机械动态设计十篇

机械动态设计篇1

[关键词]机械结构 振动特征 设计方法 验证系统

中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）25-0042-01

随着社会经济的高速发展，机械结构振动特征设计越来越广泛地运用于各个领域之中，如汽车控制结构、建筑结构与宇航结构等等。一系列的研究实践表明，采用该设计方法，能够大大提高相关设备的稳定性，从而促使其在振动环境中正常运转而不受影响。笔者从机械结构振动特征设计的相关技术要求入手，提出了相应的计算方法及改善措施，并针对机械结构振动特征设计的试验验证系统进行了有力的论述。

一、 机械结构振动特征设计的相关技术要求

机械结构振动特征设计包括多方面的内容，大体上有计算机机械结构振动特征模态的系统和对振动特征模态进行试验的系统两个方面。为了分析研究机械结构的静态装置方式和动态变化，必须计算设计出相应的模块。只有这样，才能很好地计算机械结构的固有频率和结构类型方式，继而辅助机械结构的动态变化特征设计。对振动特征模态的试验验证主要采取的是锤击激励方法，充分利用变时基法，通过不同信号的采样来分析处理采样数据，并结合其他的一些方法来进行机械结构的设计，最终保证设计结果与相关设计要求相符，因此对相关人员提出了两个方面的技术要求。

一方面针对的是计算系统，另一方面则是针对试验系统。对计算机系统而言，需要充分考虑到常规的机械结构分析单元，例如板单元部分、梁单元部分和三维实体单元部分等，除此之外，还要考虑一些特殊的要求。第一，在静态和动态作用下，针对计算系统的分析能力提出了更高的要求；第二，需要对机械的固有频率及振动类型进行计算，还应及时对结构振动的模型和状态变化的灵敏度进行分析。针对系统的试验问题，由于试验系统的敏感性和辨识性非常重要，所以需要具体情况具体分析，有效调整信号功能和参数辨识功能，继而进行修正以及设计的改进。

二、 关于机械结构振动特征设计的计算方法及改善措施

（一）采用灵敏度分析方法来修改机械结构

在机械设备的最初设计阶段，相关人员并没有正确精确地认识到振动特征产生的影响，从而所形成的设计方案不能达到振动特征的要求，因此必须修改原始的设计方案。采用灵敏度分析方法能够很好地针对原始设计结构中带有的振动特征参数，进行相关的计算找出结构设计中的最敏感部位，从而修正改进敏感部位，最终以最小的修改方法来提高机械结构中固有频率的稳定性。采用灵敏度分析方法需要选择正确的方式，其计算方法必须依据矩阵中的特征值和一阶微分方程等知识，以便获取计算的精确性。

（二）采用窄频段拟合识别方法来识别机械结构频域内模态参数

由于机械结构振动特征设计的相关参数存在着数量大、来源不合理科学以及各个参数的衡量标准不一致等问题，因此会导致计算系统中产生所谓的病态矩阵，它十分不利于系统的稳定性和程序的可靠性。采用窄频段拟合识别的方法就能很好地解决这个问题。大体思路是，机械结构特征设计计算之前，需要对各个参数进行标准化处理，使之统一为无量纲，这样就能避免病态矩阵的产生，还能进一步识别出非主导模态，进而使参数识别的精确度得到提高，也是一种综合识别设计模态参数的高效方法。具体来说，首先要通过傅立叶函数得到频率响应函数，再通过分量分析计算方法来计算模态的初始频率，以便得到初始频率值，并在此基础上形成不同区间的频段，接下来运用频率连续细化的方法来分析这些频段，得到所对应频段的各个频率点值，最后通过多种拟合识别方法来识别计算所得到的窄频段模态参数。

（三）采用变时基法可以解决不同频率采样的难题

为了更好地完成机械结构振动特征的设计，必须仔细研究系统的频率响应机制，并建立可供计算修改的频率响应函数。目前，针对该函数的测量主要采取一种锤击激振法，然而在这种方法的使用过程中，由于锤击的激励信号频率和系统的加速响应信号频率不同，也就出现了不同频率采样的难题，于是变时基法被适时提了出来。在对频率响应函数进行进行测量时会出现两个不同的频率，因此变时基法的原理就必须采用两种不同的方法，针对不同的对象频率进行采样处理以得到最终结果。具体来说，变时基法要对激励脉冲信号采用较高的采样频率，对系统响应信号采用较低的采样频率，并将这两个采样频率加倍以得到变时倍数。在这方面，变时基法获取数据可以寻求FFT及频率连续细化技术的支持。

三、有关机械结构振动特征设计的试验验证系统论述

在完成机械结构振动特征的设计之后，需要对其进行一定的试验验证，目的是检验灵敏度分析法、窄频段拟合识别法和变时基法等设计方法是否能真正起到作用。试验验证需选择机械结构中具有典型性的板箱组合结构。此结构主要由两个质量板构成，放置的方式是在箱体的底部，通过支架来支撑质量大的板，而且通过焊接的方法将质量较小的板悬臂于箱体侧面，另外在箱体的侧面也要接一块薄板螺。安放好以上这些试验装置以后，要运用计算模态分析系统来预测估算试验装置的结构振动特征。依据灵敏性分析方法，得出的前2阶振动固定频率分别为65赫兹、145赫兹。以此振动特征能够判定，当试验装置处于4赫兹到100赫兹的正弦扫频环境中时，一旦当频率达到65赫兹左右，该装置就必定会发生共振反应。通过对试验装置进一步的模态计算分析，我们可以得出这样的结论：第一阶振动模态表现为在垂直方向上质量小的板所出现的振动类型，第二阶振动模态表现为在箱体侧面质量大的板所出现的振动类型。因此，为了提高试验装置的低阶固有振动频率，就必须在提高小质量板的垂直支撑强度基础之上，提高大质量板的侧向角度。只有如此，才能较好地对试验装置进行改良，从而得到新的试验装置，以便更准确地验证机械结构振动特征的设计效果。

运用同样的计算模态分析方法可以得到新试验装置的前2阶固有振动频率，它们分别是191赫兹和230赫兹，然后通过试验模态分析系统来检验新装置的振动特征，验证其是否能对试验装置进行正确有效的修改。具体方法是，首先通过变时基法来采样激励信号以及系统加速信号，接着通过窄频段拟合识别法来分析识别原始试验装置以及新试验装置的模态参数，得出原始试验装置的前2阶固有振动效率为76赫兹和155赫兹，而得出的新试验装置的固有振动频率分别为200赫兹和222赫兹。以上的结果表明，所做出的修改方案是正确可靠的，修改后的结构的确能够很好地提高固有振动频率的振动效果，而且使得机构结构的稳定性大大提高。

结束语

计算模块的设计与试验模块的验证是机械结构振动特征设计的两个主要方面，计算设计模块主要是分析研究机械结构的静态装置方式和动态变化过程，同时针对机械结构的固有频率和结构的振动类型、方式进行相关计算，并且对机械结构的动态变化特征设计起到一定的辅助作用。试验验证模块主要是通过锤击激励的方法，针对不同的信号采取变时基法分别进行采样，并处理分析其采样数据，同时运用灵敏度分析法和窄频段拟合识别法来验证机械结构的设计，通过这种反复验证修改的方式来达到最终的技术要求。

参考文献

[1] 丁大为.基于机械运行状态改善的机械结构振动特征设计[J]. 科技致富向导，2014，05：225.

