时间：2022-05-24 15:13:13
1参照专业认证标准对机械设计类课程内容的改进
根据国家机械设计制造及其自动化专业毕业培养标准中对毕业能力要求之4“具有设计机械系统、部件的能力”要求，整合现有教学内容，形成了基础知识递增和设计能力递进的机械设计类课程教学环节结构。其中先修课程包括数学类、工程力学、机械制图、公差与技术测量等基础课和专业基础课。为达到“具有设计机械系统、部件的能力”的毕业要求，设计了课程教学及课内实验、基础设计能力培养、创新设计能力培养三个能力递进培养环节。
2机械设计类课程教学及课内实验
课程教学及课内实验教学环节分为机械原理和机械设计两个部分，每部分。含课内实验，课程内容及培养目标如下：机械原理课程是一门培养学生机械机构运动设计与分析的技术基础课，主要研究机构的结构分析、运动分析和动力分析，常用机构设计的基本理论和方法，机械系统传动方案的规划与设计，其主要任务是培养学生：第一，理论联系实际的学风，设计实践能力和创新精神。第二，掌握机构运动方案设计的能力。第三，具有机械系统运动简图的绘制，计算机辅助机构分析和设计的能力。机械原理实验教学是机械原理课程教学中的实践环节。在实验中通过安排部分课程基本理论的验证性实验，使学生进一步加深对课堂教学内容的理解。通过增设一些综合性、设计性实验，培养学生基本知识、基础理论与实际项目需求的理论知识应用能力，同时培养学生创新意识和能力。通过设立较多的选修实验，促进学生的个性发展。机械设计课程是一门培养学生机械设计能力的技术基础课，在教学内容方面着重掌握机械设计的基本知识、基本理论、基本方法和创新思维，通过对本课程的学习，使学生掌握常用机构和机器中各种通用零件的基本理论和基本知识，初步具有机械结构方面的分析、设计能力，同时注意培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风。机械设计实验教学通过设立部分验证性实验，使学生进一步加深理解课堂教学的内容；通过设立一些综合性、设计性实验，培养学生理论联系实际的能力及机械结构设计的创新意识和创新能力；通过强调学生参与实验的全过程，培养学生的动手操作能力；通过设立较多的选做实验，满足学生的求知欲，促进学生的个性发展。
3基础设计能力培养
机械设计课程设计是机械设计基础类课程的重要实践性环节，通过对机械传动装置和简单机械的设计，使学生综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，熟悉机械设计的一般规律，掌握机械通用零部件及简单机械的设计理论及设计方法。培养学生理论联系实际的正确设计思想，树立工程意识，培养独立分析和解决工程实际问题的能力，为毕业设计和以后从事工程设计工作打下良好的基础。课程的教学目的：第一，学习机械设计的一般方法、步骤，掌握机械设计的一般规律。第二，学会从机器的功能要求出发，合理选择传动机构的类型，制定传动设计方案，正确计算零件的工作能力，确定它的结构、形状、尺寸及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养机械设计能力。第三，进行机械设计基本技能训练，例如计算、绘图，运用标准、规范、手册、图册和设计资料，以及使用经验数据和处理数据等。第四，通过编写设计说明书，提高学生文字表达能力，掌握撰写技术文件的有关要求；培养学生运用计算机撰写论文的能力。第五，训练学生用CAD绘图的能力。机械综合课程设计是形成机械装备设计能力的重要实践性教学环节。内容以车床或铣床的主传动系统设计为主线，以所学过的机械制造装备的基础知识为支撑，完成主传动系统设计、操纵装置布置、工程分析计算等环节的训练。其目的是在相关先修课程学习后，进行机械结构设计综合训练，使学生掌握机械系统分析和设计的基本步骤和方法，培养和锻炼学生综合运用所学知识解决实际工程问题的能力。
4创新设计能力培养
学生创新设计能力培养包括机械产品创新设计与仿真和机械创新设计与制作两个环节：机械产品创新设计与仿真是学生以项目组的形式自主开展的为期一年的研发与制作项目，在学院的统一命题下完成一项任务。提高学生自主学习、问题求解、团队协作、项目管理、综合创新等方面的能力和素质。机械创新设计与制作是结合学生已有的知识储备，充分发挥学生的创新设计思维，通过机构综合模拟现实自然界生物的动作行为，并辅以相应的控制系统达到机构的协调运动。在教师的启发和指导下，学生以组为单位自主地进行相关内容科技文献检索、方案设计、虚拟仿真、绘制加工图纸、撰写设计说明书并进行答辩，通过工程实践培养学生灵活运用所学机械设计知识的能力。
5结论
机械设计类课程是机械类专业主要专业基础课程之一，是机械类专业各个方向的专业基础，在机械类专业人才培养课程体系中有着极其重要的地位。我校机电工程学院机械基础部承担着全校机械基础类课程的教学任务，多年来先后面向“本科教学工作水平评估”、“卓越工程师人才培养计划”、“CDIO工程教育模式试点”进行了一系列教学改革研究，在教学方法和质量上取得了良好的效果。现已将机械设计基础课程建设成为校精品课程。此次针对工程教育认证专业标准要求，将机械设计类课程从理论课、实验课、课程设计几个方面，对课程内容和培养目标进行了详细梳理，使其完全符合机械设计制造及其自动化专业工程教育认证标准，为专业认证工作的顺利实施提供了必要的保障。
作者：宁慧燕 苗淑杰 刘喜平 刘春香 徐莉 付彦虹 毕凤阳 单位：黑龙江工程学院机电工程学院
关键词:工程;机械设备;管理;问题;对策
科学技术进步、生产建设的需求,为工程机械的应用提供了广阔的空间,也对设备管理的提出了更高的要求。做好机械设备的合理配置、科学使用、及时保养、适时维修,降低设备故障发生,提高机械设备的有效利用率,是对工程设备管理工作的主要要求,下面我就当前矿山企业在工程机械设备管理方面存在的问题和提高工程机械管理的方法谈谈自己的看法。
一、当前工程机械设备管理中存在的问题及原因
1、管理机构不健全,管理制度不完善
相当一部分施工企业仍缺乏完整、严格的工程机械设备管理制度,对工程机械设备的台账、技术资料档案的建立等工作尚未完善,管理工作无章可循、管理无序,有的企业甚至在购买了新设备后,没有及时或根本不入账,造成管理工作相当被动,设备糊涂使用,不能明确工程机械管理和使用的责任主体。
2、舍不得智力投资
(1)虽然目前大部分施工企业都根据自己企业的实际情况,设立了机务管理部门,但由于机构、人员更迭较为频繁,设备管理及维修人员接受专业教育时间短,管理人员对设备管理的整体认识尚较模糊,技术管理水平参差不齐。
(2)而有些企业只是片面注重眼前利益,宁愿花耗大量资金用于购买先进设备,但在管理人才培训等智力投资方面却显得过分吝惜,舍不得花钱。这样,就算有再先进的设备,但管理跟不上、人员素质低劣,是很难适应机械自动化、机电一体化程度高的设备管理的需要。
3、工程机械设备的使用与保养相互脱节
(1)目前大多数施工企业虽然都实行定人定机制度,即每个操作人员固定使用一台机械设备,但却忽略了定人保养制度,没有把机械设备维修保养的各项规章制度明确落实到个人。正因为如此,操作人员往往只是“包用不包修”,维修人员也是马虎应付了事,每当机械设备出现故障,操作人员与维修人员往往互相推卸责任。这样,不但影响了产量、质量,也增加了维修费用、运转费用以及降低了设备的使用寿命。
(2)此外,不少项目负责人只考虑眼前利益,没有从长远打算,短期行为严重,只注意产值与效益挂钩,在设备管理使用上表现为“重用轻管”,为了赶工期、抢进度,而不惜拼设备,造成机械设备常常处于超负荷状况工作,或带“病”作业,甚至违章操作,其结果是该工程项目完工后,机械设备严重磨损老化,而调运到新工程又需花费大量的精力与费用进行整修,造成施工工期贻误,项目部之间在维修费用上互相推诿,固定资产无形流失。
4、工程机械设备维修“滞后”,浪费严重
(1)由于目前大部分施工企业还未能有效地实行点检制度等保养措施,设备维修管理往往局限于“事后维修”,“预防维修”意识不够重视,对设备的故障及劣化现象也就未能早期发觉、早期预防、早期修理,以致造成人力、物力、财力不必要的浪费。
(2)施工企业机械设备“浪费维修”的现象也十分严重,个别维修人员为了贪图方便,对一些仍有很大修复价值的旧件不加以修复利用,任凭其主观随意地报废,更有甚者,不考虑其它设备的整体性能,采取“拆东墙补西墙”的做法,得过且过,只要机械能动就交差了事,结果也只会是事倍功半。
二、提高机械设备管理工作的方法
1、在使用方面,设备的价值主要体现在使用。任何设备都有规定的使用范围、条件及操作程序,只有正确的使用设备,才能保证安全生产。而设备使用的好坏很大程度上取决于操作人员水平的高低。
所以在使用中,一是教育操作人员正确的使用和操作各种工程机械,不能在超过机械所能承受的最大负荷下进行工作,尽量保证机械负荷的均匀加减,使机械处于较为平缓的负荷变动,具体地说,就是要较为均匀地加减油门,防止发动机、工作装置动作的大起大落。二是加强技术培训,提高操作人员素质,使操作人员做到懂构造、懂原理、懂性能,会使用、会保养、会检查、会排除故障,从源头上减少和防止人为失误引起的机械故障。三是坚持实行包机责任制,责任到人,将个人经济利益与责任机械的维修费、燃油费相结合进行考核,奖罚并举,加强管理设备的责任心,调动爱护设备的积极性。
2、在保养方面,对设备实行定期保养是保持机械良好技术状况的基础。对于工程机械,保养工作中的重中之中就是保证对机械的合理。零件工作面的磨损、零件表面的腐蚀和材料的老化是正常使用条件下的机械零部件的3种主要失效形式,而零件工作面的磨损所引起的失效所占的比例最大。也就是说,机械的磨损是使其各种零部件走向极限技术状态的主要原因之一。那么,解决机械零部件的磨损问题,除了采用优良的材料、选择先进的制造工艺、设计合理的机械结构外,在使用过程中要做的一项重要工作就是保证对机械的合理。
据统计,工程机械的故障有一半以上是由不良引起的。由于工程机械各零部件配合的精密性,良好的可以使其保持正常的工作间隙和合适的工作温度,从而降低零件的磨损程度,减少机械故障。正常合理的是减少机械故障的有效措施之一。为此,一是要合理选用剂,要根据机械的种类和应用结构的不同选用正常的剂类别,根据机械的要求选用合适的质量等级,根据机械的工作环境和不同的季节选择合适的剂牌号。二是经常检查剂的数量和质量。数量不足要及时补充,质量不佳要及时更换。三是根据保养周期、设备技术状况、工作环境等因素,制定强制保养计划,到时间必须停机保养。超级秘书网
