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衬里是指墙体上涂灰泥的做法中，在建筑外部墙体与灰泥板条层之间有几英寸厚的隔离层，用在此层的材料，可以是木材和金属的细长的条片。这种隔离层在外部墙体的壁画绘制中是必要的，可以防止灰泥和壁画受潮，并在阳光下迅速变色。
部件（assembly unit）是系统的一部分，由若干构件装配在一起的、所组成。国外永磁传动技术的新发展_自动化专业五篇如若你对这篇文章有更多的感触，请告诉我们！
第一篇 国外永磁传动技术的新发展_自动化专业
newdevelopmentonmagneticdriveinforeigncountry
抚顺石油学院王玉良
wangyuliang
摘要:综述了国外永磁传动技术的最新发展。应用领域拓宽、技术性能提高；出现一些新技术、新工艺、新结构；应用先进制造技术与管理，使磁力泵更加高效、可靠与耐用。
关键词:永磁传动技术材料结构应用
abstract：newdevelopmentonmagneticdrivinginforeigncountryissyntheticallyreviewed.
applicationsfieldiecomewideandtechnicalpropertyisimproved;newtechnique,
technologyandconstructionappear;magneticdrivepumpecomehighefficiency,
rliabilityandlonglifebyusingadvancedmanufacturetechniqueandmanagement.
keywords：magneticdrive;mag-drivepumps;newtechnique.
[中图分类号]tm351[文献标识码]b文章编号1561-0330(20xx)07-00
1引言
1940年英国人charles和geoffreyhwward首次解决了具有危险性介质化工泵的泄漏问题，解决的方法是用磁力驱动泵。wWw.0519news.COM在以后30多年里永磁传动技术由于磁性材料的原因进步十分缓慢。1983年高性能钕铁硼（ndfeb）永磁材料的问世，为磁力驱动泵的快速发展提供了关键部件的材料。近年来永磁传动技术已从泵类向其它密封机械扩展，技术上集中于提高设备的可靠性、抗介质腐蚀新材料的研究，流体技术及制造装配的精度。磁力泵代表着一个国家制造技术的水平，近年来工业发达国家的磁力泵在效率、寿命、制造周期、成本、可靠性等方面有了突破性的进展。
永磁传动技术是将原动机的动力通过其轴上的外磁部件传递给工作轴上的内磁部件，内外磁部件由隔离罩分开，从而工作轴无须伸出所要封闭的空间，取消了动密封，实现无密封、零泄漏。永磁传动技术主要应用于化学工业、石油化工、医药、食品工业中的泵和压缩机、搅拌机与阀门等。目前我国流体机械大量使用的传统机械密封在国外的这些部门已逐渐被永磁传动所取代。
2应用领域拓宽、技术性能提高
2.1磁力传动是密封领域最有效最安全的解
永磁传动即永磁联轴器对于需要密封的机械，对有害、有毒、污染、危险、纯净、贵重的产品和生产过程是一最安全解，它的应用范围很宽。石油化工、医药、电影、电镀、核动力等行业中的液体大都具有腐蚀性、易燃、易爆、有毒、贵重，泄漏会带来工作液体的浪费与环境污染；真空、半导体工业要防止外界气体的侵入：饮食、医药要保证介质的纯净卫生。永磁传动技术在这些领域找到了用武之地。英国howard机械发展有限公司(hmd)从1946年就致力于无密封泵的制造，至今在全世界37个国家已销售近7万台,每年销售额达28百万英镑[1]。美国一家制药厂有上百个装有机械密封的离心泵，处理各种酸类，这些泵由于设计问题常常干运转，仅能使用2~3个月就自行破坏，换用了ansimag公司生产的k1516系列磁传动泵，自1993年投入运行（每天操作4.8小时每年365天）至1998年还在运行[2]。美国中西部的容器板厂，合成苛性纳是回转叶片泵密封的极大问题,这里的工程师称这些泵是“维护黑夜里的天”安装了ansimag公司的etfe衬里无密封磁力泵,运行11个月没有停机[3]。美国一大型化工厂面临着输送甲醇的严重困难。因甲醇易燃，60℃接近沸腾，流量仅7m3/h，压差高达250m。问题的解决靠的是dickow磁传动多级端吸泵，它的流量是15m3/h，压差400m,确保了甲醇的零泄漏,保证操作人员与工厂的安全，并解决了甲醇中含有气泡输送问题[4]。
2.2磁力泵在技术性能上向微型,大型化发展
为满足国内外市场需要，石油化工公司成套设备向大型化发展，我国必须有一批年产千万吨级的炼油厂、百万吨级的乙烯装置。机械装备要满足重负荷、长周期、低能耗，并符合环保要求。我国在仿制国外产品中发现，制造磁力泵的材质和工艺要求是很高的。即使11~13kw的中小功率泵,其可靠性制造成本也无法让用户接受。对于耐强腐蚀、高压、高温的大功率泵尚属空白。目前磁力泵的发展极限应由hmd公司的产品来描述：流量由1m3/h到681m3/h，压差由10m到500m，温度范围由-100℃到450℃，系统压力从真空到400bar，原动机功率达350kw。微型泵是专门为某些部门研究开发出来的，例如激光器的冷却、仪器的供料、化学剂的补充、生物工程、冷却循环，以至于打印机的喷嘴等。齿轮泵与电机一体化封闭联接，适用24v、36v直流电源，速度人工自动控制。最低流量为10ml/min，压差7bar。日本iwaki公司为电镀、冷却循环用的md系列微型磁力传动齿轮泵的流量范围是7.5~288l/min，传动功率1/25~1/3马力。
2.3各种类型的泵均可改造为磁力传动泵
离心泵是磁力泵的主导产品，磁传动回转位移泵虽有25年的历史，仅近七八年在设计制造水平以及大扭矩能力方面才有广泛的基础。重点是磁力传动齿轮泵与螺杆泵，最大传动能力达400nm,转速3500r/min时功率为150kw。地处美国边界犹地州气体动力厂，透平压缩机的润滑泵是常轨的外啮合齿轮泵。油泵因高压差平均每两个月便过度磨损而报废，造成压缩机关闭。1992年改用磁传动三螺杆泵后，一直连续运转，不用任何维护。英国tuthill成功地应用了它的磁传动齿轮泵为scottish公司的过程水系统中泵入添加剂，该泵取代了螺杆泵，符合卫生安全条例。
2.4磁力传动压缩机
磁力传动的内轴承位于所密封的空间内，它用密封的介质润滑和冷却。鉴于我国材料制造水平，磁力传动在气体输送机械中尚未应用。加拿大nova磁有限公司生产的超压风机，在170bar氦气压力下，泄漏率小1cm3/h，轴承寿命超过10000h。另一系列的加压风机，自由排放流量750m3/h，在400m3/h流量时系统压差35mpa，实现了零泄漏。此外，磁传动的特殊性能同样应用于无泄漏的搅拌器、阀门等设备。在冷冻机中的应用还未得到相关信息，笔者为实现将磁力传动应用于冷冻压缩机正在作探索工作，因冷冻剂尤其是氟里昂的外泄会造成严重的环境问题。
3新技术、新工艺、新结构
磁力传动技术并非只是简单的利用磁体的同性相斥、异性相吸作用，它是传动技术、材料技术、制造技
术的集成。世界一流的专业生产厂，他们的产品在世界享有声誉，以至于我们无法仿制，其原因就在如此。现在这些“老手”还在进行效率和质量的改进，减少成本，延长两次检修之间的平均时间。3.1新材料、新工艺
