先进制造技术的发展趋势
顾新建 李 晓
（浙江大学机械系，浙江 杭州310027）
摘 要：对先进制造技术的特点、体系结构和发展趋势进行了简要分析，并对其中的计算机集成制造系统和大批量定制技术的发展现状作了简要介绍。
关键词：先进制造技术；计算机集成制造系统；大批量定制
1 先进制造技术的发展趋势
先进制造技术是传统制造业不断地吸收机械、信息、材料及现代管理技术等方面最新的成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想技术经济效果的前沿制造技术的总称。从本质上可以说，先进制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术和现代管理技术等的有机融合。
先进制造技术是制造业21世纪发展的方向。先进制造技术的特点如下：�
(1)先进制造技术贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用维修等全过程, 成为“市场—产品设计—制造—市场”的大系统。而传统制造工程一般单指加工过程。�
(2)先进制造技术充分应用计算机技术、传感技术、自动化技术、新材料技术、管理技术等的最新成果, 各专业、学科间不断交叉、融合, 其界限逐渐淡化甚至消失。�
(3)先进制造技术是技术、组织与管理的有机集成，特别重视制造过程组织和管理体制的简化及合理化。先进制造技术又可看作是硬件、软件、人件和支持网络（技术的与社会的）综合与统一。�
(4)先进制造技术并不追求高度自动化或计算机化，而是通过强调以人为中心，实现自主和自律的统一，最大限度地发挥人的积极性、创造性和相互协调性。�
(5)先进制造技术是一个高度开放、具有高度自组织能力的系统，通过大力协作，充分、合理地利用全球资源，不断生产出最具竞争力的产品。�
(6)先进制造技术的目的在于能够以最低的成本、最快的速度提供用户所希望的产品，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，并取得理想的技术经济效果。�
美国从90年代初相继提出了先进制造技术计划、TEAM计划、下一代制造(NGM)技术计划、美国国家关键技术等，德国提出了“生产2000”计划、“生产2000+”计划、“微系统2000”计划等、日本提出了智能制造系统计划、韩国提出了高级先进技术国家计划（G-7计划）等〔1〕。
图1为先进制造技术的体系结构。�
美国乔治·华盛顿大学于90年代初成立了由45位著名的未来学家和技术专家组成的新兴技术预测委员会，在1996年的预测中，从可以预见到的最重要的技术进步中挑选85项将要出现的技术。共分为12个大类。其中在第八大类：制造业与机器人中有如下技术〔2〕：
(1)计算机集成制造系统。在2012年，80%的工厂生产将实现计算机集成化；�
(2)生产自动化。到2015年，由于实现了生产自动化，工厂的就业人数在劳动力总人数中所占的比例将下降到10%以下；�
(3)大批量定制。到2011年，汽车、电器等30%以上的产品将广泛实现大批量定制生产；�
(4)先进的机器人。到2016年，带有传感输入、具有决策和学习功能、可移动的机器人将投放市场；�
(5)纳米技术。到2016年，微型机器和纳米技术将投入商业应用。
可以认为，这五种技术是最重要的先进制造技术。限于篇幅，这里仅对计算机集成制造系统和大批量定制作一简单的介绍。这两种技术对企业的影响范围较大，有较大的适用性。
先进制造技术的发展趋势可以概括为：�
(1)数字化。在这方面，人们提出了CIMS、数字化工厂等概念。通过CAX(CAD,CAPP,CAE, CAM)系统和PDM系统，进行产品的数字化设计、仿真，并结合数字化制造设备，进行自动加工。并采用MRPII/ERP系统，对整个企业的物流、资金流、管理信息流和人力资源进行数字化管理。进一步的发展是，通过数字化的供应链管理(SCM)系统和客户关系管理(CRM)系统，支持企业与供应商和客户的合作。网络技术的发展使企业内部和外部的数字化运作更加方便。�
(2)知识化。知识将成为企业的最重要的生产要素，技术创新将是企业最重要的生存和竞争能力。知识管理技术、学习型组织等将受到越来越大的重视。�
(3)模块化。产品的模块化和企业的模块化将使企业能快速地、低成本地生产出顾客所需要的个性化产品。�
