机械自动化的历史发展及未来展望(DOC)

目录

中文摘要 (1)

1 引言 (2)

2 机械自动化历史 (3)

2.1 自从18世纪中叶至工业革命时期 (3)

2.2 1952年一1965年 (3)

2.3 从1967年到20世纪80年代中期 (4)

2.4 从1967年到20世纪80年代中期 (4)

3机械自动化发展现状 (6)

4机械自动化发展未来 (9)

结论 (11)

致谢 (12)

参考文献 (13)

机械自动化的历史发展及未来展望

摘要：自动化是指机器或装置在无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。机械自动化是最早出现的自动控制系统，是自动化的一个分支。本文阐述了机械自动化国内外发展现状，进而探索机械自动化未来。关键词：机械自动化；干预；发展现状。

1 引言

17世纪后期，随着机械的改进，需要煤和矿石的需求量大大的增加人力畜力无法满足需求。于是18世纪初出现了T.纽科门的大气式蒸汽机，用以驱动矿井排水泵。1765年，J.瓦特发明了有分开凝汽器的蒸汽机，降低了燃料消耗率。1781年，瓦特又创制出提供回转动力的蒸汽机，扩大了蒸汽机的应用范围。蒸汽机过于笨重应用不便。19世纪末，电力供应系统和电动机开始发展和推广。20世纪初在工业生产中电动机取代了蒸汽机。

离心调速器机械自动化的真正大放光彩的时候应是近代西方的工业革命时期，当时瓦特改进的蒸汽机中就运用了多个机械自动控制调节系统：离心式调速器和节流阀等。离心式调速器开创了机械自动控制的一个新的里程碑。机械自动化的实现将机械生产引领向了一个新的领域，通过自动控制系统，真正达到了大工业生产及减少劳动强度，提高了劳动效率，令整个世界的生产水平迈上了一个新的台阶，并由此延伸出了电气自动化。

2 机械自动化历史

2.1 自从18世纪中叶至工业革命时期

1870 -1950年，纯机械控制随着电液控制的刚性自动化加工单机和系统得到长足发展。如1870年美国发明了自动制造螺丝的机器，继而于1895年发明多轴自动车床，它们都属于典型的单机自动化系统，都是采用纯机械方式控制。1924年第一条采用流水作业的机械加工自动线在英国的Morri，汽车公司出现;1935年苏联研制成功第一条汽车发动机气缸体加工自动线。这两条自动线的出现使得制造自动化技术由单机自动化转向更高级形式的自动化系统。在第二次世界大战前后，位于美国底特律的福特汽车公司大量采用自动化生产线，’使汽车生产的生产率成倍提高，汽车的成本大幅度降低，汽车的质量也得到明显改善。随后，西方其他工业化国家、苏联以及日本都开始广泛采用制造自动化技术和系统，使这种形式的制造自动化系统得到迅速普及，其技术也日趋完善，它在生产实践中的应用也达到高峰。尽管这种形式的制造自动化系统仅适合于像汽车这样的大批生产，但它对于人类社会的发展却起到了巨大的推动作用。值得注意的是，在此期间，苏联于1946年提出的成组生产工艺的思想，对制造自动化系统的发展具有极其重要的意义。直到目前，成组技术仍然是制造自动化系统赖以生存和发展的主要技术基础之一。

2.2 1952年一1965年

数控（numerical control, NC）技术和工业机器人技术，特别是单机数控，得到飞速发展。数控技术的出现是制造自动化技术发展史上的一个里程碑。它对多品种、小批量生产的自动化意义重大，几乎是目前经济性实现小批量生产自动化的唯一实用技术。第一台数控机床于1952年在美国的麻省理工学院研制成功，它一出现，立即得到人们的普遍重视，从1956年开始就逐渐在中、小批量生产中得到使用。1953年，麻省理工学院又研制成功著名的数控加工自动编程语言，为数控加工技术的发展莫定一了基础。1958年，第一台具有自动换刀装置和刀库的数控机床即加工中心（machiningcenter, MC ）在美国研制成功，进一步提高了数控机床的自动化程度。第一台工业机器人于1959年出现于美国。最早的工业机器人是极坐标式的，它的出现对制造自动化技术具有很大的意义。工业机器人不但是制造自动化系统中不可缺