磁性材料的选用各国基本认识统一，ndfeb材料工作温度低于150℃，co材料工作温度低于250℃，对于微型泵可选用钡铁氧体。泵体材料分金属、非金属两大类。金属不锈钢不意味着对一切液体都是不锈的，它主要用于与其兼容的过程液体、贵重液体、超纯净液体。非金属是专门为腐蚀性应用而研制的。它又分为2种情况。其一是纯塑料泵，用纯聚丙稀或乙烯氟化物热塑铸模。如英国vantoncgm泵流量为136m3/h，扬程84m（温度135℃），电机功率32kw。其二是衬里泵，是目前流行的耐腐蚀泵内衬塑料的一种方法。一般泵体可用可锻铸铁制造，fep、pp、pfa、pvdf、etfe无缝衬里。magnetix新的mta系列无密封泵与其它衬里泵的关键优势是应用了它的先进pfa氟聚合物衬里，pfa以它独特的广泛的耐化学剂腐蚀的能力，比etfe，pvdf或其它非金属材料而闻名。采用专利技术：浇铸压膜工艺，联接的pfa衬里厚而均匀，与旋转模铸相竞争。应用于高纯度和高温流体更为理想。iso泵ptfe衬里最小厚度3mm，用榫槽压入泵壳，泵壳用硼硅玻璃制造。隔离罩是密封的关键部件，它的破裂会导致流体泄漏发生灾难性的危害。单层金属封罩应用范围很广，尽管涡流会产生热量有能量损失，若采用高强度、高电阻材料可以限制到最小损失，如：哈氏合金c-4(2.4610)。由taiani发明的金属叠层隔离罩取得5国专利，在许多设计中已被应用，它的效率可达99%，传动功率150马力。单层陶瓷zro2（氧化锆）隔离罩，耐苛性溶液，酸的腐蚀，具有高硬度和良好的滑动性能，及高的机械强度和弹性（e=2×105n/mm2），已用于工作压力250bar。但陶瓷罩壁厚较大，不能塑性加工。1999年初获得美国专利的imo泵，新的隔离罩用碳纤维与环氧树脂制造，厚度小于2.8mm，与不锈钢法兰相联。适于操作压力31bar、温度232℃，传动扭矩407nm，在3600r/min下功率达149kw。双层隔离罩提供了双保险和可供检测的空间。日本iwakimde系列泵双层罩由玻璃纤维增强塑料制造。ansimag双层环氧树脂隔离罩磁传动泵为造纸厂输送氧化铝，运转2年没有更换任何部件。隔离罩焊接是结构的薄弱点和腐蚀的敏感源，先进的制造方法是塑性成型，如深拉、旋压、延伸旋压。轴与滑动轴承由高耐磨性sic制造。干运转按惯例是无密封磁力泵的凶兆。精心的流体平衡设计，后部密封圈与叶轮孔联合作用，平衡液体轴向推力减小叶轮的压力。入口调整阀防止低流量时的预旋，减小湍流，保证低流量操作。两个烧结sic轴承优化设计支承点，轴套中的螺旋槽帮助冲洗和润滑轴径，提供干运转30min的保证，可使操作者有时间调整系统，恢复正常运转，避免灾难性破坏。德国ittrichter公司的mnka系列泵的纯sic轴承，在2900r/min下可以干运转1h。
3.2新技术
以最优的物理尺寸保证经济有效地利用磁体的体积，静磁脱开扭矩与温度的相关性通过有限元计算和广泛的试验。轴向与径向轴承由泵送介质来进行润滑。润滑流道提供必须的流量。新的自动调节轴承可承受大的轴向推力和径向力。具有超群的抗腐蚀和耐磨能力的sic或碳石墨制造的滑动轴承，它缩装在金属外壳内，保证机械运转的稳定性，即使轴肩破坏，仍保持轴承的可靠性和可维修性。另一技术是流体平衡，使轴承所受的力限制到最小。目前内轴承的寿命可达到10000h。高温问题：k热油泵用环形冷却器来包围联轴器室，保持磁体附近的温度在材料最大允许温度之下，尽管介质平均温度是350℃。hmd的涡流型联轴器具有独特的“扭矩圈”设计，扩大温度范围至450℃不需要冷却。专利技术—风机自动冷却：在各种速度范围内磁联轴器可自动冷却，不需要外部冷却系统，仅用环形气室传动子自动完成。完全可靠性：在磁联轴器上装有摩檫圈以保护磁体；为防止干运转，流量传感器可以安装在用户管线上，确定断流或低流；国外机组随机装备数字式功率控制监控器来确定超载条件，泄漏传感器、温度传感器，使用plc（可编程控制器）实时监控磁传动的工作情况。连续监视外轴承的运转间隙，监视任一球轴泵的磨损，使轴泵在损坏前及时更换。
3.3新结构
几乎所有的磁力传动泵均采用“后拉出”结构。整个联轴器部件、轴承部件分别作为一个单元，拆卸时不必从管路、底坐上拆出泵壳，益于检修服务。例如日本富士山胶片化学公司以前使用双机械密封离心泵，由于化学品的腐蚀磨损,轴封至少一个?更换一次。该密封的更换是很昂贵的，通常占泵总价值的25%，更换时间要花费5个小时。改用global磁传动泵后，运行了2年完全成功。与双机械密封相比，检修周期增加了1倍，装拆一次减少到15min。1997年年内全部输送泵均更换为磁力泵，并将泵的预期寿命（不用任何服务）规定为5年。allweiler理智的提出无叶轮轴设计，叶轮安装在sic轴承中间，标准间隙正在申报专利。风机应用分开式电马达，插入式套筒内轴承，无论是检修马达还是风机轴承均可在30min内完成。零部件大范围的与en22858/iso2858、ansib73.1、api610、din、bs等标准泵互换。平衡按api/iso实施。
4先进制造技术与管理
为适应全球化竞争与合作，世界泵业都在发展自已的技术优势，扩大产品范围以适应世界大市场的多样性、个性化需求。产品在满足功能要求的同时，毫无疑问应充分满足严格的安全性、可靠性和生态环保要求。先进制造技术是产品先进的主题。磁传动泵的先驱者hmd三年前推出了长远生产方式和完全的研究计划，最后重新设计它的装配设备。投资100万英镑来扩充hmd的产品能力，又花费70万用于新的高速加工系统，购买了6套加工中心。然而不单是用先进的机器来增加产量，重要的是建立挠性加工，减少循环时间。以往扭矩圈要围绕工厂传送540m，在制造链上要花费8~9周时间，今天，制造是家庭式的组织，许多机器均连于公司的cad/cam系统，工程师根据用户迅速对标准件做出创造性改革，直接上载到加工中心。同一扭矩圈运行30m，在线上仅需要花2天时间。由于快速制造，材料泵可以很迅速交货，某种情况下少许3天。按他们的话说“竞争优势将使我们代入下世纪，开创更多商机”。[1]先进的产品来自先进的设计与严格的试验，3d设计与模拟，无图纸加工，虚拟制造、快速成形都在进行。高强度合金材料的冶金学试验制作，泵体、叶轮及隔离套受强腐蚀作用确保长寿命：非磨损的sic轴泵的润滑冷却系统在化学过程工业中进行广泛的试验，包括高的系统压力345bar，自吸和热套设计。每一部件、组件和系统都周密地检查和评定。hmd认为制造与需求的原则是：超前战略性原材料；发展关键的供应关系；通过组织制造循环，减少制造周期；减少排队，加速进程。笔者在网上查询了20几家著名的磁传动公司，发现他们在世界各地均有子公司及销售网。质量设计和制造由全世界技术精湛的泵发行者来
决定，才能对市场战略性地迅速作出反应。服务包括解答用户遇到的应用问题，泵的选择，特种泵专门设计，每天24小时为用户技术咨询。21世纪制造技术不但将继续制造常轨条件下运行的机器与设备，而且将制造出极端环境下运行的机械设备。21世纪制造的产品应是符合生态环保，与人友好的绿色产品，磁力传动技术正是适应这一发展态势，让我们借鉴国外先进经验推动这一技术的发展吧！参考文献
[1]hmdseamless.pumpmanufacture,atmaximumvelocity[j].worldpumps,1999,(7):33-36.