(4)微小化。微机械及制造技术正在迅速发展，这将导致一大类全新的产品，深刻改变人们的生活。�
(5)绿色化。强调产品和制造过程对环境的友好性。
2 计算机集成制造系统(CIMS)
自从美国的Harringtong博士在1973年提出CIMS概念以来，CIMS在世界上走过了曲折的道路，人们对CIMS的本质认识有了巨大的变化，主要是：现代制造业的方向并不只是计算机的集成，信息的集成，而是人、技术、组织的整体集成，包括功能集成、组织集成、信息集成、过程集成、知识集成和企业间的集成〔4〕。由于计算机集成制造系统这一词容易使人误解，以为只要将计算机集成在一起就能构造成一个先进的制造系统。为此，我国的一些学者提出了现代集成制造系统（CIMS，Contemporary Integrated Manufacturing Systems）的概念。当前，CIMS的发展有以下特点。
2.1 集成化
CIMS中有以下几个关键的信息集成系统。CIMS在这些系统的基础上进一步实现企业的总体集成。�
（1）ERP（企业资源计划）系统：国外有名的系统是SAP,Oracle,Baan,IBM等，国内有金蝶、用友、开思等。ERP 系统集成了企业中的生产管理、财务、人事、采购、销售等子系统。系统涉及面广，十分庞大，对人员素质、数据和流程规范性要求高，因此实施难度大，成功率不高。�
（2）CAD/CAPP/CAM一体化：目前虽然有些CAD系统可以支持CAD/CAPP/CAM一体化，但主要针对基本上都采用数控加工的零件，如PRO/E软件。由于不同产品中的零件差别很大，每个企业的加工条件和水平也不相同，因此复杂零件的CAD/CAPP/CAM一体化还没有通用的系统。�
（3）PDM（产品数据管理）系统：被用于管理和控制由CAX(CAD、CAPP、CAE、CAM等的统称)系统所形成的大量的信息，避免花费很多时间去寻找本应该垂手可得的信息。PDM是设计自动化技术系统的核心，在产品的整个生命周期内管理全部的产品知识和信息，并为产品开发过程中的各个应用系统提供所需的数据，为不同应用系统提供集成平台。PDM系统以产品数据库为底层支持，以BOM为组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织、控制和管理。PDM系统一般是由CAD软件开发商所开发的。因此，同一软件公司的CAD系统和PDM系统能很好的无缝集成，而来自不同软件公司的CAD系统和PDM系统间的集成性就差多了。PDM系统的实施难度比CAD系统要大，因为前者涉及管理、组织等问题。
（4）工作流管理系统：主要用于办公自动化，是企业管理层的信息集成系统。目前工作流管理系统与知识管理系统紧密结合起来，使企业的知识得以共享和保存。�
2.2 网络化
以因特网为代表的网络技术正在制造业中产生越来越大的影响。人类正在进入一个新的时代——网络经济时代，在制造业中，也正在出现一种新的模式——网络化制造模式。在网络化制造中，新的网络空间与传统的物理空间紧密结合，产生出各种新思想、新观点、新方法和新系统。制造企业将利用因特网进行产品的协同设计和制造；通过因特网，企业将与顾客直接联系，顾客将参与产品设计，或直接下订单给企业进行定制生产，企业将产品直接销售给顾客；由于因特网无所不到，市场全球化和制造全球化将是企业发展战略的重要组成部分；由于在因特网上信息传递的快捷性，并由于制造环境变化的激烈性，企业间的合作越来越频繁，企业的资源将得到更加充分和合理的利用。企业内联网(Intranet)/外联网(Extranet)也将极大地改变企业内的组织和管理模式，将有效地促进企业员工的信息和知识的交流和共享〔5〕。
2.3 敏捷化
进入21世纪，企业将面对日益激烈的国际化竞争的挑战，另一方面，企业可以利用制造全球化的机遇，专注发展自己有优势的核心能力及业务，而将其它任务外包和外协。企业将变得更加敏捷，对市场的变化将有更快的反应能力。但这些需要新的信息技术的支持，如供应链管理系统，促进企业供应链反应敏捷、运行高效，因为企业间的竞争将变成企业供应链间的竞争；又如客户关系管理系统，使企业为客户提供更好的服务，对客户的需求作出更快的响应。
2.4 虚拟化