3、维修方面
机械在使用过程中必然会出现各种各样的故障。在这些故障中,有些故障对机械设备的影响可能是很微小的,有些是比较严重的,甚至会造成机毁人亡的大事故。经验表明,严重机械故障往往是由一些较小的故障引发的。究其原因,就在于忽视了对小故障的及时处置。因此,在维修方面,一是重视小故障的及时处理,做到防患于未然。切不可小故障不影响使用,为了赶任务让设备带故障作业,最后小毛病拖成了大故障,不但延误工期,影响正常使用,还有可能造成设备突然报废。从某种意义上来说,对出现的故障及时进行处理,就是减少和防止故障的一种有效措施。
一 绪论
1.前言
2.机械手的简史
3.工业机械手在生产中的应用
4.机械手的组成
5工业机械手的发展趋势
6 本章小结
机械手移动工件控制系统的控制要求
1工作原理
2设备控制要求
3硬件配置
I/O地址表
机械手控制系统的程序设计
1流程图
2控制源程序介绍
运行调试
五、梯形图及PLC的外部接线
1梯形图
2 PLC外部接线
3主电路
4元件清单
总结
七、
一 绪论
1.前言
用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。
工业机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。
机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。
机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。 随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
2.机械手的简史
现代机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。
机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。 1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。
1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于±1毫米。
美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。
德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。
瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。
瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。 第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。
第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。
随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。
3.工业机械手在生产中的应用
机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。
在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有
四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。
4.机械手的组成
工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。
4.1 执行机构
（1）手部 既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。
传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。
（2） 腕部 是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。
目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 2700）,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。
（3）臂部 手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。
臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。
手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。
行走机构 有的工业机械手带有行走机构，我国的正处于仿真阶段。
4.2 控制机构
驱动机构是工业机械手的重要组成部分。机械手的控制可采用以下几种方式：
1）用继电器控制，这种控制系统故障率高、控制方式不灵活且功率消耗大，已逐渐被人们所淘汰；
2）用微机控制，虽然它在智能控制方面有较大的功能，但它的抗干扰性差，系统设计比较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术，广泛应用也不太容易；
3）PLC控制，此控制系统具有运行可靠、使用维修方便、抗干扰性强、能经受恶劣环境的考验等优越性，已经成为在机械手控制系统中使用最多的控制方式。
4.3 控制系统分类
在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。
5工业机械手的发展趋势
(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降。
(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。
(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
(4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。
6 本章小结
本章简要的介绍了机械手的基本概念。在机械手的组成上，系统的从执行机构、控制机构以及控制部分三个方面说明。比较细致的介绍了机械手的发展趋势，简要的叙述了本文研究的内容。
二 .机械手移动工件控制系统的控制要求
以三菱公司的PLC为例，设计一个简单的机械手移动工件控制系统。图a所示为一简易物料搬运机械手的工艺流程图。该机械手石一个水平/垂直位移的机械设备，其操作是将工件从左工作台搬运到右工作台。
机械手移动工件的基本结构图如图a所示
图1-a 机械手移动工件的基本结构图
1工作原理
机械手移动工件通过限位开关和电机来控制。
机械手分别通过前进/后退电机、上升、下降电机的正反转来上、下、左、右移动，移动的最大位置通过上、下、左、右4个限位开关控制。
夹放工件通过夹紧、放下电机的正反转来控制。夹紧工件通过定时器来控制，即凭经验设定一个时间，在这个时间内，机械手能完全夹紧工件。放下工件通过松限位开关来控制。
按下启动按钮，整个系统按照PLC程序的设定有序的运行；正常停车时，按下正常停车按钮，等机械手运行到初始位置，停车。当按下即停按钮时，系统不管运行到什么状态，都要立即停止
2设备控制要求
机械手移动工件控制系统的要求时有“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。
2.1正常运行
在初始位置（上、左、松限位开关确定）处，按下启动按钮，系统开始工作；
机械手首先向下运动，运动到最低位置停止；
机械手开始夹紧工件，一直到工件夹紧为止（由定时器控制）；
机械手开始向上运动，一直运动到最上端（由上限位开关确定）；
上限位开关闭合后，机械手开始向右运动；
运行到右端后，机械手开始向下运动；
向下运动到最低位后，机械手把工件松开，一直到松限位开关有效（由松限位开关控制）；
工件松开后，机械手开始向上运动，直至触动上限位开关（上限位开关控制）；
到达最上端后，机械化搜开始左运动，直到触动左限位开关，此时机械手已回到初始位置；
该系统要求能连续循环工作。正常停车时，要求机械手回到初始位置才能停车。
2.2紧急停止
按下紧急停止按钮时，系统立即停止。
3硬件配置
从控制系统图1－B可以看出，在控制方式选择上需要一个启动按钮用来完成自动方式的启动、1个停止按钮用来处理正常情况下的停止运行，1个急停按钮用来处理紧急情况下的停止运行。机械手运动的限位开关有5个:高位限位开关、低位限位开关、左位限位开关、右位限位开关和松开器件开关。手动输入信号共由3个电机组成：前进/后退电机、上升/下降电机、夹取/放下电机。
机械手控制系统图如下图所示：
3.1.PLC的选型
(1)对输入 / 输出点的选择 另外要注意，一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得超过总输入点的 60 ％；本设计中的输入点为8，所以PLC所需的输入点需要大于14。 PLC 每个输出点的驱动能力（ A/ 点）也是有限的，有的 PLC 其每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般 PLC 的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选型时要考虑这些问题。
PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的 PLC 。
(2)对存储容量的选择