机械动态设计篇2

【关键词】动态设计；机械系统；特性分析；带式输送机

0 引言

随着生产科学技术的高速发展，机械产品与设备也日益向高速、高效、精密、轻量化和自动化的方向发展，产品结构日趋复杂，人们对产品结构系统的静态和动态特性要求越来越高[1]。如何提高系统的性能越来越受到人们的重视。传统的机械设计，包括理论设计、经验设计、模型实验设计等方法往往都是静态的，半经验半理论的，难以适应市场竞争和社会发展的需要。在这种情况下，产品动态设计成为现代机械研究开发不可缺少的重要环节。

1 动态分析设计方法的内容及目的

现代机械动态设计是在产品的研究和开发过程中，对机械产品的运动学与动力学及与此相关的动态可靠性、安全性、疲劳强度和工作寿命等问题，进行分析和计算，以保证所研究和开发的设备具有优良的结构性能及其它相关性能。它是一项涉及现代动态分析、计算机技术、产品结构动力学理论、设计方法学等众多学科领域的新的学科分支，其基本思想是对按功能要求设计的结构或要改进的机械结构进行动力学建模，并做动特性分析。根据对其动特性的要求或预定的动态设计目标，进行结构修改、再设计和结构重分析，直到满足结构动特性的设计要求。机械结构动态设计就是在充分考虑动载荷及满足约束条件的情况下，确定出机械结构的质量、刚度和阻尼的最优分布参数，使机械结构具有优良的动态性能。

对于机械动态设计来说，其广义目标包括思想目标（I）、产品质量目标（Q）、成本目标（C）、生产周期目标（T）、环境目标（E）、产品售后目标（S）其它目标（O），即IQCTESO等7方面的目标。为了做好产品的动态设计工作，必须具体贯彻前面提出的这些目标，如果在设计中忽视其中的某一目标，就有可能在某一方面出现问题。产品动态设计的具体技术目标是产品的全部结构性能及部分使用性能和制造性能，结构性能包括人机安全性、系统可靠性、材质适用性、工作耐久性、结构紧凑性、环境无害性、造型艺术性、设计经济性等；部分使用性能包括工效实用性、指标优越性、运行稳定性等；部分制造性能包括结构工艺性能包括设备维修性等[2]。

2 机械系统动态设计的基本原则和步骤

动态设计的目标是在保证机械系统满足其功能要求的条件下具有良好的动态性能，使其经济合理、运转平稳、可靠。因此，必须把握机械结构的固有频率、振型和阻尼比，通过动态分析找出系统的薄弱环节来改进设计。

动态设计的原则是：

（1）防止共振；

（2）尽量减小机器振动幅度；

（3）尽量增加结构各阶模态刚度，并且最好接近相等；

（4）尽量提高结构各阶模态阻尼比；

（5）避免零件疲劳破坏；

（6）提高系统振动稳定性，避免失稳。

具体设计时，以上述为基本原则，应根据具体设备的要求，给出动态设计指标。

机械系统动态设计基本工作步骤如下：

（1）建立动力学模型

根据机械结构或机械系统的设计图纸，建立系统动力学模型或应用试验模态分析技术（如有限元分析）建立结构的试验模型。

（2）动态持性分析

建立出结构的动力学模型后，求解自由振动方程得到结构的振动固有特性；引入外部激励进行动力响应分析；进行振动稳定性分析。

（3）动态设计指标的评定

根据机械系统或结构在设计时提出的动态设计原则，对机械系统或结构的动态性能进行评定。

（4）结构修改和优化设计

如果结构的某些指标没有满足动态设计原则的要求，要进一步改善其动态性能，则根据要求改进原来的设计，转到步骤（1）重新开始动态设计，直至达到要求为止[3]。

3 应用实例――带式输送机

带式输送机是一个复杂的机电系统。其启制动动力学根系涉及到输送带的力学性质、输送机的运行阻力、驱动装置的机械特性、拉紧装置的作用等诸多因素。其中最主要的是输送机的运行阻力和输送带的力学性质。根据输送带运动的平衡方程、几何方程和物理方程，建立输送机的连续模型的动力学方程。对粘弹性输送带进行动力学分析的主要方法有解析法和数值解法。带式输送机连续模型的动力学方程是一个十分复杂的偏微分方程组，且包括复杂的边界条件，对其完整的动力学方程进行解析求解几乎是不可能的。目前对带式输送机动力学模型的解析主要是通过简化模型来分析模型的固有特性和理想的特殊问题进行解析求解。在实际中大都采用数值求解，通常将输送机连续模型的动力学方程采用差分方法得到输送机的离散动力学模型[4]。

4 结论

机械系统动态设计涉及现代动态分析、计算机技术、产品结构动力学理论、设计方法学、稳定性分析、可靠性分析等众多学科范围。机械动态设计方法已成为机械设计人员的一种强有力的设计手段。

【参考文献】

[1]杜留法.机械结构动态设计方法及应用研究[D].西北工业大学，2006.

[2]曾宪棣，杨明，周传荣.机械结构的动态性能设计[J].南京航空学院学报，1988，20（3）.

机械动态设计篇3

现代机械设计是根据机械产品的使用要求，通过对机械工作的各个方面、机械零件的材料和形状以及方法等诸多内容进行构思、分析和计算，并将分析的结果积极转化成具体的机械制造方法，作为机械制造的依据，从而生产出高质量创新产品的一项复杂的工作过程。现代机械设计与传统的机械设计相比，具有一些鲜明的特点。

（1）计算机化。随着高科技技术的不断发展，计算机技术能够有效地推动社会生产力的发展，并且逐渐不断介入与运用社会生产的各领域。现代机械设计中的优化设计、系统仿真等各个设计过程，都需要在计算机的帮助下才能完成。

（2）系统性。在现代机械产品设计中常常会遇到各种相关问题，就需要应用现代机械设计系统性观点来解决这类问题。把机械看成一个具有特定功能的有机整体，并且这个整体中的各部分相互作用、相互联系，这充分体现了现代机械设计具有系统性。

（3）动态性。现代机械设计不仅要考虑设计产品在静态状态下的功能作用，更注重产品在工作环境下的动态功能。机械设计产品的动态功能不仅体现在设计对象方面，也体现在合作协调设计组织这个层面。现代机械设计能够有效地连接各个设计系统，汇集不同的设计数据，进一步提高产品的整体性能。

（4）创造性。科学先进的设计理论和设计工具是现代机械设计的重要基础，机械设计者通过对设计过程、产品材料等方面进行科学分析，能够真正发挥出设计者的想象力和创造思维，并运用各种具有创造性的手段和方法，研究出更多具有创新性的机械产品。

2现代机械设计的创新原则

现代机械设计的创新是一项复杂、耗时的脑力活动。在创新过程中，机械设计者要遵循机械设计系统化方法之外，还必须遵守设计创新准则，严格约束现代机械的设计过程。其具体原则如下：

（1）经济效益最优化原则。现代机械设计的创新产品必须保证既能最大程度的满足客户要求,又能合理有效的控制生产成本，使生产成本最低廉。这就需要从机械的设计和制造两个方进行综合考虑，在设计方面，要保证采用合理的设计方案,选用正确的材料；在制造方面，要时刻关注机械的加工工艺和装配工艺，从而实现了经济最佳性。

