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現代機械及制造技術發展趨向

2014-03-24 10:46 作者:admin 來源:未知 瀏覽: 字號:

摘要:1.概述 研制高性價比的產品最重要的一個環節是產品的 設計工作,因為產品的設計可賦予產品先天特優、 先天良好、先天一般和先天不足這些至關重要的 本質特性。因此,對絕大多數產品來說,設計在保證 產品質量的過程中起著頭等重要的作用。為搞好產品 設計,

1.概述
    研制高性價比的產品最重要的一個環節是產品的
設計工作,因為產品的設計可賦予產品“先天特優、
先天良好、先天一般和先天不足”這些至關重要的
本質特性。因此,對絕大多數產品來說,設計在保證
產品質量的過程中起著頭等重要的作用。為搞好產品
設計,國內外科技工作者進行了大量的研究工作,提
出了數十種設計方法,這么多的設計方法,對于初學
設計的人來說,真使人眼花繚亂,無所適從。那么如
何運用這些方法對產品進行設計呢?本篇給從事產品
設計的工程技術人員一個比較清晰的概念,一條較為
明確的思路,使其了解、掌握與運用這些設計方法,
有效地完成產品設計工作。
    現代機械與制造技術發展趨向可歸納為以下4個
主要方向:“極端制造”方向、綜合集成方向、信息
化方向和綠色化方向,還可進一步細分為12個具體
方向:大型化(或微型化)、高速化(或高效化)、
精密化、專用化(或柔性化)、綜合化、集成化、模
塊化、自動化、智能化、數字化、網絡化和綠色化,
簡稱為高、大(或微)、精、專(或柔)、綜、集、
模、自、智、數、網、綠(見圖33. 1-1)。