少的压力变送器设备，它本身也可单独工作，自动进行装配、焊接、喷漆、热处理等工作。1960年，美国研制成功自适应控制机床，使机床具有了一定的智能色彩，可以有效提高加工质量。1961年在美国出现的计算机控制的碳电阻制造自动化系统，可以称为计算机辅助制造（CAM）的雏形。1962年和1963年又相继在美国出现了圆柱坐标式工业机器人和计算机辅助设计（CAD）及绘图系统，后者为自动化设计以及设计与制造之间的集成莫定了基础。1965年出现的计算机数控（CNC）机床具有很重要的意义，因为它的出现为实现更高级别的制造自动化系统扫清了技术障碍。

2.3 从1967年到20世纪80年代中期

这是以数控机床和工业机器人组成的柔性制造自动化系统得到飞速发展的时期。

1967年英国的Molins公司研制成功计算机控制6台数控机床的可变制造系统，这个系统被称为最早的柔性制造系统，它的出现成功地解决了多品种、小批量复杂零件生产的自动化及降低成本和提高效率的问题。同年，美国的Sundstand公司和日本国铁大宫工厂也相继研制成功计算机控制的数控系统。ITMIll年日本研制出按成组加工原则的IKEGAI可变加工系统，同年美国又研制出工业机器人操作的焊接自动线。随着工业机器人技术和数控技术的发展和成熟，20世纪70年代初出现了小型制造自动化系统，即柔性制造单元。柔性制造单元和柔性制造系统到目前仍是制造自动化的最高级形式，即自动化程度最高并且实用的系统。1980年日本建成面向多品种、小批量生产的无人化机械制造厂—富士工厂，从原材料到外购件人库、搬运、加工、成品人库等，除装配以外的其他工序均完全实现自动化。20世纪80年代初期还建成了一个由机器人进行装配的全自动化电机制造厂和一个规模庞大的利用激光加工的综合柔性制造系统。需要指出的是，这种无人自动化工厂的努力却是不成功的，原因并不在于技术，而主要在于它的经济性太差，并忽略了人在制造系统中的核心作用。

2.4 从20世纪80年代中期至今

制造自动化系统的主要发展是计算机集成制造系统（computer integrated manufacturing system, CIMS ），并被认为是21世纪制造业的新模式。

CIMS是由美国人约瑟夫·哈林顿博士于1973年首次提出的概念，其基本思想是借助于计算机技术、现代系统管理技术、现代制造技术、信息技术、自动化技术和系统工程技术，将制造过程中有关的人、技术和经营管理三要素有机集成，通过信息共享以及信息流与物流的有机集成实现系统的优化运行。.所以说，CIMS技术是集管理、技术、质量保证和制造自动化为一体的广义制造自动化系统。CIMS的概念刚开始提出时，并役有受到人们的重视，直到20世纪80年代初，人们才意识到CIMS 的重要性，于是世界各国纷纷开始研究并实施CIMS。可以说，20世纪80年代是CIMS 技术发展的黄金时代。早期人们对‘CIMS的认识是全盘自动化的无人工厂，忽视了人的主导作用，国外也确实有些CIMS工程是按照无人化工厂来设计和实施的。但是随着对CU她S认识的不断深人，更多的人对CIMS技术作了重新思考，认为实施CIMS 应充分发挥人的主观能动性，将人集成进整个系统，这才是CIMS的正确发展道路。于是，从20世纪,r,r.',年代以来，CIMS的概念发生了巨大变化，开始提出以人为中心的CIMS的思想，并将并行工程、精益生产、敏捷制造、智能制造和企业重组等新思想、新模式引人1. 0 PR R,，进一步提出了第二代CIMS的观念。可以认为，CIMS 的哲理还会不断发展和完善。

