特性的一个重要内容。绿色包装设计包括优化包装方案和包装结构.选
用易处理、可降解、可回收再利用或循环再生的包装材料.
绿色产品的成本分析
  绿色产品的成本分析与传统的成本分析截然不同。由于在产品设计初期,就必须考虑产品的回
收、再利用等性能,因此成本分析时,就必须考虑污染物的替代、产品拆卸、重复利用成本、特殊
产品相应的环境成本等。对企业来说,是否支出环保费用,也会形成产品成本上的差异,同样的环
境目标,在各国或地区间的实际费用也会形成企业间成本的差异。因此,在每一设计决策时都应进
行级色产品成本分析,以便设计出的产品“绿色程度”好且总成本低.
绿色产品设计数据库与知识库
  绿色产品设计数据库与知识库在绿色产品的设计过程中起着举足轻重的作用。该数据库与知识库
应包括产品生命周期中与环境、经济、技术、对策等有关的一切数据与知识,如材料成分、各种材
料对环境的影响值、材料自然降解周期、人工降解时间、费用、制造、装配、梢售、使用过程中所
产生的附加物数A及对环境的影响值,环境评估准则所需的各种判断标准、设计经验等.

(责任编辑:laugh521521)
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