装备制造业论文

机械工程导论论文专业：机械设计制造及其制动化 姓名： 学号： 对于刚刚进入大学的我来说，对机械知之甚少，但谢峰教授带着 我们徜徉于机械的历史长河里，一路走来，让我们大概地了解了世界 机械的发展，更是对中国的机械历史有了相对更深的了解。 机械设计制造及其自动化专业的学生主要学习机械学、 微电子技 术和控制论的基本理论和方法，受到现代机械工程是的基本训练，具 有从事港口起重运输机械与控制或流体传动与控制活模具成型等方 面的能力。本专业的主干学科为力学和机械工程，主要实践性教学环 节包括军训、金工等。机械行业是一个国家的基础性和支柱性产业， 在国民经济中占有极其重要的地位，它与上游产业（如钢铁、煤炭、 有色等）和下游产业（如住房、日用消费品等）关系密切，具有很强 的拉动能力。 而机械制造自动化技术始终是机械制造中最活跃的一个 研究领域。也是制造企业提高生产率和赢得市场竞争的主要手段。没 有强大的机械制造业，就不可能实现国民经济的工业化、现代化和信 息化。 下面对机械设计制造及其自动化技术给予论述和展望。 一、世界的机械制造业 (一)从经济上看 世界机械制造业作为世界经济的一个重要组成部分，其发展状况与其所处的外围环境有着紧密的关系， 并受制于经济周期变动的 影响，既表现为对经济周期的敏感性，又表现出一定的滞后性。上世 纪 90 年代至今，世界性机械制造业突出表现为在大波动中发展，显 示其在国民经济尤其是在工业发展中的特殊地位，是防止经济“泡沫 化”的基础；机械制造业贸易呈现极强的地区性，发达国家和发展中 国家之间存在很大的贸易差距， 发达国家在机械生产和贸易领域继续 其霸主地位。从美国、日本、德国等发达国家重视装备制造业的发展 情况来看，不仅在于其在本国工业中生产、出口、积累、就业等方面 的贡献率均占前列，更在于装备制造业为新技术、新产品的开发和生 产提供重要的物质技术，是经济高级化不可或缺的战略性产业。 （二）从技术上看 机械制造自动化技术自本世纪 20 年代出现以来，经历了三个阶 段，即刚性自动化、柔性自动化和综合自动化。综合自动化常常与计 算机辅助制造、计算集成制造等概念相联系，它是制造技术、控制技 术、现代管理技术和信息技术的综合，旨在全面提高制造企业的劳动 生产率和对市场的响应速度。 环境保护的压力和信息技术的广泛应用 给机械制造自动化技术的发展带来新的机遇和挑战，高技术化、信息 化、绿色化、全球化成为发展的总趋势。 二、我国的机械制造业 (一)我国机械制造业现状 新中国成立以来，经过近半个世纪的发展，特别是改革开放 20 多年来，机械制造业广泛应用微电子技术，采用先进制造技术，培育高新技术产业，增强了发展后劲；企业的产品结构、技术结构有 了较大调整，用微电子改造传统产业取得较大进展；掌握了一批重大 技术装备及重大成套设备的核心、关键技术，为国民经济各部门服务 的本领不断增强。通过技术改造，一批先进的新型、高效、高精度制 造工艺技术在机械制造业中得到广泛应用。 “九五”“十五”期间是 、 机械制造业推进结构调整，转变经济增长方式，实现稳定、持续发展 的重要时期，机械制造业的改革与发展取得了重大成就：一大批重要 产品技术水平明显提高，企业技术创新能力不断增强，为国民经济建 设提供了大量的技术装备；一些重要产品产量跃居世界前列，市场占 有率不断提高；经济总量占世界机械制造业总量的比重不断加大；出 口创汇位居全国各行业前列，成为中国出口创汇的第二大产业，并具 有较大发展潜力。中国机械制造业已建立起门类齐全、实力比较雄厚 的物质技术基础，基本形成了具有自主制造能力的国民经济装备体 系。然而机械制造业长期存在的产品质量低、产品结构和产业结构不 合理、自主开发能力弱的状况没有得到根本的转变。从而延缓了机械 制造业赶超世界先进水平的进度， 使得机械制造业企业和产品在总体 上缺乏国际市场竞争能力。 目前， 制约我国机械装备制造业发展的瓶颈之一是技术创新能 力不足。 我国机械装备制造行业原有的创新体系已不适应新时期的国 际竞争要求，而新的创新体系尚未形成。 （二）我国机械制造业趋势与前景 党的“十六大”明确提出了全面建设小康社会和振兴装备制造业的要求；胡主席同志在“十七大”报告中，也着重提到“提高自主创 新能力，建设创新型国家” ，这是国家发展战略的核心，是提高综合 国力的关键； 南水北调、 西气东输、 西电东送等一大批国家重点工程， 以及全国蓬蓬勃勃开展的城镇化建设，都会带动机电产品的发展，这 为机械制造业的增长创造了市场需求； 世界范围内的产业转移为我国 机械制造业发展提供了机遇。在经济日益全球化的今天，我国机械制 造业加工能力大、成本低、人力资源丰富的比较优势，使机械产品扩 大出口有了现实的机遇和很大的潜力。 同时也为我国低成本机械产品 成为世界的加工中心提供了可能。由此可见，我国机械制造业将保持 良好的增长势头，进一步发挥对国民经济的支柱作用。 胡主席同志在十七大报告中明确提出， “我们必须始终保持清醒 头脑，立足社会主义初级阶段这个最大的实际，科学分析我国全面参 与经济全球化的新机遇新挑战，全面认识工业化、信息化、城镇化、 市场化、国际化深入发展的新形势新任务，深刻把握我国发展面临的 新课题新矛盾，更加自觉地走科学发展道路，奋力开拓中国特色社会 主义更为广阔的发展前景中国是世界上机械发展最早的国家之一。中国的机械工程技术不但历史悠久， 中国是世界上机械发展最早的国家之一。中国的机械工程技术不但历史悠久， 而且成就十分辉煌， 而且成就十分辉煌，不仅对中国的物质文化和社会经济的发展起到了重要的促 进作用，而且对世界技术文明的进步做出了重大贡献 传统机械方面， 贡献. 