3 机械自动化发展现状

“自动化”是工业企业提的最多的一个词，企业都希望通过自动化来提高生产效率，降低成本，最终能提高市场竞争力。然而，就我国目前工业机械自动化成本也不低，一支无杆气缸价格好几千，一套线性滑台都要上万元的投资，看到大型企业升级的成功，中小企业是既想做，又害怕高昂的改革成本却无法兑现相应的效益。

据相关数据统计，我国目前工业企业自动化虽然开展得络绎不绝，但是总体水平和国外相比仍然有较大的差距，并且我国工业现状的中小企业居多，全面自动化的能力较低，机械自动化的普及上，在大企业和小企业之间出现了很明显的断层。自动化现状让我们看到了我们落后于发达国家的一面，却也让我们看到了市场的潜力，对于自动化的配套企业而言这是一片绘在眼前的蓝图。

近十余年来,二业发达国家在产品需求多样化、产品精度不断提高和新技术不断发展的推动下,装配作业自动化技术得到了迅速的发展。自动装配机(线)的制造和应用也进入了一个新的历史时期。日前,国外自动装配机(线)制造业以美国、日本等最为发达。其它闻家,如联邦德国、法国、英国、苏联、同1 自动装配系统示意图一捷克、瑞士等也发展很快。当代具有代表性的主要厂家有:美国Cros s公司、日本的东芝机械与三协精机、法国的Renault公司、苏联的明斯克自动线工厂等。自动装配没备的使f仃也以美国和日本为领先。据介绍,美阍在1983年已拥有自动装配机近五十万台,占美国机床拥_仃量的8%左右。日本现役装配机也在二万台以上。一、自动化装配技术发展现状最初的自动化装配,是从简单小零件装配开始,其装配机也足从小巧紧凑的单机开始。逐渐对大部件也实现自动化装配,进一步发展成为有综合工艺内容的自动装配线。其节拍时间一般为10～30秒,最短的仅为1～2秒。现代化自动装配系统。,由装配元件及装配主体件的供料及输送系统、具有装配机能的装配装置及完成装配LT艺过程中的控制和检测装置所组成。随着机械加工自动化的发展,装配工序的大量手工操作状态在生产中的矛盾日益突出,已成为垄断资本集团攫取更大利润的障碍。因此,日本的一些企业在发展机械加工自动化的同时,也逐步发展了自动装配技术,首先是在小型产品大批量生产的企业里开始研究和应用。由于自动装配机和自动装配线与组合机床及其自动线在配置型式、输送方式等方面有不少相似的地方,因此,不少组合机床生产厂家先后发展了自动装配技术。

目前,日本已较广泛地使用自动装配机、装配流水线、装配自动线完成中小部件的小组件装配,或整套部件的装配,能够完成压套、拧螺钉螺帽、铆铆钉、装弹簧和弹簧垫圈、装轴和齿轮等装配工序。喷漆、焊接、热处理、烘干、自动检查、自动打印、自动分类等亦能在自动装配机和自动装配线上完成。诸如手表、电话机、阀门、气动元件、电气元件、电机定子和转于、发动机的-缸体、缸盖、连杆等均可实现部分自动装配,甚至全部自动装配。《第二精工舍》手表厂经过十年的研究,于1974年试制成功了手表装配自动线。该线由180台自动装配机组成,长55米,宽豆0米,呈卜刁刁__厂1形布置,完成150～3m个零件的400道装配工序和160道检查工序。