虚拟制造可以简单地理解为“在计算机内制造”，通过应用集成的、用户友好的软件系统生成“软样机”，对产品、工艺和整个企业的性能进行仿真、建模和分析。虚拟制造包括：虚拟设计、虚拟装配和虚拟加工过程。新产品的开发需要考虑很多因素。例如在开发一种新车型时，其美学的创造性要受到安全性、人机工程学、可制造性及可维护性等多方面的制约。在虚拟设计中，利用虚拟原型在可视化方面的强大优势以及可交互地探索虚拟物体的功能，对产品进行几何、制造和功能等方面的交互建模与分析，快速评价不同的设计方案，可以从人机工程学角度检查设计效果，设计师可直接参与操作模拟，移动部件和进行各种试验，以确保设计的准确性。这种技术的特点是：①及早看到新产品的外形，以便从多方面观察和评审所设计的产品；②及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题；③及早对产品的可制造性有清楚的了解。美国波音飞机公司在设计波音777飞机中采用了虚拟制造技术。采用飞行仿真器及虚拟原型技术在各种模拟的条件下，对飞机进行飞行试验。�
2.5 智能化
例如，随着CAD系统中知识的积累，CAD系统的智能化程度将大幅度提高。这种智能化具体表现为：①智能地支持设计者的工作，而且人机接口也是智能的。系统能领会设计人员的意图，能够检测失误，回答问题，提出建议方案等；②具有推理能力，使不熟练的设计者也能做出好的设计来。�
2.6 绿色化
包括绿色产品和绿色制造。要求产品的零部件易回收、可重复使用、尽量少用污染材料、在整个产品的制造和使用过程中排废少、对环境的污染要尽可能的小、所消耗的能量也尽可能的少。要求制造和使用具有洁净性。产品和制造过程的绿色化，不仅要求企业把环境保护当作自己的重要使命，同时也是企业未来生存和发展的战略。因为不注意环境保护的企业将被市场所淘汰。�
3 大批量定制
当前我国已进入买方市场，一般产品和一般的制造能力严重过剩；随着市场竞争的国际化，用户可以在更广泛的范围内选择自己需要的产品，用户对产品的质量、价格和新颖性的要求越来越高。许多企业都在探索如何在这种新环境中生存和发展。大批量定制(MC, Mass Customization)就是一种很有前途的生产模式。大批量定制又称大规模定制、大规模客户化生产、批量定制、批量客户化等〔6〕。
从理论上讲，大批量定制要实现以大批量的低成本和短交货期生产用户定制的单件产品，但实际上，大批量定制可以看作是一种低成本、快速满足用户个性化需求的产品设计、制造和营销的新概念、新模式和新实践。大批量生产和单件产品的定制生产一直是两种水火不相容的生产方式。实现大批量定制不仅仅是技术问题，还涉及到组织、管理和技术的全面变革。真正实现大批量定制也并非是一个企业的事情，需要全行业、全社会的共同努力。因此，大批量定制是一个大系统工程。�
大批量定制从产品和过程两个方面对制造系统及产品进行了优化，或者说产品维（空间维）和过程维（时间维）的优化。其中，产品维优化的主要内容是：�
(1)正确区分用户的共性和个性需求；�
(2)正确区分产品结构中的共性和个性部分；�
(3)将产品维的共性部分归并处理；�
(4)减少产品中的定制部分。�
过程维优化的主要内容是：�
(1)正确区分生产过程中的大批量生产过程环节和定制过程环节；�
(2)减少定制过程环节，增加大批量生产过程环节。�
图2描述了大批量定制中的产品维和过程维优化的基本原理。这里将企业产品中的各种零部件分为两大类，一类是通用零部件，另一类是定制零部件。产品维优化方向是减少定制零部件数。这里还将产品的生产环节分成两部分，一部分是大批量生产环节，另一部分是定制环节，过程维优化方向是减少定制环节数。大批量定制的实质是要减少图2中的小矩形面积，理想的情况是该面积为零，但这实际上是不可能的。�
大批量定制的典型案例有：�
(1)美国莱维·斯特劳斯(Levi Strauss)服装公司：该公司可以向用户提供多达近千种不同的款式、花色，加上量体裁衣的服务，以保证用户获得称心如意的牛仔裤。用户只需多付10美元即可根据腰围等个人尺寸在流水线上定制。公司的营业额上升了三成，库存急剧减少，经营成本大幅降低。�
(2)宝洁公司（P＆G）：把洗发剂的配方增加到5万多种，只要顾客能拿出头发的油性酸性指标，就可以按通常价格给顾客定制专用洗发剂。�
(3)日本松下自行车工业公司：每辆车都是根据用户的身体重量和爱好特制的，价格仅比现成的型号高10%，两星期内交货。不同定制的自行车中，大量零部件则是采用标准化战略进行设计和制造的。�
(4)福特公司：发动机的模块化设计，即对6缸、8缸、10缸和12缸等不同规格的发动机结构进行调整，使其绝大部分组件都能通用，以尽可能少的规格部件实现最大的灵活组合。不同规格的发动机可在一条生产线上加工。每年节约数亿美元〔7〕。�
(5)海尔集团：以58大门类9200个规格品种为素材，再加上提供的上千种“佐料”——2万多个基本功能模块，经销商和消费者可自由地将这些“素材”和“佐料”组合，形成独具个性的产品。目前可以提供适合B2B2C的模块化网络家电9万种以上。�
(6)波音公司：面对结构复杂、品种繁多、零件数以百万计的大型民用客机，将飞机中的零部件分为三类：第一类是基本的、稳定的无个性特性件、第二类是用户的可选件、第三类是用户特定的零部件。由于前两类的数量占了一架飞机的工作量90%左右，这样接到订单90%的工作量已经完成或接近完成，这就大大缩短了生产周期，库存量也不高，生产成本也降低了。并且波音公司在飞机模块化设计的基础上，开发了一个飞机配置设计及制造资源管理系统。波音的销售代表在与用户谈判时，可以利用便携式计算机上的这个软件系统与用户协同配置飞机。这一软件能直接从构型库中存取数据。销售人员能向用户展示各种选项将如何影响飞机的价格和重量。这些信息有助于用户作出考虑周全的经营决策。
参考文献
1 顾新建，祁国宁.知识型制造企业. 北京:国防工业出版社，2000
2 晓科. 美国专家预测2001年至2030年间将出现的新兴技术. 中国专利报, 1998-02-18(1)
3 顾新建，祁国宁，等. 机械制造系统工程学.杭州：浙江大学出版社，1996
4 祁国宁，顾新建.计算机集成制造系统方法论. 上海：上海科学技术出版社，1996
5 顾新建，祁国宁，陈子辰. 网络化制造战略和方法. 北京：高等教育出版社，2001
6 〔美〕大卫 M. 安德森, B.约瑟夫.派恩.21世纪企业竞争前沿：大规模定制模式下的敏捷产品开发. 北京：机械工业出版社， 2000
7 薛福康. 登上世界汽车工业的金字塔—记著名美籍华人汽车专家顾永平.光明日报，1999-05-02(1)
8 宜君. 海尔洗衣机：从专为您设计到个性化按需定制. 人民日报网络版，2001-09-05
中国航天冲压发动机技术研讨瞄准世界前沿
当前，各国研制的以导弹武器为代表的飞行器，都在向着更快、更远、更准、更高的目标进发，而实现这一目标的关键技术之一，就在于发动机技术水平的不断提高。8月4日，由航天科工集团公司主办、三院31所承办的我国冲压发动机领域的盛会——2005年冲压发动机技术交流会，吸引了国内数十家科研院所、企业高校的约140名专家、学者到会。航天科工集团公司科技委主任夏国洪、副主任花禄森、黄瑞松参加了会议。
航天产品，动力先行。我国一直非常重视冲压发动机技术的发展，上世纪50年代末，三院31所率先开展了冲压发动机技术的研究，被业界称为“亚非拉，头一家”。经过40多年的发展，现已建立了比较完备的研发体系，研制出多种冲压发动机装备用于型号产品，多项研究成果获得国家科技进步奖。
“目前，各国研制的导弹武器都向着速度更快、射程更远的方向发展，同时，未来的航天运输系统也需要先进的动力系统来支撑。因此，冲压发动机以其特有的先进技术，将成为21世纪航空航天动力的宠儿。”31所所长薛亮对冲压发动机的发展前景做了前瞻式的预测。
其实，冲压发动机技术的“热度”从本次会议收到的100多篇论文中也可见一斑。许多专家学者都把目光瞄准了世界前沿水平。其中，刘兴洲院士所作的《冲压发动机技术研究进展》，从未来战争的一体化、信息化、中远程精确打击等特点出发，引申出冲压发动机的发展需求，并对冲压发动机的一体化设计、燃烧、燃料、材料、控制、试验等技术前沿领域进行了介绍和展望，向与会代表描绘了未来冲压发动机的发展蓝图。
本次会议交流研讨的学术气氛浓厚，许多论文水平较高，是对我国近年来冲压发动机的前沿研究、产品设计和工程实践的经验总结；同时，本次会议使各单位增进了了解，对今后加强合作，促进信息、资源、技术和市场的共享将起到积极作用。
机械设计的水平对产品的质量、性能、研发时间和经济效益等有直接或间接的影响。下文是我为大家整理的关于机械设计方面毕业论文的范文，欢迎大家阅读参考!
