机械设计制造及自动化思考和认识

作者：杨之勇

机械设计与制造及自动化这是新工科热门专业，国家强盛离不开此专业，不被重视，落后也在于此。

汽车、工程机械、飞机等离不开机械设计制造及自动化全科知识

一 机械设计制造及自动化要有科技理论支撑

      1.功能原理是设计方法学的灵魂，利用功能需要引领设计原理和实体构型；2看破力是查找主要矛盾的先知先觉的第一能力；3.创造力和科技兴趣爱好是是一个民族和国家的进步的源泉；3.机械设计是应用科技创造未来的先先遣队，4.科技应用和节外生枝是一种能力；5让设计形成优势，构成优势设计力量和氛围，是国家和民族兴旺发达的关键所在。教育要不断提高教师水平，从知识原理启蒙到扩展和实际应用都要有独到之处，优势之处。

二 有关设计的新认识

      1.设计与物质文明及精神文明；2设计与国际竞争；3用设计解决现存问题；4设计与新产品问世。5功能元素与功能单元创立组合；6关键技术功能块和功能点，7综合技术功能组合块；8：延伸思考和综合评价；9设计的实用性与创造性平衡；10设计的经济性和新颖性及原创性。

      不少人对学机械缺乏明确认识，以为会画机械图、知道皮带、链条、，车、铣、刨、磨，学点机械原理就算懂机械了。实际学机械，关键在于会搞机械设计，要懂机构学，因为机械装备的核心是机构：不但要学好已有机构理论与模型，更要有自己的机构理论和模型的建树。要想搞项新产品，首先要明确机械系统或单元的功能需求，列写功能元框图，再利用逻辑关系画出功能元的逻辑关系框图，运用科技原理，有感性思维产生设计预案，预则立，不预则退，有了预案和功能需求的向维性，启动智慧和复合知识积累，在急中生智的条件下产生初步几种方案。从几种方案中对比选优为重点方案。

机械设计按道理讲不能认为的分专业过细，机械类别可分为：工作母机设备、工艺设备、输送设备、物储设备、检测计量设备、涂装设备、包装设备、起重输送设备等。这些都在机构学理论覆盖面内。

输送设备：机械连续输送设备、机械步进输送设备、机械差速输送设备、机械悬挂输送设备、机械地面输送设备、机械地下输送设备、有带式、网带式、链式、输送，还有气力输送等，输送有刚性输送和柔性输送，供求适配输送等

操作设备：机械手、机器人、极端条件下的机械手和机器人（高温高压重载烟尘防爆等环境），高精度度设备。

        这方面我们搞机械设计的还有待努力研究和创新。知识结构单一，覆盖面窄，思维框能力、变通能力、改变、利用、组合等能力欠缺都是搞机械创新设计的禁忌。

新科技源于新理论和战略思维引领

三 制造的基础在于运用工艺理论和先进装备

优质制造是工艺和设备（恰到好处的工艺设备）及人（操作者管理者）的组合的最佳成功的体现，只有总设计师，没有总工艺师配合合作是没法出优质产品的。可见先进工艺规划和原则在机械制造上的作用。

制造源于工艺和设备根本源还在设计优势的形成

四 自动化在于设计能力和全专业知识的运用能力

自动化一般是体现在生产线上，生产线是批量生产优质产品最佳选择，没有自动化体现的产品生产作业形式被称为流水线，有人工操作，或看管的部分由自动化环节的流水作业线被称作半自动化生产线。由机械手、机器人操作，从供料到各工序间自动化操作、检验、次品移除、成品包装入库的生产线为自动化生产线。有了生产线，质量控制、生产节拍、生产能力也就有所保证了。

机械学成为机械产品发明创造的手段，机械制造、自动化、智能化生产主要还是依靠各种机构来实现的，可以推论机械产品的核心是机构，也可以这样说机械学的核心技术也是机构学，学习机械专业的核心课程不能没有机构学。

我所经历有的机械工程师（新老都有之）机构知识知之甚少，机构理论、运动链理论、机构组形也没有一定理性意向，有的只有查手册，看标准…学机械的大学不很好学习机构学，这也是我们教育上的一个盲点。这里有个哲学上的普遍性与特殊性关系认识问题，机构是机械的普遍性共性的科技型的学问，用到重型机械、轻工、汽车、航空、以致模具上是不同场合应用问题。所谓隔行不隔理是有道理的。

有的大学、机械专业毕业设计者，正式因为机构知识知之甚少，不知道还有增程机构，所以设计的驱动所用气缸或油缸选用4～6米行程，这就违反了设计上的理论禁忌，有的夹压动力选用300～500直径的气动元件，实际采用增压机构后同样工况条件下50～80气缸就可以可而且施力刚度稳定。过去进口国外设备也有类似情况，都是因为对机构理论知识缺乏学习专研。

五 科技理论创新不在经验而在逻辑思维和变通式理性认知

       学习东西不止要学习书本上的知识，老子说过：“道可道非常道”，能够成为非常道的道是原创首发的理性认识，也要通过逻辑推演形成自己的一些理论建树，节外生枝，不是书本上已有的学问和道理。按机械组成系统形式，常规有两种形式：一是自由度（活动度）为一的机构，二是自由度为二的差动机构，理论上还应该存在一个“外加约束条件的二自由度机构”，这就是机构存在第三种形式；这种机构可以演变出多种机器设备：1）轧钢行业的重型机械柴里科夫浮动剪、2）自压式剪切机、3）多动作闭式循环机械臂、4）机械程序运动机构等。这一机构理论提出是我在全国机构创造发明学会上宣读的论文中，被发明学会负责者看重此论文的实效性和理论凸显性，通知我参加了中国机构发明学会理事扩大会议。会议间结识了清华等出名院校的专家教授，学会负责人赞扬了我这个企业工程师理论研究的突破性。可见理论认知及研究的深入性，和经验及过程同样重要；以后不少创新机械设计运用此理论方法都收到很好实用效果。实际我本人还不是研究生出身，只是爱好机构学，爱好和思考专研是最好的老师，会引领你走上科技的殿堂。

       机构理论有待我们再探讨再认识：比如以前的某些学者认为只有4杆以上的才能称为机构，实际从两杆以上的机械组合都可以称为机构，电机是最常见的两杆机构，自动线中的自动料道的物料分配器实质也是两杆机构，詹天佑的火车挂钩是两杆机构组合，是一种逻辑机构。有了广义机构的提出，有了多动力元和信号传递开式机构，也不能忽视闭式运动链机构，正是这种机构是节能可靠自动化设计的基础。变异机构理论（机构在运行过程中利用机构结构型的改变），机构的运动副、机构运动链等理论、平面机构与空间机构，运动轨迹、理论深厚，有很多盲点带我们揭示，有很多理论待我们机械从业者和爱好者去研究开发。

       目前一些工业发达国家都十分重视机构学的研究，因为自主知识产权的机械产品离不开机构学，机械产品性能提高离不开机构学，机械产品的专利取得离不开机构学，机械产品规避国外专利也离不开机构学，机械产品自主知识产权的取得离不开机构学，国家支柱产业升级和新产品产业的建立离不开机构学。所以机械从业者和爱好者都要很好研究机构学理论。

       企业发展急需机械设计形成优势，国家强盛不能没有机械设计制造与自动化，这就是我对新工科的热门专业的思考和认识。