进作用，而且对世界技术文明的进步做出了重大贡献.传统机械方面，我国在很 长一段时期内都领先于世界。 长一段时期内都领先于世界。到了近代由于特别是从 18 世纪初到 19 世纪 40 年 由于经济社会等诸多原因，我国的机械行业发展停滞不前， 代，由于经济社会等诸多原因，我国的机械行业发展停滞不前，在这 100 多年 的时间里正是西方资产阶级政治革命和产业革命时期，机械科学技术飞速发展， 的时间里正是西方资产阶级政治革命和产业革命时期，机械科学技术飞速发展， 远远超过了中国的水平。 远远超过了中国的水平。这样，中国机械的发展水平与西方的差距急剧拉大，到 到 十九世纪中期已经落后西方一百多年。 十九世纪中期已经落后西方一百多年。 新中国建立后特别是近三十年来，我国的机械科学技术发展速度很快。 新中国建立后特别是近三十年来，我国的机械科学技术发展速度很快。向 机械产品大型化，精密化、自动化和成套化的趋势发展。 机械产品大型化，精密化、自动化和成套化的趋势发展。在有些方面已经达到 或超过了世界先进水平。 的来说， 或超过了世界先进水平。总的来说，就目前而言中国机械科学技术的成就是巨 大的，发展速度之快，水平之高也是前所未有的。这一时期还没有结束， 大的，发展速度之快，水平之高也是前所未有的。这一时期还没有结束，我国的机械科学技术还将向更高的水平发展。只要我们能够采取正确的方针、政策、 的机械科学技术还将向更高的水平发展。只要我们能够采取正确的方针、政策、 用好科技发展规律并勇于创新， 我国的机械工业和机械科技一定能够振兴， 重新 用好科技发展规律并勇于创新， 引领世界机械工业发展潮流。 工程材料是指固体材料领域中与工程（结构、零件、工具等）有关的材料，主要 应用于机械制造、航天航空、化工、建筑与交通等部门。依据不同的分类方法， 工程材料的种类繁多。按其应用领域可分为机械工程材料、建筑工程材料、电子 工程材料、航空材料等。按其性能特点可分为结构材料和功能材料：结构材料义 力学性能为主，兼有一定的物理、化学性能；功能材料是以特殊物理、化学性能 为主，如电、磁、光、热、声学、生物等功能和效应及其转换特性的材料。结构 材料用量极大，是当代社会的主要材料；功能材料目前用量虽小，但却是高技术 的关键，是知识密集、技术密集、附加值高的新材料。由于受论文题目的限制， 在这里就不过多讲其他材料，就讲讲这被说得非常“厉害”的宠儿——功能材料。 其实功能材料的发展历史与结构材料一样悠久，只不过相比于结构材料来 说，其用量在某种程度上比不过，不过其重要性并未被忽视，随着电力技术的发 展，电功能材料和磁功能材料已得到较大的进步；20 世纪 50 年代微电子技术的 发展，半导体电子功能材料迅速发展；60 年代出现的激光技术，70 年代的光电 子技术也发展了相应的功能材料；进入 80 年代后，新能源功能材料和生物医学 功能材料迅猛崛起，随着科学技术的发展，功能材料的品种越来越多，其应用范 围也越来越广，在国民经济中的地位将与日剧增。 机械制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收 再生的整个过程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为目标,包含物质流、 信息流和能量流的完整的系统工程。随着社会的发展,人们对产品的要求也发生 了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要 合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要 求,就必须采用先进的机械制造技术。 1 先进制造技术的特点 是面向 21 世纪的技术 先进制造技术是制造技术的最新发展阶段，是由传统的制造技术发展起来的，既 保持了过去制造技术中的有效要素，又要不断吸收各种高新技术成果，并渗透到 产品生产的所有领域及其全部过程。 先进制造技术与现代高新技术相结合而产生 了一个完整的技术群，它是具有明确范畴的新的技术领域，是面向 21 世纪的技 术。 是面向工业应用的技术 先进制造技术并不限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品开发 及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将 它们结合成一个有机的整体。先进制造技术的应用特别注意产生最好的实际效 果，其目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长。目的是要提 高制造业的综合经济效益和社会效益。 是驾驭生产过程的系统工程 先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新 材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服 务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合，使制 造技术成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。 是面向全球竞争的技术 20 世纪 80 年代以来，市场的全球化有了进一步的发展， 发达国家通过金 融、经济、科技手段争夺市场，倾销产品，输出资本。随着全球市场的形成，使 得市场竞争变得越来越激烈， 先进制造技术正是为适应这种激烈的市场竞争而出 现的。