机械电子技术的研究现状与发展趋势

机械电子技术的研究现状与发展趋势（精选8篇）

篇1：机械电子技术的研究现状与发展趋势

机械电子技术的研究现状与发展趋势

机械电子技术的研究现状与发展趋势

左成亚

班级：B机电092班 学号：0910106226 摘 要：机械电子工程又译为机电一体化技术，是20世纪80年代随着微电子技术高度发展而兴起的一门新技术。首先讨论有关机械电子工程的一些名词定义和涵义，其次，以数控机床、工业机器人以及柔性自动化系统为主线，介绍机械电子工程发展历史；第三，阐述机械电子工程的共性关键技术，特别强调了电子测控系统的作用；第四，探讨机械电子技术的研究现状与发展趋势；第五，提出对机电一体化系统的技术要求和设计原则。关键词：微电子传感器；调理电路；测量系统；系统数学模型；系统动态响应；系统频率响应；控制器；伺服系统；步进电动机运动；微处理机；输入输出接口；计算机网络；PLC控制器；机电一体化；技术；现状；发展趋势。

1． 机械电子技术的概述

“机械电子工程”来源于英文名词“Mechatronics”。这是由日本人首创的一个新词，它取了“Mechanics(机械学)”的前五个字母和“Electronics(电子学)”的后七个字母组合而成，X涵义是机械与电子的集成技术。在我国通常译为“机电一体化”。欧洲经济共同体内部，普遍把“Mechatronics”定义为“在设外产品或制造系统时所思考的精密机械工程、电于控制以及系统的最佳协同组合”。日本机械振兴协会经济研究所于1981年提出：“Mechatronics心这个名词乃是在构的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术，并将机械装置与电子设备以及软件等有机结合而成的系统总称”。这—提法体现了“机械电子工程”的基本内容和特征，具有一定程度的指导意义。

2． 机械电子技术的研究现状

2.1国外机电一体化发展现状

机电一体化的发展大体可以分为三个阶段。第一阶段（又称初级阶段）是20世纪60年代以前，这一时期人们不自觉地利用电子技术并使之得到比较广泛的承认。第二阶段，机电一体化技术和产品得到了极大发展。第三阶段，各国均开始极大关注和支持机电一体化技术和产品。

1989年在日本东京召开的第一届国际先进机电一体化学术会议，是机电一体化向纵深发展的标志，各国政府也开始有计划地推动和发展机电一体化技术和产品。目前，日本和美国在机电一体化产品开发和应用方面处于世界领先地位。美国商务部曾发表过一份关于日本机电一体化的研究报告，对日美两国机电一体化技术的基础研究、超前开发与形成产品等三方面进行了比较，结论是除机器视觉与软件外，日本的基础研究与美国是可以比拟的。当前，他们都将智能传感器、计算机芯片制造技术、具有触觉和人机对话功能的人工智能工业机器人、柔性制造系统等列为高技术领域的重大研究课题，并投入大量资金支持发展相关技术。因此，机电一体化产品得以迅猛发展，主要表现在以下4个方面:（1）机电一体化产品几乎遍及所有制造业领域。在工业发达国家，数控机床占机床总数的30%～40%。工业机器人正向智能化和智能系统的方向发展，数量在未来十年将以25%～30%的速度增长。智能机器人将逐步进入办公、管理、娱乐、家庭等各个领域。

（2）机电一体化从单机向整个制造业的集成化过渡。计算机集成制造系统CIMS是当今世界制造业发展的总趋势,它打破原有部门之间的界线以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。CIMS的实现是全局动态的最优综合。

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（3）激光技术进入机电一体化领域。光机电一体化是激光技术与机械、电子技术相结合,不仅大大扩展了机电一体化的应用领域,而且使一些行业出现重大变革，是当今信息业与制造业的最佳结合点。

（4）微细加工技术与设备发展迅猛。微电子技术及其产业的高速发展,带动了大量高新技术的兴起,微细加工技术和装备不仅支持了电子产业的发展,而且对微机械的诞生和发展也起了决定性的作用。2.2国内机电一体化发展现状

机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。

20世纪70~80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：①mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；②机电一体化技术和产品得到了极大发展；③各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。

20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。

我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，不取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。

3． 机械电子技术的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下： 3.1智能化

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智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。3.2模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。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、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。3.3网络化

20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。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是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system, CIAS)，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。3.4微型化

微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。3.5绿色化

工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念

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在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。3.6系统化

系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体花产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。

4． 总结

综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势。机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。机电一体化是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。21世纪,机电一体化技术将成为机械工业的主角，在各方面均可带来显著的经济效益和社会效益。总之，机电一体化是在与其相关的基础学科的充分发展的前提下出现的一种新型技术，它是许多科学技术相互交叉，互相融合发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。随着时代的发展，科学技术不断进步，各种新理论、新技术不断涌现，各学科相互融合进一步深入，机电一体化技术的发展空间也将越来越广阔。要学习好机械电子工程不是一件容易的事，我们只有通过自己不懈的努力才能掌握乃至精通这门学科，才有很好的发展前景，就业渠道才会广泛，才能更好的发挥自己专业技能，为社会为国家奉献出自己的一份力。

主要参考文献

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篇2：机械电子技术的研究现状与发展趋势

3.1高速、精加工。对于机械数控技术加工领域来说，加工的精度和质量是其发展的根本，所以机械数控技术的发展呈现出更强烈的高速和精加工的趋势。高速、精加工不仅可以促进生产效率的提升，而且可以提高产品的加工质量，缩短产品生产周期，增强产品的市场竞争力。在加工精度方面，精密加工的精度已经可以达到纳米级的标准，这也使得机械数控技术可以在航空、电子等精加工领域中得到广泛应用。

3.2轴联动加工与复合加工机床。运用5轴联动加工技术可以满足三维曲面零件的加工要求，运用刀具完成不同几何形状的零件加工，极大的提高了加工的效率。通常情况下，一台5轴联动加工机床的效率可以等同甚至超过两台3轴联动机床，尤其是进行零件的高速切割时，可以发挥更高的切割效益。随着数控加工技术的不断完善，5轴联动加工机床的技术也逐渐完善，可以完成更大难度的零件加工需求。轴联动加工技术与复合加工机床的有效结合也可以简化复合机床的运行效率，在满足同样加工需求的同时可以降低数控系统的运行成本，从而获得更高的效益。