[2]equipmentnews[j].worldpumps,1998(4):36.
[3]ansimaginc.acidicpumpageplayshavocwithrotarylobeunits[j].worldpumps,1997,(5):26
[4]michaelith.sidechannelpumpsolveethanoltransferproblem[j].wedpage,20xx.
作者简介
王玉良(1943-)男教授1967年毕业于东北工学院冶金机械专业。中国机械工程学会高级会员,现从事机械设计与制造专业教学与科研工作，重点是磁性材料的应用，并取得了3项专利。出版著作3部，发表论文30余篇。
摘自：《变频器世界》20xx年第七期
第二篇 柔性制造技术的现状及发展趋势_自动化专业
摘 要 文章简述了柔性、柔性制造技术的概念、分类、所涉及的关键技术,以及发展应用趋势,以促使人们对新的制造技术认识和重视。
随着社会的进步和生活水平的提高,社会对产品多样化,低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切,传统的制造技术已不能满足市场对多品种小批量,更具特色符合顾客个人要求样式和功能的产品的需求。90年代后,由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展,制造业自动化进入一个崭新的时代,技术日臻成熟。柔性制造技术已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。
1 基本概念
11 柔性柔性可以表述为两个方面。第一方面是系统适应外部环境变化的能力,可用系统满足新产品要求的程度来衡量;第二方面是系统适应内部变化的能力,可用在有干扰(如机器出现故障)情况下,系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。“柔性”是相对于“刚性”而言的,传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高,由于设备是固定的,所以设备利用率也很高,单件产品的成本低。但价格相当昂贵,且只能加工一个或几个相类似的零件,难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内,生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力。柔性已占有相当重要的位置。柔性主要包括 1) 机器柔性 当要求生产一系列不同类型的产品时,机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。www.0519news.Com
2) 工艺柔性 一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力;二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。
3) 产品柔性 一是产品更新或完全转向后,系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力;二是产品更新后,对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。
4) 维护柔性 采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行的能力。
5) 生产能力柔性 当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统,这一点尤为重要。
6) 扩展柔性 当生产需要的时候,可以很容易地扩展系统结构,增加模块,构成一个更大系统的能力。
7) 运行柔性 利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品,换用不同工序加工的能力。
12 柔性制造技术柔性制造技术是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性制造加工的各种技术的总和。柔性制造技术是技术密集型的技术群,我们认为凡是侧重于柔性,适应于多品种、中小批量(包括单件产品)的加工技术都属于柔性制造技术。目前按规模大小划分为:
1) 柔性制造系统(ｆｍｓ)
关于柔性制造系统的定义很多,权威性的定义有:
美国国家标准局把ｆｍｓ定义为:“由一个传输系统联系起来的一些设备,传输装置把工件放在其他联结装置上送到各加工设备,使工件加工准确、迅速和自动化。计算机控制机床和传输系统,柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。国际生产工程研究协会指出“柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统,在最少人的干预下,能够生产任何范围的产品族,系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。”而我国国家军用标准则定义为“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统,它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整,适用于多品种、中小批量生产。”简单地说,ｆｍｓ是由若干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。目前常见的组成通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等),由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来,可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。目前反映工厂整体水平的ｆｍｓ是第一代ｆｍｓ,日本从1991年开始实施的“智能制造系统”(ｉｍｓ)国际性开发项目,属于第二代ｆｍｓ;而真正完善的第二代ｆｍｓ预计本世纪十年代后才会实现。
2) 柔性制造单元(ｆｍｃ)
ｆｍｃ的问世并在生产中使用约比ｆｍｓ晚6～8年,ｆｍｃ可视为一个规模最小的ｆｍｓ,是ｆｍｓ向廉价化及小型化方向发展的一种产物,它是由1～2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成,其特点是实现单机柔性化及自动化,具有适应加工多品种产品的灵活性。迄今已进入普及应用阶段。
3) 柔性制造线(ｆｍｌ)
它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种ｆｍｓ之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、ｃｎｃ机床;亦可采用专用机床或ｎｃ专用机床,对物料搬运系统柔性的要求低于ｆｍｓ,但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生过程中的分散型控制系统(ｄｃｓ)为代表,其特点是实现生产线柔性化及自动化,其技术已日臻成熟,迄今已进入实用化阶段。
4) 柔性制造工厂(ｆｍｆ)ｆｍｆ是将多条ｆｍｓ连接起来,配以自动化立体仓库,用计算机系统进行联系,采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整ｆｍｓ。它包括了ｃａｄ/ｃａｍ,并使计算机集成制造系统(ｃｉｍｓ)投入实际,实现生产系统柔性化及自动化,进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。ｆｍｆ是自动化生产的最高水平,反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体,以信息流控制物质流的智能制造系统(ｉｍｓ)为代表,其特点是实现工厂柔性化及自动化。
2 柔性制造所采用的关键技术
2.1 计算机辅助设计
