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11导言机械设计制造及其自动化是结合多种技术开展起来的一门新兴学科,至今还在不断的发展和探索中，这种技术使机械自动化特征更为明显,增强机械设备的稳定性和可靠性,使现代机械具备智能化和人性化。机械设计制造及其自动化学科在国民经济中处于极其重要的地位，它对其他技术领域起着支撑性作用，成为国民经济各行业的基础。机械工业的发展也必将带动其他技术及行业的发展。本文主要对传统的机械设计制造和机械自动化向比较，提出了具有智能化的特征是现代机械和传统机械在功能上的本质区别。根据机械自动化在各行各业的应用和发展，显现出了机械自动化产品的优点和效益。即多功能化、高效率、高可靠性、省材料、省能源，不断满足人们生活和生产多元化需求。然后结合我国机械的现状，提出了我国机械行业目前所面临的主要问题，并分别从机械产品自身发展及行业出发，指出了未来工程机械行业的发展趋势，并根据我国行业自身发展的特点，提出了相应的发展和改进措施，为机械行业发展提供了一定的理论看法同时在此基础上探索了我国机械自动化的发展之路。2机械设计制造及其自动化的产生和发展2.1机械设计制造及其自动化的产生和定义早在1971年日本的《机械设计》杂志副刊上刊登了机电一体化这一名词，后来随着机电一体化的发展而被广泛应用。美国机械工程师协会于1984年为现代机械下了如下定义:“由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力，运动和能量流等动力学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统。”它与前面提及的机电一体化是一致的，因此可以说，现代机械就是机电一体化系统。20世纪90年代国际机器与机构理论联合会，给出了这样的定义，机电一体化是精密机械工程、电子控制和系统思想在产品设计和制造过程中的协同结合。因此，又可以说机电一体化就是在机械设计制造及其自动化基础上的发展。2.2机械自动化的科学技术机械设计制造及其自动化是机械技术和电子技术为主体，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐步完善的一门新兴的边缘学科，机械自动化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机械自动化”为特征的发2展阶段。它的发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着生产和科学技术的发展，还将不断被赋予新的内容。但其最基本的特征可概括为：机械自动化的设计制造是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感检测技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织结构目标，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值并使整个系统最优化的系统工程技术。需要强调的是，机械自动化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合性技术，而不是机械技术，以及其他新技术的简单组合、拼凑，这就是现代机械与机械电气化在概念上的根本区别。现代机械设计制造出的产品，不仅是人和手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有智能化的特征是现代机械自动化和传统的机械在功能上的本质区别。2.3机械自动化的发展历程机械自动化技术首先在机械制造冷加工大批量生产过程中开始发展应用。60年代后为适应市场的需求和变化，为增强机械制造业对市场灵活快速反应的能力。开始建立可变性自动化生产系统，即围绕计算机技术的柔性自动化。它是在制造系统不变或变化较小的情况下，机器设备或生产管理过程通过自动检测、信息处理、分析判断自动的实现预期的操作或某种过程，并能够自动的从制造一种零件转换到制造另一种不同的零件。