我国的产业结构层次低，目前，世界各国的机械自动化生产大多处于操作阶段的自动化，我国机械制造技术水平与发达国家相比还非常低,大约落后于发达国家20年。我国的机械制造业自动化设备少、水准低，在数量上与先进国家有差距，而且在种类上、质量上、使用上，都与世界先进水准国家也有很大差距。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。20世纪60年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（FMS）。以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产管理自动化，出现了采用计算机集成制造系统（CIMS）的工厂自动化。我国的自动化技术依然处于操作的初级阶段，加工中心无论是数量还是利用率都很低。可编程控制器的使用并不普及,工业机器人的应用还很有限。在自动化技术上,我国的数控机床、计算机集成制造系统、柔性制造系统等,尚未实现柔性自动化、知识集成化、智能化,我们只处在单机自动化、刚性自动化的阶段。我国产业结构层次低，目前我国机械制造企业发展很不平衡，并且有很多都达不到现代水准的产业，企业技术落后严重，主要以手工劳动为主，所以说，我国能自行发展机械自动化的企业几乎是没有。

我国作为一个发展中国家，考虑一切生产技术问题时的前提必须是适用。我国消化吸收国外柔性制造系统(P seudo -FMS)是要确保必要的生产柔性的前提下优化人机界面，不过分追求自动化尽可能建立较为完善的信息系统,充分发展计算机管理的效益。系统中先进的自动化装备和普通设备并存,系统的某些环节允许人工干预。这是一个典型的结合国情、实施适用先进方针的自动化技术解决方案。我国目前在消化呼吸、融会贯通国际上有用的自动化技术理论的基础上,要努力做到从我国机械

制造业的实际情况出发,发展创新,形成有国情特征的发展自动化技术理论和学说,进行围绕计算机技术自动化技术的开发研究以适用为前提，急需什么就解决什么，取得实践经验再推广应用。

我国是一个发展中的国家，在科技高速发展的同时也忘记了对环境保护从而导致我国生态环境遭到严重的破坏，完全违背了可持续发展战略。

实施可持续发展战略, 有利于促进生态效益、经济效益和社会效益的统一。有利于促进经济增长方式由粗放型向集约型转变, 使经济发展与人口、资源、环境相协调。有利于国民经济持续、稳定、健康发展, 提高人民的生活水平和质量。有利于推进新型工业化的进程。有利于农业经济结构的调整, 保护生态环境, 建设生态农业。

4 机械自动化发展未来

机械制造工艺是保证机械制造发展的重要基础性技术,重点介绍高科技技术在机械制造领域广泛的应用情况,其中包括自动化控制技术、纳米技术、电磁技术、激光技术等。这给机械制造工艺带来了新的推动力和发展空间,未来的机械制造工艺将向着数字化、精细化、集成化发展。

2011年7月富士康科技集团总裁郭台铭29日晚间表示，未来3年内将新增100万台机器人取代人工劳动力，届时富士康的生产效率将大幅提高。随着全球先进制造业陆续转移到中国，以及中国制造业人力成本的逐步增加，要想保持竞争力，引入机器人成为富士康的必然趋势。早在2006年，富士康就曾自主开发出“富士康深圳一号”机器人。从可说明智能集成化制造系统将成为主流。随着计算机集成制造技术和人工智能技术在制造系统中的广泛应用，具备智能特性已成为自动化制造系统的主要特征之一。智能集成化制造系统可以根据外部环境的变化自动地调整自身的运行参数，使自己始终处于最佳运行状态，这称为系统具有自律能力。智能集成化制造系统还应与CIMS的其他分系统共同集成为一个有机的整体，以实现信息资源的共享。它的集成性不仅仅体现在信息的集成上，它还包括另一个层次的集成，即人和技术之间的集成，实现了人机功能的合理分配，并能够充分发挥人的主观能动性。

传统的自动化制造系统往往过分强调完全自动化，对如何发挥人的主导作用考虑甚少。但在先进生产模式下的自动化制造系统却并不过分强调它的自动化水平，而强调的是人机功能的合理分配，强调充分发挥人的主观能动性。因此，先进生产模式下的自动化制造系统是人机结合的适度自动化系统。这种系统的成本不高，但运行可靠性却很高，系统的结构也比较简单（特别体现在可重构制造系统上）。它的主要缺陷是人的情绪波动会影响系统的运行质量。