（2）生态效益最好原则。现代机械设计的创新产品在制造和使用过程中都有极高的要求,要求产品本身无毒、无害，并且不能对周围环境产生污染，属于绿色环保产品。这就要求在现代机械设计过程中，对于材料的选择要有极高的要求，原则上尽量选择低污染或无污染的环保材料,避免采用有毒、有害和有辐射性对人体有害的材料。

（3）安全可靠原则。安全可靠性是机械设计产品质量的重要保障。因此在现代机械设计过程中，必须保证机械设备在强度、刚度、耐磨性、稳定性及热平衡性上能够满足设计要求，从而使设计出来的产品安全可靠性。

3现代机械设计的创新方法

社会经济和机械制造业的不断发展，推动了现代机械设计的不断改革与创新，使现代机械设计的创新方法日趋成熟。当前，在现代机械设计中常用的创新方法具有以下几种：

（1）仿生类比设计法。这种设计方法是利用仿生学的原理，通过充分对自然界的动植物进行分析与类比，从中受到启发而产生的一种创造性方法。由于自然系统中的生物具有许多无可比拟的结构和功能，这就给机械设计者提供了创作的灵感和思路。机械设计者把机械运转和生物运动两者放在一起进行全面的分析与对比，发现两者之间的差异性和相似性，激发了机械设计者的创作思维，产生了现代机械设计的创新灵感，从而完成了现代机械设计的创新方案。

（2）智力合成设计法。这种设计方法主要依靠发挥团体精神，注重集体智慧的力量。在现代机械设计过程中，要以小组为单位，每一位成员都要提出自己的设计构想，然后进行集体分析讨论，通过不同创新构想之间的碰撞和融合，抓住瞬间的灵感或潜意识的新想法，激活和发散创新设计的思维，进一步促进机械创新设计的全面性。

机械动态设计篇4

近年来自动化控制技术被引入机械制造工艺中之后，很多自动化机械设备转变了生产控制方式。基于此，本文将结合机械设备生产工艺的相关内容，深度分析自动化控制的重点和难点问题。

【关键词】机械制造 自动化控制 方法研究

前言

自动化制造控制管理是在机械制造生产的过程中，合理分配生产原料、人力资源、生产技术、制作工艺等生产要素，以满足企业生产需求为主要发展任务的新型管理控制体系。

1.机械制造中的自动化控制模式

一个自动化程度非常高的机械设备，其对生产原料的控制能力非常强，并能保证生产商品的质量安全。与此同时，机械制造的自动化控制模式还可以帮助生产设备完成多个复杂的生产任务，只需更换生产程序，机械生产结构会自动按照预设的轨道运行，生产出截然不同的工业产品[1]。自动化控制模式不仅可以有效节约生产资源，还能提高生产效率，在规定时间内，机械制造设备会按照设定好的运行程序运行，只要动能充足、机械设备工作状态良好，机械制造设备就会高效完成生产任务。

2.机械制造过程中的自动化控制方法研究

2.1质量检验

2.1.1聚类分析

当制造机械设备在失控状态下运行时，其运行数据会大大偏离原始数据，负责检测机械制造设备运行状态的仪器显示出来的数据会“超常规”。由此可见，利用运行数据机械制造设备的运行生产状态十分有效[2]。聚类分析是常用的数据分析模式，通过对生产工艺数据的相关参量进行统计和分析之后，质量检测人员会对机械设备的运行状态提出相对准确的预判，运行参数、故障源、故障规模和状态都可以从数据中检索出来。

2.1.2非参数检验

非参数检验控制方法是美国著名机械制造工程师沃德发明的，这种检验控制模式可以将不同种类的设备运行参数融合在统一的测算系统中，创建一个统计总体。制造机械设备中的非参数检验项目在数据系统中的组织结果不对称，则非参数将无法作为有力证据，参与控制管理。因此，在进行质量检验之前，工作人员需根据不同非参数检验项目进行价值测评，如果价值符合数据分部要求，则可以选定该非参数检验项目参与质量检测[3]。

2.2自动化加工生产控制

机械生产加工的自控能力很差，一旦出现生产编程数据错误或设备陷入非正常生产状态等现象，则以“故障”为节点的后续生产工作都会受到相应的影响（如表1所示）。自动化加工在生产控制中需要进行周期性的监督和管理，有效的监督和管理会增加商品质量，检修出来的故障被及时修复，会弱化失误数据对整个加工生产中的影响效果。同时，管理者可以分派不同工作人员监督机械设备生产运行状态，分析设备运行数据是否处在正常的范围。同时，在更换生产产品种类时，程序编程人员应严格按照设计图纸和编程规范来编程，以最大限度防止编程失误现象的发生。

2.3统计过程控制

统计数据不仅可以表现一段时间内设备的实际运行状态，还能客观的反应设备潜在的运行故障问题。因此，开展自动化控制工作必须以统计过程控制为基准，其他质量检测、生产控制工作为辅，切实有效的对机械制造设备的运行状态进行监督和控制。

除此之外，工业制造企业还应引进先进的设备检修仪器，将机械制造设备与检修仪器相互连接，一旦设备出现运行故障，检修仪器会随即发出预警信号，提醒生产施工人员与质量检测人员对设备进行运行状态检查和故障维修。统计过程控制的重点工作内容是数据的搜集、分析和处理工作，质量检修人员与技术员应开展联合工作活动，针对机械制造设备的敏感故障问题，展开学术讨论，以制定出合理、规范的控制方案[4]。同时，企业还可以利用科学的数据统计系统来完成控制工作，将运行数据引入工程模型当中，数学模型会自动检验运行数据的准确性和时效性。

3.结论

运行数据以及生产产品是反映设备生产模式是否科学的主要依据，所以在自动化控制管理应从上述两方面入手，利用质量检验和数据统计来优化设备生产结构和控制制度。针对多品种、大批量的高度自动化生产模式，本文提出了三种自动化控制方法：质量检测法、生产控制和统计过程控制。这三种方法的控制效果显著，可以帮助企业控制机械制造设备，完成自动化生产目标。

参考文献：

[1]聂斌.高度自动化的机械制造过程控制方法[J].机械设计.2012，12（08）：109-122.

[2]唐苏州.机械制造企业面向生产过程的成本分析与控制方法研究[J].大连理工大学学报（社会科学版），2012，11（12）：110-123.