七十至八十年代国际上出现了开始采用计算机集成制造系统的CIMS(ComputerIntegratedManufacturing),柔性自动化生产模式也有这种情况。鉴于实现计算机集成制造系统的全盘自动化所需的巨额投入（一个全盘自动化工厂耗资数百亿美元）柔性制造系统一般价格为600至2500万美元），所承担的巨大风险，加之技术上的难度与可靠性等问题，世界工业发达国家已开始碰壁转产，转而注重信息集成的效果，追求低成本自动化LCA（LowCostAutomation）的企业组织结构和运行方式。目前，世界各国的机械自动化水准除少数工业发达国家的某些生产部门外，大多数还处于操作阶段的自动化。我国也不例外，需要循序渐进，不断努力，创造条件，向自动化的高级理想阶段迈进。实现我国机械自动化技术是一个长期的过程，不可能一蹴而就。我国机械制造业目前有11.4万个企业，发展很不平衡，有大量落后于现代水准的产业，3大部分企业还比较落后，手工劳动占有相当的比重，我国能独立开发现代机械自动化技术的企业很少。我国机械制造业企业中自动化装备少、水准低，不仅在数量上同世界先进国家有较大差距，而且在品种上、质量上、使用上，同世界现金水准也存在阶段性差距。2.4我国的现状和特点与传统的机械设计制造产业相比，先进的机械制造及其自动化更加人性化、智能化。多种技术的有效整合，使机械设计制造及其自动化的设备能够充分满足各种要求。机械设计制造及其自动化是一个整体概念，能够满足其功能性的内在要求，机械设备在一定程度上都会存在一定局限性，这就要求其功能性根据机械的具体情况来进行设计决定产品的功能。机械制造及其自动化不是多种技术的累加，而是将他们融合起来，实现多种技术的整合统一，使机械制造及其自动化更加人性化和智能化。机械自动化技术从上个世纪20年代开始发展应用以来，已经得到了迅速的发展，特别是近年来计算机的高度集成化，开始采用了计算机集成制造系统，大大加快了机械自动化的发展，但我国仍处于初级操作阶段的自动化。目前，世界各国的机械自动化水准除少数工业发达国家的某些生产部门外，大多数还处于操作阶段的自动化。我国也不例外，我国的产业结构层次低。我国机械制造业企业中自动化装备少、水准低，不仅在数量上同世界先进国家有较大差距，而且在品种上、质量上、使用上，同世界先进水准也存在阶段性差距。实现我国机械自动化技术是一个长期的过程，不可能一蹴而就。需要循序渐进，不断努力，创造条件，向自动化的高级理想阶段迈进。近年来，机械制造及其自动化产业的发展迅速，在实际应用占了其优势，具体优势如下：（1）通过先进的自动化技术提高机械的自动化控制，加强了机械设备的智能化水平，因此可以使机械设备精准高效的代替人的工作，大大的提高工作效率，同时工作质量也有很大的提升。如果施工环境情况恶劣，机械可以代替人去完成工作，降低安全隐患，提高了工作效率和工作质量。（2）传统的机械制造发生故障只能等待工作人员去监测维修，而机械制造及其自动化就能够很好的避免这一问题；当出现故障时，它就会用自我检查来发现其中的问题，采取自我保护功能，很好的提高了机械设备的工作稳定性和可靠性。智能化的机4械制造减少了机械故障和安全事故的发生。（3）先进化的机械制造不需要手工去进行，输入相应的控制指令，机械便会自动的进行操作，简化操作流程，操作简单。（4）机械设计制造是一门综合技术学科，它具有复合功能，具有广泛性，它能够满足人不同的需求，从而满足行业中不同的发展方向。2.4.1合资带来的忧愁改革开放以来，我国大量引进技术和技术装备使机械制造业有了长足的发展，但也给人们带来了许多担忧。2006年4月，执我国工程机械行业之牛耳的徐工集团与美国凯雷投资公司的并购计划基本敲定。美国凯雷亚洲投资公司以3.75亿美元收购了徐工集团下属企业——徐州工程机械集团有限公司——85％的股份。虽然6月份由于三一重工的介入使得控股过程出现波折，但这宣告我国很多经济学家所担心的“卡特彼勒通吃中国工程机械行业”的计划暂告一段落。2005年3月，全球最大的机械设备制造商——美国卡特彼勒公司以低得“令人意外”的价格收购了山东重工的40％的股份，此后工程机械业中传出，强硬的卡特比勒已制定了庞大的收购计划，目的是“蚕食中国工程机械”。