未来ｃａｄ技术发展将会引入专家系统,使之具有智能化,可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术,该项新技术是直接利用ｃａｄ数据,通过计算机控制的激光扫描系统,将三维数字模型分成若干层二维片状图形,并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描,被扫描到的液面则变成固化塑料,如此循环操作,逐层扫描成形,并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起,仅需确定数据,数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。
2.2 模糊控制技术
模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能,可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整,使系统性能大为改善,其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。
2.3 人工智能、专家系统及智能传感器技术
迄今,柔性制造技术中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理,求解各类问题(如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等)。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合,因而专家系统为柔性制造的诸方面工作增强了柔性。展望未来,以知识密集为特征
,以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在柔性制造业(尤其智能型)中起着日趋重要的关键性的作用。目前用于柔性制造中的各种技术,预计最有发展前途的仍是人工智能。预计到21世纪初,人工智能在柔性制造技术中的应用规模将在比目前大4倍。智能制造技术(ｉｍｔ)旨在将人工智能融入制造过程的各个环节,借助模拟专家的智能活动,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程,系统能自动监测其运行状态,在受到外界或内部激励时能自动调节其参数,以达到最佳工作状态,具备自组织能力。故ｉｍｔ被称为未来21世纪的制造技术。对未来智能化柔性制造技术具有重要意义的一个正在急速发展的领域是智能传感器技术。该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的,它使传感器具有内在的“决策”功能。24 人工神经网络技术
人工神经网络(ａｎｎ)是模拟智能生物的神经网络对信息进行并处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域,神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统,成为现代自动化系统中的一个组成部分。
3 柔性制造技术的发展趋势
31 ｆｍｃ将成为发展和应用的热门技术
这是因为ｆｍｃ的投资比ｆｍｓ少得多而经济效益相接近,更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将ｆｍｃ列为发展之重。
32 发展效率更高的ｆｍｌ
多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对ｆｍｌ的需求引起了ｆｍｓ制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是ｆｍｌ的发展趋势。
33 朝多功能方向发展
由单纯加工型ｆｍｓ进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能ｆｍｓ。
4 结束语
柔性制造技术是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势,是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。届时,智能化机械与人之间将相互融合,柔性地全面协调从接受订货单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。
近年来,柔性制造作为一种现代化工业生产的科学“哲理”和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认,可以这样认为:柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,将以往企业中相互的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态最优化,总体高效益、高柔性,并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。它作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技,为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图,将成为21世纪机构制造业的主要生产模式。实现了按端口、ｍａｃ地址、应用等来划分虚拟网络,有效地控制了企业内部网络的广播流量和提高了企业内部网络的安全性。
4 结 论
现实中存在许多不同类型的网络,有支持ｔｃｐ/ｉｐ的,有遵循ｏｓｉ标准协议的,每台机器的对应层协议都不同,对哪一层实施连接,需采用相应的网络互联设备。
通俗地讲,第二层交换是指多口的交换集线路,即网络交换机。其目的是替代传统的集线器,提升网络的有效带宽。主要应用于局域网中。在不同或相同类型的局域网之间采用桥接器(集线器),从协议层上讲属于数据链路层的设备,但它们仍然是网络连接的方法,因为局域网ｉｍｐ本身没有网络层,只有在主机站点上才有网络层或提供网络层服务的功能。与桥接器不同,网关在网络层一级工作。这样就有了更大的灵活性。例如,在差别很大的网络间翻译地址等,但这也导致了网关的速度很慢,因此,网关一般都用于广域网间的连接或局域网与广域网的互联。随着网络的演进,100ｍ高速以太网的出现,路由器在网段之间通信中造成的时延越来越成为网络信息传输的瓶颈[4]。第三层交换技术的出现,解决了大规模局域网中各子网段之间网络信息传输的瓶颈问题,取代了昂贵的路由器,成为一种实用、经济的组网技术。
第三篇 机械工业近期行业技术发展重点_自动化专业
（一）行业技术发展现状
机械工业是为国民经济提供技术装备和为生活提供耐用消费品的装备产业。国民经济各部门生产技术的进步和经济效益的高低，在很大程度上取决于它所采用机械装备的性能和质量，机械工业的技术水平是衡量一个国家科技水平和经济实力的重要标志之一。
经过近50年的发展，机械工业已经成为我国工业中具有相当规模和一定技术基础的最大产业之一。1997年实现销售收入13651亿元，占全国工业的21%；利润257亿元，税621亿元，分别占全国工业的15%；出口创汇363亿美元，占全国外贸出口额的20%。其发展速度高于同期工业的平均增长速度。
近年来，机械工业企业自主开发创新能力有所增强，1997年科技人员总数达48万人，技术开发经费支出达85亿元，占全行业销售收入的0.62%，有57家大型企业建立了国家级技术中心，有9%的企业建立了专门技术开发机构，行业整体技术水平有了明显进步，主要表现在：为国民经济提供成套技术装备和汽车的能力有较大提高；产品结构正向合理化方向发展。
尽管机械工业的综合技术水平近几年有了大幅度提高，但与工业发达国家相比，仍存在着阶段性的差距。主要问题在于：
1．科技进步对机械工业增长的贡献率目前仅为34%，先进国家高达70%以上。
2．产品设计技术、制造工艺及装备、制造过程自动化技术、管理技术落后，是制约机械产品水平的主要因素。
3．机械产品技术水平不高，达到80年代末、90年代初国际先进水平的仅占18%，达到80年代中期国际水平的占27%，其余产品均在80年代以前的水平线上。WWw.0519news.cOM