对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘 10 字 / 点＋输出总点数乘 5 字 / 点来估算，本设计中的开关量为830；计数器 / 定时器按（ 3 ～ 5 ）字 / 个估算，本设计中有一个定时器。最后，一般按估算容量的 50 ～ 100 ％留有裕量。
(3)对 I/O 响应时间的选择
PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2 ～ 3 个扫描周期）等。对开关量控制的系统， PLC 和 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。
(4)根据输出负载的特点选型
不同的负载对 PLC 的输出方式有相应的要求。本设计中的在负载都式动作不频繁的交、直流负载，因此选用继电器输出型的。继电器输出型的 PLC 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。
(5)对 PLC 结构形式的选择 FX2N系列PLC是三菱公司的高性能叠装式机种。可以分配不同的单元：基本单元、扩展单元和特殊单元。基本单元内含有CPU，存储器和I/O电路，要增加系统的I/O点数可联接扩展单元，增加系统的控制功能，则可以连接相应的特殊单元。在本系统中，配置基本单元就可以满足控制要求。不同的负载对PLC的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的PLC有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的PLC。即选用FX2N-32MR继电器输出型PLC作为机械手移动工件的控制系统。
机械手移动工件控制以三菱公司的FX2N 系列PLC为例，PLC框架配置如图1－C所示:
图1－C PLC框架配置
&nbs p;3.2.按钮的选择
按钮是最常用的主令电器，在低压控制电路中用于手动发出控制信号。它由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成。按用途和结构的不同，分为启动按钮、停止按钮和复合按钮等。
在机械手控制系统的设计中，选用分别选用了一个启动按钮，一个停止按钮，一个急停按钮，其原理分别为：启动按钮带有常开触头，手指按下钮帽，常开触头闭合；手指松开，常开触头复位。停止按钮带有常闭触头，手指按下按钮帽，常闭触头断开；手指松开，常闭触头复位。急停按钮按下之后，机械手移动工件立即停止；急停按钮解除后，所有输出重新开始。一按按钮，机床就能锁住，解除的方法是旋转后解除。 表1－1 按钮的技术数据
型号 触头组合 按钮颜色
LA25－10 —常开 绿色
LA25－01 —常闭 红色
KA5－4211 —常开—常闭 灰色
3.3.限位开关的选择
行程开关(限位开关)的工作原理及符号表示行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。 表1－2 限位开关的技术数据
型号 额定电压/V 额定电流/A 触头数量 结构形式 个数
交流 直流 常开 常闭
JLXK1-311 500 440 5 1 1 直动防护式 5
3.4.继电器的选择 表1－3 正反转继电器的技术数据
型号 触点数量 触电容量 工作电压 个数
JZF-5 3个常开触点 AC250V 5A 220V 6
4.I/O地址表
由于CPU模块有16点数字量输入，16点数字量的输出，因此不再需要输入/输出模块。I/O分配采用自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是X000～X007，输出端子对应的输出地址是Y000～X017。
表1－4 I/O地址表
对应地址 对应的外部设备
输入地址 X000 启动按钮
X001 停止按钮
X002 紧急停止按钮
X003 上限位开关
X004 下限位开关
X005 左限位开关
X006 右限位开关
X007 松限位开关
输出地址 Y000 前进/后退电机正转继电器（前进）
Y001 前进/后退电机反转继电器（后退）
Y002 上升/下降电机正转继电器（上升）
Y003 上升/下降电机反转继电器（下降）
Y004 夹紧/放下电机正转继电器（夹紧）
Y0 05 夹紧/放下电机反转继电器（放下）
功能
定时器 T0 夹紧工件时定时5S
内部继电器 M0 机械手的初始位置
三、机械手控制系统的程序设计
1流程图
1.1正常运行流程图
正常运行流程图如图1－D所示： 紧急停止流程图如图1－E所示：
图1－D 正常运行流程图
图1－E 紧急停止的流程图
2控制源程序介绍
2.1初始位置辅助继电器
M0是初始位置辅助继电器，当机械手的位置在左上方时，M0得电。它的助记符程序为：
LD X003
AND X005
OUT M0 ;机械手在初始位置
所对应得梯形图如图1-F所示：
图1-F 初始位置辅助继电器梯形图
2.2向下运动
机械手在初始位置时，按下启动按钮，机械手开始向下运动，运动到最下端停止；当机械手夹着工件运动到最右边时，开始向下运动，运动到下端停止；当紧急停止按钮按下时，停止向下运动。它的助记符程序为：
LD X000 OR Y003
AND M0 ANI X004
LD X006 ANI X002
ORB ANI X001
OUT Y003 ；机械手向下运动
所对应得梯形图如图1－G所示：
图1－G 向下运动梯形图
2.3夹工件
当机械手运动到左下方时，开始夹工件，夹5S；当紧急停止按钮按下时，停止夹工件。它的助记符程序为：
LD X004 ANI T0
AND X005 OUT Y004 ；机械手夹工件
OR Y004 OUT T0 K50定时5S钟
ANI X002
所对应 的梯形图如图1－H所示:
图1－H 夹工件梯形图
2.4向上运动
机械手夹紧工件后或者工件放下后，开始向上运动，运动到最上端停止；当紧急停止按钮按下时，停止向上运动。它的助记符程序为:
LD T0 ANI X003
OR X007 ANI X002
OR Y002 OUT Y002 ；机械手向上运动
所对应的梯形图如图1－I所示：
图1－I 向上运动梯形图
2.5向右运动
机械手夹紧工件，上升到最上端后，开始向右运动，运动到最右端停止；当紧急停止按钮按下时，停止向右运动。它的助记符程序为:
LDI X007 ANI X006
AND X003 ANI X002
OR Y000 OUT Y000 ；机械手夹着工件向右移动
所对应的梯形图如图1－J所示：
图1－J 向右运动梯形图
2.6放下工件
当机械手运动到最右、最下端时，开始放下工件；当紧急停止按钮按下时，停止放下工件。它的助记符程序为：
LD X004 ANI X007
AND X006 ANI X002
OR Y005 OUT Y005 ；机械手放下工件
所对应的梯形图如图1－K所示：
图1－K 放下工件梯形图
2.7向左运动
机械手放下工件，上升到最上端后，开始向左运动，运动到最左端停止；当紧急停止按钮按下时，停止向左运动。它得助记符程序为：
LD X003 &n bsp; ANI X005
AND X006 ANI X002
OR Y001 AND X007
OUT Y001 ；机械手向左移动
所对应得梯形图如图1－L所示：
图1－ L 向左运动梯形图
四、运行调试
针对机械手的几种工作方式，分别进行控制的实现逻辑处理。
首先是复位控制，这对于周期运转而言是十分重要的，只有当机械手处于原点位置时才能启动周期工作程序。系统设计了一个复位控制信号，在系统上电后，如果选择单周期或连续工作方式，则首先要确保机械手处于原点位置才能进行下一步处理。为了保证在周期方式启动前系统处于该位置，可以首先通过按下回原点按钮来驱动机械手到达该位置，然后启动周期控制。这样就可以有效地减少逐个手动控制设备到位地繁杂过程，提高控制效率。这样，就要求系统在手动方式下，如果收到复位命令，则驱动机械手向上或向左运动到原始位，同时复位抓取信号。
周期工作分为单周期和连续工作两种方式，其区别主要在于完成一个动作周期后，但周期方式下，系统等待下一个启动信号到来才进行下一步动作，而连续工作方式下则继续进行下一个周期，直至停止信号到来。对每个周期的动作而言，两种方式下完全相同。
五、梯形图及PLC的外部接线
1梯形图
机械手系统设计梯形图如下图所示：
图1－M 机械手系统设计梯形图
2 PLC外部接线
机械手控制系统外部接线
图1－N 机械手控制系统外部接线图
3主电路
4元件清单
表1－5 机械手控制系统元件清单
元器件名称 型号 数量 生产公司 备注
启动按钮 LA25－10 1 三菱 常开
停止按钮 LA25－01 1 三菱 常闭
急停按钮 KA5－4211 1 三菱 常开－常闭
行程开关 JLXK1-311 5 三菱 直流防护式
辅助继电器 LY2-0 DC48V 1 三菱 3个常开触点
正反转继电器 JZF－5 6 三菱 AC250V 5A
总结
通过本系统的设计，对三菱FX系列PLC的特点有了更深的理解。掌握了构建实际PLC控制系统的能力和对程序调试的步骤和方法。熟悉了PLC的I/O的连接方法和对一些硬件根据实际要求进行适当的选择。
机械手控制系统利用了三菱FX系列PLC的特点，对电机、行程开关及其他一些输入/输出点进行控制，实现了机械加工中移动工件的自动化。机械手作为工件取送设备虽然应用于不同的场合，其具体的工作情况不同，但本质的工作过程却是类似的。采用PLC对机械手进行控制也是目前常见的控制方式，本设计给出的机械手控制程序，可以应用于大部分的类似场合。
七、 (1) 可编程序控制器原理与应用 西安电子科技大学出版社 主编 汪志锋
(2) PLC应用开发技术与工程实践 人民邮电出版社 编著 求是科技
(3) 可编程控制器技术及应用 北京理工大学出版社 编著 夏辛明
(4) 可编程控制器应用技术 机械工业出版社 主编 王也仿
(5) 可编程控制器原理与应用 中国电力出版社 &nbs p; 主编 郁汉琪
机械工业是为国民经济提供技术装备和为人民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。
