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机械概论_百度文库


作者:彩八仙人工计划 2021-01-26 09:17


  机械概论_工学_高等教育_教育专区。机械工程专业的社会作用与发展方向 黄磊 学号 2011010478 (清华大学 精密仪器与机械学系,北京 100084) 摘要:主要介绍了机械工程专业的社会作用和未来发展方向。 关键词:社会作用,未来

  机械工程专业的社会作用与发展方向 黄磊 学号 2011010478 (清华大学 精密仪器与机械学系,北京 100084) 摘要:主要介绍了机械工程专业的社会作用和未来发展方向。 关键词:社会作用,未来发展,人工智能 1 引言 在我的印象里,机械总是与不停转动的齿轮联系在一起,通过机械概论课的学习,我对 机械这个学科的了解加深了。在这里,我谈谈机械工程的重要作用以及它的未来发展方向。 2.机械工程的定义 机械工程是以有关的自然科学和技术科学为理论基础, 结合生产实践中的技术经验, 研 究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的应用 学科。 3 社会作用 随着生产的不断发展, 各种各样的机械越来越多地进入社会的各个领域, 减轻了人们的 劳动强度,提高了生产率。 机械工程所处理的,是把能量及物料转化成可使用的物品。从宏观的角度来看,我们生 活中所接触的每一件物件, 其制造过程均可说与机械工程有关。 机械工程是众多工程学科中 范围最广的一科。从业员需拥有富创造性的智力,充份明了各科学理论的原理,及对不同物 品的需求和特点有充份认识。此外,他更须备有力求追上最新科技发展的意向。机械工程人 员可从事不同行业的工作,包括制造、屋宇设备工程、发电站、海事、交通、环境保护、公 共服务及学术机构等等。 任何现代产业和工程领域都需要应用机械,例如农业、林业、矿山等需要农业机械、林 业机械、矿山机械;冶金和化学工业需要冶金机械、化工机械;纺织和食品加工工业需要纺 织机械、食品加工机械;房屋建筑和道路、桥梁、水利等工程需要工程机械;电力工业需要 动力机械;交通运输业需要各种车辆、船舶、飞机等;各种商品的计量、包装、储存、装卸 需要各种相应的工作机械。 就是人们的日常生活, 也越来越多地应用各种机械了, 如汽车、 自行车、 缝纫机、 钟表、 照相机、洗衣机、冰箱、冷气、吸尘器,等等。机械工程是以有关的自然科学和技术科学为 理论基础,结合在生产实践中积累的技术经验,研究和解决在开发、设计、制造、安装、运 用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的一门应用学科。 3.1 分类 1) 机器制造:生产作为生产资料的机械产品。如农业机械中的拖拉机;工业机电设备中的 轧钢机、炼油厂成套设备、发电机组、各种机床等;交通运输机械设备中的汽车等;建 筑设备中的推土机、搅拌机等;民用消费资料的机电产品,如各种家用电器、自行车、 缝纫机等;还有各种仪器、仪表。 2) 金属制品制造:生产生产资料中的各种配件、备品、工具、容器等,也生产消费资料中 日用金属制,如铝制品、铁丝、标准件、剪刀等。 3) 修理:即对机电设备和金属制品的修理。如对船舶、汽车、农业机械以及各种家用设备 等的 3.2 服务领域。 1) 研制和提供能量转换机械,包括将热能、化学能、原子能、电能、流体压力能和天然机 械能转换为适合于应用的机械能的各种动力机械, 以及将机械能转换为所需要的其他能 量(电能、热能、流体压力能、势能等)的能量变换机械。 2) 研制和提供用以生产各种产品的机械,包括应用于第一产业的农、林、牧、渔业机械和 矿山设备,以及应用于第二产业的各种重工业机械和轻工业机械。 3) 研制和提供从事各种服务的机械,包括交通运输机械、物料搬运机械、办公机械、医疗 器械、通风、采暖和空调设备、除尘、净化、消声等环境保护设备等。 4) 研制和提供家庭和个人生活中应用的机械,如洗衣机、冰箱、钟表、照相机、运动器械 等。 5) 研制和提供各种机械武器。 3.3 工作内容 1) 建立和发展可以实际地和直接地应用于机械工程的工程理论基础。 这方面主要有: 研究 力和运动的工程力学和流体力学; 研究金属和非金属材料的性能及其应用的工程材料学; 研究材料工程力学在外力作用下的应力、应变等的材料力学;研究热能的产生、传导和 转换的燃烧学、传热学和热力学;研究摩擦、磨损和润滑的摩擦学;研究机械中各构件 间的相对运动的机构学;研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计 算的机械原理和机械零件学; 研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金 属工艺学等。 2) 研究、设计和发展新的机械产品,不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品,以适 应当前和将来的需要。这方面包括:调研和预测社会对机械产品的新的要求;探索应用 机械工程和其他工程技术中出现的新理论、新技术、新材料、新工艺,进行必要的新产 品试验、试制、改进、评价、鉴定和定型;分析正在试用的和正式使用的机械存在的缺 点、问题和失效情况,并寻求解决措施。 