3.3智能化与开放化的加工技术。机械数控技术的发展过程中，网络技术的应用日渐广泛，因此也提高了机械数控技术的智能化与开放化的趋势，促进了各方面性能的提升，实现了前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等功能，促进加工效率的显著提升。结束语综上所述，数控技术在机械领域中的有效运用，可以有效的促进我国机械数控技术的有效增强，进而实现我国工业加工水平的提升。随着数控技术的不断发展与完善，机械数控技术也将日益完善，为我国机械制造业的持续发展奠定坚实的基础。

参考文献

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篇3：机械电子技术的研究现状与发展趋势

随着能源危机与环境污染成为当前世界的焦点问题, 农作物秸秆作为可再生生物质资源成为研究的热点, 而农作物根茬同样也是一种重要的生物质能燃料。

目前, 对玉米、高粱、大豆、小麦和水稻等作物根茬处理方式的研究主要集中在根茬粉碎还田和保护性免耕作业下的根茬处理技术与装备上, 对根茬机械化挖掘收获技术的相关研究较少。玉米根茬与其它作物根茬相比质量大、根系发达、热值高, 是一种极具开发价值的生物质能燃料。我国是玉米种植大国, 2012 年播种面积达3 495 × 105hm2[1], 估计玉米根茬的年产量为0. 67 × 108t左右[2], 如此庞大的生物质资源需要开发利用。

为此, 通过系统地分析玉米根茬的特性及处理模式的特点, 提出玉米根茬收获、根茬还田、免耕作业相互轮作的玉米根茬处理模式, 为今后根茬的处理方法提供了有效途径。

1 玉米根茬特点

1. 1 玉米根茬生长特点

玉米根茬由地上部分的残余秸秆和地下部分的根系两部分组成。根系绝大部分生长在地表下面的几个基节上, 成辐射状向外生长, 在根茬的上部围绕中央茎部形成栅栏状的锥形框架。根系以侧根为主线、次生根为支线向土壤中延伸, 通过散布、交叉、缠绕等形式固结了周围土壤, 形成了一种天然的根系土壤紧密结合的复合结构, 称为根土复合体[2 - 3]。玉米根土复合体及根茬的结构形态如图1 所示。

1. 2 玉米根茬热值分析

玉米根茬富含纤维素、半纤维素和木质素。相关研究结果表明, 纤维素、木质素含量与热值呈正相关, 且达极显著水平[2]。据测试, 2t秸秆的热值就相当于1t标准煤。玉米秸秆的热值从上到下逐渐升高, 如表1 所示[4]; 而玉米根茬的热值要比玉米秸秆的热值更高 ( 约高10% ~ 20% ) [5]。

J / g

玉米根茬灰分含量低、平均含硫量低、热值高, 非常适合燃烧发热。以玉米根茬年产量0. 67 × 108t计算, 全国根茬年产量转换为热值约相当于0. 35 × 108t标准煤。

2 玉米根茬机械化处理模式现状

2. 1 传统根茬处理模式

农村传统的根茬处理方式主要有3 种: 一是靠人工把根茬翻到地表, 经过一段时间晾晒后, 通过人工敲打方式把根茬和土块分开, 最后再人工捡拾装运回家里作为燃料; 二是利用犁将根茬扣到地里, 任其腐烂; 三是用刨茬锹刨出或用拉茬机将茬原地割断, 由人工集堆后放火烧掉, 灰烬还田。传统的玉米根茬处理模式劳动强度大、效率极低, 且焚烧根茬产生了大量的烟雾, 造成大气污染, 严重影响正常的交通运输, 给国民经济造成严重的损失。另外, 根茬通过焚烧变成灰烬还田, 有机质含量大量流失, 焚烧过程中产生的热量没有得到利用, 浪费严重。

这种对根茬处理的处理方式尽管近期已被根茬粉碎还田和免耕模式下的根茬处理所代替, 但在局部地区仍然存在。

2. 2 玉米根茬粉碎还田技术

根茬还田技术, 是利用机械将玉米根茬粉碎成丝条直接抛撒在地表上, 随即进行旋耕作业, 将粉碎根茬混入土壤中作有机肥的一项农机作业项目。随着玉米产量的逐年提高, 加重了地力消耗, 使土壤中的有机质含量下降、土壤容重增加、板结严重, 玉米根茬粉碎还田技术为培肥地力开辟了新途径。根茬被粉碎还田后, 均匀拌入土层中, 可增加土壤有机质, 使土壤微生物活动增强, 提高了肥料的利用率[6]。

秸秆与根茬还田最早由美国在20 世纪30 年代提出[7 - 9]。欧美一些发达国家利用机械化秸秆和根茬直接或间接还田方法与施肥应用技术相结合来提高土壤肥力, 改善土壤耕作性能, 进而促进农业持续稳定的发展。国外并未见单独的灭茬作业机具的研究, 只有在免耕播种机上安装的粉碎根茬部件[9 - 11]。

20 世纪80 年代末, 我国在引进国外技术的基础上自主研究开发出多种类型的秸秆还田机。随着对地上秸秆粉碎技术研究的深入和机具性能的不断完善, 人们又把目光转向对地下根茬的粉碎处理, 开始逐步重视根茬粉碎还田技术, 发展并研制了旋转灭茬、振动灭茬、对行灭茬及复合灭茬等新原理和新机具[12 - 13]。目前, 我国根茬粉碎还田机已并不仅局限在单一的功能上, 为了适应一机多用和新的农艺要求, 传统的灭茬机在增加了深松、起垄、旋耕部件后, 向复式作业发展。

根茬粉碎还田机按使用功能可分为单轴式根茬粉碎还田机、根茬粉碎起垄 ( 或深松) 机、秸秆及根茬粉碎还田机和双轴式灭茬旋耕机。国内几种典型玉米根茬还田机具如表2 所示[14]。

玉米根茬粉碎还田虽然有利于增加土壤的有机质成分, 但是在切茬、碎茬还田处理过程中, 土壤扰动水平较大, 易造成适耕表层土壤的流失; 耕作阻力大、能耗高, 相应加大了整地成本。

2. 3 免耕模式下的根茬处理技术

留茬免耕播种是保护性耕作的核心技术之一, 是旱地农业保水保土行之有效的种植方法。这种作业模式是指前茬作物收获后, 不单独进行土壤耕作, 而在茬地上直接播种后作物的一种耕作方式。一般用联合作业免耕播种机在前茬地上一次完成切茬、开沟、喷药除草、施肥、播种和覆土等多道工序[15]。国外从20 世纪60 年代开始推广免耕播种法, 并进行了大量研究[16 - 17], 国内从90 年代开始研制免耕播种机。