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2001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多亿人民币。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。
一、机械工业是为能源发展提供装备的重要产业
是为国民经济各行业及国防建设提供装备的基础性战略性产业。目前，我国机械工业总体规模已连续多年位居世界前茅，我国发电设备的产量占全球60%左右，产业结构也有所改善，产品技术逐年提高。世界最大的单机容量泰山核电机组1号机组175万千瓦核能发电机成功研发，我国在特高压输变电设备的充电桩、高压绝缘套管等一大批长期受制于进口的关键零部件也都取得了重大突破。此外，我国在能源装备的其他方面这些年也有了长足进步，许多产品、许多关键技术已经替代了进口。但是，机械工业也是生产规模大、生产战线长的耗材耗能大户，肩负的责任更加重大。我们还有很多产品能源排放超标、技术改造乏力、工艺水平落后、高效节能等高档产品供给不足。在资源制约、能源安全与环境约束矛盾加剧的形势下，机械工业为能源产业和能源的生产、消费提供高端的产品以及加快转型升级的任务十分艰巨。因此，我们一方面要积极推行绿色制造，带头节能减排；一方面要加大技术创新力度，为社会提供先进、高效、节能和环保的设备和产品,为各行业和社会做出贡献。“十二五”以来，我们按照工业转型升级的总体部署，大力实施“主攻高端、创新驱动、强化基础、两化融合、绿色为先”的发展战略，特别是在创新驱动、绿色为先的战略推进中做了一些工作。我们加快发展核能、太阳能、风电、生物质能等新型清洁能源设备，加快发展高效节能技术装备、资源循环利用装备、煤炭清洁利用及海水综合利用装备，加快发展节能与新能源汽车等，并且努力高质量地满足钢铁、有色、建材、船舶等行业对高效、节能、低排放产品和装备的需求。与此同时，我们也通过推广节能减排技术、应用节能减排工艺设备，提高设计、制造环节的能源材料利用率等措施，加大推进自身节能减排、绿色制造步伐，促进行业产业结构调整和技术产品升级，努力为落实国家能源发展战略做出贡献。当前，机械工业正在按照党的“十”和十八届三中全会精神以及国家关于工业转型升级的总体部署在加快推进全行业深化改革和提质增效升级。
二、我国已进入全面深化改革的攻坚阶段
各行业都处在调整产业结构和转变发展方式的关键期。面对着经济全球化和科学技术的日新月异，面对着推动能源生产与消费革命的重要使命，只有加强相关产业间的合作协作，拧成一股绳、一股劲，共同破解难题，实现协同创新，才能加快推进产业转型升级，加快产业振兴步伐，共同行使中国作为负责任大国的使命，为建设资源节约型、环境友好型社会履行责任。这次会议就是以能源市场化改革和生产转型发展为主题，邀请各界精英共同探讨今后能源装备发展如何适应国家能源市场生产、消费方面的需求，从而实能源装备的高端制造化。我们也将广泛听取来自各界人士的真知灼见，以全力推进机械行业主攻高端、创新驱动、强化基础、两化融合、绿色低碳的发展战略，以实际行动为能源生产和消费及保障我国能源安全作出新的贡献。
作者：王瑞祥 单位：中国机械工业联合会会长
专题：总体设计
专 业：机械工程
班 别：机自041
学 号：2
学生姓名：
指导教师：
完成时间： 2019年3月31日
学生宿舍地源热泵供热系统设计
----总体设计
1、选题的依据及意义：
1.依据：
进入90年代后，我国的居住环境和工业生产环境都已广泛地应用热水供应装置，热水供应装置已成为现代学校居住必备。90年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及削峰填谷，热泵供热技术提到了议事日程。近年来，由于能源结构的变化，促进了地源热泵供热机组的快速发展。
随着生产和科技的不断发展，人类对地源热泵供热技术也进行了1系列的改进，同时也在积极研究环保、节能的地源热泵供热产品和技术，现在利用成熟的电子技术来进行综合的控制，并和太阳能结合更注意能源的综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。
2.意义：
地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。同时，它还可供应生活用水，可谓1举3得，是1种有效地利用能源的方式。通常根据热泵的热源(heat source)和热汇(heat sink)(冷源)的不同，主要分成3类：
空气源热泵系统 ( air-source heat pump) ASHP
水源热泵系统 (water- source heat pump) WSHP
地源热泵系统 (ground- source heat pump)GSHP
平时还有人把热泵系统按照1次和2次介质的不同，分别叫做：
空气---水热泵系统
水 --- 空气热泵系统
水 --- 水热泵系统
空气---空气热泵系统
这些都是把热源、热汇以及空调系统的传递介质也包括进来分类形成的。
为了和国际标准接轨，我们还是应该依照国际惯例来命名。在1997年由美国的ASHRAE(美国采暖、制冷与空调工程师学会)统1了标准术语，无论是WSHP、GSHP都叫做GSHP--地源热泵系统。
另外，为了让我们在学习和讨论中更方便，介绍1些地源热泵室外能量交换系统的概念：
土壤埋管系统----土壤换热器(水平埋管、竖直埋管)
地下水系统
地表水系统
这些都是地源热泵的热源或热汇形式。(具体参见下图)
图。1。1土壤换热器(水平埋管)图
图。1。2土壤换热器(竖直埋管)图
图。1。3 地表水系统图
图。1。4 地下水系统图
2、国内外研究现状及发展趋势
1。 地源热泵的发展历史
地源热泵是1种先进的技术，它高效、节能、环保，有利于可持续发展。这项技术最先开始于192019年，瑞士Zoelly提出了“地热源热泵”的概念。1946年美国开始对地源热泵进行系统研究，在俄勒冈州建成第1个地源热泵系统，运行很成功，由此掀起了地源热泵系统在美国的商用高潮。1985年美国安装地源热泵14000台，1997年则安装了45000台，目前已安装了400000台以上的地源热泵，并且以每年10%的速度递长。1998年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到空调保有量的19%以上，其中在新建筑里面占30%。在欧洲国家里更多的是利用浅层地热资源，来供热或者取暖。上个世纪70年代以来，随着能源和环境问题的逐渐变得严重，在各个方面节能也被更多的考虑，以可再生的地热源为能源的地源热泵又引起了人们的重视。尤其是近年来，随着能源和环境问题的日益突出，地源热泵的研究和应用发展迅速，国内外的很多高校和研究机构相继开展了理论和实际应用方面的研究。随着研究的深入，我们的地源热泵研究工作者在全国范围内举行了各种交流探讨会。中国制冷学会第2专业委员会主办了“全国余热制冷与热泵技术学术会议”;1988年中科院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”;中国能源研究会地热专业委员会于1994年9月6日至8日在北京召开了第4次全国地热能开发利用研讨会;从90年代开始，每届全国暖通制冷学术年会上都有“热泵应用”的专题;2019年6月19～23日，中美地源热泵技术交流会在北京召开，会议介绍了地源热泵技术，国外的应用状况和在中国的推广;山东建筑工程学院地源热泵研究所与山东建筑学会热能动力专业委员会联合发起并承办“国际地源热泵新技术报告会”于2019年3月17日在山东建筑工程学院举行，加强了国内外地源热泵先进技术的交流。
2.地源热泵在中国的发展现状及前景：
目前在中国，地下水热泵系统已开始广泛使用，而土壤源热泵系统尚处于研究机构工程摸索和研究阶段。
从有关调查来看，地下水热泵工程真正成功的并不多。原因在于要实现100%的回灌，并回灌到同1含水层，不污染地下水，且能长时间稳定运行，并不容易做到。同时，还出现了大量不进行回灌的热泵工程，更有甚者，出现了直接利用地下水通入风机盘管内进行空调。这样做，1则污染水体，2则浪费水资源。
鉴于国内的国情和地源热泵系统自身的特点，我们对其各自的前景作1分析。随着地下水热泵工程技术改进和规范化，由于其突出的节能和保护大气环境的功能，还是存在着巨大的潜在的市场。水平埋管土壤源热泵，虽然占地面积大，但靠地表换热可以自然恢复地温，在年排热量和吸热量不平衡的地区应用比较有优势。而垂直埋管土壤源热泵，随着专业安装队伍的发展，钻孔设备的完善，势必会使造价大幅度降低，无疑会成为今后最有竞争力空调方式。
3、本课题研究方案：
本课题属于设计改造现有热水系统，学校宿舍的热水供应系统。在改造中应该充分考虑到：
1、 学生的定时供热，需要的功率及系统响应时间问题。
2、 属于改造系统，要和现有的系统相结合。
3、 考虑到成本问题，造价是否合理。
4、 在使用过程中维护的费用及技术的要求是否合理。
5、 运行的安全及噪音处理问题。
6、 废物的处理及环保问题。
4、本课题研究的内容：
广西工学院北区5#的热水供应改装。
1、该大楼空调工程包括：
1-6层的热水供应，所有宿舍。
2、设计参数：
每层有14个房间，每间8人，共6层。
3、柳州地区基本气象参数：
根据物候报告，5月1号到10月1号之间为高温区很少用热水，寒假期间不用热水
4、本课题具体研究内容：
(1)、循环水换热器的计算
(2)、土壤热泵系统(GCHP)的土壤换热器设计
地下埋管换热器是地源热泵系统的关键组成部分，是土壤源热泵系统设计的核心内容，其选择的形式是否合理，设计的是否正确，关系到整个地源热泵系统能否满足要求和正常使用。
地下埋管换热器设计主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等
(3)、布置型式
目前地源热泵地下埋管换热器主要有两种布置型式，即水平埋管和垂直埋管。选择方式主要取决于场地大小、当地土壤类型以及挖掘成本，如果场地足够大且无坚硬岩石，则水平式较经济;如果场地面积有限时则采用垂直式布置，很多场合下这是唯1的选择。