因此，一个国家的先进制造技术，它的主体应该具有世界先进水平，应能 支持该国制造业在全球市场的竞争力。 是市场竞争三要素的统一 在 20 世纪 70 年代以前，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很 快就会有相同功能的产品跟着上市。因此，市场竞争的核心是如何提高生产率。 到了 20 世纪 80 年代以后， 制造业要赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生 产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的矛盾。先进制造技术把 这三个矛盾有机结合起来，使三者达到了统一。 2 先进机械制造技术的发展现状 近年来，我国的制造业不断采用先进制造技术，但与工业发达国家相比，仍 然存在一个阶段性的整体上的差距。 （1）管理方面。工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、 生产模式的更新发展，推出了准时生产（JIT） 、敏捷制造（AM） 、精益生产（LP） 、 并行工程（CE）等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算 机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。 （2） 设计方面。 工业发达国家不断更新设计数据和准则， 采用新的设计方法， 广泛采用计算机辅助设计技术（CAD/CAM） ，大型企业开始无图纸的设计和生产。 我国采用 CAD/CAM 技术的比例较低。 （3）制造工艺方面。工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微 细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工 技术以及复合加工技术等新型加工方法。 我国普及率不高， 尚在开发、 掌握之中。 （4）自动化技术方面。工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制 造单元（FMC） 、柔性制造系统（FMS） 、计算机集成制造系统（CIMS） ，实现了柔 性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔 性制造单元和系统仅在少数企业使用。 3 我国先进机械制造技术的发展趋势 （1）全球化。一方面由于国际和国内市场上的竞争越来越激烈，例如在机械 制造业中，国内外已有不少企业，甚至是知名度很高的企业，在这种无情的竞争 中纷纷落败， 有的倒闭， 有的被兼并。 不少暂时还在国内市场上占有份额的企业， 不得不扩展新的市场；另一方面，网络通讯技术的快速发展推动了企业向着既竞 争又合作的方向发展，这种发展进一步激化了国际间市场的竞争。这两个原因的 相互作用，已成为全球化制造业发展的动力，全球化制造的第一个技术基础是网 络化，网络通讯技术使制造的全球化得以实现。 （2）网络化。网络通讯技术的迅速发展和普及，给企业的生产和经营活动带 来了革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可 以异地或跨越国界进行。 此外， 网络通讯技术的快速发展， 加速技术信息的交流、 加强产品开发的合作和经营管理的学习， 推动了企业向着既竞争又合作的方向发 展。 （3）虚拟化。制造过程中的虚拟技术是指面向产品生产过程的模拟和检验。 检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标，进行生产过程计划、组织管理、车间调 度、供应链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真，通过仿真软 件来模拟真实系统，以保证产品设计和产品工艺的合理性，保证产品制造的成功 和生产周期，发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。 （4）自动化。自动化是一个动态概念，目前它的研究主要表现在制造系统中 的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划 和调度、柔性制造技术和适应现化生产模式的制造环境等方面。制造自动化技术 的发展趋势是制造全球化、制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化 和制造绿色化。 （5）绿色化。绿色制造则通过绿色生产过程 、绿色设计、绿色材料、绿色 设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品，产品使用完以后再通 过绿色处理后加以回收利用。 采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面 影响，同时使原材料和能源的利用效率达到最高。 4 结语 制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志,也是国际间科技竞 争的重点。我国正处于经济发展的关键时期,制造技术是我们的薄弱环节。只有 跟上发展先进制造技术的世界潮流,将其放在战略优先地位,并以足够的力度予 以实施,才能尽快缩小与发达国家的差距,才能在激烈的市场竞争中立于不败之 地。总之,在我国研究和发展先进制造技术势在必行。