免耕模式下的根茬处理部件主要是安装在免耕播种机前方的破茬装置上, 保证机具作业时具有很好的破茬入土能力。目前, 免耕播种机上采用的破茬装置主要有破茬圆盘刀、锄铲式分茬开沟器和动力驱动的主动式破茬装置3 种形式[18]。

国外的免耕播种机一般为牵引式联合作业机具, 可以一次完成破茬、松土、开沟、施肥、播种、镇压和覆土等多项作业。代表机型有美国John Deere 1590 免耕条播机, 该机采用圆盘破茬刀, 对秸秆根茬有很好的破除作用, 如图2 ( a) 所示; 意大利GASPARDO免耕播种机采用波纹盘施肥开沟器及激光监视系统, 可显示播种情况和播种量, 如图2 ( b) 所示; 我国免耕播种机主要采用悬挂式, 具有减少转弯半径、适应小地块的特点, 如2BMFS - 5 /10 型免耕覆盖施肥播种机, 可一次完成碎秆、施肥、播种、覆土和镇压等多项作业, 既可在玉米秸秆直立状态下播种小麦, 又可在高麦茬地中播种玉米, 如图2 ( c) 所示。

免耕模式下的根茬处理技术存在的问题是被动式破茬装置对秸秆覆盖量适应性差, 难以解决秸秆覆盖量大时的堵塞问题; 而主动式破茬装置功率消耗大、刀片磨损快、平稳性差。

2. 4 玉米根茬机械化收获技术

2. 4. 1 工艺

玉米根茬机械化收获技术是利用玉米根茬收获机械, 完成玉米根茬挖掘、捡拾、脱土和集装的根茬处理技术, 主要目的是破坏根土复合体结构, 使根茬与包裹其上的土壤分离, 最终将根茬进行收集。研究发现[19], 在粘湿的土壤条件下, 根土复合体对外部作用方式和作用强度的反应极为敏感: 当土壤含水量为25% ~ 30% 时, 土壤组分主要为壤土和粘土的土质条件下, 对根土复合体的外力作用将导致土壤更加紧密地包裹在玉米根系中, 使得根系与土壤的分离更为困难; 当土壤含水量为15% ~ 20% 时, 土壤呈现较为松碎的状态, 此时易于根茬脱土。因此, 当玉米根茬与土壤含水量高时, 需采用分段式机械化收获工艺。即: 先使用玉米根茬起铺机实现玉米根茬的挖掘、捡拾、初步根土分离及集条放铺, 然后将玉米根茬在田间晾晒, 待土壤含水率降低到15% 左右时, 再采用玉米根茬收集机实现玉米根茬的捡拾、根土分离和集装。

2. 4. 2 机具研究现状

目前, 国外未见关于玉米根茬收获机具的研究, 国内主要有华南农业大学、吉林大学、佳木斯大学等研究机构对玉米根茬收获机具进行了相关研究。玉米根茬收获机具从功能上分, 主要有玉米根茬起铺机、玉米根茬收集机和玉米根茬根土分离装置, 机具结构各具特点, 性能差别较大。其主要机型如表3 所示[2，5，19 - 26]。

3 玉米根茬处理模式的综合分析

根茬粉碎还田、免耕作业和根茬收获是目前根茬处理的主要模式, 这3 种模式需相辅相成、互相补充, 应根据各地的土壤质地、地形特点和种植制度的差异, 因地制宜, 采用不同的作业模式。

根茬处理模式首要作业就是根茬机械化挖掘收获。当土壤有机质含量达到一定程度, 继续根茬粉碎还田得到的有机质边际效率势必递减, 此时若根茬粗大, 难以腐烂时, 就可选择根茬收获。当玉米秸秆、根茬病虫害严重时, 免耕和还田都有可能把病害带到下一季耕种, 这时也可进行根茬收获。所以, 采用不同的根茬作业模式轮作制是今后的发展方向。比如“1∶ 1∶ 1”或“1∶ 2”轮作制, 即根茬还田1 年、免耕作业1 年、收获1 年, 或根茬还田/ 免耕作业1 年再收获两年2 年, 根据不同地区选择不同的比例轮作。这样使根茬回收、根茬粉碎还田和免耕作业有机结合, 使根茬的热值和有机质利用达到最优化。

4 结论与展望

1) 传统的手工刨茬劳动量大、效率低, 需要对根茬进行机械化收获。国内外玉米根茬处理主要采用根茬粉碎还田和免耕作业, 对玉米根茬回收机械的研究较少, 需开展相关设备的研制。

2) 玉米根茬粉碎直接还田机械化技术适用于有机质含量低的土壤。将根茬粉碎后直接均匀混拌于耕层中, 有利于提高增加土壤有机质、改善土壤环境、蓄水保墒, 并达到播前除茬整地的要求。

3) 免耕作业主要用于干旱地区, 可充分利用作物残茬保护土壤, 减少水土流失, 保护自然资源, 利于水分渗透、吸收、蓄水保墒, 以及减少土面水分蒸发损失。

篇4：机械电子技术的研究现状与发展趋势

关键词：机械故障：诊断技术；现状

当前我国科技水平不断提高，由此也极大的促进了国内各个行业的生产水平，随着机械设备越来越精密复杂，其故障检测工作显得尤为艰难，但是机械设备的检测工作不仅能杜绝机械故障的发生，显著提升企业的生产效率，还能够降低机械设备维修次数，极大提升企业经济效益，因此对于企业的生产实践具有极其重要的意义，由于历史原因，我国机械故障诊断技术发展时间不长，在理论知识与技术运用方面均存在着明显的不足，因此需要相关工作人员通过吸收当前国內外先进经验，对机械故障诊断技术进行优化完善，从而更好的实现我国现代化建设

一、机械设备故障诊断技术发展历程及现状

（一）机械故障检测技术的发展史。英国人主要是用它来研究摩擦、汽车、发动机领域；日本主要是在民用行业；法国和瑞士都开发了关于机械诊断的相关设备。我国开始接触到机械故障检测技术是在上世纪七十年代，首先在石化企业进行了与故障诊断相关的工作。而后在钢铁、发电等行业能也开始广泛得到了运用。并呈现逐步发展的趋向。机械故障检测技术是在熟知了机械装备设备运行过程的各个状态之后，从而明确了机械设备是否处于正常运行的状态，以便与及时的查找到并排除故障，查出原因，并熟知故障趋势的技术。

