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实用机械设计理论 ──── 系统性详细概述与简史

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发表于 2015-1-15 18:43:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
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从 18 世纪 60 年代 “工业 1.0” 蒸汽机时代,到现在 “工业 4.0” 所谓的 “虚拟网络 -实体物理系统” (Cyber-Physical SystemCPS),世界主要工业大国已见证了 150 多年的工业历程。“工业 4.0” 又称智能制造。相比之下,中国工业一直起起伏伏,真正的起步或者说有大的发展时期,是从 1978 年改革开放起到现在。


世界机械设计发展史

按时间大致分 3 阶段,分别是:机械设计起源和古代机械设计阶段近代机械设计阶段现代机械设计阶段


01、机械设计起源和古代机械设计阶段

古代社会17 世纪机械设计起源和古代机械设计阶段。该阶段从学术上严格来说,还谈不上什么机械设计机械设计理论。这阶段的所有类似机械设计都是基于人们在生活中,对自然规律的总结与体会,并不成系统比较粗糙


02、近代机械设计阶段

17 世纪第 2 次世界大战结束为近代机械设计阶段。这个阶段因金属冶练加工技术的成熟、系统性机械设计理论基本成型、电气自动化的出现,大批量生产具备了条件;所以,才有了极具破坏性的第 2 次世界大战


03、现代机械设计阶段

第 2 次世界大战结束直到现在为现代机械设计阶段。这个阶段人们开始研究机械设计方法、在大批量生产的基础上继续提高产品质量。也就是在这个阶段,出现了数控加工技术设计软件力学分析软件人机工程学、等等。

实用机械设计理论 ──── 详细概述

在现代实际生产中,需要学习一些什么机械设计理论才算比较实用且系统呢?下面将会作出解答。在 “工业 3.0” 时代,作为一台现代化设备当然少不了机、电、气、液、光学的共同作用。到了 “工业 4.0”,还要增加 PC 与 “大数据”“互联网思维”。下面将对各部分逐一区别大致描述:


机械部分

机械部分是机械设计理论基本核心,也是最难最基础的部分。不管是 “工业 1.0”,还是 “工业 2.0”“工业 3.0”,甚至是 “工业 4.0”,核心都是要有机械的参与才行。机械部分理论可分为几下 3 块:

01、基本机械设计理论

也就是大家在学校接受的基本教育,譬如:结构力学材料力学流体力学加工工艺材料成型机构机械传动、等等。力学是这里面的重点,力是自然界有形物体驱动被驱动能量源加工工艺材料成型是做好机械设计的必备前提。机构机械传动比较复杂一点,但不搞定这两样设备是运转不好的。


02、机械优化设计理论

机械优化设计主要有用到:弹性力学摩擦学振动学有限元分析热力学人机工程学、等等。用得比较多是弹性力学摩擦学振动学,每台设备都可能遇到。有限元分析热力学并不是所有设备在研发、设计、使用过程中,都需要。人机工程学也就是人机交互人种不同,东西方文化不同理解也会不同。


03、机械设计方法

机械设计方法是形而上的一种机械设计理论机械设计方法有如功夫片中的内功,虽有点神秘,但还是可传授的,也可在短期内达到一定高水平;但前提是,必需有牢固基本功机械设计方法很多,譬如:几何法力学法简化法计算法经验法电气法仿生法软件法产品导向法行规法人机交互法心理设计法综合设计法、等等。


这里主要说一下心理设计法:人是一种高智慧生物,在做机械设计这种高脑力劳动时,内分泌个人信仰可在一定程度上左右您产品的文化倾向


电、气、光学部分

社会上常说的电气工程师,大家可能以为他们一般的工作任务就是负责电 (工)气 (压)液 (压) 部分。在很多情况下,这不全对;至少在以研发、设计、生产为主的机械行业大部分不是这样的。很多电气工程师主要只负责电 (工) 部分的编程接线,及后期调试


       气 (压)、液 (压) 在做方案技术设计的时候已基本确定。因此,在实际工作中要用好机械设计理论,最好还是把电 (工) 部分也包括进去。电 (工)、气 (压)、液 (压) 部分是 “工业 2.0” 的核心。“工业 3.0” 的核心是:各种传感器光学传感器

01、电 (工) 部分

包括在机械设计理论中的电 (工) 部分,包括:继电器电路PLC 电路IC 芯片电路


  “IC 芯片电路” 可独立出来,由成本、稳定性、批量问题决定;加之,主要开发 “IC 芯片电路”汇骗语言C 语言学习有一定难度。


02、气 (压) 部分

气 (压) 部分主要指的是气动元件气压回路。这部分不是很难,必须掌握。


03、液 (压) 部分

液 (压) 部分主要指的是液压元件液压回路。相比气 (压),液 (压) 知识要难一些;原因在于:气 (压) 的压力变化范围很小,而液 (压) 的压力变化范围非常广。


04、光学部分

由于电气工程师经常调试,所以,他们非常了解光学部分的性能。同样,光学部分在做方案技术设计的时候也已基本确定。光学部分的知识在 “工业 3.0” 时代才出现,且以后还会是 “工业 4.0” 的核心之一。因为光学部分主要指的是:各种传感器光学传感器


PC 与 “大数据” 及 “互联网思维”

产生 “工业 4.0” 的前提是 “Web 2.0”,没有 “Web 2.0” 就只能算是 “工业 3.0”。而 “Web 2.0” 的核心就是 PC 或类似 PC 的智能设备,譬如:智能手机智能平板。而在这方面的机械设计理论核心是机械手机械人3D 打印高自动化智能设备



由于这些原因,不是所有企业和国家都可以或可能升级到 “工业 4.0” 的。当然,也不是所有企业和国家都有必要升级到 “工业 4.0”“工业 4.0” 的前提是:需要这个国家在互联网方面具有强大、系统的高技术前沿支持。说白了,至少得有一个强大的卫星通信网;不可能什么都靠有线吧,这样成本会非常高。再加上各种传感器及 “Web 2.0” 就可基本成形。


也由这些原因,才有了 “大数据”“互联网思维” 的需求。才产生了所谓的 “虚拟网络 -实体物理系统” (Cyber-Physical SystemCPS) 概念。


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