随着我国装备制造业的快速发展,机械制造及其自动化技术也得到了长足的发展。下文是我为大家搜集整理的关于发表机械制造论文的内容，欢迎大家阅读参考!

浅析机械制造中的安全控制系统

摘要 目前,在机械制造系统中,安全控制系统的可靠性是衡量该台机械是否符合安全要求的重要依据。本文在分析安全控制系统基本概念基础上,对于安全逻辑控制设备组成及特点进行详细分析,对于保证机械制造系统中的安全问题具有一定作用。

关键词 机械制造;安全控制系统;设备特点;安全继电器;PLC;安全总线

0 引言

机械的安全性就是机械安全使用说明书规定的预定使用条件下执行其功能和在运输、安装、调整、拆卸和处理时不产生伤害或危害健康的能力。任何一台机械都有风险,会导致危险。这些风险和危险都会导致事故的发生、对人员造成伤害。当我们能够关注机械本身的安全性能的时候,其安全功能应该由安全自动化控制系统来实现。安全控制系统的正确设计会影响到机械的安全性能。安全控制系统的可靠性是衡量该台机械是否符合安全要求的重要依据[1],本文对于相关问题进行分析。

1 安全控制系统

所谓的安全(控制)系统,是在开车、停车、出现工艺扰动以及正常维护、操作期间对生产装置提供安全保护。一旦当工厂装置本身出现危险,或由于人为原因而导致危险时,系统立即做出反应并输出正确信号,使装置安全停车,以阻止危险的发生或事故的扩散。它包括了现场的安全信号,如紧急停止信号、安全进入信号、阀反馈信号、液位信号等,逻辑控制单元和输出控制单元[2]。无论在机械制造领域还是在流程化工领域,安全控制系统是整个系统运转中不可或缺的一部分。

从安全控制系统的结构图我们可以看出,安全控制链由输入(如传感器)、逻辑(如控制器)、输出(如触发装置)构成。从逻辑上来说,对于安全信号的控制功能可以采用普通继电器、普通PLC、标准现场总线或DCS 等逻辑控制元器件,从表面上达到我们所需要的逻辑输出。但是,我们可以注意到,普通继电器、普通PLC、标准现场总线或DCS 不属于安全相关元器件或系统。它们在进行安全相关控制的时候可能会出现以下安全隐患:处理器不规则、输入/输出卡件硬件故障、输入回路故障(比如短路、触点融焊)、输出元器件故障(如触点融焊)、输出回路故障(如短路、断路)、通讯错误等。这些安全隐患,都会导致安全功能失效,从而导致事故的发生。所以,安全控制系统就是要求能够可靠的控制安全输入信号,一旦当安全输入信号变化或安全控制系统中出现任何故障,立即做出反应并输出正确信号,使机器安全停车,以阻止危险的发生或事故的扩散。

安全控制系统的硬件主要采取了以下措施来达到安全要求:1)采用冗余性控制;2) 采用多样性控制;3)频繁、可靠的检测(对硬件、软件、通讯);4) 程序CRC 校验;5) 安全认证功能块。

常见的安全输入设备包括由紧急停止设备、安全进入装置(安全门开关或联锁装置)、安全光电设备(安全光幕、安全光栅、安全扫描仪)。安全逻辑部分常采用安全继电器、安全PLC 和安全总线系统。

2 安全逻辑控制设备

逻辑控制设备是整个安全控制系统中最重要的一部分。它需要接收安全信号,进行逻辑分析,可靠的进行安全输出控制。现代自动化安全控制领域中,安全系统的控制元器件有安全继电器、安全PLC 和安全总线控制系统。