（二）机械故障检测技术发展现状。由于各种原因，国家在机械故障诊断方面起步相对较晚，但这不代表它发展缓慢，近年来，诊断理论主要来自于理论与生产实践的结合，让社会上的很多研究组，研究院校以及研究单位在方法研究与工程机械故障诊断理论这一大领域中获益匪浅。例如全息谱理论的创建，标志着机械振动的幅、频、相信息被西安交通大学运用的恰到好处，大大降低了故障识别错发生。诸如此类的机械故障诊断技术比比皆是。国外在这一研究领域也做出了大量的努力，毕竟落后就要挨打，结果是他们也取得了相对完善和理想的成绩。并在各大产品中得到普遍运用。例如BORD电子监控系统的开发，德国O&K公司作出了巨大贡献，给人们的生产生活带来了极大的方便，提高了社会效益和经济效益。快速检测、作业数据、计算数据的显示以及评估都是运用微处理机来检查挖掘机实现的，不但能快速检测到将要发生的故障和极限值的超出趋势，而且若是发生重大事故，它会及时做出警示反应，最重要的是其还能监测出液压挖掘机在维修和作业过程中相关的全部重要参数。

二、机械设备故障智能诊断方法

（一）基于学习的智能故障诊断系统。在智能故障诊断系统中，知识的自动获取一直是一个难点。机器学习是为了让其能具备自主学习、自主诊断、自主总结的能力，对于存放在知识库中的知识要求它能进行自动的修改和调整，这是提高智能故障诊断的主要途径。

（二）基于集成的智能故障诊断系统。工程机械等复杂系统诊断的要求在逐渐提高，为了满足其要求，我们所采用的智能诊断系统是将各种不同的智能技术结合起来，这也成为了一种发展趋势。然而当前进行的集成主要有神经网络与规则的专家系统的集成、基于规则系统与实际例子的推力和神经网络的集成、神经网络与小波分析等。

（三）基于网络的智能故障诊断系统。电子监测器等一些工程机械故障诊断设备虽然能解决一些故障问题，但其不能从根本上进行科学的管理和调度。因此网络智能故障诊断系统在此体现出巨大的作用，其主要研究对象是工程机械机群，并将它与单机设备的结构特点相结合，来完成一系列的故障诊断问题。

三、机械设备故障智能诊断技术的发展趋势

（一）融合多传感器数据。以后的机械会向自动化、复杂化、大型化进行发展，因此需要对机械进行全方位的维护，就必须对工程机械的状态进行全方面的了解。所以进行故障诊断，可以应用多个传感器从多位置检测，并按照一定的方法对信息进行处理，融合最先进的传感技术，研发更先进的检测仪器与传感器，实现对运行过程中机械的准确、快速的检测，来提高机械故障诊断的准确性和高效性

（二）混合智能诊断技术。未来机械故障具有突发性、多樣性的特点，将多种不同的智能技术进行有效的结合形成混合诊断系统，是未来智能故障诊断技术发展的又一明显趋势。此外，针对传统的故障诊断方法难以准确、客观地对未来机械运行过程中发生的故障进行有效的诊断的问题，未来必将应用最新的信号处理方法，对非线性与非平稳的信号进行分析，具有显著的优势

（三）远程故障诊断。对结构复杂的机械进行现场诊断的难度较多，且很多机械都位于工地，流动性强且较为分散，加大了故障排除与诊断的难度，应用远程监测和故障诊断必将是机械故障智能诊断技术的发展方向。远程故障诊断技术将计算机网络技术与故障诊断技术进行结合，在机械上安装传感器，建立监测点，进行数据采集，可以为远程故障诊断提供依据。

总而言之，机械设备故障检测是一项繁琐复杂的工作，其涵盖了信息采集、提取、分析及处理的全过程，仅仅依靠人力操作很难完成，这恰恰说明了机械设备故障诊断技术的重要性，通过对其研究应用，能够做到对设备充分的检测与诊断，并且随着机械设备的日益精细化、复杂化，机械设备诊断技术也变得人工智能化，其必然能够为国内各行业营造良好生产环境，从而推进我国现代化建设。

参考文献：

[1]邹芳.机械设备故障诊断技术的现状及趋势[J].时代农机，2016，

02：8-10.

篇5：机械电子技术的研究现状与发展趋势

在工程机械中，装备工艺是必不可少的工序。工程机械工作人员需要通过将设计的装配零件图纸按照一定的流程进行装配，然后用于工程施工中。可以说，工程装配工序是工程机械中的关键工序，如果工程机械的装配工序未到位，工程机械的使用效率必然会大大降低[1]。而正是因为工程机械装配工艺在工程机械中发挥着重要的作用，我国工程建设和工程机械企业才会更加重视对工程机械装配工艺的研究。以下就工程机械装配工艺的现状和发展趋势等问题进行简要分析。

1工程机械装配介绍及其作用

工程机械装配所涉及的内容较为广泛:一方面工程机械装配指的是批量生产的工程机械装配。这些机械装配对科学技术的要求较高，批量生产之后可以帮助解决较为复杂的工程机械装配问题，降低工程机械装配的经济成本，提高工程机械装配的适用性。另一方面柔软性较佳的外围机械设备[2]。与传统的工程机械装配相比，现代化的工程机械装配更加具有灵活性和柔软性，适合于小批量生产。现代化工程机械装配有助于改善工程机械的性能，在工程机械中具有较强的适用性。工程机械装配工艺随着工程机械行业的发展而逐渐发展，现代化工程机械装配工艺的出现可以帮助实现工程机械性能的提高，使机械设备在使用过程中能发挥出更大的作用，有助于促进工程机械行业的发展。

2工程机械装配工艺的特征

2.1装配形式方面的特征

从工程机械装配工艺的装配形式来看，目前我国工程机械采用的装配形式主要为两种，一种是移动的装配形式，而另一种是固定的装配形式。具体来说，固定的装配形式需要在装配车间内寻找到若干个需要固定的装配点，然后再在这些装配点的位置放置好相关的零部件，以便接下来在这些固定点的位置进行工程机械装配[3]。固定装配形式又可以分为分散式固定形式和集中式固定形式，分散式的固定装配形式具有较强的流动性，工作人员可以在不同的装配地点由不同的装配人员进行组装。采用分散式的固定装配方法可以较好地提高装配效率，因此在生产时可以采用大批量生产方式。而集中式固定装配形式则与分散式不同，一组的装配任务必须由同一个工作人员完成，因此需要花费大量的时间和精力，工作效率不高。一般情况下，这种工程机械更加适合于小批量的生产。而移动式装配形式则是目前我国工程机械装配中较受欢迎的装配方法。它所指的是由不同的工作人员和移动的装配地点组合成的装配形式。很显然，相对于固定的装配形式而言，移动式的装配形式灵活性提高不少，因为深受企业的喜爱和欢迎，在机械装配中的应用也较为广泛。