浅谈机械零部件设计的新思路
摘 要：机械零部件设计是人类为了实现某种预期目标而进行的一种创造性活动，是人们以长期经验积累为基础，通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据运用条件性计算或类比等方法进行设计。传统设计有很多局限性，因此笔者提出了机械零部件设计的新思路。
关键词：机械;零部件;设计;新思路
机械零部件设计的传统模式是采用手工计算及绘图，虽然现在已有不少设计人员使用了计算机绘图但基本上还停留在计算机绘图的初级阶段段有将计算机在机械零部件设计的优化方面的优势充分发挥出来，就使设计的准确性较差池因为设计思路的老套化，使在生产过程中不断地出现问题设计不断地修改、修正就使其效率更低。
1、设计核心思想――创新思维
1.1运用创造思维
设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现，包括观察力、记忆力、想象力、思维力、表达力、自控力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。它是社会前进、科技进步的基本动力之一，其中想象力和思维力是创造力的核心，它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换，创造表达出新成果的整个创造活动的中心。设计者不是把设计工作当成例行公事，而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动，掌握必要创新方法，加强学习和锻炼启觉开发创造力，成为一个符合现代设计需要的创新人才。创造力的开发可从培养设计人员的创新意识、提高创新能力、士曾加创新实践等方面进行。
1.2运用发散思维
发散思维又称辐射思维，是以欲解决的问题为中心，思维者打破常规，从不同方向，多角度、多层次地考虑问题。通过提出各种不同的解决问题的途径求出多种不同的答案，才从中选出最优解决方案的思维方式。例如若提出“将两个零部件联结在一起”的问题，常规的办法有焊接、胶接、铆接、捆绑、螺栓连接等各种各样的常规方式。但运用发散思维思考以后，就可得到利用电磁力、摩擦力、压合力、抽真空、冷冻等等方法。利用发散思维可能会找到更好的更优化的解决问题的方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一在技术创新和方案设计中具有重要的意义。
1.3运用创新思维
创新思维是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下，将各种信息重新综合集成产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等在求异和突破中体现创新。
2、科学地进行机械零部件设计
2.1把握机械零部件设计的主要内容
机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，是机械总体设计的基础。机械设备中的各种机构和构件及它的各种运动功能，都是通过机械零部件的精心设计、绘制出零部件的加工制造图和各部件的装配图再通过机械制造过程中的精细加工及各合格零部件的组合装配得以实现了机械设备的设计功能。
机械零部件设计的主要内容包括：根据机械设备方案设计和总体设计的要求阴确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算，画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足由零部件设计所决定的机械零部件的综合质量对强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性、精度、加工及装配工艺性、维修、生产成本等方面的要求，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。
2.2严格计算机械零部件的失效形式
机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效，其失效形式主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。故在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析预估失效的可能性采取相应措施，其中包括理论计算及计算准则。
常用的计算准则如下：一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力;二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷的作用下，抵抗弹性变形的能力;三是振动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的机械，在工作时应避免发生共振;四是耐热性准则。为了保证零部件在高温下正常工作，应合理设计其结构及合理选择材料，必要时须采用有效的降温措施;五是耐磨性准则。耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后，将会导致零部件失效报废。只有综合考虑才能最大可能地避免零部件的失效。
2.3正确选择机械零部件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是检验零部件表面质量的主要依据;其选择的合理与否，直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。在机械零部件设计工作中表面粗糙度的选择应用最广的是类比法，此法简便、迅速、有效。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。
在实际应用中，对于不同类型的机器，其零部件在相同尺寸公差的条件下对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。对于不同类型的机器，其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。故在设计工作中，表面粗糙度的选择归根到底还是必须从实际出发，全面衡量零部件的表面功能和工艺经济性才能作出合理的选择。