机械动态设计篇5

【关键词】：机械设计；机械加工；发展前景

中图分类号： F407.4 文献标识码： A 文章编号：

引言

随着信息技术革命的到来，人们对产品要求的提高，对生产厂家的生产有了新的要求，已经不再是某以固定的规格，需要根据人们所适合的需求制造适合的产品,也就造成机械制造行业的企业管理方法发生了根本性变化，必须重新认识机械制造业，认真探讨新世纪机械制造业的发展趋势，掌握最新的制造技术特点，不断更新生产策略。

一、机械设计准则

1、技术性能准则

技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能，既指静态性能，也指动态性能。例如，产品所能传递的功率、效率、使用寿命、强度、刚度、抗摩擦、磨损性能、振动稳定性、热特性等。技术性能准则是指相关的技术性能必须达到规定的要求。例如振动会产生额外的动载荷和变应力，尤其是当其频率接近机械系统或零件的固有频率时，将发生共振现象，这时振幅将急剧增大，有可能导至零件甚至整个系统的迅速损坏。振动性稳定准则就是限制机械系统或零件的相关振动参数，如固有频率、振幅、噪声等在规定的允许范围之内。又如机器工作时的发热可能会导致热应力、热应变，甚至会造成热损坏。热特性准则就是限制各种相关的热参数（如热应力、热应变、温升等）在规定范围内。

2、标准化准则

与机械产品设计有关的主要标准大致有：

概念标准化：设计过程中所涉及的名词术语、符号、计量单位等应符合标准；

实物形态标准化：零部件、原材料、设备及能源等的结构形式、尺寸、性能等，都应按统一的规定选用。

方法标准化：操作方法、测量方法、试验方法等都应按相应规定实施。

标准化准则就是在设计的全过程中的所有行为，都要满足上述标准化的要求。现已的与机械零件设计有关的标准，从运用范围上来讲，可以分为国家标准、行业标准和企业标准三个等级。从使用强制性来说，可分为必须执行的和推荐使用的两种。

3、可靠性准则

可靠性：产品或零部件在规定的使用条件下，在预期的寿命内能完成规定功能的概率。可靠性准则就是指所设计的产品、部件或零件应能满足规定的可靠性要求。

4、安全性准则

机器的安全性包括：

零件安全性：指在规定外载荷和规定时间内零件不发生如断裂、过度变形、过度磨损和不丧失稳定性等等。

整机安全性：指机器保证在规定条件下不出故障，能正常实现总功能的要求。

工作安全性：指对操作人员的保护，保证人身安全和身心健康等等。

环境安全性：指对机器周围的环境和人不造成污染和危害。

机械设计技术是基于上述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。现代机械设计制造出的产品，不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸。

二、我国机械设计的发展方向

1、远程机械设计

我国未来的机械设计要把远程机械设计作为重点发展方向，远程机械设计目前在我国正处于初步发展阶段，它是一个多学科、多技术的研究领域，涉及许多机械工程和计算机方面的知识领域。，因此要大力研究网络环境下设计资源获取及调用，这样设计人员在设计过程中遇到问题，就能通过网络及时的进行分析计算或查询数库，很快的解决问题，进行下一步工作，相对来说降低了成本，节约了时间，有效地提高了工作的效率。

2、自动化发展趋势

机械制造技术的自动化发展是必然趋势，科技发展推动了自动化的普及，自动化的发展表现在制造技术中系统技术、集成技术、人机一体化制造等各个系统中，自动化给机械制造技术的快速发展奠定了良好的基础。

3、人性化设计

机械控制技术的电子化代表了当今技术的发展趋势，采用微机控制技术，达到发动机的最佳功率匹配，减少发动机的燃油消耗，并自动诊断机器状态，使机器使始终能保持良好状态，因此控制和操纵的人性化能大大提高作业的安全眭和舒适性。

4、系统性设计

从系统观点入手，把机械产品看作一个总系统或整体，依赖计算机技术，实现人、机、环境相互协调。在具体实施上，是把总系统分解为若干个子系统，采用各种现代设计理论和方法，追求系统优化为目标协调各子系统的设计和匹配。

5、随机和动态性设计

任何机械产品都是在随机动态下完成其功能的。传统设计是在不得已条件下用静态分析设计，即使考虑随机动态，也只是凭经验选取系数进行修正，故不能反映实际工况条件下机械产品运行的行为。而现代设计要考虑载荷谱、材料强度谱，零部件的损伤谱条件下来设计，运用有限元法，可靠性设计法，数学规划法等，达到定量、动态、可靠的设计，以达到满足性能要求、实现最大性能优化，节约能源的目的。

三、我国机械制造行业发展现状

中国工程机械行业在过去的十年中取得了骄人的战绩，中国已经成为最大的工程机械制造国家之一。同时，中国也是世界上最大的工程机械销售市场。相比制造和市场的成熟状态，工程机械行业的资源流通状况令人担忧。资源的粗犷式利用，同样成为了行业可持续发展的巨大障碍。相比欧美国家成熟的工程机械产品回收体系和工程机械再制造技术，中国发展节能、绿色、环保的生产方式，还有很长的路要走。然而结合目前中国工程机械的发展现状，进军工程机械再制造领域机不可失。

近年相关政策的连续出台保证了再制造行业的健康有序发展。但是与国外成熟的再制造行业相比，我国还存在一些问题需要解决。首先，工程机械再制造由于处于发展初期，国家政策并不健全；其次，再制造的行业标准在国内还是一片空白；再次，国内用户对再制造产品普遍存在排斥心理，需要行业对再制造进行宣传引导。虽然国内工程机械再制造行业还存在诸多问题，但是政策的支撑和丰厚的利润，已经引起了工程机械行业巨头的关注。

四、机械制造行业未来的发展趋势

在2008年全球经济危机爆发前，由于新兴国家尤其是中国强劲增长的需求拉动，全球机械制造业经历了连续几年的高速发展。

全球经济的增长离不开机械制造业的持续进步，而机械制造业也始终伴随着全球经济的增长而不断发展变化着。

在2008年全球经济危机爆发前，由于新兴国家尤其是中国强劲增长的需求拉动，全球机械制造业经历了连续几年的高速发展。但在随后的经济危机中，全球机械制造业遭受重创。根据IMS、VDMA（德国设备制造联合会）的相关数据和行业分析，罗兰贝格预测全球机械制造业在2010年-2015年间的平均增长率将在7.8%左右。

展望未来的全球机械制造业的发展，有三大趋势影响深远，将显着地改变未来行业的版图，这三大趋势为：整个机械制造业的重心将迁向亚洲；全球市场的竞争将聚集中端市场；节能环保将越来越受到用户和制造商的重视。

随着全球制造业向亚洲地区的集中，作为设备供应商的机械制造业也越来越多地移往亚洲，以获得本地化的成本优势及更好地报务本地客户。与此同时，以中国机械制造业为主的亚洲竞争对手也在快速成长中，在全球市场所占份额逐年扩大。整个机械制造业的重心将逐步移到亚洲地区的趋势已几成定局，其中中国在2010年成为全球最大的机械制造国成为见证这一产业迁徙的重要标志。

在未来，中国必将成为主导全球机械制造业的主要力量。

首先，在2010年-2015年间，中国的国内生产制造业仍将保持远高于发达国家普遍3%不到的增长速度，无疑会拉动今后几年中国机械制造业的高速增长。

其次，中国的机械制造业以萁巨大的规模优势正逐步获得全球机械制造业的领导权，到2015年接近半数的全球细分市场将由中国领导。

最后，中国正在技术水平上加速追赶领先国家。由于产业的亚洲地区迁移的殷墟，欧洲厂商未来几年处境艰难，也缺乏继续推进技术进步的资金和意愿；而中国的机械制造商本身还处于市场的中低端，他们一方面很清楚的看到自己和世界先进水平的差距，有明确的学习对象；另一方面，高速增长的中国市场也给了他们极大的信心和动力去提升技术水平来获得更大的增长。在两种截然不同的心态下，中欧两地机械制造业技术的差距预期将在未来几年不断缩小。

结束语

机械制造的首要前提就是机械设计，为满足人民不但发展的需求以及社会的发展从机械设计的传递和发展角度来讲，应该不断迎接新挑战，拓展新路，制作出更好更加完美的机械产品，更好的服务与社会。

参考文献：

阎树田，杨利玲，沙成梅，田波.21世纪先进制造技术发展趋势的探讨[J].机电产品开发与创新，2004年06期.