2.2装配方法方面的特征

目前我国比较常用的工程机械装配方法主要有互换法、选配法、修配法以及调整法，不同的装配方法有着自己独特的特点，因而适用的方法也各有不同[4]。互换法是工程机械装配中使用频率较高的方法，这种装配方法的主要特征是零件可以随意调换使用，且经济成本低，效益高，因此可以较好地提高生产效率;选配法与互换法接近，但是效率低于互换法，但是经济成本和零件加工的精准度较低;修配法的主要特征在于不同的零件相互之间不能互换使用，装配精准度要求较高，在很大程度上会限制装配的效率;调整法在所有的方法中，对零件的精准度要求是最高的，在装配工艺方面要求也较高，因此性能极佳。综合以上四种装配方法和技术来看，如何选择装配方法还需要工作人员根据具体的情况和对零部件的精准度要求而定。

2.3装配方面的特征

篇6：机械电子技术的研究现状与发展趋势

一、概述

烟草机械是生产烟草产品的专用生产设备、工具、仪器仪表的总称。随着烟草产品的品种的增加，加工工艺方法的改进，烟草机械也随之在更新、增加和扩展，并向自动化控制和机电一体化方向发展。

烟草机械技术的先进程度，在很大程度上决定着烟草加工业的生产组织、生产规模、生产方式、能源和原材料消耗等，因而影响烟草工业的产品水平、质量、品种、效益以及更新换代周期，对烟草工业的发展起促进作用，是烟草工业生产的基础工业，它的技术水平是衡量烟草工业生产现代化程度的重要标志之一。

烟草机械产业本身具有两重性：一方面服务于烟草加工业，随烟草加工业的技术发展和需要而变化，另一方面烟草机械产业又是机械制造工业的分支，其产品是机电产品中的专用设备。企业的生产和管理具有机械制造工业的特征，因此其技术和管理水平也随机械制造工业的科技进步而提高。

因此，在制定烟草机械产业技术政策时，即要考虑烟草机械技术的现状和发展趋势，也要考虑机械制造技术的现状和发展趋势。本报告从这两方面进行了综合评述，并提出了重点技术选择内容。

二、现状及发展趋势

（一）打叶复烤技术和装备

国际上技术领先的是意大利COMAS公司、MACTAVISH-GARBUIO公司、HAUNI公司的打叶复烤线和GODIOLI公司的打包机。

现代打叶复烤技术和装备的发展趋势为

1、提高生产能力：目前单线生产能力已达12000kg/h，打叶机生产能力已达18000kg/h，复烤机生产能力达12000kg/h。

2、柔打和低温复烤：以形成良好的叶片结构，减少造碎，提高叶片的纯净度。

3、高自动化

4、集中控制

我国通过测绘、仿制、创新，具有了一定的技术基础。现国产的打叶复烤线正用来装备各烟厂，具有较高的技术水平。但在风分技术、自控水平上都有一定的差距。

（二）制丝技术和装备

国际上技术领先的是意大利COMAS公司、德国HAUNI公司的制丝生产线。制丝技术和装备的发展趋势是

1、提高生产能力：突出表现在制丝线三大主机：即回潮机、切丝机和烘丝机。HAUNI公司的真空回潮机的生产能力可达8000kg/h，切丝机的生产能力达12000kg/h，Dickinson-Legg公司的烘丝机生产能力可达13620kg/h。

2、高度自动化，尽可能减少人工干预，对各种生产过程参数进行闭环式自动控制。

3、高可靠性：采用各种现代设计方法和技术，如冗余技术、自诊断、系统仿真和模拟以提高系统可靠度，以及集中监控、故障显示来提高可维修性。

4、在线烟丝膨胀技术迅速发展：以提高烟丝填充能力以及改善和稳定卷烟内在质量。

我国通过引进主机技术和测绘、仿制辅联设备来进行系统创新，其制丝技术和装备水平进步很快，国产的制丝生产线正用来装备各烟厂。但在主机技术、系统控制水平和可靠性方面仍有一定差距。

（三）叶、梗丝膨胀技术和装备

叶、梗丝膨胀可分为在线（全配方）膨胀和离线膨胀（部分膨胀）两种。

叶丝在线膨胀技术水平较高的是HAUNI公司和Dickinson-Legg公司。梗丝在线膨胀技术水平较高的是Dickinson-Legg公司、COMAS公司和HAUNI公司。离线膨胀技术水平较高的是BAT公司和AIRCO公司的CO2法烟丝膨胀线。

现代叶、梗丝膨胀技术和装备的发展趋势为：

1、采用高温高湿法在线膨胀叶、梗丝技术和装备，提高膨胀率。

2、采用CO2法离线膨胀叶丝技术与装备，并朝着低压、少设备、低维修费、低能耗、过程简单、膨胀率高以及膨胀后不造成烟丝变质、不引起吃味和外观变化的方向发展。

我国是通过引进技术来提高叶、梗丝膨胀技术水平。目前，国产叶、梗丝膨胀设备已用来装备各卷烟厂，取得了良好效果。但在其工艺处理、自控水平上都有一定差距。

（四）烟草薄片生产技术和装备

国际上技术领先的是SANDVIK公司和BAT公司的造纸法薄片生产线、TMCI公司的稠浆法薄片生产线、COMAS的辊压法薄片生产线。

现代烟草薄片生产技术和装备的发展趋势为：

1、降低设备能耗

2、改善和提高薄片原料的预处理工艺性能

3、提高物料配比的准确性和均匀性

4、以提高薄片质量和实现有效管理为目的，提高设备的自动化控制水平，实现机电一体化。

5、提高可靠性

我国自70年代以来开始研制辊压法薄片生产线，现在国产的辊压法薄片生产线与国外同类产品水平相比，在许多方面有独特的优势，因而不仅在国内获得大力推广，并已开始出口。但在能耗、薄片丝利用率方面还有一定差距。在造纸法薄片和稠浆法薄片生产线技术方面正在着手研制，与国外相比，差距更大。