尽管水平布置通常是浅层埋管，初投资1般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，故1般采用垂直埋管布置方式。
3。1 水平埋管
水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟2层双管、单沟2层4管、单沟2层6管等形式，由于多层埋管的下层管处于1个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。(单层管最佳深度1。2～2。0m，双层管1。6～2。4m)
近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，1种是扁平曲线状管，另1种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。
3。2 垂直埋管
根据埋管形式的不同，1般有单U 形管，双U 形管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式;按埋设深度不同分为浅埋(≤30m)、中埋(31～80m)和深埋(>80m)。
1)U 形管型：是在钻孔的管井内安装U 形管，1般管井直径为100～150mm，井深10~200m，U 形管径1般在φ50mm 以下
2)套管式换热器：的外管直径1般为100～200mm，内管为φ15～φ25mm。其换热效率较U 形管提高16。7%。缺点：⑴下管比较困难，初投资比U 形管高。⑵在套管端部与内管进、出水连接处不好处理，易泄漏，因此适用于深度≤30m 的竖埋直管，对中埋采用此种形式宜慎重。
(4)、地下埋管系统环路方式：串联方式和并联方式
串联方式的优点是：①1个回路具有单1流通通路，管内积存的空气容易排出;
②串联方式1般需采用较大直径的管子，因此对于单位长度埋管换热量来讲，串联方式换热性能略高于
其缺点是：①串联方式需采用较大管径的管子，因而成本较高;
②由于系统管径大，在冬季气温低地区，系统内需充注的防冻液(如乙醇水溶液)多;
③安装劳动成本增大;
④管路系统不能太长，否则系统阻力损失太大。
并联方式的优点是：①由于可用较小管径的管子，因此成本较串联方式低;
②所需防冻液少;
③安装劳动成本低。
其缺点是：①设计安装中必须特别注意确保管内流体流速较高，以充分排出空气;
②各并联管道的长度尽量1致(偏差应≤10%)，以保证每个并联同的流量;
③确保每个并联回路的进口与出口有相同的压力，使用较大管径的管子做集箱，可达到此目的。
从国内外工程实践来看，中、深埋管采用并联方式者居多;浅埋管采用串联方式的多
(5)土壤换热器的埋管材料回路有相
5。1 管材选择
1般来讲，1旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性
⑶ 为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁(0。5mm)的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。
5。2 管件与连接
⑴热熔联接(承接联接和对接联接，对于小管径常采用)
⑵电熔联结
(6)、埋管管长与埋管间距的确定
地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等(可以通过热响应实验测得)。
6。1 水平埋管：确定管沟数目及间距
埋管管长的估算：利用管材“换热能力”，即单位埋管管长的换热量。水平埋管单位管材“换热能力”在20～40W/m(管长)左右，;设计时可取换热能力的下限值，即20 W/m。
单沟单管埋管总长具体计算公式如下：
其中L ——埋管总长，m
1 Q ——冬季从土壤取出的热量，Kw，
分母“20”是每m 管长冬季从土壤取出的热量，W/m
关键词：机械设计；设计制造；自动化；应用；分析
1机械设计制造及其自动化理论概述
最开始人们接触机械自动化的时候，都是先想着用机器代替人手，用机械完成一些重复操作的劳动。随着科学技术的发展，自动化的技术水平较以往有了极大的提升，不再局限于单一的重复机械动作上，而是进行相关程序的设定，逐渐拥有了自主思考的内核，我们也将其称之为机械的大脑，能够精准地完成规定的任务，还能够在系统出现问题的时候，及时地进行自我诊断，现阶段的机械设计更加智能化。机械设计制造领域的自动化技术的应用伊始，可追溯到20世纪60年代，由于电子计算机技术的不断发展壮大，人们也开始将电子计算机技术融入到机械控制中，通过各领域专家的研究和尝试，最终成功地将电子计算机及其控制技术成功地结合在一起，又经过长时间的磨合与创造，最终形成了今天我们所看到的、所使用的机械设计制造及其自动化。机械设计制造及其自动化也和大多数事物一样，经历了由无到有、由简单到复杂的发展过程。现如今，机械设计制造及其自动化在社会生活中发挥的作用也越来越重要。
2机械设计制造及其自动化的应用现状分析
我国改革开放以来，将更多的精力投入到了科学技术的研究和开发中，科学技术是第一生产力，这是我们所有科研工作者都熟知的道理，而我国的科学技术也以极其迅速的速度发展着，在科学技术领域也取得了非常可人的成绩。但是从全球的角度来看，与发达国家的科技手段相比较，我国的机械设计制造及其自动化技术还是相对比较落后的，出现这种情况的主要原因是我国发展科学技术的时间较短，起步也比较晚，还有很多地方都是学习其他先进国家的技术。而在很多工业发展领先的国家，都已经将纳米技术、激光技术等先进技术融入到了机械的设计和制造中，而我国在高新技术融入这一点上，还与国外发达国家存在着非常大的差距。由于我国机械设计制造及其自动化技术水平的限制，使得我国机械设计制造自动化的应用范围也受到了这一限制的影响。目前，我国大部分的机械制造厂虽然已经将机械自动化的理念引入到了产品的生产当中，但是真正将自动化融入到整个机械制造工程的生产过程中的，基本上没有。很多制造工厂由于技术水平、资金等多方面因素的限制，生产出来的产品都是非常粗糙的，达不到预定标准，而且还花费了大量的生产成本，这样的工厂在经济市场环境下逐渐会失去竞争能力，久而久之，一部分制造工厂就会因技术限制而破产，从这一点我们能够非常明显地发现，对工厂来说，机械自动化的意义是非常重大的。而纵观我国的机械制造产业，为什么我国的机械设计制造及其自动化技术水平比较落后，究其原因，除了科学技术的不足以外，高新技术人才的缺乏也是一个非常大的影响因子。目前在工厂中，有经验的技术人员都是老一辈的技术工作者，这一部分工作人员并没有接受过专业的理论知识和技术培训，而新入职的工作人员基本上都是刚刚毕业的大学生，这些学生虽然有扎实的理论基础，但是却没有实践方面的经验，这样就使得整个机械设计制造产业的自动化技术水平出现了青黄不接的情况。
3机械设计制造及其自动化的应用研究
为了能够尽快与国际社会机械设计接轨，我们要积极向国外先进机械化自动化技术学习。自从我国加入世界贸易组织，越来越多的外国企业进驻中国，使得我国的市场竞争日益激烈，大多数国有企业逐渐失去了先天的主导地位，由于没有很好的经营，再加上保守、不创新，最终被淹没在了市场经济的大潮中。为了能够挽救我国机械制造企业，大部分本土企业开始与国外企业建立长期的合作关系，本土企业在吸收国外先进生产技术的同时，逐渐提高了自身的产品质量，有效降低了生产成本，外国企业也利用我国的市场建立了庞大的经济体系，二者实现了双赢。随着越来越多中外合资企业的出现，机械设计制造及其自动化技术也逐渐融入到了我国各个行业中，怎样更好地提升机械制造自动化水平，也逐渐被越来越多的企业提到了日程当中。计算机网络技术的普及也极大地提高了机械制造自动化技术的发展水平，我们利用计算机软件技术，及时发现了机械设计中存在的漏洞，并在第一时间进行了维护，通过对网络技术的研究，也实现了企业与企业之间的远程沟通。虽然我国的机械设计制造及其自动化发展取得了非常显著的成绩，但是在工业迅速发展的同时，环境问题逐渐显现在人们面前，工业污水、工业废料都排放到了大自然中，导致我们赖以生存的环境出现了极大的恶性变化，也让我们在发展工业的同时，深刻意识到环境保护的重要性。机械制造及自动化实现了全球化之后，怎样降低生产过程中对环境的污染也就成为了机械设计制造领域要面对的难题，我们如何利用绿色能源进行工业生产，合理转化工业生产的废料，减少有害环境的原材料，实现机械设计制造的绿色发展，这也是机械设计制造及自动化未来的发展方向。
4我国机械设计制造及其自动化的发展趋势
我国机械设计制造及其自动化技术已经日趋完善，各个行业也都体会到了机械设计制造及其自动化所带来的各项优势，机械设计制造及其自动化是一门集多种技术于一体的学科，随着新技术的不断研发与引进，机械设计制造及其自动化的发展也将会是一片大好。在机械设计制造及自动化的发展中，大部分的机械设计制造都将设计、制造、生产和管理进行独立运行，而这些独立运行的部分又与机械设计制造及其自动化的发展集成是相对应的，这样也满足了我国工业生产的实际需求。我国机械设计制造及其自动化还会向着节能化的方向发展，当我国的工业生产达到一定水平的时候，我们考虑的重点不再是运转效率和产出的关系，而是让工业发展与环境保护和谐共存。机械制造材料需要承载节能原料来进行生产，我们要最大限度地运用原材料，减少生产过程中的污染物排放，多使用可再生能源，这样也能减轻对环境的危害。
5结语
机械设计制造及其自动化的应用可以极大地提升生产效率，有效降低生产成本，让机械设计制造企业能够在激烈的市场竞争中脱颖而出。不断改进我国机械设计制造及其自动化水平落后的现状，对我国工业领域的生产具有非常重要的作用。
作者:陈积铭 单位:哈尔滨市总工会职工技术协作服务中心
参考文献：
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［2］全国高等工业学校机械设计及制造专业教学指导委员会第七次工作会议纪要［C］//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集（卷2教学史志），1995.