2.4全面优化机械零部件设计方法
要充分运用机械学理论和方法包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等及计算机辅助分析的不断发展，对设计的关键技术问题能作出很好的处理，一系列新型的设计准则和方法正在形成。计算机辅助设计(CAD)是把计算机技术引入设计过程环节，用计算机完成选型、计算、绘图及其他作业的现代设计方法。
CAD技术促成机械零部件设计发生巨大的变化并成为现代机械设计的重要组成部分。目前，CAD技术向更深更广的方向发展，主要表现为：基于专家系统的智能CAD;CAD系统集成化，CAD与CAM(计算机辅助制造)的集成系统(CAD/CAM);动态三维造型技术;基于并行工程面向制造的设计技术(DFM);分布式网络CAD系统。
参考文献：
[1]王月强：《现代机械产品的零部件设计创新研究》[J]交通世界(建养.机械)，2012(06)
[2]谢志坤/路平/史科科/刘伯聪：《轻量化技术在机床设计中的应用》[J]制造技术与机床，2012(12)
机械设计制造自动化探讨
摘要：本文对机械自动化与传统的机械制造技术进行了比较分析，指出了智能化的机械设计制造成为发展趋势。机械自动化在机械制造上具有低成本、高效率和多功能的有点，能够满足人民生活和生产的多元化需求。本文中论述了机械自动化的设计的原理、优点与效益以及发展方向。
关键词：机械制造自动化原则发展方向
1 机械制造自动化符合设计的原则
1.1 满足对机器的功能要求。
任何一种产品的开发都是为了满足人们某种需求为目的的，不同的产品具有不同的性能。任何机械设计都要能够对输入的物质、能量和信息进行处理，输出需要的物质、信息和能量。机械自动化系统也应该具有这种功能，能够对物质、信息和能量进行处理。机械自动化系统包括和机电一体化产品和机电一体化技术的内容，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。
1.2利用先进技术不断创新。
根据产品或系统的功能不同，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称为加工机。以能量转换为主，输入能量和信息，输出不同能量的系统，称为动力机，其中输出机械能的为原动机。以信息处理为主，输入信息和能量，主要输出某种信息。
机械自动化系统除了具备上述必须的主功能外，还应具备其它内部功能，即 控制功能、动力功能、检测功能、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，便于创造发明和创新。
2 机械自动化系统的优点与效益
2.1生产能力和工作质量提高。
机械自动化产品具有信息自动控制和自动处理的功能，其检测的精度和灵敏度有很大的提高，通过自动化控制系统能够保证机械的能按照计划完成动作，使制造过程不受操作者主观因素的影响，保证最佳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。
2.2使用安全性和可靠性提高。
机械自动化系统都有报警、监视、诊断和保护等功能。如果在工作中遇到过流、过压、过载、短路等电力故障时，能够自动停止工作，保护机械设备的完好，避免或减少人身事故，提高了设备的安全性。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。
2.3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产品，可以事先存入若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动工作。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。
2.4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。
3机械设计制造及其自动化的发展方向
3 .1智能化。
智能化是21 世纪机械自动化技术发展的一个重要发展方向。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、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部分智能，则是完全可能而又必要的。
3.2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。
3.3网络化。
网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、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，只要其功能独到，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。
3.4微型化。
微型化指的是机械自动化向微观领域发展的趋势。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1 cm3的机械自动化产品，并向微米、纳米级发展。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拟的优势。微机械自动化发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。
4结论
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键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。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，为机电一体化技术发展开辟广阔的天地。
参考文献：
[1]吴俊松.机械设计制造及其自动化的发展方向[J].黑龙江科技信息，2013(11)：45-46.