（五）卷接技术和装备

法国Decoufle公司和英国Molins公司是最早从事卷接技术和装备研究的公司，但现在已落后。现在技术领先的是德国HAUNI公司和意大利GD公司。尤其是德国HAUNI公司已于93年研制出14000支/分～16000支/分的PROTOS 2型卷接机组。该机组采用了多项先进技术，使卷烟的速度、效率、质量以及原辅材料消耗方面达到了新的水平。

现代卷接技术和装备的发展趋势为：

1、高速度：高速度意味着高的生产能力即高的生产效率，能使制造商在同样的人力、占地面积下在更短的时间里生产出更多的产品。

2、高度自动化：综合运用机械制造技术、电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术，使自动化水平得到很大提高。

3、高质量：主要表现在追求卷烟成品的质量稳定和良好的在线质量保证。

4、高可靠性：主要表现在机器有效作业率高，MTBF长，并采用模块化设计技术和自诊断技术，使之排除故障快，维修时间短。

我国自84年以来，采取引进、消化、吸收、创新战略缩短了与国外先进水平的差距，其技术水平突飞猛进。现已能为各卷烟厂提供7000支/分的卷接机组，但在可靠性方面还有一定的差距；对于高于每分7000支的卷接机组技术的研究刚起步，在这方面我们与国外的差距更大。

（六）包装技术和装备

国际上技术领先的是意大利GD公司、德国Focke公司和HAUNI公司。其最高技术水平的软盒包装机有GD公司的X700型，700包/分；Focke公司的725型，700包/分；硬盒包装机有HAUNI公司的CHRONOS 2型，880包/分；GD公司的X3000型，700包/分；Focke公司的350s型，700包/分，其机电仪一体化水平相当高。

现代包装设备的发展趋势除了同卷接设备的发展趋势：即高速度、高度自动化、高质量、高可靠性外，强调对卷烟的柔和处理，不损伤卷烟外观。

我国自88年以来采取引进、消化、吸收，创新战略缩短了与国外先进水平的差距，其技术水平进步很快。现已能为各卷烟厂提供400包/分的硬盒和软盒包装机组，但在其机器可靠性方面存在一定差距；对于高速包装机的研究刚起步，与国外的差距更大。

（七）烟草机械设计技术

烟草机械产品设计是决定烟草机械产品功能、质量和可靠性的关键环节。烟草机械设计水平较高的公司如德国HAUNI公司、意大利GD公司等都是根据产品功能要求，应用科学知识对机器的作用、原理和结构进行初步构思，同时考虑实际运行工况对机器功能和周围环境的影响及可能发生的失效，应用机械强度和振动、摩擦学、腐蚀、可靠性、流体理论、热工学等科学知识，来调整原来的构思，制定切实可行的设计方案，另外还要综合应用工业美学、材料、制造工艺知识来确定用材、加工方法及外观形状。这样来保证烟草机械优质、高效、经济、安全、可靠。

现代烟草机械设计技术的发展趋势是：

1、发展系统设计技术：使设计的烟草机械达到整体最优的功能目标，并保证在实际运行工况下的安全可靠性和适应性。

2、采用并行设计技术与一体化产品开发。

3、采用计算机技术：对烟草机械产品进行系统分析和优化设计，借助于计算机模拟技术，进行动态传真。同时将理论计算与试验分析相结合，使设计方案更接近真实，从而提高了对复杂问题的求解能力，有效地解决重大工程构件设计中的关键问题。

我国烟草机械产品至今很少能独立自主地设计开发。84年以来引进了43项烟机专有制造技术，使我国烟机工业得到了很大发展，但自主开发能力还存在较大的差距，主要表现在：

1、创新性差，习惯于仿造和引进；

2、经济性差，长期忽略了设计对成本的影响；

3、可靠性、可维修性差；

4、系统配套性差；

5、设计手段和方法落后，多数产品仍采用传统的经验类比设计、静强度设计和手工设计。

（八）烟草机械制造技术

机械制造技术是机械工业最重要的基础技术之一，是烟机产业实现产品设计、完成产品生产、保证产品质量、提高经济效益的基本手段和方法。

国外烟机制造水平较高的企业如德国HAUNI公司、意大利GD公司在制造上普遍采用精密数控机床，其数控化率达100%，还有较多的FMC和FMS，覆盖从下料、车、铣、磨、齿轮、热表处理、油漆、检测等整个工艺流程。普遍采用各种新型的工艺方法，如激光加工、加工表面功能型复层技术、等离子喷涂和爆炸喷涂等。广泛使用CAM、CAT、CAPP技术，并与CAD、ERP构成完整的集成制造系统。

当代机械制造技术的发展趋势为：

1.新型加工工艺方法不断出现。这些方法的特点是精密化、数控化、强韧化等。

2.新材料、新能源的引入，形成了多种新型的特种加工、高密度能源（激光、电子束等）加工和新型材料加工技术。

3.工艺模拟、专家系统和CAD/CAM的出现，使工艺设计由经验走向科学。

4.微电子、计算机、自动化技术与传统工艺的紧密结合形成了自动化制造技术系统。冷加工的发展道路是：数控－FMS－CIMS；热加工的发展道路是：优质高效低耗工艺－低成本自动化－综合自动化。

篇7：机械电子技术的研究现状与发展趋势

王俊

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

［摘要］本文论述了我国公路养护机械化的发展现状、需求趋势及发展对策研究，针对山西省地区公路车流量大、重载车辆多的特点，特别是超载车辆严重的情况，指出了发展公路养护机械化的意义和重要性。

［关键词］ 公路养护机械现状发展趋势探讨

随着公路建设事业突飞猛进的发展，公路的改建、拓宽、升级取得了可喜的成绩，公路的通车里程大幅度增长，截止2012年底，全国等级公路里程已达到360.96万公里。随着公路建设的快速发展，对公路养护的技术、质量、效率和人员提出了更高的要求。公路建设是我国国民经济建设的基础和重要保障，养护机械化是确保公路、特别是高等级公路实现有效、快捷和安全的有力保障，是充分发挥其经济效益和社会效益的重要保障。近年来，国内外养护企业为了适应公路养护特别是日益增长的高速公路养护的需求，以研究开发节能、环保型的养护材料为着眼点，不断推出新的养护工艺和与之相配套的机械设备。