从总体上看，机械工业技术开发能力和技术基础薄弱，发展后劲不足；技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化吸收仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。
（二）技术发展的总体目标
以数控机床、电力电子应用及自动化技术、大型农业机械和施工机械、轿车关键技术、环保装备五个方面作为重点，以发展和应用先进制造技术为手段，以高新技术和产品的产业化为突破口，以提高企业技术创新能力和竞争力为目标，提高企业技术创新水平。到20xx年，提供1000种具有自主知识产权和较大市场需求潜力的产品。主要产品品种的40%达到90年代初国际水平，5%达到国际先进水平，90%的重点骨干企业产品标准接近或达到国际先进企业标准。
（三）技术发展的方向和重点
1．以数控机床为代表的基础机械
数控机床是先进制造业的基础机械，是最典型的多品种、小批量、高技术含量的机电一体化产品。目前世界数控机床年产量超过15万台，品种超过1500种。1997年我国数控机床产量已达9051台（占机床总产值20%以上），但由于国产数控机床不能满足市场需求，在国内市场上的占有率逐年下降，每年仍需大量进口数控机床，进口额度大幅度增加。1996年进口达13924台（价值12.46亿美元）。
目前我国数控机床技术发展中存在的主要问题是：
（1）产品成熟度差，可靠性不高
国外数控系统平均无故障时间（mtbf）在10000小时以上，国内自主开发的数控系统仅3000～5000小时；整机平均无故障工作时间国外达800小时以上，国内最好只有300小时。
（2）产品品种少，不能满足市场需求
国外数控机床品种已达到1500种，国内只有500多种,且性能水平低，高速、高效、高精度产品几乎没有。
（3）创新能力低，市场竞争力不强
生产数控机床的企业虽达百余家，但大多数都未能形成规模生产，企业效益差，创新能力低，制造成本高，产品市场竞争能力不强。
（4）数控机床行业的专业化零配件及部件的协作生产配套体系不健全，大多数企业都是“大而全、小而全”的结构模式。
近期我国在数控机床的发展方面，要采取跟踪高级型、发展普及型、扩大经济型，以普及型为主的策略，重点发展：
（1）经济适用、量大面广的产品
经济适用的普及型数控车床、加工中心、数控铣床。
（2）高速、高效和专用、成套数控机床
高速、高效数控车床及加工中心；高效数控锻压成套装备，其中包括，可自动换头冲压机床、复合式柔性冲压中心、四边折弯机等；大型精密模具数控成套装备，其中包括数控仿型铣床及龙门式数控铣床、智能化电加工机床等。
（3）数控机床专业化配套系统
新一代数控及伺服系统系列产品；数控机床高速主轴、电主轴电机系列产品；数控机床机械手、刀库及动力刀架系列产品；数控机床高速配套零部件及辅件系列产品；其中包括，高速滚珠丝杆、高速陶瓷轴承、高速防护装置等系列产品。
发展目标：
（1）扶植重点企业开发经济适用、量大面广的数控机床并形成批量生产，使这些企业产品的市场占有率有明显提高，成为名牌产品；
（2）发展数十种高速、高效、专用、成套数控机床系列新品种，以满足汽车、农机、航空、模具等行业的需求；
（3）数控机床关键配套产品：数控系统，满足国内数控机床50%的配套需求；高速主轴及电主轴年产达千套；机械手、刀库、动力刀架及数控机床高速配套零部件、辅件系列产品满足国内50%的配套需求。
2．电力电子应用及自动化技术
电力电子技术是集微电子、计算机和自动化技术于一体的综合技术，是节能节材的最佳技术之一。目前，国外电力电子技术已经发展到以igbt为代表的第三代，并向智能电力电子时代发展，我国现在仍处于以晶闸管为代表的第二代。国内电力电子市场品种满足率仅35%，新产品市场基本上被国外产品占领。
现场总线智能仪表和总线式自动测试系统是集自动化技术、计算机技术和通信技术于一体的新一代自动化仪表系统，已成为世界范围自动化技术发展的热点，是当代工业自动化的主要标志。我国仍处于由模拟式仪表系统向数字式仪表系统过渡的模数混合式仪表系统阶段，水平落后10～15年，因此在低技术产品市场上还占有80%左右份额，但在高技术产品市场的占有率不到60%，新产品市场几乎全为国外产品占领。
因此，抓住当前时机在2～3年内以igbt，现场总线智能仪表和自动测试系统为突破，攻克重点技术和产品，并实现产业化。这一领域重点发展：
（1）igbt器件及其装置，大功率晶闸管及其装置
研制新一代双极晶体管igbt、高品质大电流igbt等大功率晶闸管制造技术，并开发变频调速装置、逆变开关电源、大容量整滤源等的工程应用。
（2）现场总线智能仪表
研制开发变送、执行、配套等类现场总线仪表。产品产业化技术开发、并开展示范工程的应用研究。
（3）自动测仪系统和设备
开发总线式自动测试系统的基础产品，形成适度规模，同时建立用于机电产品和社会公益事业的典型自动测试系统，做好示范和推广应用。
3.大型农业机械和施工机械
（1）农业机械
工业发达国家农机产品在不断采用新技术的基础上，正向高效、节能、保护农
业环境方向发展。目前我国已能生产14大类、3000多个品种的农机产品，但是产品的综合技术水平仅相当于国外70年代水平。主要问题在于：1）产品水平不高，品种不全综合技术经济指标落后，可靠性差，寿命短。以拖拉机为例，mtbf值国外可以达到330小时以上，而我国仅100余小时。品种上：大型缺，小型杂，不成系列。
2）产品生产达到经济规模的少，重复生产、小规模生产，难以保证质量。
农机领域重点发展：
1）促进农业生产产业化的大中型拖拉机及配套农具拖拉机平均无故障时间从110小时提高到300小时以上；
2）联合收割机联合收割机可靠性系数从0.5～0.7提高到0.9以上；
3）主要农产品加工机械（含烘干仓储机械）农村产业化和中西部地区脱贫致富需要的农产品深加工机械；
4）节水灌溉设备喷、滴灌设备将灌溉水的有效利用率由大水漫灌的40%提高到80%以上。
农机产品的使用可靠性及寿命指标普遍提高一倍以上，主要产品的技术标准与国际标准接轨。
（2）施工机械
施工机械是国民经济大型工程项目建设必须的关键设备。我国已初步具备16个大类，3100多个品种规格产品的生产能力，部分产品已开始进入国际市场。但与国民经济发展要求和国际先进水平相比较，差距还是很大。一是产品的综合技术水平不高，尤其是产品的质量、寿命、可靠性、安全舒适性等指标以及机电一体化等高新技术的应用与国外先进水平还有很大的差距；二是产品结构性短缺，成套服务能力差，远不能满足需要，如路面施工机械基本上还要靠进口；三是大部分企业生产规模小，制约着行业经济效益的进一步提高。
施工机械重点发展：
1）推土机、液压挖掘机、轮式装载机；
2）汽车起重机、大型叉车；
3）摊铺机、压路机；
4）无开挖式管道铺设机；
5）江河湖库清淤设备。
发展目标：
大型工程机械可靠性指标达到400小时，寿命指标达到10000小时。
4．轿车关键技术
我国汽车工业长期以卡车为主要产品，改革开放以后，轿车产品得到了快速发展。1998年轿车产量达到52万辆。
我国汽车工业存在的主要问题：
（1）重复建设严重，造成无序竞争，难以集中形成实力，发挥规模效益。
（2）自主开发能力薄弱，大多数企业“九五”期间仍偏重于对生产环节进行改造，包括多数中外合资的零部件企业对产品开发能力建设几乎没有投入。目前，国内对轿车产品尚不具备自主开发能力，机电一体化的高新技术零部件产品还必须引进技术。
近期轿车重点发展：
（1）经济型轿车
以轿车车身为突破口，利用技贸结合、与国外公司合作等方式，先抓车身联合研制，并建立经济型轿车的公用设计数据库，与cas、cad、cae、cam等技术结合，形成我国汽车工业在经济型轿车方面的自主开发能力。
（2）轿车动力总成
消化吸收引进技术，与国外有实力的企业进行合资、合作、联合开发，在国产汽油机上普及电控燃油喷射技术（ems），并研究开发缸内直喷（gdi）技术，开发应用电控机械变速器（amt）技术。
（3）轿车关键零部件
以机电一体化汽车电子部件为突破口，从引进技术、合资入手，在保证高起点、大批量、专业化生产的同时，要集中力量抓紧下一代新产品的研制开发和应用，重点是电控防抱死制动系统（abs）、安全气囊（airbag）、高效稳定的汽车尾气三元催化转换器，并达到与整车同步或超前发展。