安全继电器

安全继电器,或者称为安全继电器模块,是最简单的安全逻辑控制元器件。其特点是采用了冗余的输出控制和自我检测的功能,实现了对输出负载的可靠控制。

该模块的存在2 个安全输出触点,这两个安全输出触点在内部是由来自2个不同的特殊继电器K1 和K2 的常开触点串连而组成。当K1 出现故障的时候,K2 依然可以实现安全触点断开的功能。同时,安全继电器模块可以通过内部电路进行自检,检测出外部接线故障和内部元器件的故障。

安全可编程控制器

安全可编程控制器采用了多套中央处理器进行控制,并且这些处理器来自不同的生产商。这样的控制方式符合了冗余、多样性控制的要求。这是安全PLC 与普通PLC最根本的区别。当一定数量的处理器出现故障后,完好的处理器依然执行安全功能,切断所有安全输出使系统停机。导致系统停机的处理器的故障数量取决于不同的系统。如,1oo2 系统(2 取1 的系统),一旦一个处理器出现故障,系统立刻进入故障安全状态;又如,2oo3 系统(3 取2 的系统),当一个处理器出现故障,系统并不会停机。系统只有在2个处理器同时出现故障的情况下才会导致系统停机。前者我们通常成为2 重冗余系统,安全可靠性较高、可用性较低;后者我们通常成为3 重冗余系统,其安全可靠性和可用性较高,但相比前者成本高。

对于信号的采集、处理和输出的过程,安全PLC 都采用了冗余控制的方式。当信号进入PLC 后,分别进入多个输入寄存器,再通过对应的多个中央处理器的处理,最后进入多个输出寄存器。这样,安全PLC 就构成了多个冗余的通道。整个过程之中,信号状态、处理结果等可以通过安全PLC 内部的暂存装置进行相互比较,如果出现不一致,则可以根据不同的系统特性,进入故障安全状态或将故障检测出来。

输入回路可以采用双通道的方式,通过2 条物理接线进入安全PLC。安全PLC也可以提供安全测试脉冲,用以检测输入通道中的故障。安全PLC 的输出内部电路也采用了冗余、多样性的方式,对一个输出节点进行安全可靠控制。安全PLC 可以通过2 种不同的手段,即切断基极信号和切断集电极电源两种不同的方式,将输出信号由1 转变为0。无论那种方式出现故障,另外一种方式依然完好的执行安全功能。同时,安全PLC 提供了内部检测脉冲,以检测内部故障。

安全PLC 的扫描时间要求为每千条指令1ms 以下。快速的中央处理功能不仅可以达到紧急停车的要求,同时能够以较短的时间完成整套系统的安全功能自检。

在软件方面,安全PLC 必须有可靠的编程环境、校验手段,以保证安全。这主要可以通过规范安全功能编程来实现。如Pilz 的安全PLC,提供了通过认证的MBS 安全标准功能块,以帮助编程人员进行合理的、安全的编程。这些安全功能块经过加密,不能够修改。我们只需要在功能块的输入和输出部分填入相应的地址、参数和中间变量,即可以完成对安全功能的编程。这些MBS 功能块涵盖了机械制造领域及流程化工领域的安全功能控制。

安全总线控制系统

安全现场总线系统是以安全PLC、安全输入输出模块、安全总线构成一套离散式控制系统。硬件和通讯的安全可靠是安全总线控制系统的可靠性判断依据。在硬件上,安全总线系统的模块都采用了冗余、高速的可靠元器件。

3 结论

安全控制系统是一个静态的系统,其监控系统中的安全相关的参数。在系统正常运行期间,安全控制系统不作出任何响应。但是当系统出现异常、或安全相关信号被触发,安全控制系统立刻夺去系统的控制权,根据其内部逻辑,对输出设备进行安全控制,从而保证了整个系统的安全。安全控制系统中的逻辑控制元器件是决定整个安全控制系统安全等级、设计成本、运行质量的重要因素之一。在安全自动化领域,常用的安全逻辑控制元器件包括有安全继电器模块、安全可编程控制系统和安全总线系统。针对不同的应用场合,这些安全逻辑元器件可以配置成合适的安全解决方案。

参考文献

[1]孙清泉,徐卫国,康健.冷轧机自动化安全控制系统[J]. 设备管理与维修,2008,1.

[2]陆武.浅谈故障安全控制系统的通信[J].自动化仪表, 2007,28(1).

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