工程机械业中稳居“老大”多年的徐工集团当然是它的既定目标之一。2007年卡特彼勒公司在徐州成立卡特彼勒路面机械徐州工厂，主导产品：压路机、冷铣刨机、沥青混凝土摊铺机、路面冷再生设备／稳定土拌和机等。20世纪90年代以来，大型跨国公司纷纷进军杀入国内机械工业市场，主要集中在汽车、电工电器、文化办公设备、仪器仪表、通用机械和工程机械等领域，这几个行业约占机械工业外商直接投资金额的80％。外国投资者的经营策略是：“基本前提是对华投资活动中必须保持其控制权”，当前跨国企业特别热衷于并购我国高成长性行业中的优势企业。目前已经能看到的悬油嘴油泵行业、轴承行业等。2.4.2存在着许多技术黑洞中国的机械制造业除了面临“外敌”之外，自身也存在着诸多问题。曾几何时，企业的进口机械成了宣传的噱头。广东一家食品企业这样炫耀自己：“公司引进多台日本、台湾自动化生产设备，工艺精湛，优异的产品质量赢得了广大消费者的青睐。”5这样的例子俯拾皆是。国人也都在潜移默化中接受了这一现实：只有外国进口的生产线和生产设备是可靠的，是产品的保证。“振兴民族”产业的口号兴起之后，国内逐渐打造出一些著名品牌，例如家电里有海尔、海信、TCL等。品牌虽然已经“国产化”，但说到产品的核心部件，却大都来自国外。业内人士认为，我国机械行业存在一个巨大的技术“黑洞”，最突出的表现是对外技术依存度高。近几年来，中国每年用于固定资产的上万亿元设备投资中，60％以上是引进的。作为窗口的国家高新技术产业开发区，也有57％的技术源自国外。在冶金机械中，最近几年我国板、带材生产线上了三、四十条，型材线就更多了，总投入大得惊人，但是这些设备和系统几乎全部来自德国、日本及意大利。例如河北一家大型钢铁(邯郸)厂，冷轧设备来自德国西马克公司，镀锌设备来自意大利达涅利公司。据机械工业联合会的统计，目前工业发达国家新产品贡献率为52％，我国仅为5．9％。在“核心技术方面”具有独立自主知识产权的产品较少，克隆产品较多。这样的结果除了自主创新能力削弱之外，还容易遭到侵权指控。即使出现了自行研制的技术，也很容易被指责为“剽窃”。中国不久前自行研制的“CMl海豚”磁悬浮列车还没有试运行，就被德国一些媒体和企业指责为“抄袭了德国磁悬浮技术”。整个工业制造设备的骨干都是外国产品，这暴露了我国工业化的虚弱性。机械制造业是一个国家的脊椎和脊柱，中国今后如果不把腰杆锻炼硬了，挺直了，那么整个经济和国防都是虚弱的。2.4.3机械制造业落后近30年有人在发起“中国的机械制造业落后欧美发达国家多少年”的讨论，很多人认为“至少30年的差距”。这种差距尤其表现在发动机上。发动机作为机械的“心脏”，怎么评价它在机械中的重要性都不过分，尤其是对于我国正在大力倡导的汽车制造业而言。6我国的汽车制造业发展了多年，直到现在使用上自己设计的“心脏”的却很少，这让很多汽车业内人士都为之伤神。不过现在已经有几家汽车制造企业开始关注设计自己的发动机。奇瑞是其中之一，它研发成功的ACTECO发动机让中国的汽车也开始赚技术钱了。奇瑞研制的ACTECO发动机获得“2005中国创造奖”。为何市场没有换来必要的技术?专家认为，并不是拿来了车型就等于转让了技术，一些关键的地方还需要学习，还需要有人点拨。但是相当多企业只关注合资，引进等等形式上的东西。仿制而不消化吸收是机械工业步入歧途。除了消化不到位之外，技术壁垒也是中国引进技术的巨大障碍。目前知识产权已经成为包括美国在内的发达国家保持与发展中国家之间差距的一种武器。“欧美发达国家在小心翼翼地保持着与中国技术水平几十年的差距。”2.4.4国家扶持的支点偏离业内人士普遍认为，技术黑洞的形成与国家的重视程度、投入密切相关。国家在过去的二十多年来忽视了发展机械行业，在政策、资金等方面都出现了偏差。产权激励制度是创新和研发产品的重要保障。国有企业对创新人才的产权激励基本上没有实行。一方面创新成果的知识产权没有得到有效的保护，另一方面，创新者的贡献没有得到产权确认。企业研发的技术和产品，要么被国家无偿拿走，要么被其他的企业无偿抄袭。3机械设计制造及自动化的设计原则3.1满足对机器的功能需求机械自动化系统的设计和制造必须