［3］张奉禄，鲁墨武.加强课程间的联系和管理搞好机械设计及制造专业的改革［C］//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集（卷1教学论文），1995.
［4］陶金玉.精心组织课程设计，加强培养设计能力［C］//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集（卷1教学论文），1995.
［5］全国高等工业学校机械设计及制造专业教学指导委员会第六次工作会议———实验教学工作会议纪要［C］//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集（卷2教学史志），1995.
［6］全国高等工业学校机械设计及制造专业教学指导委员会第一次工作会议纪要［C］//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集（卷2教学史志），1995.
关键词：机械加工教学;常见问题;教学对策
1引言
技工院校与普通院校在教学目标以及培养方式方面都存在着一定的不同，职业教育机械加工教学专业是一个侧重实践操作的专业，不仅需要学生具备扎实的专业理论知识，还需要学生具备良好的实践应用能力。技工院校在教学过程中，应该结合行业人才需求标准，做到产学结合，真正的让学生具备专业性的行业技能，将学习过程中培养的技能不断的应用在实际工作中，为企业创造更多的工作效益。近几年来，技工院校毕业生是我国技术行业里的主体和核心力量，对于提升我国不同行业的高效发展有着重要的意义。职业教育机械加工教学还存在着一系列的问题需要引起重视，针对职业教育机械加工教学的特点，立足于实际教学内容，提出了一系列有利于职业教育机械加工教学的对策。
2职业教育机械加工教学中常见问题分析
2.1理论课程与技术操作课程衔接不科学
机械加工行业是一项操作性相对较强的专业，对于人才的能力也有着较高的要求，不仅要求学生掌握先进科学的理论知识，还要求学生具备较强的实践操作能力。当前，我国技工院校的机械加工专业没有将理论课程与技术操作课程进行科学的衔接，一部分技工院校机械加工教学过程中缺乏对于学生实际操作能力的训练与培养，不利于学生动手能力的提升。与此同时，也有一部分技工院校机械加工教学过程中过分关注教学实践部分，忽视了对学生理论教学的教育，导致学生严重缺乏理论知识，甚至一部分学生只是机械的记忆操作步骤，并不明白为什么要这样操作，也不明白操作原理所在，如此的学习不利于学生综合素质能力的提升，无法摸清实践的本质。
2.2缺乏专业性的复合型教师资源
当前，我国技工院校的师资力量水平在一定程度上。技工院校机械加工专业严重缺乏专业性复合型教师资源。职业教育机械加工教学作为一项理论与实践紧密结合的专业教学过程，不仅要求职业教育机械加工专业的教师具备充足而扎实的理论知识，而且要求职业教育机械加工专业的教师有丰富的实践操作经验。立足于我国技工院校机械加工专业的师资队伍来看，缺乏有能力的复合型教师。一些年纪大的教师缺乏充足而创新的理论知识储备，教学理论得不到更新，甚至一些老教师只是具备实践经验，并没有系统性的理论性体系。对于一些年轻的教师来说，毕业后进入工作岗位，虽然有大量的专业理论知识储备，但是并没有实际性的实践操作经验，无法更好的进行授课，不利于职业教育机械加工教学水平的提升。
2.3实验条件无法满足教学需求
目前，我国大部分技工院校的机械加工教学都配备了实验室，机械加工教学实验室的条件相对简陋，并没有配备充足的实验工具。我国技工院校的招生数量逐年递增，但是技工院校实验室的实验器械并没有随之更新以及补充，甚至出现了供不应求的情况，一些学生没有充分的进行操作实践学习。与此同时，虽然一部分学生对于这一问题进行了实习活动安排，但是由于社会企业提供的工作岗位不能够满足于学生的学习需求，学生实践学习越来越难，加上一部分企业更多的从经济利益的角度出发，让学生的实习活动变得越来越表面化。
3优化职业教育机械加工教学的教学对策
3.1提升职业教育机械加工专业课程设置的灵活性
职业教育机械加工教学改革的首要环节就是对专业课程设置的改革，针对当前职业教育机械加工专业课程设置的理论实践衔接不科学以及呆板老旧的问题应该给予高度的重视。站在学生发展的角度来说，学生综合素质水平的提升需要进一步创新教学理念，在理论教学环节应该积极的进行探索和创新，选用适应行业发展的更新教材，通过先进的教学方法，与此同时，强化对学生的实践能力教学的培养，可以通过设置教学实训基地等课程模式，不断促进职业教育机械加工专业教学模式的创新发展。除此之外，职业教育机械教学专业的专家学者应该根据行业前景发展的探析，积极的对职业教育机械加工教学课程设置进行及时的优化和调整，争取让学生接受到最先进实用的教学知识内容，跟随时展的步伐，最大限度满足行业发展对学生的专业性要求。
3.2聘用综合能力较强的教师提升专业教学水平
职业教育机械加工专业的专业特点决定了教师素质能力需要更加全面。师资力量是一个技工院校专业发展的主要影响因素。专业教师的教学理念以及教学能力都影响着学生的专业素质水平。技工院校电气自动化专业需要教师不仅具备全面的理论教学知识能力，还要求教师具备较强的实践教学能力。
3.3积极引进先进的教学实验设备
职业教育机械加工教学具备自身的专业特点，实践操作能力是学生培养的一个目标要求。技工院校应该加大资金投入，积极的引进先进的教学实验设备，提升学校实验课程教学水平，进一步强化人才质量。与此同时，职业教育院校机械加工教学又存在自身的特殊性，很多教学知识的讲授都需要通过专业的设备操作进行讲解，单纯的教授课本知识内容无法达到教学的目标要求。
4总结
技工院校发展是一个系统性的过程,职业教育机械加工教学作为职业教育发展的一个重点,需要引起高度的重视,专业教学人员应该立足于职业教育机械加工教学的现状,及时的发现问题,及时的总结经验,积极的进行教学改革与创新,争取培养出综合素质能力较强的专业性人才。
参考文献：
[1]吕义俊,杨国才,电子工业中机械加工的现状和发展[A].中国电子学会生产技术学会机械加工专业委员会第六届学术年会论文集[C],2016.
