《机械设计制造及其自动化发展问题研究开题报告4800字》

机械设计制造及其自动化发展方向研究1.1研究背景在现代化生产过程控制中，执行机构起着十分重要的作用，它是自动控制系统中不可缺少的组成部分。现有的国产大流量电动执行机构存在着控制手段落后、机械传动机构多、结构复杂、定位精度低、可靠性差等问题。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据偏差的比例、积分、微分进行控制的。比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-stateerror）。在积分控制中，控制器的输出与输入偏差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（SystemwithSteady-stateError）本次设计主要研究的是PID控制技术在运动控制领域中的应用，纵所周知运动控制系统最主要的控制对象是电机，在不同的生产过程中，电机的运行状态要满足生产要求，其中电机速度的控制在占有至关重要的作用，因此本次设计主要是利用PID控制技术对直流电机转速的控制。1.2研究意义随着社会的不断发展以及科学技术信息化进程的不断加快，我国社会经济也随之得到迅速发展和提高。机械行业的发展也在不断加快，而机械设计制造行业作为机械行业的重要组成部分，其发展也呈现出较大速度地的提升，机是实现工业化的有效保障。现阶段，由于高新科技的全面推进和发展，工业生产要求也越来越高，可以说，传统的机械设计制造水平已经满足不了现代化工业的需求。因此，需要积极探索新的理念来提高机械设计制造水平，实现将计算机等信息化技术融入其中的自动化发展趋势。本文主要基于机械设计制造及其自动化的特点以及优势进行浅析，并提出了机械设计制造及其自动化的未来发展趋势。机械设计制造及其自动化能够从机械制造、计算机科学、自动化技术、信息技术等出发，在智能化机械上实现加工和生产，从根本上提升了工业效益，已经成为新时期人们关注的焦点。机械设计制造及其自动化的发展成为社会发展的必然要求，机械设计制造及其自动化是一种新型工艺，它能够有效的提高机械生产力，同时还能够有效的保证生产的产品质量，机械设计制造自动化的发展有助于促进现代工业的进步，未来，机械设计制造及其自动化将会朝着更高层次发展。2.1机械设计制造及自动化的趋势当前，对于机械设计制造及其自动化趋势研究的较为丰富，国内学者主要集中于指出有环保性、网络型、智慧型等趋势。张烨（2016）传统的机械制造以手工机械操作为主,工作效率和安全性能较低,机械设计制造与自动化的发展能够有效提高机械生产的安全性、效率性、节约型和环保性,对于促进机械制造业的发展有着重要意义。文章简要介绍了机械设计制造与自动化的发展优势,并对机械设计制造与自动化的未来发展趋势进行了些许分析。明方胜（2017）在工业制造领域中,机械设计制造中开始应用大量先进技术,包括数字技术、计算机技术和信息技术,促使机械设计制造和自动化发展成为了社会生产力提升的关键所在,有助于提升机械设备作业效率和安全性,创造更大的经济效益。本文主要就机械设计制造及其自动化发展趋势进行分析,结合实际情况,提出合理的改善措施。宋如林（2016）随着我国工业信息化的发展以及产业布局的调整,机械设计制造及其自动化的发展符合机器信息化大工业时代背景需求,它有利于提高社会生产效率,提高机械作业过程中的安全性和可靠性。旨在根据国内实际情况下的机械设计制造及其自动化的特点出发,分析机械设计制造及其自动化的发展趋势。王治海（2017）随着社会的发展进步,经济、社会逐渐实现质的飞跃,同时,工业领域也取得非常好的发展成绩。在这个大背景的影响下逐渐诞生了机械设计制造及其自动化,其发展可以从根本上满足社会生产需要,同时可以满足发展的根本需求。2.2机电一体化发展趋向2.2.1数字化微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。2.2.2智能化即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。2.2.3模块化由于机电一体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、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。2.2.4网络化由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。2.2.5人性化机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。2.2.6微型化微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(MicroElectronicMechanicalSystems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。2.2.7集成化集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。2.2.8带源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。2.2.9绿色化科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。2.2.10光机电一体化一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的.因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统.光机电一体化是机电产品发展的重要趋向。2.2.11自律分配系统化——柔性化未来的机电一体化产品,控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件作出不同反应。其特征是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力(柔性)，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。2.2.12全息系统化——智能化今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。除此之外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。2.2.13“生物一软件”化——仿生物系统化今后的机电一体化装置对信息的依靠性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态(工作)时却是稳定的。这有点类似于活的生物摘要：当控制系统(大脑)停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统(大脑)工作时，生物就很有活力。仿生学探究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入探究。这一探究领域称为“生物——软件”或“生物系统”，而生物的特征是硬件(肌体)——软件(大脑)一体，不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋，但有一段漫长的道路要走。2.2.14微型机电化——微型化目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。一、引言二、机械设计制造及其自动化在设计中的原则（一）满足对机械设备功能的要求（二）采用先进的技术三、机械设计制造自动化的特征体现和主要的优势（一）机械设计制造自动化的特征体现1.应用范围的扩大化2.安全性特征3.自动化特征（二）机械设计制造自动化的主要的优势1.提升生产效率，减少劳动力的投入2.提升工人的安全度3.实现机械的调整和维修四、机械设计制造自动化发展现状分析（一）机械设计制造及其自动化技术落后（二）机械设计制造及其自动化品牌落后五、机械设计制造及其自动化的发展趋势（一）机电一体化趋势（二）虚拟化（三）网络化（四）绿色化结论1、确定课题2019年7月2、开题报告2019年8月3、完成初稿2019年12月—2010年3月4、修改定稿2020年4月5、论文答辩2020年5月[1]杨世强.探讨机械设计制造及其自动化的发展趋势[J].中国战略新兴产业,2017,(20):140.[2]王长春,褚鹏.机械设计制造及其自动化的设计原则及发展趋势[J].城市建设理论研究(电子版),2017,(13):125-126.[3]吴立江.机械设计制造及其自动化的特点与优势及发展趋势[J].电子技术与软件工程,2017,(07):139.[4]明方胜.机械设计制造及其自动化发展趋势探究[J].科技展望,2017,27(09):58.[5]蔡晓娜.机械设计制造及其自动化的发展趋势分析[J].科技展望,2017,27(06):61.[6]王哲,张冲,李阔.机械设计制造及其自动化的发展趋势[J].南方农机,2017,48(04):111.[7]柴长青.浅析机械设计制造及其自动化的特点与优势及发展趋势[J].纳税,2017,(0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