3) 机械产品的生产。包括:生产设施的规划和实现;生产计划的制订和生产调度;编制和 贯彻制造工艺;设计和制造工具、模具;确定劳动定额和材料定额;组织加工、装配、 试车和包装发运;对产品质量进行有效的控制。 4) 机械制造企业的经营和管理。 机械一般是由许多各有独特的成形、 加工过程的精密零件 组装而成的复杂的制品,生产批量有单件和小批,也有中批、大批,直至大量生产,销 售对象遍及全部产业和个人、 家庭, 而且销售量在社会经济状况的影响下可能出现很大 的波动。因此,机械制造企业的管理和经营特别复杂和困难。企业的生产管理、规划和 经营等的研究也多是肇始于机械工业。生产工程、工业工程等在成为独立学科之前,都 曾是机械工程的分支。 5) 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改 造各产业所使用的机械和成套机械装备, 以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济 性。 6) 研究机械产品在制造过程中, 尤其是在使用中所产生的环境污染和自然资源过度耗费方 面的问题及其处理措施。 这是现代机械工程的一项特别重要的任务, 而且其重要性与日 俱增。 4.未来发展 4.1 人工智能 机械工程是传统的工程技术。 机械可以完成人用双手和双目以及双足双耳直接完成和不 能直接完成的工作,而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂 的机械和机械装置,使过去的许多幻想成为现实。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开 始有了加强并部分代替人脑的科技手段, 这就是人工智能。 这一新的发展已经显示出巨大的 影响,而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系。 过去, 各种机械离不开人的 操作和控制, 其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制。 人工智能消除 了这个限制。 机械工程可以充分利用这个新出现的巨大可能性。 计算机科学与机械工程之间 的互相促进,平行前进,将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。 4.2 行业转型 智能装备制造业是一个比较大的范畴。 在这一范畴内获得重点扶持的是这样几个子行业: 智能仪器仪表与控制系统、关键零部件及红星部件、智能专用装备、高档数控机床与基础制 造装备、自动化成套生产线等。而这一领域的市场规模也极为庞大,这也是智能制造装备被 列为首批资金补贴项目的重要原因之一。 随着首批 9.5 亿元资金的落实,业界人士普遍认为,在推动我国工业转型升级方面,我 国又迈出具有实质性意义的一步。 10 月 30 日, 张相木曾在亚洲制造业论坛上表示, “十二五” 期间发展高端装备制造业, 是我国工业转型升级和战略性新兴产业发展的迫切需求。我国希望通过重点发展智能制造、 绿色制造和服务性制造,做大做强航空装备和卫星及应用产业,提升轨道交通装备水平,加 快培育发展海洋工程装备, 把高端装备制造业培育成为国民经济的支柱产业, 实现我国装备 制造业由大到强的转变。 很显然,高端装备制造业是高端制造业的主要部分,是产业链的核心环节,大力培育发 展高端装备制造业是实现“中国制造”向“中国创造”转变的重要途径。 众所周知, 虽然我国在设备制造领域已经在世界范围内占据重要地位, 但在高端产品领 域,与国外领先技术相比,我国产品的研发、制造实力仍有一定差距。以智能装备为例,据 《中国证券报》调查,目前我国智能装备的产业规模约为 3000 亿元,国内市场多被国外厂 商所占据。其中,国内厂商在智能仪器仪表与控制系统的占有率为 10%,工业机器人与专用 装备为 20%,中档数控机床为 20%,高档数控机床为 1%。 目前,我国已经提出,力争到 2020 年,高端装备制造业销售产值占装备制造业销售产 值的 30%以上,国内市场满足率超过 25%。 此前有关部门明确,要加大对新兴产业的税收支持力度,高端装备制造业也在其中,具体税 收优惠政策将在高端装备制造业“十二五”规划下发后予以明确。 4.3 趋势 机械工业的发展速度、 规模和产品质量水平决定一个国家工业发展的水平, 是国民经济 各部门的技术基础。因此在一个工业发达的国家中,机械工业在整个工业中是超前增长的。 近年来,机械工业的技术水平提高很快,大型化、成套化、节能化、精密化和机械电子一体 化,已成为机械产品的发展趋势。 目前,不论是单项产品、系统产品还是整套技术装备的设计,都已从单一的技术性内容 ——计算、绘图,渗入了社会的——能源、环保、安全、人机关系、美学等和经济的——价 值工程和周期费用等因素, 加上设计进程和管理的复杂化, 从而使现代机械设计活动实际上 构成了一个系统工程。 5.特点 5.1 行业特点 1) 机械工业是典型的离散型制造业, 生产过程具有加工—装配性质。 