在先进生产模式下，特别是在智能制造系统中，计算机可以取代人的一部分思维、推理及决策活动，但绝不是全部。在这种系统中，起主导作用的仍然是人，因为无论计算机如何“聪明”，它的智能将永远无法与人的智能相提并论。

传统的自动化制造系统的应用场合往往是大批量生产环境，这种环境不特别强调系统具有柔性。但先进生产模式下的自动化制造系统面对的却是多品种、小批量

生产环境和不可预测的市场需求，这就要求系统具有比较大的柔性，能够满足磁翻板液位计产品快速更换的要求。实现自动化制造系统柔性的主要手段是采用成组技术和计算机控制的、模块化的数控设备。这里所说的柔性与传统意义上的柔性却不同，我们称之为敏捷性。传统愈义上的柔性制造系统仅能在一定范围内具有柔性，而且系统的柔性范围是在系统设计时就预先确定了的，超出这个范围时系统就无能为力。先进生产模式下的自动化制造系统面对的是无法预测的外部环境，无法在规划系统时预先设定系统的有效范围，但由于系统具有智能且采用了多种新技术（如模块化技术和标准化技术），因此不管外部环境如何变化，系统都可以通过改变自身的结构适应之。智能制造系统的这种“敏捷性”比“柔性”具有更广泛的适应性。

制造自动化大致是沿着数控化、柔性化、系统化、智能化的技术阶段升级，并朝数字化、信息化制造方向发展。单元自动化技术是这一技术阶梯的升级基础，包括计算机输助设计/制造（CAD/CAM）、数字控制（NC）、计算机数字控制（CNC）、加工中心（MC ）、自动导向小车（AGV）、机器人、坐标测量机（CMM）、快速成形（RP）、人机交互编程、制造资源计算（MRPII ）、管理信息系统（MIS ）、产品数据管理（PDM ）、基于网络的制造技术、质量功能配置/工艺性设计技术（QFD/DFX）等，将使传统过程和装备发生质的变化，实现少或无图样快速设计、制造，以提高劳动生产率，提高产品质量，缩短设计、制造周期，提高企业的竞争力。

我们重视科技发展的同时也不可忘记对环境的保护，所以绿色无污染，资源能更有效利用将也是机械自动化发展的一个不可缺少的方向。清洁生产、循环经济、生态经济为特征的绿色生产力的快速发展, 使其成为先进生产力的重要组成部分和保护环境的最佳“结合点”。这就是机械自动化重要方向。

结论

机械自动化随着电子计算机技术的发展逐步应用于机械制造中,数控机床、加工中心、自动制造单元、自动制造系统等更多更智能的制造生产加工场所。智能化，微型化，绿色化，节能化将成为机械自动化的主体。

致谢

大学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中真的很充实，当我写完这篇毕业论文的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。从论文的选题、资料的收集到论文的编排整个过程中，我得到了许多的热情帮助。

论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的。老师的谆谆诱导、同学的出谋划策及家长的支持鼓励，是我坚持完成论文的动力源泉。在此，我特别要感谢我的导师叶老师。从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，他都费尽心血。没有叶老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。在这次综合实践中老师对我给予了很大的帮助，老师一丝不苟的知道，他始终耐心的解答，我这里要衷心的感谢他。他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。通过这次系统的毕业综合实践，使我的专业只是有了一个较为系统的重温，同时也使我对专业有了一个全面的了解。

感谢汽车工程系的各位同学，与他们的交流使我受益颇多。最后要感谢我的家人以及我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有很多人给了我无言的帮助，这里请接受我诚挚的谢意！

[参考文献]

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[2]江宗法，等。驾驶员安全气囊的工作原理与维修技术要点。内蒙古公路与运输。

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[4]黄宁军，等。汽车安全带安全气囊的新发展。汽车科技，

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