2“極端制造”方向
目前,有些專家所提出的“極端制造”方向即高、大(或微)、精、專(或柔)等,F代機械及
制造技術向“極端制造”方向發展,這是必然的趨勢。“極端制造”方向的內容見表33.1-1.
表33.1-1“極端制造”方向的內容
高效化和高速化
        高效化和高速化的主要目標是提高產品的工效,幾乎所有產品都要求有較高的工效,產品的高速
化是提高產品工作效率的主要手段之一.
大型化
  大型化是目前機械裝備的一個主要發展方向。由于工藝過程及工程施工的需要,以及工程建設規模
不斷擴大等,常常要采用更大的機械設備,例如,大樓愈來愈高,修建的公路愈來愈寬。因此.應用
于這些工程中的施工機械,如起重機和攤鋪機等也必須要向大型化方向發展。此外,設備的大型化可
以顯著提高其工效。運輸原油的油輪,最大的噸位可達數十萬噸、最大的民用客機可以運載500 -- 600
名乘客,十分明顯,增大設備和運載工具的容積,可以大大提高它的使用效率與經濟效益.
微型化
  徽型化與大型化相對應.也是設備發展的“極端”方向。微機電系統(MEM5)是一些科學技術
發達的國家所高度關注的技術方向。由于工作的需要,不少機械必須做得很小;許多電子設備,如
分子存儲器和原子存儲器等的尺寸都很小;芯片加工設備等也必須隨若芯片尺寸的減小及單位面積
內的元件數全的增加而縮小它的尺寸.
精密化
  對機械產品精度的要求,一方面是由于產品工作的需要,如加工精度不高的產品,對它的功能、
結構性能(工作壽命等)、工作性能(工作穩定性等)和工藝性熊(裝配性等)都會產生不良的影
響;另一方面,由于有些機器的零部件的尺寸愈來愈小,沒有足夠的精度,就無法完成所要求的工
作。如芯片的加工,已經達到納米級精度的要求。
專用化
專用化是某一類機械產品的基本方向。生產某種專用零件的機床,如生產標準件的機床,只有在
專用化的條件下,才會有較高生產率和較高的工效。
柔性化
  柔性化是另一類機械產品的基本要求。對于一般個別或小批童生產的零件,采用具有柔性化的機
床更為適宜,一種機床可以生產許多不同形狀和不同規格尺寸的零件。在一種機器中只要對其中的
個別機構或零件稍加改變,就能實現多種功能,完成多種工作.
      “極端”方向還有更廣泛的內容,例如,多功能、高度的綜合和集成、極端環境(超高壓、超高
溫、高真空度、高能量密度及高危場所等)、低能耗、低污染等。
3“綜合集成”的方向
    綜合集成的方向包括綜合化、集成化和模塊化,詳細內容如下.
表33.1-2“綜合集成”方向詳細內容
綜合化
  絕大多數零件很難依靠單一工序來完成它的加工制造,而將多種功能綜合在一起可能完成整個生
產工藝過程,其所得到的好處自然十分明顯;另一方面,從產品的使用功能角度出發,一種產品如
果在不增加太多零部件的情況下,能夠完成更多的功能,即有更多的用途,這往往是用戶提出的要
求和希望。例如,某些工程機械和某些加工中心就具有這一特點,它可以完成多種工作,一種機
器,可以根據要求完成許多不同的功能。
集成化
  計算機集成生產系統(CIMS )是案設計、制造和管理等為一體的生產系統。許多生產線也都是
集多種工序為一體的機械系統。在冶金工廠,為了完成某種鋼材的生產,它往往僻要許多工藝過
程.要將這些工藝過程集成起來,以達到成材和獲得最終產品的目的。集成化可以考慮生產過程的
整體性,避免由于獨立地完成某些作業而忽略這些工作中的相互依賴帶來的不足,從而獲得較好的
工藝效果和經濟效益。任何一種產品的生產都必須從系統工程的觀點出發考慮問題,避免工作中出
現片面性。
模塊化
  許多產品常常將其部件分成幾個相對獨立的部分,即將產品分成多個模塊,其目的是為了使產品
在使用、運輸、檢修、維護,甚至是回收再利用的過程中,得到最理想的效果。這種模塊式組合可
使產品獲得良好的制造工藝性、裝配性、維修性、可回收性及經濟性等.
4“信息化”的方向
“信息化”的方向包括自動化、智能化、數字化和網絡化,其內涵如下:
表33.1-3“信息化”方向的內涵
自動化
  自動化的提出最初是以減輕人的體力勞動、提高設備工效為目的的,自動化對解放人的體力勞動
和部分腦力勞動發揮積極的作用;同時,自動化還可以提高勞動者手工勞動難以獲得的加工精度,
從而可以提高工作效率或避免人工操作過程中可以產生的意外失誤。隨著科學技術的發展,自動化
的含義已經發生了深刻的變化,目前,“自動化”已經由自動控制、自動調節、自動補償和自動辨
識等逐漸發展到自學習、自組織、自維護和自修復等更高的水平.
智能化
  智能化有兩種含義,一是作為完成工作的手段,如用計算機等來完成各種工作,二是作為產品要
實現的目標(本篇提出的智能化,它所表現的形式是目標和手段的綜合)。機器人具有一定的智能
化程度,許多機械設備也正在向智能化方向發展,所以說智能化是產品發展的主導方向之一。設備
的智能化和數字化設計可以使產品的使用性能得到提高,更具體地說,產品的工效實用性、工作德
定性和指標優越性能得到具體的實現。例如,數控機床可以通過數控系統對加工過程實現控制,提