1.我国养护机械的发展现状

我国公路筑养护机械起步比较晚，20世纪五、六十年代初，我国公路建设处在以砂石、水泥路面为主的时代，对公路养护投入的资金严重不足，公路养护大多以人工养护为主。进入八、九十年代以后，我国开始引进、吸收一些国外先进的公路养护技术和养护机械，特别是近年高速公路的快速发展，为引进先进的养护机械创造了机遇。我国现有的筑养路机械企业，其中主要以生产公路建设用施工机械为主，同时生产一些各种小型公路养护机械和少量大型的公路养护机械。但是从近年公路建设的总体上看，我国的养护机械无论是产品性能，还是品种、数量、质量都难以满足我国公路维修养护作业的需要，部分类型的公路养护机械国内还是空白且不能自主生产。

2.我国养护机械与国外发展的差距

以山西地区为例，由于近年大规模的公路快速建设，养护技术及机械设备与公路建设快速发展相比，发展比较缓慢，加上环境因素以及技术条件的制约。目前还不能满足日益增长的公路养护的需要，主要表现在：

（1）我国的公路养护机械、材料的研发比较缓慢，产品少，规格不齐全。山西地区专业生产公路养护机械的企业比较少，养护机械品种、数量不能满足山西地区公路建设的需求。以高速公路防撞护栏清洗车为例，山西地区仅有山西交科机电设备有限公司一家在生产，而且该防撞护栏清洗车研发、更新换代比较慢；缺少能进行沥青路面现场再生的加热、铣刨、破碎、喷洒、拌和、重铺、压实等作业的综合路面养护再生设备。

（2）养护作业人员的技术水平有待进一步提高。目前，我国的养护作业主要以人工养护为主，作业劳动强度大，作业效率低。无论是养护机械开发研制还是对设备的操作维修，都离不开专业技术人才，所以必须加强对养护作业人员专业技能的培养。

(3)缺少养护设备的专用底盘车。目前，我们在养护机械的改造上，缺少专用底盘，都是以东风、黄河、福田等汽车地盘或洒水车上改造，其功率不能满足养护机械的要求，制约了国内养护机械的发展。公路养护机械专用底盘，应在其前、后部位配备机械、液压、电力等输出接口，配备更换工作装置的悬挂装置，例如：防撞护栏清洗车可以快速更换护栏清洗装置，除雪车可以快速更换除雪铲等。

(4)养护工作目前应用最多、工作量最大是坑槽修补，其技术多为传统的热补，其机械设备是国产的、小型的机械和机具。近几年来虽然开发了一些新设备，但可靠性、实用性较差，技术水平低，难以满足养护的需要。以山西地区为例，公路车流量大、重载车辆多的特点，特别是超载车辆严重的情况，路面的坑槽和裂缝是路面的主要常见病害，需要的养护工作量较大、配套的机械也多。

3.我国养护机械的需求趋势

公路建设的持续发展，通车里程的不断增加，车流量和车载的不断增大，对公路的养护机械水平、养护质量的的要求越来越高，这必将加速我国养护机械的发展。目

前对道路养护的投资，主要用于路面的维修、养护。近年来，随着我国公路建设的持续发展，一些早期建设投入的公路即将进入早期养护、维修阶段，大规模的养护时期即将到来，对养护机械和技术的需求和要求越来越高，公路养护新技术、新工艺、新材料、新设备会得到越来越广泛的应用，逐步提高我国筑养路机械的水平。筑养路机械存在巨大的发展潜力，调整产品结构，以生产质量好，可靠性高、技术含量高的养护机械设备，努力减少与国外的差距。

4.公路养护机械的发展对策与探讨

随着通车里程逐年增加，特别是高等级公路的建设和发展，对公路养护的技术、质量和效率提出了新的更高要求。养护机械化是公路现代化的必由之路，养护机械化是确保公路、特别是高等级公路实现良好、快捷和安全运输的必要条件，是充分发挥其经济效益和社会效益的重要保障，是提高养护质量、降低养护成本、减轻劳动强度的重要保证。

（1）选择养护机械设备时,一定要考虑其是否适合本地区公路的养护作业要求,因为只有适应养护作业,才能充分发挥设备的优势。

（2）养护机械向大功率、多用途的方向发展，注重“一机多能”，减少闲置设备，提高机械的使用效益。公路机械养护随着区域、季节、气候的变化而不同，若采用单一功能配置方式，利用率低，管理困难。一机多用，满足不同的作业需要，适应今后公路养护的发展方向。

（3）推进和加快沥青材料再生设备和沥青路面重铺再生机械的发展。沥青路面旧料的再生可减少沥青、石料等原材料的消耗，同时可避免铣刨下的废弃料所带来的环境污染，使沥青路面成本降低，有明显的经济效益和社会效益。

（4）建立有效的公路养护、维修管理系统，公路养护维修管理系统可以有效利用公路养护维修方面的资源，使公路养护管理部门以最低的费用获得最佳的养护维修效果。

（5）增强我国养护机械企业的技术创新能力，加快国内养护机械企业的技术进步和产业升级，形成以企业为中心的养护技术创新体系，才是我国养护事业的发展的必由之路。

（6）加强新型养护材料、工艺和设备的综合研究。公路养护随着路面等级、路况、环境及养护工艺的不同，选用和开发养护机械的养护工艺也有所不同，而我国等级公路发展时间还不长，养护工艺尚不能完全定型。这就要求我们在发展公路养护机械的同时，必须进行新型养护工艺、养护材料和养护设备的研究。

（7）转变观念，重视预防性养护。扭转重公路建设、轻日常养护，重维修、轻预防的观念，加强公路的预防性养护工作。公路预防性养护可以延缓由于交通和环境载荷的作用而引起的路面性能的恶化并延长它的寿命、减少路面周期养护费用，其经济效益十分显著。而实行科学系统的预防性养护是延长公路使用寿命和维修周期行之有效的方法。因而，公路路况检测设备的研制和生产，越来越引起人们的重视，路况检测设备一般包括空洞检测车、自动弯沉检测车、路面颠簸累计仪、车辙测试仪和抗滑阻力测试仪等。美国由于在高速公路使用前期投入预防养护工程的资金不足，导致了后期花在重建工程上的费用特别高，这是一个让我们引以为戒的教训。

我国公路建设处于大发展时期，必将给公路养护机械的发展带来前所未有的历史机遇和挑战。降低养护作业成本、提高公路养护作业质量和劳动生产率、提高公路的使用性能，使公路养护作业水平和公路建设持续发展水平相适应，具有重大的经济效益和社会效益。