关键词：机械工程；自动化；工业领域；发展前景
0 引言
机械自动化凭借自身的优势和其产生的效益在在各行各业中得到广泛的应用和发展，机械自动化的功能多样化，工作效率高、节能省材，也更为可靠，也使人们日益增长的多元化需求得到满足。本文重点论述了机械工程及自动化在工业领域的发展方向及发展前景。
1 基本概念的探究
1.1 机械工程及自动化的概念
机械工程及自动化是一门应用学科，以与机械相关的自然科学知识和科学技术理论为理论基础，再与现实生产生活中的技术经验相结合，研究出解决机械工程及自动化在实际应用中理论与实际的问题。自动化是指机器或装置在没有人干预的情况下按预定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，而机械自动化就是机器或者装置通过机械方式来实现自动化控制的过程。我国要搞好机械工程自动化，就要以世界先进水准为标准，给自己定下高起点，并且要考虑到我国的实际国情。对于可以提高效率、能降低成本的技术结合我国的实际情况进行整合，有助于机械工程及自动化和我国工业领域相互促进发展，使我国工业领域在机械工程及自动化的促进下产生高效益、高质量的产品。
1.2 传统机械设计与现代机械工程及自动化的关系
传统机械设计与机械工程及自动化是相互影响的，怎么能把传统机械制造与机械工程及自动化分开研究呢？机械制造和机械工程及自动化都是工业生产中的一道程序，没有对机械制造研究，就不会有机械工程及自动化工业生产的产生，反之，离开了机械自动化，机械制造也将停留在最原始的发展阶段。对于学习该专业的学生来说，想要提高自己对该学科的理解，分析对比机械设计制造和机械工程及自动化的理论异同是有必要的。从另外一个角度进行思考，自动化的技术与思想一直贯穿与机械设计制造的各个环节中，两者相辅相成促进工业经济的发展。
1.3 机械工程及自动化在工业领域的发展现状
上个世纪20年代机械工程及自动化技术在工业领域得到广泛的应用并产生了依赖，科学技术的发展促使其在工业领域迅速的发展起来。虽然我国的机械工程及自动化还处于初级阶段，但是由于近些年计算机的更新换代网络的发展，机械工程及自动化开始使用计算机的集成系统，使机械工程的自动化得到了更快的发展，但目前，只有世界上也只有少数工业发达的国家的相关部门的机械工程及自动化达到了较高的水准，其他大部分国家都还处于自动化操作阶段。也包括我国，产业结构层次不高、机械工程企业只有少量的自动化装备并且还处于低水准阶段，在数量、质量、使用等方面都不如世界先进国家，我国工业领域机械工程及自动化技术的实现是一个持续漫长的过程，不会一下子就能达到的。我国要努力，不能急功急利，要注重培养相关专业的人才，加快科技的发展从而促进自动化的发展步伐。在世界市场竞争激烈的当今，机械工程及自动化的发展水平将会成为各种综合国力、经济发展的衡量标准之一。
在经济快速发展的当今，结合计算机操作系统有助于机械工程自动化在工业领域自动生产技术的发展，会使工业领域产生更高的社会和经济效益。目前，世界上多数发展中国家自动化的发展水准还停留在刚起步的阶段，仅有少数发达国家能够将计算机的操作系统与机械自动化完美的结合。所以我们要向西方先进国家借鉴学习，结合我国工业的实际情况更新我国机械工程自动化的技术，使我国的自动化水平可以满足我国工业领域发展的需求。
2 机械工程及自动化在工业领域的应用
机械过程自动化技术能否得到更大范围的使用，依靠高科技的发展水平，机械工程及自动化就是在工业领域生产的过程中应用自动化技术，让机器能够在无人的情况下可以连续自动完成生产目标，提高企业的生产效率，加快原材料的加工和流动速度。机械工程及自动化发展水平的高低，体现了该国整个工业领域的发展程度，同时也反映了该国的经济发展水平。
机械过程及自动化将信息工程作为指导的理论依据，优化机械工程及自动化技术在工业领域的应用，推动企业获取更高的经济效益，并且保证产品的高质量和与更为周到的服务。
3 机械工程及自动化在工业领域的发展方向及前景
随着机械工程及自动化技术的发展，机械工程及自动化在工业领域中扮演着越来越重要的角色，为了促进工业领域中机械工程及自动化技术有广阔的发展空间，现就机械工程及自动化在工业领域的发展方向以及前景进行如下分析：
3.1 环保的发展
环保意识越来越深入人心，各个行业都在贯彻可持续发展理念，走可持续发展的道路，因此机械工程及自动化在工业领域以后的主要发展方向就是走可持续发展的道路即绿色发展方式。绿色的发展方式有利于减少环境污染，使人类和自然能够和谐相处。在当代，保护环境，绿色发展是经济发展的前提，所以任何新技术、新工艺的研发和使用，一定要符合可持续发展、环境保护的相关规定，机械工程及自动化技术的使用也应当得是绿色化生产，符合时代的要求才能得到更大的发展空间。
3.2 内外结合发展
拉动政府和社会群体内的帮助和协调，在工业领域的内部进行体制改革，进行优化升级，随后就能够对产业结构进行优化，提高产品的质量，对自动化的技术进行创新，优化管理一个企业产品的整个生产过程即生产、制造、销售一体化，通过科学技术的作用，使机械工程自动化在工业领域的应用得到突破性的发展。通过这种方式不仅能够促进企业的产业升级，使产品的质量得到保障，还能使企业的生产成本降低，提高企业的经济效益，同时也是提高社会的经济效益，这样还能为机械工程自动化技术的革新创造动力。
3.3 与网络结合发展
近些年，互联网技术飞速发展，也改变市场环境的发展，工业领域的发展趋势是将机械工程及自动化技术与网络化是相结合。现在的市场环境，任何产业的发展基本上都与网络技术相联系，所以机械自动化与网络化相结合发展是必要的，有利于机械工程自动化技术的革新，为企业创造更高的经济效益。
4 结语
综上所述，在工业领域中应用机械自动化的范围是十分广泛的，机械工程及自动化不仅可以节省劳动力，还能够为企业节省生产成本。在未来的发展中要不断提高机械自动化的技术，将机械自动化的发展与我国可持续发展政策联系起来，那么机械自动化的在未来的发展空间会更大。
参考文献：
[1]吴允恒.传统机械设计与机械自动化的比较分析.世纪之星创新教育论坛.1255.
在高考填报志愿选择专业时，很多家长对机械工程专业就业前景怎么样的问题很关心。下面是由本站编辑为大家整理的“机械工程专业就业前景如何 主要课程有哪些”。
机械工程专业就业前景如何
我国大型工业逐渐在复苏，社会对于精通现代机械设计与管理人才的需求正逐渐增大。今后一段时间内，机械类人才仍会有较大需求，具有开发能力的数控人才将成为各企业争夺的目标，机械设计制造与加工机械专业人才供需比越来越高。
机械行业就业前景还是十分乐观的，毕业生如果具备与本行业领域方向相适应的文化水平与素质、良好的职业道德、创新精神和职业能力，掌握模具设计与制造基础理论知识，具有模具设计与制造技术专业知识和专业技能，具备相应实践技能以及较强的实际工作能力一定能够找到一份满意的工作。
机械工程专业毕业生的就业方向多种多样，除了教学、营销外，常见的有生产总监、物流管理、设备管理、质量管理、项目管理、机电产品开发、机械产品开发、液压产品开发、仪器仪表开发、武器开发、汽车工业、环保设备开发、矿业设备设计、模具设计制造、机械制造工艺师、CNC工程师等。本专业学生毕业后可在工业生产第一线从事机械工程及自动化领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作。可以说就业方向已经很广了。
机械工程专业主要课程有哪些
机械工程专业培养德、智、体、美全面发展，具有一定的文化素养和良好的社会责任感，掌握必备的自然科学基础理论和专业知识，具备良好的学习能力、实践能力、专业能力和创新意识，毕业后能从事专业领域和相关交叉领域内的设计制造、技术开发、工程应用、生产管理、技术服务等工作的高素质专门人才。
主干学科：力学、机械工程。
主要课程：工程力学、机械设计基础、工程热力学、现代控制理论、材料加工工艺与设备、测试技术、计算机系列课程、经营与管理、电工与电子技术基础理论课程。
主要实践性教学环节：包括军训、金工、电工、电子实习、认识实习、生产实习、社会实践、课程设计、毕业设计(论文)等，一般应安排40周以上。
（来源：文章屋网 ）
[关键词]机械加工 教学 创新 探索 建议
中图分类号：F224-39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）15-0289-01
机械加工的教学工作相对于其他科目的教学来说有着很大的特殊性，因为机械加工不仅仅要求学生掌握书本上的书面知识，也要求学生掌握对机械工具的实际操作能力。但是在我们实际的教学过程中，由于学校经费以及传统的教学方式的经验等多种条件的限制，机械加工的教学仍然沿用九年义务教育的教学方式。在传统的教学方式下，老师采用旧的丝毫没有新意的教学方式，对学生进行照本宣科；学生在这种教学方式下，得不到有效的训练。因此在学生面临就业的时候就会感动无所适从，企业也对学生的质量大感失望，招聘不到合适的人才。我们应该意识到对机械加工的教学创新是势在必行。
1、进行机械加工教学创新的必要性
众所周知，我国领导人提出了将我国发展为“制造业大国”的目标，要达成这个目标就要求我国大力发展制造业，将制造业作为我国立足于世界制造大国的基本。我国的制造业主要集中在装备制造和紧密加工这两个方面，可以说就是这些方面成就了我国制造业现在的局面。而在当今激烈竞争的局面下，对我国进行装备制造和紧密加工的工人提出了新的更高的要求。但是当今我国对机械加工的教学完全没有达到企业对上岗工人的要求，学校受到教育的毕业生没有办法满足企业的生产要求。