高了加工過程的精確性和可靠性。再如機器人及機器人化工程機械,它們具有不同的智能程度,具
有一定智能化程度的產品較一般產品更能滿足人們的要求。一般來說,從價格上來看,這類產品較
一般產品更高,但對多數產品來說,經過統籌考慮是合算的.
數字化
  數字化是信息化的核心,“數字化”處理和“模擬化”處理相比,有許多優點,如信息精確、信
息安全、信息容最大等。目前在制造領域,出現了數字工廠、數字制造、數字裝o數字化制造是
制造技術、計算機技術、網絡技術和管理科學技術的交叉、融合、發展和應用的結果。數字化的最
大特點是可以大大提商設備的精確度,例如,數字化電視機的清晰度較一般電視機要高得多:數字
化加工設備的加工精確度也較一般加工設備為高.
網絡化
  網絡化是在設備設計、制造和使用過程中采用網絡技術。網絡技術的發展為機械產品的設計和制
造提供了一個十分有利的手段,協同設計和制造、遠程設計與制造,以及并行設計和制造,都可以
通過網絡來實現。這樣設計與制造工作可以在不同地點通過網絡通信,快速地完成各項工作,顯著
加快設計與制造速度,縮短設計與制造周期,從而可以完成產品的敏捷設計和敏捷制造。網絡化設
計制造是信息時代的特點之一.
5 綠色化方向
    綠色化是科學發展觀中特別強調的方向。人類社
會發展過程中必然會遇到人類與自然之間出現相互矛
盾的情況,人口的不斷增加、資源總量的相對局限性
和短缺、生產過程對人類與環境所造成的污染,自然
而然地出現人與自然之間的不協調性和矛盾。“綠
色”首先是從環境保護角度引伸出來的,其目的是
使人類社會與自然界在發展過程中趨于協調與和諧。
制造業的發展要在產品研究、設計、生產、使用、廢
物回收的全過程中考慮環境保護的問題,既要考慮保
護自然環境和資源的合理利用,還要考慮保護社會環
境、生產環境,更要考慮勞動者及使用者的身心健
康。
    綠色化方向包括綠色設計的材料選擇與管理、產
品的可回收性設計、產品的裝配與可卸性設計、產品
包裝設計、綠色產品的成本分析和綠色產品設計數據
庫與知識庫等,其內容見表如下:
表33.1-4“綠色化”方向的內容
綠色設計的材料選擇與管理
  綠色設計要求產品設計人員要改變傳統選材程序和步驟,選材時不僅要考慮產品的使用條件和性
能,而且應考慮環境約束準則,同時必須了解材料對環境的影響,選用無毒、無污染、無輻射特性
的材料及易于再利用、回收、再制造或易于降解提高資源利用率的材料。除合理選材外,還應加強
材料管理,即一方面不能把含有有害成分與無害成分的材料棍紡在一起;另一方面,達到生命周期
的產品,有用部分要充分回收利用,使其對環境的影響降到最低限度.
產品的可回收性設計
  可回收性設計是在產品設計初期充分考慮其零件材料的回收可能性、回收價值大小、回收處理方
法、回收處理結構工藝等與回收有關的一系列問題,最終達到零件材料資源、能源的最大利用,并
對環境污染為最小的一種設計思想和方法?苫厥招栽O計主要包括:①可回收材料及其標志;②可
回收工藝與方法;③可回收性經濟評價;④可回收性結構設計。
產品的裝配與可卸性設計
  現代機電產品不僅具有優良的裝配性能,還必須具有良好的拆卸性能,而且拆卸設計已成為綠色
設計研究的主要熱點。因為不可拆卸不僅會造成大全可重復利用零件材料的浪費,還會因廢棄物不
好處置,而會嚴重污染環境?刹鹦缎砸笤诋a品設計的初期就將可拆卸性作為結構設計的一個評
價準則,使所設計的結構易于拆卸,維護方便。并可在產品報廢后可再用部分能充分有效地回收和
利用,以達到節約資抓和能撅、保護環境的目的.
產品包裝設計
  在某種程度上,作為產品“嫁衣“的包裝對產品的整體形象、產品競爭力等具有重耍影響。綠
色包裝巳成為產品整體綠色特性的一個重要內容。綠色包裝設計包括優化包裝方案和包裝結構.選
用易處理、可降解、可回收再利用或循環再生的包裝材料.
綠色產品的成本分析
  綠色產品的成本分析與傳統的成本分析截然不同。由于在產品設計初期,就必須考慮產品的回
收、再利用等性能,因此成本分析時,就必須考慮污染物的替代、產品拆卸、重復利用成本、特殊
產品相應的環境成本等。對企業來說,是否支出環保費用,也會形成產品成本上的差異,同樣的環
境目標,在各國或地區間的實際費用也會形成企業間成本的差異。因此,在每一設計決策時都應進
行級色產品成本分析,以便設計出的產品“綠色程度”好且總成本低.
綠色產品設計數據庫與知識庫
  綠色產品設計數據庫與知識庫在綠色產品的設計過程中起著舉足輕重的作用。該數據庫與知識庫
應包括產品生命周期中與環境、經濟、技術、對策等有關的一切數據與知識,如材料成分、各種材
料對環境的影響值、材料自然降解周期、人工降解時間、費用、制造、裝配、梢售、使用過程中所
產生的附加物數A及對環境的影響值,環境評估準則所需的各種判斷標準、設計經驗等.

(責任編輯:laugh521521)
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