（4）高附加值专用汽车和客车
重点开发各类高性能专用底盘。对专用汽车以低底盘车辆和沙漠越野车辆为主；客车以低地板城市客车为主，要求具有良好的动力性、操纵性、舒适性和低污染。
5．环保装备
环保产业是防治环境污染、改善生态环境、促进资源优化配置、支持资源综合利用的支柱产业。全世界环保机械的年销售额约2000亿美元，集中于美国、欧州、日本等经济发达国家。我国环保机械行业基础弱、起步晚，年产值仅100多亿币。随着各方面对环境保护的日益重视，可持续发展战略的实施，市场需求不断增长，环保机械将成为机械工业新的经济增长点。
环保机械行业主要差距在于：
（1）产品结构不合理，品种少
初级产品所占比重较大，具有当代水平的机电一体化产品少，急需的大型成套设备不能满足现实市场需求。在目前3000多种环保机械产品中，约有五分之一的产品由于性能、可靠性、适用性、结构设计等原因，应该限制生产或限期淘汰。大型烟气脱硫、脱氮成套设备、大型城市污水处理厂成套设备、大型城市垃圾处理厂成套设备目前主要依赖进口，高浓度有机废水、难降解工业废水处理
技术及设备发展缓慢。
（2）产品质量、技术水平比国际先进水平落后20年
相当多的产品没有行业或国家标准，产品规格型号、基本性能参数不统一，质量检测无依据。
（3）生产企业规模小、开发能力薄弱
规模小、装备条件差、检测手段不全的中小企业占全行业企业总数的78%。年产值在3000万元以上的企业仅占全行业的3.2%，并且主要集中在电除尘器、袋式除尘器等少数几种产品生产领域。
近期环保机械重点发展：
（1）烟气脱硫设备
循环流化床锅炉及炉内脱硫脱硝技术（cfpbc、pfbc技术）、大型整体煤气化燃气蒸汽联合循环技术及装备（igcc技术）。
（2）城市污水处理成套设备
活性污泥法、氧化沟法、移动曝气法为主体的城市污水处理成套设备，以日处理10～25万吨污水处理厂为目标，提供污水处理成套设备、污泥利用和处置成套设备、控制和监测系统。
（3）城市固体垃圾处理和综合利用装备
城市生活垃圾分类、焚烧、堆肥技术及装备，以日处理100吨、300吨处理厂为目标，提供垃圾处理成套装备。
（4）环境监测仪器
便携式多功能多参数水质监测仪、12种总量控制的污染物监测仪、大气环境污染监测仪器和系统以及水处理过程自动控制系统等。提高产品档次、水平、可靠性和精度。
主要目标：
（1）大型成套设备的国产化率达到70%以上；一般工程项目的设备国产化率达到90%以上；高浓度有机废水和难降解工业废水处理技术及成套设备国产化率达到80%以上。
（2）一般环保机械60%以上的产品达到90年代初水平，5%～10%的产品达到当代国际水平。
（3）发展新产品品种，开发新产品200种以上。
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第四篇 一种智能型伺服放大器的设计_自动化专业
王金喜
（山西大学工程学院，山西太原030013）
摘要：介绍阀门控制电动执行机构中的fcf－1智能伺服放大器的功能、构成及电路原理，并对放大器的软件框图作了剖析，对使用的元器件电路性能也作了简要介绍。
关键词：单片机；电动执行器；位置反馈；a／d转换
1 fcf－1伺服放大器基本功能
1）给定输入：输入来自计算机、调节器或手操器的给定（一般为4～20ma的直流电流）。2）阀位输入：来自执行器阀门开度的位置反馈（一般为4～20ma）。3）阀位增加输出：使正转固态继电器打开，伺服电机正转。4）阀位减小输出：使反转固态继电器打开，伺服电机反转。5）输入断路保护：当给定输入电流in或位置反馈电流wf的值小于3ma或断线时，面板上黄灯点亮，同时，系统切断总电源并送出抱闸和接点。6）输出短路保护：当固态继电器输出发生故障短路时，红灯点亮，系统切断总电源并且送出抱闸。7）输出开路保护：当固态继电器输出发生故障开路时，绿灯闪烁。8）死区调整功能：如执行器在平衡点振荡，可将死区调大（比如将拨码开关‘1’拨到‘on’的位置时，‘2’、‘3’、‘4’为不变，则死区为满量程的1．5％）。
2 基本构成及电路原理
2．1 采集及运算电路的构成及原理
此部分电路包括单片机at89c2051，多路模拟开关cd4051，a／d转换器adc0804等（图1）。
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2．1．1 at89c2051
它是一个封装为dip20的芯片，其内部集成了8位cpu和2k的闪速存储器；128字节的内部ram；15条可编程的i／o口线，2个16位的定时器／计数器。wWw.0519news.cOM本放大器有两片，一片用于数据采集、运算和控制，另一片用于系统保护和。
2．1．2 cd4051
单端8通道模拟多路开关。在本例中，仅x0、x1、x2三路切换，其余5路x3～x7不参加切换。二进制控制输入端也仅选a、b两位，c接地，因此4051可译出（00～11）4种状态，由2051控制口的3．5、3．7控制。
允许输入端inh端常接地，保持4051常通。
2．1．3 adc0804
adc0804片内有三态数据输出锁存器，与微处理器兼容，单通道输入，转换时间为100μs。典型接线如图1所示，被转换的电压从vin（＋）和vin（－）输入，允许此是差动的或不共地的电压。模拟地和数字地分别设置引入端，使数字电路的地电流不影响模拟回路，以防止寄生耦合造成的干扰。参考电压可以由外部电路供给，从vref／2端直接输入。
adc0804片内有时钟电路。只要在外部“clk－r”和“clk－in”两端外接一电阻电容即可产生a／d转换所要求的时钟是片选端是控制芯片启动的输入端是转换结束输出端为转换结果读出控制端，当它与同时为低电平时，输出数据锁存器db0～db7各端上出现8位并行二进制数码，以表示a／d转换的结果。
2．1．4 作用原理
来自计算机、调节器或手操器的给定‘in’从模拟开关4051的x1端输入，来自电动执行器的位置反馈‘wf’从4051的x2输入（见图1），它们分别由4051的x端送到a／d转换器0804的‘vin’端脚，经a／d转换为数字进入2051的端口p1．0～p1．7，两在cpu中相减，如in－wf〉a（a为死区），则说明给定大于位反，表示阀门没有开够，由2051的1p3．2送出一高电平给反向驱动器u1（7404）的输入端；反之，如wf－in〉a，则说明给定小于位反，表示阀门开过头了，则由2051的1p3．3送出一高电平给反向驱动器u2（7404）的输入端；u1、u2的输出端分别送出低电平k＋或k－去控制下一级固态继电器输出电路g1或g2，送出一定功率的电流给电动执行器的伺服电机线圈，使其正转或反转。
2．2 保护电路的构成及原理
2．2．1 输入断路保护电路
图2中，bg1、bg2、j0和黄灯组成了输入断路保护电路，其原理是，当输入4051的‘in’及‘wf’因断线或故障无时，在单片机2051－1的口线1p3．1送出低电平，此时bg1与bg2相继导通，黄灯有电流流过而点亮。同时，中间继电器j0得电而吸合。在j0－2的作用下，继电器j1闭合，使输出控制电路中的常闭触点j1－2断开，切断正反转回路的交流220v电源，伺服电机停转，并送出抱闸b，抑制闸门的转动惯量。同时j0－1常开接点也闭合，现场。
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2．2．2 固态继电器输出短路和开路保护电路
（1）固态继电器输出短路和输出开路的判断
由晶体管bg5、bg6等元件组成的电路为固态继电器正向回路和反向回路的电流检测电路，我们以正转为例说明其原理。
图2中，h1为正转回路的互感器次级线圈，当正转回路有电流流过时，h1上将感应出电压，经整流、滤波、放大、整形，一个标准的低电平送给2051－2的2p3．0，它是‘0’有效。2051－1送来的1p3．2是‘1’有效的正转，加至2p3．1。
2p3．0与2p3．1组合起来有几种情况：
1》．00：表示固态继电器正向回路有电流流过，而输入无给定，说明固态继电器短路。
2》．01：表示固态继电器正向回路有电流流过，而输入有给定，说明运行正常。
3》．10：表示固态继电器正向回路无电流流过，而输入无给定，说明运行正常。