机械动态设计篇6

关键词：机械手；STC单片机；Modbus；单片机控制

一、引言

本题目是我校2015大学生大创新项目“单片机机电控制及工控网络应用”的一个组成部分，其设计内容是：用STC单片机控制一台4轴机械手的运动，且单片机的串口与PC电脑通过Modbus网络协议进行通信，PC端则通过运行组态画面对单片机进行实时监控，详见图1机械手实物图。

在图1中，机械手的水平移动由直流电机经齿轮组减速驱动双螺线螺杆，在直流电机轴的另一端安装有光电码盘，以检测电机的角位移。螺杆的转动带动其上的滑块作X轴水平运动。在滑块上安装有一台三坐标机械手，其底盘旋转（A轴），手臂摆动（B轴），夹爪开合（C轴）分别由三只数字舵机S1501驱动。整个机械手由一片STC12C5A32S2单片机控制。该单片机的串口经MAX485与PC进行通信，以Modbus RTU协议实现主从联网。

二、控制电路设计

4轴机械手的控制电路如图2所示。

在图2中，STC12的P1.3/CCP0引脚用于接收与直流电机同轴安装的码盘的光电脉冲信号，并把PCA0设置为对该引脚上升/下降双边沿触发中断的工作方式，每当PCA0中断发生，就根据电机转向对码盘脉冲数加1或减1操作，由此确定出滑块（即X轴）的当前位置。P1.4/PWM1引脚的作用是向直流电机驱动电路发出PWM脉冲，实现直流电机的PWM调速。该PWM脉冲是通过把STC12的PCA1通道设置为8位PWM输出方式来实现的。此外，在X轴两端的极限位置，各安装有一个光电开关，其信号分别接入P3.2/1NT0和P3.3/1NT1引脚。两引脚的下降沿脉冲输入能够触发STC12的1NT0、1NT1中断。P0.0、P0.1、P0.2引脚用于向机械手底盘舵机、手臂舵机和夹爪舵机发出控制信号。STC12的P3.0、P3.1引脚通过MAX485芯片实现TTL/RS485转换，转换后的信号再接到FT232模块的A、B端，经FT232模块把RS485信号转为PC电脑的USB信号。STC12的P3.7引脚用于MAX485的收/发控制。

三、PC组态监控设计

PC端采用uscada组态软件进行上位机监控设计。在用uscada设计监控画面前，要配置串口设备（即从机）的参数和数据区，并进行模拟量和状态量管理。首先，应把串口通信协议设置为Modbus RTU，设置从站地址，该地址应与STC单片机自设的Modbus站址一致。然后再对串口设备数据区进行设置。uscada为从站设备配备了4种类型的数据区：Discrete Input，即DI，离散量输入；Input Registers，即AI，输入寄存器 ；Coil，即DO，线圈输出；Holding Registers，即AO，保持寄存器。在uscada这4个区设置的变量应与在单片机XRAM中DI、AI、DO、AO型变量区设置的变量相对应，但名称可以不同。主从机通信时，单片机的Modbus RTU函数将按照这种 对应关系处理变量。设置好从站的数据区后，就可以 定义模拟量和状态量，并进行监控画面设计。图4为4轴机械手组态监控画面图。

在图4的画面中，分别对机械手的X、A、B、C轴设置了数字框图元，用以显示各轴坐标值，各轴数字框图元右侧的阀门图元用于设定该轴的坐标值。机械手有手动/自动两种工作方式，由图中的档位开关图元进行转换。手动方式下，机械手按图4中左侧各轴坐标设定值进行动作。自动方式下，机械手以手动方式的设定值为起点，以图4中右侧的设定值为终点，进行自动往复循环动作。画面中，滑块起点和终点是DI型变量，手动/自动档位开关是DO型变量，X轴当前位置为AI型变量，其它为AO型变量。当主机与从机通信后，画面即显示出各变量的当前值。

uscada具有串口通道通信数据实时监视功能，图5为主从机通信数据实时监视窗口图。本系统的Modbus RTU从站函数能够处理Modbus 01，02，03，04，05，06，15，16功能码。

四、结语

本文所设计的4轴机械手，首先，具有一个由直流电机驱动的水平移动轴，与全部采用舵机驱动的机械手相比，增加了运动方式和控制方式的多样性，并用到了STC增强型单片机的多种片内资源，是更好的单片机教学与实践模型。其次，本机械手能够通过Modbus工控网络与PC机联网，在PC端通过设计组态画面实现对机械手的实时监控，这就把单片机的学习与实践提升到了网络应用的层面。再次，由于利用了STC单片机丰富的片内资源，并通过上位机监控实现人机交互，这就使得系统的控制电路简单，且uscada为永久免费的组态软件，所以使用本设计方案，能够经济的组建具有工控网络应用的单片机实践教学系统。

参考文献

机械动态设计篇7

【关键词】：机械设计与制造；重要性；设计准则；发展趋势

一、现阶段我国机械设计的准则

1.机械设计的标准化准则。在机械设计中，标准化准则具体包括概念标准化、实物形态标准化、方法标准化三个方面。其中概念标准化主要指的是在设计机械的过程中涉及到的符号、名词术语、计量单位等要符合标准；实物形态标准化主要指的是零部件、设备、原材料和能源等在结构形态、性能和尺寸等方面都要在统一的规定中进行选用；操作方法、测量以及试验方法等按照有关的规定来具体实施主要说的是方法的标准化。简而言之，标准化准则是对机械设计全过程的所有行为制定的准则，根据使用的强制性程度不同，现在我国已经的机械零件设计有关的标准可以分为必须执行和推荐使用两种，而根据运用范围的不同，现在我国已经的机械零件设计有关的标准可以分为国家标准、行业标准和企业标准。

2.机械设计的安全性准则。在机械设计中机械如果能够在规定的条件下没有故障，能正常的实现总体功能就可以称作是整机安全性；如果我们在机械设计的过程中能够确保操作人员的生命健康安全，能够对操作人员进行适时地保护就可以称作工作安全性；如果能确保在机械设计的过程中不对机器周围的环境和人造成污染和危害就可以称作环境安全性；同样在机械设计过程中能确保有关的零件在规定外载荷和规定时间内零件不发生如断裂、过度变形、过度磨损和不丧失稳定性等情况就可以称作是零件安全性。整机安全性、工作安全性、环境安全性和零件安全性都是机械设计安全性准则的重要内容。

3.机械设计的技术性准则。技术性准则是指在机械设计中相关的技术性能必须达到规定的要求，技术性能既可以指静态性能也可以指产品的功率、效率、使用寿命、抗摩擦、振动稳定性等动态性能，也就是说产品功能、制造和运行状况在内的一切性能都可以称作是技术性能。以振动稳定性准则为例，振动会产生额外的动载荷和变应力，尤其是当其频率接近机械系统或者零件的固有频率时就会产生共振现象，这时的振幅会有明显的增大，很有可能会立刻损坏零件甚至是损坏整个系统，这时就需要振动稳定性准则的约束，具体来讲是该准则可以将机械系统或者是零件的相关振动参数（频率、振幅、噪音等）控制在规定的允许范围内。