主要参考文献：

1.何挺继靳长征，筑路机械手册，人民交通出版社，2001

2.万澄宇，我省高速公路机械化的现状与发展，辽宁省高等专科学校学报，2006.8

篇8：机械设计技术的发展现状与趋势

机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算,并将其转化为具体的描述以人为制造依据的工作过程。机械设计是机械工程的重要组成部分,是决定机械性能的最主要的因素。根据德国工程师协会文件VDI2225的调查分析,产品设计成本约占产品成本的5%～7%,但却决定了产品制造成本的75%～80%左右。设计工作的质量,直接关系到机械产品的质量性能、研究周期和技术经济效益等。

二常规设计技术及应用

目前各大专院校所使用的《机械原理》及《机械设计》教材主要讲述的是常规设计技术,它是学习、应用、发展现代设计技术的基础。

2.1理论设计

根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计称为理论设计。现以简单受拉杆件的强度设计为例来讨论理论设计的概念。可以利用公式直接求解杆件必须的横截面积,也可以按其它方法先初步设计杆件的横截面尺寸,然后用强度计算公式去校核。由于实际情况复杂多变,若安全系数选择过大,则产品傻、大、粗。若安全系数过小,则很难保证安全性。

2.2经验设计

根据对某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式,或根据设计者个人的工作经验用类比的办法所进行的设计叫经验设计。这对那些使用要求不大变动而结构形状已典型化的零件,是很有效的设计方法。例如箱体、机架、传动零件的各结构要素等。随着设计产品的技术系统越来越复杂,技术含量不断提高,产品更新发展速度加快,经验类比的设计方法已不能满足市场需要。

2.3模型实验设计

对于一些尺寸巨大而结构又很复杂的重要零件,尤其是一些重型整体机械零件,为了提高设计质量,可采用模型实验设计的方法。即把初步设计的零、部件或机器做成小模型或小尺寸样机,经过实验的手段对其各方面的特性进行检验,根据实验结果对设计进行逐步的修改,从而达到完善。这个设计方法费时、昂贵,因此一般用于特别重要的设计中。

三现代设计技术及应用

3.1优化设计OD(OptimalDesign)

优化设计是建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,在一切可能的方案中寻求最优方案,使期望的指标达到最优的设计方法。它可以成功地解决解析法等其他方法难以解决的复杂问题。在机械工程领域中,根据机械设计理论、方法和标准、规范等建立反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型,然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。

3.2有限元设计FED (FiniteElementDesign)

有限元分析技术是最重要的工程分析之一,是20世纪60年代发展起来的新的数值计算方法。随着计算机技术的发展,有限元设计在各个工程领域中不断得到深入的应用。有限元法的基本思想是将结构离散化,用有限个容易分析的单元来表示,单元之间通过有限个节点相互连接,然后根据变形协调条件综合求解。由于单元的数目是有限的,节点的数目也是有限的,所以称为有限元法。这种方法灵活性很大,只要改变单元的数目,就可以使解的精确度改变,得到与真实情况无限接近的解。有限元法的基本理论要用到工程数学,力学等方面的知识。它不仅能用于工程中复杂的非线性问题、非稳态问题的求解,而且还可用在工程设计中进行复杂结构的静态和动力分析。

3.3可靠性设RD(ReliabilityDesign)

可靠性设计是近几十年发展起来的一门新兴学科,从20世纪60年代以来逐渐进入机械工程领域。零件的可靠性设计是指在规定的时间内,规定的条件下,完成规定功能的能力。可靠性设计的主要特征是将常规设计方法中所涉及的设计变量如材料强度、疲劳寿命、尺寸、应力等,看成服从某种分布的随机变量。然后根据产品的可靠性指标要求,用概率统计的方法得出零部件的主要结构参数和尺寸。

四现代设计技术与常规设计技术的关系

(1)产品结构分析的定量化常规设计技术对复杂结构的零部件或整机只能进行定性或类比的估算。现代设计技术引入了有限元及边界元方法,可实现对任何产品结构的定量化分析。

(2)产品工况分析的动态化常规设计技术对产品的工作状况仅限于静态的计算和动态的估算。而现代设计技术中的动态设计方法可以同时利用理论和测试数据建造与实际工况相符的数学模型,通过计算机进行分析计算,预测出产品的动态性能和改进效果。

(3)产品质量分析的可靠性化常规设计技术中采用的安全系数法仅仅依靠经验,不能定量给出产品质量的可靠性预测。而现代设计技术中的可靠性设计法,把零部件或整机的各种具有离散性的性能参数均视为随机变量,基于概率论建造模型并进行分析计算,从而定量的做出产品质量的可靠性预测。

(4)产品设计结果的最优化常规设计技术通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计、校核,比较依赖设计者的经验和主观判断。而现代设计技术中的优化设计法是根据产品的设计目标和性能要求构造数学模型,应用数学规划理论和数值计算方法,通过计算机求得最优化结果。

(5)产品设计过程的高效化和自动化常规设计技术在设计过程中重复性高,而设计方案却不一定最优。而现代设计技术在整个设计过程中均是“教会计算机,让计算机去完成。”从而实现了设计过程的高效化和自动化,并且为实现制造的自动化做好了准备。

五机械设计技术的发展趋势

具体来说现代设计技术的发展趋势主要有:(1)设计将从产品质量成本第一的竞争策略转向快速响应市场的竞争策略;(2)设计将从满足产品功能属性向同时满足生态与环境属性发展;(3)设计将从需求的同时面向制造和经营管理发展;(4)设计将从传统的串行向并行工作模式、协同工作方式发展;(5)设计将使人们从设计过程数字化中逐步确立主动地位,激发主动创造性。顺应此趋势,目前主要研究和应用的现代设计技术有:设计方法学、优化设计、可靠性设计、有限元设计、动态设计、计算机辅助设计、工业产品造型设计、摩擦学设计、模型试验设计、创新设计、模块化设计、三次设计、反求工程设计、价值工程设计、智能工程设计、并行工程等。

六结束语

世界各国都十分清楚美国人所提出的“为竞争的优势而设计”的口号的重要意义。当前,我国正在进行社会主义现代化建设,对于机械工业来说,面对全球化竞争,迫切需要质量好、效率高、消耗低、价格便宜的机械产品,这正是当前机械设计技术发展的总目标。因而,现代设计技术责无旁贷的担当起现代企业的设计任务。

参考文献

[1]宋燕鸣,刘兆君.机械设计中的现代设计技术[J].煤炭技术,2004,23(10):20- 21.

[2]张艳,黄乾贵.论产品的现代实际战略[].煤矿机械,2003,10:18-20.

[3]刘静香,张春梅.现代设计方法的研究现状与发展趋势[J].河南机电高等专科学校学报,2003,11(2):60-61.