加工过程基本上是把 原材料分割成离散的毛坯, 然后逐一经过冷、 热加工, 部件装配, 最后装配成整机出厂。 2) 机械工业有多种生产经营模式:为用户订单设计(ETO) 、为订单生产(MTO) 、为订单 装配(ATO)和按市场预测的为库存生产(MTS) ,相应组织生产的模式有单件生产、多 品种/小批量和重复大批量生产等多种方式。 3) 离散型制造业产品结构复杂, 制造工艺复杂, 生产过程所需机器设备和工装夹具种类繁 多。 而且各个时期生产的产品构成随市场需求变化, 从而要用到的设备资源也随之变化。 由于产品中各部件制造周期长短不一和产品加工工艺路线的不确定性, 造成管理对象动 态多变,因此为了保证产品成套、按期交货,又要尽可能减少在制品积压,导致生产物 资管理工作十分复杂,需要从每一产品的交货期倒推,周密安排各部件、零件、毛坯的 投入/产出数量和时间。 4) 由于机械制造业产品结构复杂、工艺复杂,因此工程设计任务很重,不仅新产品开发要 重新设计, 而且生产过程中也有大量的变型设计和工艺设计任务, 设计版本在不断更改。 为了不断推出知识含量高且价格能被用户接受的新产品, 机械制造企业必须具备强有力 的新产品开发能力。因此,工程设计分系统是机械制造业 CIMS 中不可缺少的重要分系 统。 5) 为了适应产品结构的不断变化, 机械制造业的底层加工设备应具有足够的柔性, 不断以 数控机床代替普通机床,以加工中心代替专用工种机床是发展的趋势。 6) 由于机械产品设计与制造涉及多学科、多种技术,在当今全球化市场竞争的形势下,靠 一家企业单打一的局面已缺乏竞争力,目前主机厂与零件制造厂(又称中场企业)的分 离,组织跨地区的企业动态联盟已成为机械制造业产业结构调整的必然趋势。因此,机 械制造企业 CIMS 还应具备对联盟企业资源的动态管理能力和质量控制能力。 5.2 机械设计特点 机械设计工程学的基本内容可由机械功能结构设计、 机械系统设计、 机械设计系统机械 设计方法以及机械设计的评价与优化五个部分组成。 5.2.1 机械功能结构设计 所谓机械功能结构设计, 就是根据既定目标而制定的机械系统总功能。 寻求其实现的动 作原理和功能结构图示的创始意念设计。 机械的功能是由下一层次的各个系统(组元)的功能来协调和体现。相应每一组元功能 有其不同的功能结构, 这些组元结构再向上逐层合成就得到满足系统总功能的结构方案。 主 要有: 1) 组元功能分类; 2) 机械功能要求的分解; 3) 组元功能及其对应结构; 4) 组元功能结构的合成和创新; 5) 机械总功能结构方案; 5.2.2 机械系统设计 机械系统设计就是把整个设计进程作为一个系统来考虑, 研究进程中各阶段和环节本身 及其关联的模式和方法, 有效地应用系统工程手段并发挥计算机的信息处理功能以使设计进 程高质量、高速度进行。其主要内容可包括: 1) 机械系统特性的匹配; 2) 机械系统的运动特性设计; 3) 机械系统动力特性设计; 4) 机械系统的可靠性设计; 5) 人机系统的界面设计。 5.2.3 机械设计系统的主要内容: 1) 机械设计进程分析——进程模式、阶段、层次、步序及其相应的任务、要求和技法等; 2) 机械设计进程的计划、流程和协调; 机械设计工程管理——设计定额制定、 人员组合优化体制、 设计质量评定和设计人员行 为规范; 4) 数据库及数据管理系统,设计与制造的一体化(CAD/CAM 应用) 。 5.2.4 机械设计方法的内容 1) 设计原理。如作用力传递、任务分配原则、自动原理、稳定原理和构造设计原则等; 2) 设计思维。 如类比设计、 分析设计、 逻辑设计以及创新设计中的形象思维和顿悟思维等; 3) 设计手法。如模型试凑、模化相似、建模分析等; 4) 设计准则。应包括静力、疲劳、冲击和高温强度;静力、动力刚度和热变形控制;静力 和动力失稳控制;振动的利用或消减;散热和隔热;摩擦的控制或利用;润滑设计;密 封设计;安全和可靠性设计;结构工艺性设计和艺术构形设计等。 5.2.5 机械设计的评价与优化 功能目标的评价指对各种设计方案的功能特性的优劣进行评定,常用加权评分法。最终 设计方案的取舍,除功能特性外,尚须考虑制造、安装、检验、安全、环保、维修、成本、 周期费用和寿命等因素,这些因素有确定的,有模糊的,这就需要设计组织者统筹考虑,通 过考证分析,作出正确的决策。 设计优化包括参数优化和人员、进程的统筹优化两个方面。在统筹优化的基础上,通过 创造性思维,实现参数的优化,产生最佳的设计方案。 3) 6 总结 机械工程是国民发展的基础。 社会发展、 国际竞争、 国家需求永远是制造进步的牵引力。 发现物质与能量交互演变的种种奥秘是制造创新的源头。 目前我国机械工程还面临着巨大的挑战: 如何提高企业生产能力与水平 (完成产业现代 化) ?如何提高竞争能力的产业技术和产品?如何解决社会和民生急需的技术问题?如何跟 踪并发展新的科学和技术?如何创造我国独有的产业技术和工程科学?这些问题的解决需 要我们新一辈人的努力。 参考文献(References) [1] 百度百科 [2] 张洪贾志绚《工程机械概论》 [3] 安亚君岳立新《机械基础》


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