二、我国机械设计与制造行业的发展现状和未来发展趋势

1.我国机械设计与制造行业的发展现状

一直以来，中国的工程机械行业就发展的不错，现在已经成为最大的工程机械制造国家之一，同时还是世界上最大的工程机械销售市场。目前机械制造和市场已经发展的比较完善，但是工程机械行业的资源流通状况却一直是我们许多人的心病，如资源利用方式的粗犷等，这在一定程度上成为阻碍我国机械设计与制造行业可持续发展的制约因素。尤其是和欧美国家相比较起来，中国想要走节能、绿色、环保的生产方式还有许多的困难要克服，我们要向欧美国家成熟的工程机械产品回收体系和工程机械再制造技术学习，就现在我国工程机械的发展现状来看，向工程机械再制造领域进军是非常可行的。

虽然这些年我国一直在出台各种各样的政策为再制造行业的健康有序发展保驾护航，但是和国外成熟的再制造行业相比较，还是有一些非常实际的问题需要我们高度重视并想出解决措施。如，在我国工程机械再制造处于发展初期的现状下，国家的各项有关政策的制定还存在许多的漏洞；我国再制造行业的行业标准几乎是一片空白；我国在对再制造产品的宣传引导上做的工作不够完善，对再制造产品存在排斥心理的用户大有存在。需要明确的是，虽然我国的工程机械设计与制造行业中还有许多的问题，但是政策的支持和丰厚的利润成为我们克服这些困难的最大动力，我们该有信心使我们的机械设计图制造行业发展的越来越好。

2.我国机械设计与制造行业未来发展趋势

全球经济的增长和各国的机械设计与制造业的持续发展密切相关，2008年全球经济危机爆发之前，在新兴国家尤其是中国强劲增长的需求拉动下，全球的机械设计与制造业保持了连续几年高度发展的状态，但是在全球经济危机的影响下，全球的机械制造业受到了不同程度的重创。根据现在全球机械制造业的发展现状，未来全球机械设计与制造业的发展主要有三大趋势：（1）整个机械设计与制造业的发展重心将逐步向亚洲迁移，这样迁移的趋势是为了获得本地化的成本优势并很好地位本地客户服务。另外，以我国机械设计与制造业为主的亚洲竞争对手成长速度非常迅速，在全球市场中所占的份额也在逐年的增加，现在我国在2010年成为全球最大的机械制造国已经成功地印证了这一产业向亚洲迁移的方向，在未来，我国必将成为主导全球机械制造业的主要力量。因为在二零一零年到二零一五年这五年间，我国的国内生产制造业保持着远高于发达国家普遍将近百分之三的增长速度，这对未来几年中国机械制造业的高速增长是一种拉动，并且我国的机械制造业在以其巨大的规模优势争取着全球机械制造业的领导权，到二零一五年我国将能领导接近半数的全球细分市场，最主要的是我国正在努力地缩短和领先国家技术水平上的差距；（2）全球市场的竞争将聚集在中端市场；（3）节能环保类产品将会越来越受用户和制造商的重视和关注。

参考文献：

[1]刘斌，刘安心.先进制造技术与先进制造模式[J].机械制造与自动化，2009年第1期.

[2]张宝坤，王淑霞，王艳.机械设计制造及其自动化的发展方向[J].化工装备技术，2011.

[3]陈静，机械设计技术的发展现状与趋势[J].中国石油和化工标准与质量，2011.

机械动态设计篇8

【关键词】起重机械 电流检测 无线通信 实时采集

1 引言

随着经济的快速发展，起重机械的应用越来越广泛，尤其大型、超大型起重机械的数量越来越多。起重机械检验包括定期检验、监督检验和委托检验，提高起重机械检验检测的质量，保障起重机械的运行安全是我们的重要工作目标，为实现这一目标必须有先进的检验检测工具。而在目前起重设备的检验检测中，电气项目所使用的检验仪器多为电压表、电流表等工具，无法全面准确判断起重机械的真实运行状态。为此，我们自主研制了一种全状态起重机械电流检测仪，并开发了一款基于VB6.0串口通信的起重机运行数据检测软件，通过对起重机械各运转机构驱动电机电流电压信号实时检测，获得数据并分析各运转机构的工作状态。

2 检测系统介绍

本检测系统中，便携式计算机（上位机）通过无线通信适配器向全状态起重机械电流检测仪（下位机）发送数据采集指令，数据采集终端电流电压互感器钳在起重机运行电机的三相电源线上，采集到的电流电压信号再由检测仪无线发送至便携式计算机，然后在计算机上实现电流电压数据的存储和分析，系统结构图如图1所示。全状态起重机械电流检测仪、无线通信适配器和便携计算机组成的检测系统如图2所示，其中无线通信适配器和便携计算机之间通过USB数据线连接。

该仪器能够实现如下功能：

（1）起重机供电系统电压和电流参数测量；

（2）供电系统负荷能力、电气装置、动力线路和电机容量等校验；

（3）电机负载情况测量；

（4）拖动同一运转机构的多台电机负载均衡情况测量；

（5）起重机功耗测量和分析；

（6）辅助分析机械设备的运行状态。

3 硬件电路设计

3.1 检测仪电路设计

本文设计的全状态起重机械电流检测仪结构如图3所示，该检测仪结构包括电压和电流互感器、调制滤波电路、电能计量芯片电路、微控制器MCU、液晶显示电路、无线通信电路、蜂鸣报警和按键电路、电源电路。电压和电流互感器，将起重机械电动机的电压电流信号进行转换隔离；调制滤波电路，将互感器转变后的信号调制成适当幅值的电压信号，经滤波处理后传输至电能计量芯片；电能计量芯片电路采用钜泉电子公司的ATT7022E电能计量芯片；微控制器MCU采用德州仪器公司的MSP430F5438芯片，微控制器读取电能计量芯片中的电压电流数据并分析处理；液晶显示器LCD采用128*64点阵带中文字库液晶屏；无线通信电路采用德州仪器公司的CC1101无线射频芯片，用于与无线通信适配器建立无线数据连接；蜂鸣报警和按键电路用于仪器操作。

3.2 无线通信适配器电路设计

无线通信适配器通过USB接口与计算机连接，通过无线通信接口与全状态起重机械电流检测仪连接，实现无线通信和USB通信协议的转换。无线通信适配器结构图如图4所示。微控制器MCU采用德州仪器公司的MSP430F2012芯片，无线通信电路采用德州仪器公司的CC1101无线射频芯片。

4 软件设计

4.1 检测仪嵌入式软件设计

全状态起重机械电流检测仪的嵌入式软件主要实现将电能计量芯片内部存储的电压、电流、功率等数据通过无线通信发送给计算机，同时根据按键状态将相应的数据显示在检测仪的液晶屏幕上。电流检测仪上电启动后，进入系统主程序，首先开始系统初始化，内容包括：初始化MCU单元、LCD、无线通信芯片CC1101、电能计量芯片ATT7022E。初始化完成后，进入开机画面，显示电流检测仪的无线通信地址、电池电量、仪器温度和仪器型号信息。最后，系统开启无线数据接收中断和按键中断用来响应相应的中断请求，系统通过一个定时为1ms的定时器实现读取电能计量芯片数据和刷新LCD的循环程序。进入无线接收中断程序后，微控制器MCU通过SPI接口读取无线通信芯片寄存器中操作指令，读取电能计量芯片中数据，通过无线通信适配器发送至计算机端，实现电流检测仪和计算机的通信连接。