4》．11：表示固态继电器正向回路无电流流过，而输入有给定，说明固态继电器开路。
（2）固态继电器输出短路和输出开路的保护
当固态继电器输出短路时，2051－2的2p1．7输出高电平，红灯被点亮。同时，2p3．7输出低电平，bg3、bg4相继导通，j1得电，输出控制电路中的j1－2常闭接点断开，切断固态继电器回路的电源，伺服电机停转。
当固态继电器输出开路时，2051－2的2p1．6输出高电平，u3输出低电平，点亮绿灯。u3、u4均为反向驱动器ls7404。
2．2．3 硬件复位与“看门狗”电路
本放大器选用软硬件复位电路（上电复位、手动复位、看门狗电路），使系统更加安全、可靠。
3 程序框图图3所示为伺服放大器用于采集和保护系统的程序框图。
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3．1 采集程序框图
采集程序应用于2051－1。初始化是给2051－1的各端口及各寄存器设置一个初始状态，例如p3．1＝1，p3．2＝0，p3．3＝0，表示将p3口的此三位分别设为
高、低、低电平，这样一开始不能有，也不能有正转、反转输出。cd4051多路开关的通道号由p3．5、p3．7选取，假如为‘00’，表示选中0号通道，同理，‘01’、‘10’、‘11’分别为1号、2号、3号通道。p3．0先“0”而后‘1’表示输出一个正脉冲用以启动a／d转换。a／d转换后来自0通道的8位二进制数送到p1口，它是由我们设定的死区范围值。不同的设定将改变变量a1、a2、a3的参数。通道号变为1时，p1口的值为x，它是伺放的给定，如x＜48（电流值＜3．7ma），说明可能是断开的，这时，p3．1＝0，给出开路。如x＞48，说明正常，采集通道2的y值，它即为位置反馈的值，同样程序判断其小于或大于48来转到或下一步；以｜x－y｜判断给定与位反的差值，如小于设定的死区范围，伺放将给出停机，只有｜x－y｜＞a，才判断是x大还是y大来决定正转还是反转。
3．2 保护程序框图
保护程序加在2051－2上，初始化程序与上述相同。p3．0是正转固态继电器有输出的标志，‘0’有效。p3．1来自2051－1的p3．2，是正转，‘1’有效。程序中取p3．0与p3．1的值进行判断，假如它们都为‘1’，说明有正转给定而无正转输出，显然是输出开路，p1．6＝1，即给出开路。假如p3．0与p3．1都为‘0’，说明无正转给定而有正转输出，显然是输出短路，p1．7＝1输出，同时，p3．7＝0，启动保护继电器动作。p3．0与p3．1的值如果相异时，放大器运行正常。
p3．2是反转固态继电器有输出的标志，‘0’有效。p3．3来自2051－1的p3．3，是反转，‘1’有效。程序中取p3．3与p3．2的值进行判断，判断的方法与动作的结果与取p3．0与p3．1的值的情况相同。
参考文献：
［1］魏立君，韩华琦．cmos4000系列60种常用集成电路的应用［m］．：邮电出版社，1995．
［2］潘新民．微型机过程控制接口技术［m］．华中理工大学出版社，1986．
仪表技术
北极星网站
第五篇 先进制造技术的新发展_自动化专业
江苏省南京 王道林
摘要：本文介绍了当今制造技术面临的问题，论述了先进制造的前沿科学，并展望了先进制造技术的发展前景。
关键词：问题；先进制造技术；前沿科学；应用前景
论文
制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%~55%。在一个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国都非常重视对先进制造技术的研究。
1当前制造科学要解决的问题
当前制造科学要解决的问题主要集中在以下几方面：
（1）制造系统是一个复杂的大系统，为满足制造系统敏捷性、快速响应和快速重组的能力，必须借鉴信息科学、生命科学和社会科学等多学科的研究成果，探索制造系统新的体系结构、制造模式和制造系统有效的运行机制。制造系统优化的组织结构和良好的运行状况是制造系统建模、仿真和优化的主要目标。制造系统新的体系结构不仅对制造企业的敏捷性和对需求的响应能力及可重组能力有重要意义，而且对制造企业底层生产设备的柔性和可动态重组能力提出了更高的要求。生物制造观越来越多地被引入制造系统，以满足制造系统新的要求。
（2）为支持快速敏捷制造，几何知识的共享已成为制约现代制造技术中产品开发和制造的关键问题。例如在计算机辅助设计与制造(cad／cam)集成、坐标测量(cmm)和机器人学等方面，在三维现实空间(3-realspace)中，都存在大量的几何算法设计和等问题，特别是其中的几何表示、几何计算和几何推理问题；在测量和机器人路径规划及零件的寻位(如localization)等方面，存在c-空间
(配置空间configurationspace)的几何计算和几何推理问题；在物体操作(夹持、抓取和装配等)描述和机器人多指抓取规划、装配运动规划和操作规划方面则需要在旋量空间(screwspace)进行几何推理。WWW.0519news.COm制造过程中物理和力学现象的几何化研究形成了制造科学中几何计算和几何推理等多方面的研究课题，其理论有待进一步突破，当前一门新学科--计算机几何正在受到日益广泛和深入的研究。
（3）在现代制造过程中，信息不仅已成为主宰制造产业的决定性因素，而且还是最活跃的驱动因素。提高制造系统的信息处理能力已成为现代制造科学发展的一个重点。由于制造系统信息组织和结构的多层次性，制造信息的获取、集成与融合呈现出立体性、信息度量的多维性、以及信息组织的多层次性。在制造信息的结构模型、制造信息的一致性约束、传播处理和海量数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。
（4）各种人工智能工具和计算智能方法在制造中的广泛应用促进了制造智能的发展。一类基于生物进化算法的计算智能工具，在包括调度问题在内的组合优化求解技术领域中，受到越来越普遍的关注，有望在制造中完成组合优化问题时的求解速度和求解精度方面双双突破问题规模的制约。制造智能还表现在：智能调度、智能设计、智能加工、机器人学、智能控制、智能工艺规划、智能诊断等多方面。
这些问题是当前产品创新的关键理论问题，也是制造由一门技艺上升为一门科学的重要基础性问题。这些问题的重点突破，可以形成产品创新的基础研究体系。
2现代机械工程的前沿科学
不同科学之间的交叉融合将产生新的科学聚集，经济的发展和社会的进步对科学技术产生了新的要求和期望，从而形成前沿科学。前沿科学也就是已解决的和未解决的科学问题之间的界域。前沿科学具有明显的时域、领域和动态特性。工程前沿科学区别于一般基础科学的重要特征是它涵盖了工程实际中出现的关键科学技术问题。
超声电机、超高速切削、绿色设计与制造等领域，国内外已经做了大量的研究工作，但创新的关键是机械科学问题还不明朗。大型复杂机械系统的性能优化设计和产品创新设计、智能结构和系统、智能机器人及其动力学、纳米摩擦学、制造过程的三维数值模拟和物理模拟、超精度和微细加工关键工艺基础、大型和超大型精密仪器装备的设计和制造基础、虚拟制造和虚拟仪器、纳米测量及仪器、并联轴机床、微型机电系统等领域国内外虽然已做了不少研究，但仍有许多关键科学技术问题有待解决。
信息科学、纳米科学、材料科学、生命科学、管理科学和制造科学将是改变21世纪的主流科学，由此产生的高新技术及其产业将改变世界的面貌。因此，与以上领域相交叉发展的制造系统和制造信息学、纳米机械和纳米制造科学、仿生机械和仿生制造学、制造管理科学和可重构制造系统等会是21世纪机械工程科学的重要前沿科学。
2．1制造科学与信息科学的交叉--制造信息科学
机电产品是信息在原材料上的物化。许多现代产品的价值增值主要体现在信息上。因此制造过程中信息的获取和应用十分重要。信息化是制造科学技术走向全球化和现代化的重要标志。人们一方面对制造技术开始探索产品设计和制造过程中的信息本质，另一方面对制造技术本身加以改造，以使得其适应新的信息化制造环境。随着对制造过程和制造系统认识的加深，研究者们正试图以全新的概念和方式对其加以描述和表达，以进一步达到实现控制和优化的目的。
与制造有关的信息主要有产品信息、工艺信息和管理信息，这一领域有如下主要研究方向和内容：
