机械设计自动化发展及航天领域的应用探讨
赵婉璐
生成PDF 清样下载 引用

复制成功

导出题录

参考文献( GB/T 7714-2015 ) 复制

赵婉璐,. 机械设计自动化发展及航天领域的应用探讨[J]. 航空航天学报,2024.9. DOI:10.12721/ccn.2024.157081.
摘要: 机械设计制造可追溯的历史悠长,最初产生于石器阶段,历经了不同石质、木质、皮质简易道具,随后发展至加工制度不同零件构成了现代化机械演变进程。接下来文章重点阐述了机械及其机械工程学定义根本上,针对机械设计制造概念与关键元素实施分析,并对机械设计制造演变历程实施了探讨;并对机械设计制造自动化的产生及发展方向进行探究,以及简要阐述机械设计制造自动化在航空航天领域的应用。
关键词: 机械设计自动化;航天领域;机械设计制造
DOI:10.12721/ccn.2024.157081
基金资助:

一、机械设计制造的发展历程

重点以机械设计制造经历及其基础理论、使用原料与动力三大主要因素作为区分点,从而推断出机械设计制造历史溯源划分为:机械制造直觉设计、经验设计及其理论设计三个阶段。

(一)机械制造直觉设计时代

机械制造直觉设计时代,也可以叫做机械设计起源和古代机械设计时代。其时间跨度从古代社会到17世纪。机械设计制造经验及理论水平主要有古代数学,金属锻造冶铸技术,木工机械技术,与杠杆、尖劈、惯性、摩擦、弹性和重力等原理相关的简单物理知识。机械设计制造所应用的材料主要为木器、石器、青铜器和铁器。机械设计制造所应用的动力主要以人力、畜力、自然动力为主。

(二)机械制造经验设计阶段

机械制造经验设计阶段,又被称为近代机械设计阶段。且时代横跨17世纪创造出第一台蒸汽机直到20世纪40年代。然而,机械设计制造经历与基础理论水准则通过古典力学基础创建与发展,随之成了近代机械设计观念;比如:德国学者劳莱克斯在1854年出版的《机械制造中的设计学》,抛出了不同创新力学基础理论、疲劳强度理论、实验应力解析方式等,从而建设的以力学与制造为根本的创新科学系统机械设计学等。其所使用的原料重点为金属与金属合金,及其陶瓷、玻璃与简易化学聚合物。且所依靠的关键动力为热力,其可把常规燃烧反应形成了热能替换成了机械功热力机械为重点,比如:内燃机、燃气轮机与蒸汽动力装置等。

(三)机械制造理论设计时代

机械制造理论设计时代,也可以叫做现代机械设计。其时间跨度从20世纪40年代直到现在。机械设计制造经验及理论水平主要有摩擦学、可靠性分析、机械优化设计、有限元计算、人机学、原子能技术、航天技术、人工合成材料、分子生物学、遗传工程等高新技术、系统的“工业设计” 学科体系、机械工程学等。机械设计制造所应用的材料主要为新型金属合金材料及新型化学聚合物材料,如新型纤维材料、功能性高分子材料、非晶质材料、单晶体材料、精细陶瓷和新合金材料等。机械设计制造所应用的动力主要以电力为主,即以电能作为动力的能源,如火力(煤等可燃烧物)、太阳能、大型风力、核能、氢能、水利等能源发电,以及将各类燃料如氢、甲醇、天然气、煤气等所包含的化学能直接转换成电能的化学电源,另外也会采用地热能和太阳能等热力作为动力。

二、机械设计制造自动化的产生及发展方向

(一)机械设计制造自动化的产生

自动化具体为人们通过生产管理事件及其平日生活一连串进程中,可利用特别技术装置与策略来替代人工操控,完成系统的人工干涉及其无人工干涉状况下,方才可实现预计目标。机械设计制造及其自动化是以各种工业机械装备及机电产品从设计、制造、运行控制到生产过程的企业管理为研究对象,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感检测技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术,实现机械工业的产品技术结构、产品功能与零部件构成、产品生产方式及综合管理体系 ,都达到系统功能目标和组织结构目标自动化、智能化、最优化的系统工程技术 ,是一门日渐发展完善的新兴综合技术学科。机械设计制造及其自动化,对于生产过程的安全性提高、生产产量和质量的目标预期的保证、生产原材料及能源消耗的降低、生产过程中有害污染排放物量的减少控制等都有着积极的作用。

(二)机械设计制造自动化的发展方向

1、机电一体化

“机电一体化”,即机械技术和微电子技术一体化,是将机电产品的设计过程、制造过程、安装与运行过程等都形成系统化、自动化控制的有机整体,以达到满足产品功能性的内在要求。从原理的角度而言,机械设计制造自动化系统涵盖了机电一体化产品的含义,机电一体化是机械设计制造自动化本身应有的内酒,是机械自动化概念的发展和延伸。