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浅论应用ＣＡＤ技术的现代机械设计 摘要：在机械设计中引入CAD技术,可以解决机械企业中重复性设计多、信息资源利用率低的难题,缩短产品开发周期,具有巨大的经济效益和应用前景。 关键词：机械设计；CAD技术 1 CAD技术的发展 CAD(Computer Aided Design)是计算机辅助设计的英文缩写，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和产品数据管理技术（Product Data Management，PDM）及计算机集成制造系统（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一体。 产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(Intelligent CAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。 以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。 2 三维CAD技术在机械设计中的优点 通过实际应用三维CAD系统软件,笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势,具体表现在以下几点: 2.1 零件设计更加方便 使用三维CAD系统,可以装配环境中设计新零件,也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件,既方便又快捷,避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来,使人一目了然。 2.2 装配零件更加直观 在装配过程中,资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系,若装配不正确即予以显示,另外,零件还可以隐藏,在隐藏了外部零件的时候,可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示,对于有一定运动行程要求的,可检验行程是否达到要求,及时对设计进行更改,避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。 2.3 缩短了机械设计周期 采用三维CAD技术,机械设计时间缩短了近1/3,大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时,只需对其中部分零部件进行重新设计和制造,而大部分零部件的设计都将继承以往的信息,使机械设计的效率提高了3~5倍。同时,三维CAD系统具有高度变型设计能力,能够通过快速重构,得到一种全新的机械产品。 2.4 提高机械产品的技术含量和质量 由于机械产品与信息技术相融合,同时采用CAD CIMS组织生产,机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法,如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等,保证了产品的设计质量。同时,大型企业数控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工,一致性很好,保证了产品的质量。 3 CAD技术在机械设计中的应用 3.1 零件与装配图的实体生成 3.1.1 零件的实体建模。CAD的三维建模方法有三种,即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中,都有一些基本体系。如在AutoCAD的三维实体造型模块中,系统提供了六种基本体系,即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件,可通过对其进行结构分析,将其分解成若干基本体,对基本体进行三维实体造型,之后再对其进行交、并、差等布尔运算,便可得出零件的三维实体模型。 对于有些复杂的零件,往往难以分解成若干个基本体,使组合或分解后产生的基本体过多,导致成型困难。所以,仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此,可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓,然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”,进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。 3.1.2 实体装配图的生成。在零件实体构造完成后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位置,按各零件所在的坐标进行“装配”,这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。 3.2 模具CAD/CAM的集成制造 随着科学技术的不断发展,制造行业的生产技术不断提高,从普通机床到数控机床和加工中心,从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE,制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时,模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等,几乎覆盖了整个现代制造技术。 一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基础,进行统一管理,而实体造型是工程数据的主要来源之一。 3.3 机械CAE软件的应用 机械CAE系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后,才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。 4 CAD前沿技术与发展趋势 4.1 图形交互技术 CAD软件是产品创新的工具,务求易学好用,得心应手。一个友好的、智能化的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作中。因此,智能化图标菜单、“拖放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。 4.2 智能CAD技术 CAD/CAM系统应用逐步深入,逐渐提出智能化需求.设计是一个含有高度智能的人类创造性活动。智能CAD/CAM是发展的必然方向。智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库,及时准确地向设计师提供产品开发所需的知识和帮助,智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能,使设计新手也能做出好的设计来,现代设计的核心是创新设计,人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中,用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造,这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。 4.3 虚拟现实技术 虚拟现实技术在CAD中已开始应用,设计人员在虚拟世界中创造新产品,可以从人机工程学角度检查设计效果,可直接操作模拟对象,检验操作是否舒适、方便,及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题,及早看到新产品的外形,从多方面评价所设计的产品.虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程.虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析,以评价其性能,可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等,基于虚拟样机的试验仿真分析,可以在真实产品制造之前发现并解决问题,从而降低产品成本.虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向.另外,随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展,利用基于网络的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技术,实现真正的全数字化设计和制造,已成为机械设计制造业的发展趋势。 参考文献 [1]黄森彬主编.机械设计基础.高等教育出版社. [2]荣涵锐.新编机械设计CAD技术基础〔M〕.北京:机械工业出版社,2002. [3]徐平,虚拟现实技术研究,文秘杂烩网 2009.8.31. [4]葛海霞,刘村.AutoCAD2004/2005辅助设计[M].上海:上海科学普及出版社,2004. [5]秦志峰,齐月静,胡仁喜,等.AutoCAD2005机械设计及实例解析[M].北京:机械出版社,2005.