无线通信适配器的嵌入式软件主要实现无线通信协议和USB通信协议的装换，软件流程图如图5所示。

4.2 计算机端应用软件设计

计算机端应用软件程序是基于VB6.0串口通信技术开发的一款操作软件，与全状态起重机械电流检测仪相结合，完成采集数据的存储、显示和分析工作，运行主界面如图6所示。该软件为单窗体操作界面，按功能划分为5个功能模块区，分别为：通信设置区、触发方法区、单电机/多电机工况区、文件操作区和实时/历史数据曲线显示区。主要功能包括：

（1）实现上位机和下位机之间的串口通信，设置串口参数；

（2）数据存储、显示和分析操作的开始和停止功能；

（3）动态实时曲线显示和全过程历史曲线显示功能；

（4）标尺线曲线分析功能；

（5）数据保存、导入和导出的操作功能；

（6）数据文件和图形文件的打印功能。

5 结论

现场测试结果表明，本文设计研制的全状态起重机械电流检测系统能够实现起重机械中各运转电机电压和电流参数的测量，以及相关电气参数的分析判断，通过数据和动态曲线客观反映各电机的实时运行状态，有助于提高起重机械检验检测准确性、可靠性和全面性。同时，该仪器还具有操作界面友好，使用方便，操作简便，便于携带等特点。

参考文献

[1]王伟雄，王新华，黄国健，等.状态监测技术在起重机械安全评估中的作用[J]. 中国特种设备安全，2013，（5）：4-6.

[2]王福绵.起重机械技术检验[M].北京： 学苑出版社，2000：182-217.

[3]傅德源.实用起重机械电气技术手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2011.

[4]曾立武，黄晓锋，等.基于VB6.0串口通信的环境空气质量自动监测系统[J].现代电子技术，2012，35（20）：155-158.

[5]张辉，李荣利，王和平.Visual Basic串口通信及编程实例[M].北京：化学工业出版社，2013：40-58.

作者简介

魏井君（1984-），男，工学硕士学位。现为广州特种机电设备检测研究院工程师，主要从事特种机电设备检验检测工作。

机械动态设计篇9

【关键词】工程机械设备；投资决策；经济寿命；投资回收期；净现值

中图分类号：G267文献标识码：A 文章编号：

一、 前言

工程机械设备是施工企业进行生产经营活动的基础资产，工程机械设备大部分价值较高，并且随着工程施工机械化水平的提高，施工中采用的机械设备的种类和数量越来越多，机械设备投资占工程总投资的比重也越来越大，投资决策的正确与否，将直接影响企业的生存与发展。因此，必须严谨、认真做好投资决策分析，使工程机械设备投资实现最大效益。

二、 工程机械设备投资的技术性分析

企业应进行机械设备投资的技术性分析，即机械设备的选型和配置，投资购买的机械设备必须和企业的施工现状和发展情况相适应。机械设备选型必须适用于生产，根据施工特点、生产需要及企业具体情况选择适当的机械设备，既要符合企业装备结构合理化的要求，又要适合于施工需要，使设备充分发挥投资效果。机械设备选型必须技术先进，技术先进是以生产适用为前提，以获得最大经济效益为目的。既不可脱离企业的实际需要而片面追求技术上的先进，也要防止购置技术上已经或即将落后的机型。机械设备选型还必须考虑可靠性、维修性和环保性。可靠性指机械设备在规定的时间和条件下，无故障地完成规定功能的能力。维修性指机械设备保养和维修的难易程度，维修性好的机械设备可延长修理周期，减少维修时间和修理劳动量，降低维修成本。环保性指机械设备的噪声、气体排放、粉尘污染等监测数据是否符合法定环保要求。工程机械设备选型配置的目的在于提高设备的先进性，改变拥有量的构成，提高效率，同时也要根据项目的工作性质、工程量和施工条件，认真审核不同品牌，不同型号设备的优缺点和适用条件，选择恰当的品牌型号，并配备合适的数量。

三、 工程机械设备投资的经济性分析

1、分析方法

工程机械设备投资的经济性分析首先要计算出机械设备的经济寿命和投资回收期，然后将二者进行比较，如果投资回收期小于经济寿命，则此设备可列入购买候选名单。从候选名单中选择投资回收期相对较小而经济寿命相对较长的设备，即选择投资偿还速度快，资金占用时间短，能较好的发挥资金使用效果的设备。

2、经济寿命

机械设备经济寿命指设备从投入使用开始，到继续使用在经济上不合理而被更新所经历的时间。它是由维护费用的提高和使用价值的降低决定的，是从经济观点确定设备更新的最佳时间。机械设备经济寿命的计算方法有静态计算法和动态计算法两种方法。

1）静态计算法

静态计算法是不考虑资金的时间价值的计算方法。

P－设备购置费Cj－第j年的运行成本

n－使用年限Ln－第n年末的残值

n年内设备总使用成本TCn=P－Ln＋j

n年内设备平均使用成本ACn=TCn /n=（P－Ln）/n＋j

其中（P－Ln）/n为设备的平均年度资产消耗成本，j为设备平均年度运行成本。

在所有的设备使用期限中，能使设备年平均使用成本ACn最低的那个使用期限就是设备的经济寿命。如果设备的经济寿命为m年，则m应满足如下不等式条件：

ACm-1≥ACn ，ACnm+1≥ACn

2）动态计算法

动态计算法为考虑资金的时间价值的计算方法。

i－折现率

TCn=P－Ln（P/F，i，n）＋ j（P/F，i，n）

ACn=TCn（A/P，i，n）

3、投资回收期

投资回收期是使累计的经济效益等于最初的投资费用所需的时间。按是否考虑资金时间价值，分为静态投资回收期和动态投资回收期。

1）静态投资回收期计算方法

静态投资回收期计算又分以下两种情况：

机械设备投产后各年的净收益（即净现金流量）均相同，则静态投资回收期的计算公式为：Pt=K/A（其中K为设备投资额，A为使用新设备后年净收益额）

机械设备投产后各年的净收益不相同，则静态投资回收期可根据累计净现金流量求得，也就是在现金流量表中累计净现金流量由负值转向正值之间的年份。其计算公式为：Pt＝累计净现金流量开始出现正值的年份数-1+上一年累计净现金流量的绝对值/出现正值年份的净现金流量

2）动态投资回收期

动态投资回收期就是净现金流量累计现值等于零时的年份。

动态投资回收期的计算在实际应用中根据项目的现金流量表，用下列公式计算：P/t ＝累计净现金流量现值出现正值的年数-1+上一年累计净现金流量现值的绝对值/出现正值年份净现金流量的现值

例：某露天矿山开采项目需要采购一台30吨挖掘机，经过市场调查，A、B两个品牌性价比都较高，挖掘机每天工作20小时，全年工作约300天，A挖掘机价格为196万元，使用年限为7年，预计残值为14万元，B挖掘机价格为177万，使用年限为6年，预计残值为12万元，购买哪一个品牌比较好，这就需要比较二者的经济寿命和投资回收期。