面对这种情况，我们必须进行严肃的思考。不是我们的学生出了问题，不是我们的学生不够优秀，而是我们学校的教育出现了问题。学校的教学内容迟迟没有更新，国内外的生产工艺和生产技术都在不断地进步，但是我们学校的教学内容却一成不变，导致教学内容和实际生产所需的技术严重脱节。这显然是阻碍我国制造业发展的根源性问题，对于机械加工教学的创新十分必要，势在必行。
2、机械加工教学中遇到的问题
2.1 机械加工教学内容脱离实践要求
机械加工相较于其他科目来说是一门技术性较强、理论性较弱的学科，这门课的合格标准应该是由实际操作能力决定的。但是现如今我国开设这门课程的专科院校或者高等教育院校对这门课的考核标准都停留在试卷答题测试的地步，没有真正达到考核学生的学习成果的目的。但是很多学校都没有认识到对学生进行实践操作训练的重要性，其忽视程度让人触目惊心、担忧不已。很多学校认为只要开设理论课程就可以了，而忽略了实践操作课程对学生教学的重要性。有很多学生从进入学校到学校毕业就从来没有进行过机械加工的实践操作，没有任何的实践经验，完全不能胜任企业中的实际工作。也有一些学校重视对学生的实践操作的训练，但是由于学校的教学经费的短缺，学校的提供的实践器材已经严重过时，达不到对学生的实践训练的要求。更有甚者，学校因为对学生进行实践操作的训练耽误了正常的理论课程，严重影响了学生的学习。
2.2 机械加工教学内容脱离时代要求
我国的教育方式一直遭人诟病，填鸭式的教学在机械加工这种实践性很强的科目上危害性更是明显。机械加工是一门相较于其他科目来说更加复杂的科目，学生在学习的过程中很容易出现科目繁多、无暇顾及的状况，教师的填鸭式教学方式更容易使学生产生疲惫无趣的学习心理。在这种状况下，教师不应该继续进行填鸭式的教学，只将理论学习放在重要地位上，而是要对教学方式进行改革。教师应该在教学过程中多对学生进行引导，了解机械加工行业的历史和作用，树立起对这个专业和行业的自豪感以及自信心，注重培养学生对于机械加工的兴趣，养成学生自主学习的学习习惯。再加上机械加工的理论十分枯燥乏味，教师的教学水平有限，教学过程中处处都充满着无聊和枯燥乏味的地方。
2.3 教师的资源和水平不高
在实际的教学过程中，虽然需要学生多多发挥自主能动性，但是老师仍然起着最重要的作用。不可否认的是老师具有丰富的教学经验，也有着丰富的实际操作的实践经验，教师不但可以帮助学生学习书本上的理论知识，又可以传授给同学们实际操作的实践经验，让学生在实际工作之前接触到在车间实际操作的流程。但是由于我当前的状况，我国对教师的学历技能等级的分配有着很大的误差和不足，专门针对中专高职院校的教师资源特别少，教师资源短缺成为了我国机械加工教学中的最大的阻碍。在国内的某一些学校，虽然有充足的教师资源，但是教师的教学水平良莠不齐，要找到一名合适的教师十分困难，很难培养出合格的机械加工的人才。
3、对机械加工教学进行创新的建议
3.1 提高教学中实践操作的比例
为了培养出合格的机械加工人才，就必须从机械加工教育学校开始改变。学校不仅仅要注重对学生的理论知识的培训，开设合格有效的理论教学课程，还要开设实际操作的课程，让学生积累机械加工的实际经验。学生只有在实际的操作过程中才能培养出机械加工中十分重要的发现问题、研究问题、解决问题的优秀思维方式，还可以让学生将学习的理论知识和实际的操作经验结合起来，更好地进行机械加工的学习。学校应该大力争取政府的资金以及企业的投资，在学校建立专门的实习车间，专门提供给学生作为机械加工的实践课堂。学校还应该争取和企业建立互利共赢的合作关系，长期输送学生去企业的生产车间参观、实习、学习，这样既有利于培养学生的实际操作能力、增加学生机械加工的实践经验；又可以为企业创造机会招聘到合格的有能力的机械加工人才。
3.2 提高师资力量水平
师资力量的匮乏对于我国机械加工的教育来说是一个不可跨越的难题，相关教育部门应该关注这个问题，提高机械加工教师的薪资水平，吸引更多的教师投入到机械加工的教育工作中。另外，相关部门应该对现有的机械加工类的教师进行更加合理的管理和评级，提高现有的教师的教学水平，为我国的机械加工教育事业做出贡献。
参考文献：
[1] 欧阳峰.机械加工教学改革的研究与探索[J].科技展望，2016，（20）：71.
关键词:机械设计制造；工业设计；
应用工业设计是人们为达到特定目标开展的系列创造性设计，在设计过程中对美学以及工学进行了有机的结合，对工业产品进行实施的设计。面对当前多元化的发展时期，对工业设计以及机械设计制造的技术应用发展愈来愈重要，通过从理论上加强工业设计以及机械设计制造的研究分析，就能为实际技术应用提供理论支持。
1工业设计和机械设计制造技术的联系及发展现状
1.1工业设计和机械设计制造技术的联系分析
工业设计和机械设计制造技术之间存在着紧密的联系，两者的发展都能够对工业化进程产生促进作用，为社会创造更大的经济效益。在机械化设计制造技术的发展方面，能为工业设计提供技术层面的支持，这样就能保障工业技术的规律性发展，成为工业生产当中比较重要的元素。工业生产产品要和实际的发展需求紧密结合，对大众媒体的审美标准要相符合，对工业产品的实用性能得以保障，这样就能为企业发展带来经济效益[1]。工业设计的发展也能为机械设计制造技术的发展提供新的理念，从而促进两者共同的进步。在当前的社会进一步发展背景下，人们在对工业设计的要求上也在发生着变化，对以人为本的理念愈来愈重视，通过对人们生活元素的研究，并在实际中加以应用，对工业设计的优化就有着积极促进作用。工业设计和机械设计制造技术之间的联系比较紧密，相互的支持，从而创造出更大的社会经济效益。
1.2工业设计和机械设计制造技术的发展现状
工业设计以及机械设计制造技术的发展过程中，在不同的时期也有着不同的现状。工业革命后的工业设计发展比较迅速，而我国的工业设计发展的时间相对来说比较短，但是在近些年我国的经济水平以及技术水平的迅速提升下，工业设计的发展速度也得到了有效提升。已经有诸多企业在将发展的注意力向着工业设计的方向转变，在实体的投入方面，大量的人力以及财力也都融入到了工业设计领域当中，这些都是工业设计进一步发展的基础。面对多元化的社会发展，经济的进步离不开机械技术的支持。这对机械设计制造领域的发展也有着促进，机械设计制造技术涵盖的内容比较多，在产品的设计以及生产制造和售后服务等，都是其中比较重要的内容[2]。我国在机械设计制造领域的发展过程中，还有诸多层面有待加强和完善，尤其是自主产品的制造技术力量上比较薄弱，这些都需要进一步加强。
2工业设计的特征体现和机械设计制造技术的应用
2.1工业设计的特征体现
工业设计的发展过程中，已经形成了比较突出的特征，这些特征体现在综合性比较强层面。工业设计包含的内容比较多，不仅是包含了工业产品设计，同时在产品制造中问题的处理等也是重要内容。工业设计的综合性比较强，是技术和艺术的结合体。在当前的理论进一步深化化，工业设计的综合性内容还涉及到心理学以及社会学等相关内容。工业设计的特征中，实践性强也是比较突出的，能有效为人们提供舒适生活方式，通过工业设计对人们的日常生活需求的满足有着保障[3]。工业设计的时代感特征也比较鲜明的呈现，不同时代背景下，工业设计都有着不同需求，所以在时代感强的特征上就鲜明的呈现出来。
2.2工业设计和机械设计制造技术的应用
工业设计和机械设计制造技术在实际生产当中进行综合性应用，就能发挥其积极作用。两者的相互影响以及相互促进，就能对工业设计的完善性和制造技术的水平提高有着促进作用。工业设计过程中，设计人员不断的学习以及掌握机械设计制造的基础知识，然后加以灵活的运行，保障工业设计的规范化。其中在工业设计的思路以及理念和产品结构等方面都能进行优化，对设计的产品质量符合人们的实际需求[4]。为能保障工业产品设计的整体质量水平提高，在和机械设计制造技术的有机融合下，就能保障设计的整体质量水平提高，对实际的操作可行性就能得到有效保障。机械设计制造技术的应用，对工业设计中的人机工程学知识的运用，就能有效保障机械设计以及制造技术的整体水平提高。将工业设计和机械设计制造技术在饱和发电机组的维修当中加以应用，就能发挥积极的作用，在对发电机组自身的机构上有明确认识，然后针对性的找到故障，在工业设计和机械设计制造技术等方面的应用，就要保障机组故障的有效解决。工业设计以及机械设计制造技术在未来的发展应用中，必将发挥其重要作用。工业设计的进一步发展，就要在技术的进一步优化基础上来实现，而机械设计制造技术的优化，对工业设计的水平提高就有着保障。我国在当前的工业技术上有着很大进步，但是在基础性方面还需要进一步加强，在机械技术相关的应用方面，作为重要技术，能有效节约人力资源以及财力资源等，对企业的发展提供良好技术支持[5]。工业设计和机械设计制造技术有着不同，在两者进行有机结合下，就要能充分重视方法的科学性。要积极建立有助于生产以及销售的最佳方案，将环保放在首要位置，这样才能进一步的促进工业设计以及机械设计制造技术的进一步发展。
3结论
综上所述，处在当前的发展阶段，对工业设计以及机械设计制造技术的应用发展，就要从实际出发，在具体的设计发展方面能够注重方法的科学性以及理念的创新运用。通过从理论上对工业设计以及机械设计制造技术的应用研究分析，就能为实际的发展提供理论依据，促进工业设计和机械设计制造技术的多元化发展。
参考文献
[1]张磊钟蜀津.工业设计定义、范畴、方法及发展趋势综述[J].机械设计,2013(8).
[2]林敬亭.基于CAID的机床产品族造型设计研究[J].机械设计,2013(6).
[3]苏建宁,王鹏,赵雪松.产品意象造型设计关键技术研究进展[J].机械设计,2013(1).
[4]陈虹,王庆禹,谢宇强.《机械设计》基金论文比与被引文献类型的统计分析[J].机械设计,2014(6).