(1)制造信息的获取、处理、存储、传递和应用，大量制造信息向知识和决策转化。
(2)非符号信息的表达、制造信息的保真传递、制造信息的管理、非完整制造信息状态下的生产决策、虚拟管理制造、基于网络环境下的设计和制造、制造过程和制造系统中的控制科学问题。
这些内容是制造科学和信息科学基础融合的产物，构成了制造科学中的新分支--制造信息学。
2．2微机械及其制造技术研究
微型电子机械系统(mems)，是指集微型传感器、微型执行器以及处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。mems技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。mems的发展将极大地促进各类产品的袖珍化、微型化，成数量级的提高器件与系统的功能密度、信息密度与互联密度，大幅度地节能、节材。它不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。例如用尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红细胞；制造出3mm大小能够开动的小汽车；可以在磁场中飞行的像蝴蝶大小的飞机等。mems技术的发展开辟了技术全新的领域和产业，具有许多传统传感器无法比拟的优点，因此在制造业、航空、航天、交通、通信、农业、生物医学、环境监控、军事、家庭以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。
微机械是机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物。早在1959年就有科学家提出微型机械的设想，1962年第一个硅微型压力传感器问世。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60~120μm的硅微型静电电动机，显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构并与集成电路兼容制造微小系统的潜力。微机械技
术有可能像20世纪的微电子技术那样，在21世纪对世界科技、经济发展和国防建设产生巨大的影响。近10年来，微机械的发展令人瞩目。其特点如下：相当数量的微型元器件(微型结构、微型传感器和微型执行器等)和微系统研究成功，体现了其现实的和潜在的应用价值；多种微型制造技术的发展，特别是半导体微细加工等技术已成为微系统的支撑技术；微型机电系统的研究需要多学科交叉的研究队伍，微型机电系统技术是在微电子工艺的基础上发展的多学科交叉的前沿研究领域，涉及电子工程、机械工程、材料工程、物理学、化学以及生物医学等多种工程技术和科学。目前对微观条件下的机械系统的运动规律，微小构件的物理特性和载荷作用下的力学行为等尚缺乏充分的认识，还没有形成基于一定理论基础之上的微系统设计理论与方法，因此只能凭经验和试探的方法进行研究。微型机械系统研究中存在的关键科学问题有微系统的尺度效应、物理特性和生化特性等。微系统的研究正处于突破的前夜，是亟待深入研究的领域。
2．3材料制备／零件制造一体化和加工新技术基础
材料是人类进步的里程碑，是制造业和高技术发展的基础。每一种重要新材料的成功制备和应用，都会推进物质文明，促进国家经济实力和军事实力的增强。21世纪中，世界将由资源消耗型的工业经济向知识经济转变，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的设计实现定量化、数字化；要求材料和零件的制备快速、高效并实现二者一体化、集成化。材料和零件的数字化设计与拟实仿真优化是实现材料与零件的高效优质制备／制造及二者一体化、集成化制造的关键。一方面，通过计算机完成拟实仿真优化后可以减少材料制备与零件制造过程中的实验性环节，获得最佳的工艺方案，实现材料与零件的高效优质制备／制造；另一方面，根据不同材料性能的要求，如弹性模量、热膨胀系数、电磁性能等，研究材料和零件的设计形式。进而结合传统的去除材料式制造技术、增加材料式覆层技术等，研究多种材料组分的复合成形工艺技术。形成材料与零件的数字化制造理论、技术和方法，如快速成形技术采用材料逐渐增长的原理，突破了传统的去材法和变形法机械加工的许多限制，加工过程不需要工具或模具，能迅速制造出任意复杂形状又具有一定功能的三维实体模型或零件。
2．4机械仿生制造
21世纪将是生命科学的世纪，机械科学和生命科学的深度融合将产生全新概念的产品(如智能仿生结构)，开发出新工艺(如生长成形工艺)和开辟一系列的新产业，并为解决产品设计、制造过程和系统中一系列难题提供新的解决方法。这是一个极富创新和挑战的前沿领域。
地球上的生物在漫长的进化中所积累的优良品性为解决人类制造活动中的各种难题提供了范例和指南。从生命现象中学习组织与运行复杂系统的方法和技巧，是今后解决目前制造业所面临许多难题的一条有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自组织、自愈合、自增长与自进化等功能结构和运行模式的一种制造系统与制造过程。如果说制造过程的机械化、自动化延伸了人类的体力，智能化延伸了人类的智力，那么，"仿生制造"则可以说延伸了人类自身的组织结构和进化过程。
仿生制造所涉及的科学问题是生物的"自组织"机制及其在制造系统中的应用问题。所谓"自组织"是指一个系统在其内在机制的驱动下，在组织结构和运行模式上不断自我完善、从而提高对于环境适应能力的过程。仿生制造的"自组织"机制为自下而上的产品并行设计、制造工艺规程的自动生成、生产系统的动态重组以及产品和制造系统的自动趋优提供了理论基础和实现条件。
仿生制造属于制造科学和生命科学的"远缘杂交"，它将对21世纪的制造业产生巨大的影响。
仿生制造的研究内容目前有两个方面：
2．4．1面向生命的仿生制造
研究生命现象的一般规律和模型，例如人工生命、细胞自动机、生物的信息处理技巧、生物智能、生物型的组织结构和运行模式以及生物的进化和趋优机制等；
2．4．2面向制造的仿生制造
研究仿生制造系统的自组织机制与方法，例如：基于充分信息共享的仿生设计原理，基于多自律单元协同的分布式控制和基于进化机制的寻优策略；研究仿生制造的概念体系及其基础，例如：仿生空间的形式化描述及其信息映射关系，仿生系统及其演化过程的复杂度计量方法。
机械仿生与仿生制造是机械科学与生命科学、信息科学、材料科学等学科的高度融合，其研究内容包括生长成形工艺、仿生设计和制造系统、智能仿生机械和生物成形制造等。目前所做的研究工作大多属前沿探索性的工作，具有鲜明的基础研究的特点，如果抓住机遇研究下去，将可能产生革命性的突破。今后应关注的研究领域有生物加工技术、仿生制造系统、基于快速原型制造技术的组织工程学，以及与生物工程相关的关键技术基础等。3现代制造技术的发展趋势
20世纪90年代以来，世界各国都把制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，如美国的先进制造技术计划amtp、日本的智能制造技术（ims）国际合作计划、韩国的高级现代技术国家计划(g--7)、德国的制造2000计划和欧共体的esprit和brite-euram计划。
随着电子、信息等高新技术的不断发展，市场需求个性化与多样化，未来现代制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、绿色集成化、全球化的方向发展。
当前现代制造技术的发展趋势大致有以下九个方面：
(1)信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，现代制造生产模式会获得不断发展。
(2)设计技术与手段更现代化。
(3)成型及制造技术精密化、制造过程实现低能耗。
(4)新型特种加工方法的形成。
(5)开发新一代超精密、超高速制造装备。
(6)加工工艺由技艺发展为工程科学。
(7)实施无污染绿色制造。
(8)制造业中广泛应用虚拟现实技术。
(9)制造以人为本。
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