A挖掘机的有关资料如下表：

设备年度收入

A挖掘机在不同使用年限的静态年平均成本 单位：万元

从上表中可看出，A挖掘机第4年的年平均运行成本最低，则A挖掘机的经济寿命为4年。

A挖掘机现金流量表单位：万元

A挖掘机静态投资回收期为2－1+ 80.16/（190.08－83）=1.8年

B挖掘机的有关资料如下表：

B挖掘机在不同使用年限的静态年平均成本 单位：万元

使用

年限

n 资产消耗

成本

P-L 平均年资产消耗成本

从上表中可看出，B挖掘机第4年的年平均运行成本最低，则B挖掘机的经济寿命为4年。

B挖掘机现金流量表单位：万元

使用年限 现金流入

(收入) 累计

现金流入 现金流出

(支出) 累计

现金流出 累计净现金流（净收入）

B挖掘机静态投资回收期为

3－1＋24.72/（144－80）= 2.4年

A挖掘机与B挖掘机比较，二者经济寿命相同，但A挖掘机投资回收期比B挖掘机短，因此选择购买A挖掘机。

四、工程机械设备投资的方式

1、企业自有资金采购

主要来源于企业每年的盈余利润，企业对其拥有完全支配权，但资金数额有限。

2、分期付款或按揭贷款采购

分期付款是卖方向买方提供的一种贷款，买方在只支付一小部分货款后就可以获得所需的货物，余款在一定期限内分期向卖方支付。机械设备按揭贷款是指银行向企业发放的专用于购买机械设备,并以该机械设备作抵押的人民币或外币贷款，企业在按揭期限内每月等额还本付息。分期付款和按揭贷款采购机械设备通常用于企业资金困难的情况下，分期付款和按揭贷款最终支出都要大于一次性付款的支出，多支出的部分主要是贷款利息。

机械动态设计篇10

【关键词】机械设计制造；自动化；概念；意义；发展方向

前言

机械设计制造及其自动化的发展有赖于机械技术与电子技术，但究其根本，却不单是机械与电子的结合，某种程度上来说机械设计制造及其自动化是多种技术性门类互相渗透合作的产物，这种机械技术的产生时间较晚，但发展速度却十分迅速，虽然完善程度有待加强，却拥有强大的潜力，符合社会未来发展的一般要求，是我国今后重点发展的机械行业技术，因此，实现现代化的机械技术结合，完成智能化、科技化、人性化和绿色化的机械设计制造及其自动化发展。

一、机械设计制造及其自动化的概念

（一）概念。机械设计制造及其自动化是一个具有明确字面意义的名词，将其拆分开来就是具备电子技术支持的、自动化的机械设计与制造技术，是机械与电子的有机结合，因此也可合并简称为机电一体化[1]。机电一体化概念产生的时间并不长，最早是70年代日本一本机械相关杂志上提出的，当时仅仅提出了专业名词，却并未对其概念进行细化，某种程度上来说这是由于机电一体化非常需要科学技术的推动与配合，当科技逐渐进步，机电一体化的畅想才能真正得以实现，因此，在1984年，机械一体化这一名词被提出的13年后，美国机械工程师协会细化了其基本概念，即目的为完成以机械的动力学运动为基础的，依靠计算机与网络配合控制的连接机械之间相关组件的有机同一系统，统称为现代机械。伴随着社会科技的不断更新发展，机械一体化的概念逐渐丰富起来，在20世纪九十年代中期，机械一体化的概念已升级为精密化、电控化的具备整体系统思想的机械设计与工程运行的协同合作。由此可见，时代的更迭发展了机械设计制造及其自动化的基本概念，也同样从根本身上完善了机电一体化的设计、操作以及运行模式，使其更加适应当今社会对机械功能的要求。

（二）意义。机械设计制造及其自动化依托社会经济以及科技的发展，其对社会和人民群众生产生活的意义十分重大，甚至直接影响了社会发展。首先，机电一体化能够很大程度上提高机械产品的生产能力，改善生产质量，由于机械自动化系统拥有强大的信息处理能力和自控能力，较人工来说具备更优秀、更精准、更全面的生产与检测技术，失误较少；其次，安全是任何生产活动中的主要问题，机电一体化能够通过自动操作的过程有效监视和控制生产中出现的安全隐患，保证了生产过程的安全性。总而言之，机电一体化对社会发展及机械生产的意义重大，因此，其发展趋势和方向也逐渐被确定下来。

二、机械设计制造及其自动化的未来发展方向

（一）科技方面。机械设计制造及其自动化未来发展方向的第一方面就是科技方面，由于机电一体化依赖于科技发展，因此，科技方面的发展将直接影响机电一体化发展。首先是智能方面，机电一体化并非是机械与电子的简单结合，而是融合了计算机、运筹学、心理学、混沌动力学等各个领域内容的综合性技术，因此未来的机电一体化将更加网络化、智能化，操作过程将更加便利与安全，为人类的生产生活带来更加多样的服务。

（二）形态方面。现如今的机电一体化设备相对来说都较为庞大，比较笨重，虽然操作性和功能较为全面，却不免导致应用范围较小的问题出现。但最近几年，机电一体化的理念正逐渐走向全新的方向，微型化的一体化机械产品受到大多数人的青睐，尺寸更小的产品不仅能够被应用于生产和生活，更加能够添加进医疗、军事等方面的技术应用，由于微型化的机电一体化产品相对来说体积较小，能耗较低，灵活性强大，对各种各样现代以及未来社会已经或即将出现的超精细化操作将产生很大帮助，但目前阶段微形态的机电一体化设备还未能突破技术瓶颈，如何将复杂技术集合于几何面积更微小的设备中，将是未来发展的主要课题。

（三）环保方面。工业技术的逐渐发展为人们的生产生活带来了很大便利，丰富的科学技术促进了机械行业的发展，然而在发展的同时，生态环境却逐渐被破坏，资源保有量也逐渐减少，对人类的未来和可持续发展十分不利。人们已经意识到生态问题的严重性，也尝试将环保理念运用到机电一体化的制造环节中，呼吁进行绿色化的机械设计方案，采用绿色化的机械制造方式，通过绿色化的运用手段，保证生态环境的可持续发展。在未来的发展中，绿色环保的机电一体化制造和使用将是社会发展的主要趋势，一体化产品使用时与环境的和谐程度和废弃后对环境的影响程度将是未来机械设计制造与自动化技术考虑的关键因素。

（四）领域方面。针对机械设计制造及其自动化的领域方面，未来的发展方向将十分广泛。社会的经济进步是由于科学技术的推动，尤其是计算机与互联网的普及，世界已经形成了相对来说较为完整的联系，同样的，机电一体化领域的扩展依靠的是世界范围内联系的强化。各个国家的科技发展水平不同，虽然都追求全面发展，但仍然存在专攻项目，而国家之间的联络程度逐渐增加能够从根本上解决原本消息闭塞，领域较窄的问题，机电一体化涉及的领域将随着世界一体化的进程逐渐拓宽，国家之间的联系越紧密，机械设计制造及其自动化技术的发展就能够越来越世界化，原本的单一领域发展被打破，人类的社会进程自然会伴随机电一体化领域的拓宽而更加稳定快速。

结论

无论是科技方面、形态方面、环保方面还是领域方面，机械设计制造及其自动化技术和产品的发展方向都是积极和乐观的，社会的进步加强了世界的联通，使得机电一体化会更加受到先进思想以及技术的影响，我国机械设计制造以及自动化水平将稳定提升，为我国工业现代化发展带来了更加积极有效的推动力，相信在不久的将来，机电一体化将被运用于各个高科技领域，为我国建设提供工业方面的基础支持。

参考文献