2、智能化

“智能化”,即对机电产品赋予一定的人工智能,是以现代控制理论为基础,综合应用计算机科学、运筹学、模糊数学、生理学、心理学和动力学等理论或技术,使机电产品在行为方面,对人类智能进行模拟,进而获得一定程度的逻辑思维、判断推理、自主决策等能力,以实现更高层次的自动化控制目标,如工业机器人与数控机床。机械设计制造自动化的智能化发展核心是建立人机一体化智能系统,即智能机器在人类专家的引领下承担一定程度的人类脑力劳动,人机协作实现工作的最优化完成。

3、数字化

“数字化”,即机械设计制造自动化的网络化信息化。数字化网络经济是信息社会的基本特征,因此数字化成为了机械制造技术发展的中心环节。机械自动化产品的所有产品信息和技术能力,通过数字化网络信息技术,将机械设计所涉及的各种资料进行大数据搜集、大数据分析、智能化重组以及信息化技术处理,以及对于自身的产品通过网络进行信息发布及网络营销。数字化技术能够有效实现机械制造技术与计算机网络技术的有机结合,实现行业资源和技术的优势互补,共同研制新型机械产品。实现机械制造自动化的数字化发展 ,是21世纪新形势下机械设计制造行业发展的必然趋势。

三、机械设计制造及其自动化在航空航天领域的应用

(一)工业机器人在航空航天领域的应用

工业机器人为机电一体化、智能化的机械设计加工制作自动化产品,利用事先编辑的人工智能流程或人为操控输入命令,依据本身动力或操控技能自主实现一连串操控,从而达成目标功能机械。且重点通过机械体系、操控与驱动体系构成,外部表现为多关节机械手或多自由度机械设置。在航空航天行业中渗入工业机器人,形成了巨大作用与价值。毕竟航空航天装配为泛密集劳动力任务,并设备精密度标准较高,且安排丰富操控经验的劳动力,人为操控生产时间较长。然而,将其通过工业机器人完美替换,一则提升了航空航天装配率,进一步降低生产周期与节省生产费用投入;二则工业机器人自主化智能流程最大程度的降低人工操控偏差,提升了整体产品精确度与品质,确保航空航天设施的安全平稳运转。工业机器人逐渐成为了航天装配车间的主要核心技术,最大程度的助力于航空航天事业的蓬勃发展。

(二)无人机技术在航空航天领域的应用

“无人机” ,主要是利用无线电遥控技术,能够通过遥控设备和自备的程序控制装置,有间歇地对其进行操纵或使其完全地自主操作的不载人飞行器,英文缩写为“UAV”。无人机系统主要由机身、电源、数据链系统、飞行管理控制系统、发射及回收系统等组成。飞行管理控制系统是决定着无人机的飞行状况,包括机上和地面两部分,是最为核心的系统。机上部分主要作用于无人机起飞/着落控制、飞行姿态/轨迹/导航控制、自主飞行及飞行安全控制等;地面部分主要作用于无人机飞行定位、监控、位置显示、指令系统等。另外无人机与地面部分在信息反馈和遥控输出指令方面主要依赖于数据链系统,而发射及回收系统则起到了最大化保证无人机起飞/着落顺利的作用。无人机技术在航空航天领域的应用,给人类的工作生活带来了极大的影响。在军事方面主要在侦察、通信、监视、远距离攻击等方面作为信息化智能化武器;在民用方面主要应用于公共安全、农林植被和气象环境保护、紧急搜寻救护、影视航天拍摄等多个领域。

(三)自动化对接装配技术在航空航天领域的应用

自动化装配则借助机电一体化技术,完成了机械设计加工制作自动化产品替换人工劳动力,实施自动化装配的连接装配技术。航天自动化对接装配技术通过机械人为装配机械,与自主化装配核心共同构成了航空航天行业柔性装配体系。随之在飞机总装自动化对接平台、激光追踪仪测量设施装配等航空航天高精尖领域中植入了航天自动化对接装配技术,更有助于促进飞机装配与数字化、信息技术大融合,把传统模拟量替换为数字量传送形式,完成了飞机装配数字化、柔性化、模块化、自动化与信息化,进一步成了飞机数字化装配技术行业中核心要素。

结语

在航天航空领域,机械设计制造自动化技术,如工业机器人、无人机、航天自动化对接装配技术等,也有着相当广泛的应用。机械设计也需要不断更新理念,跟随时代发展趋势,应用自动化技术,让航天事业发展更为深入。

参考文献:

[1] 元月. 机械设计自动化发展及航天领域的应用研究[J]. 中国航班, 2020(11):2.

[2] 单治权, 于文贺. 机械设计制造及其自动化技术的应用与发展研究[J].  2020.

[3] 喻天旭. 自动化技术在机械设计与制造中的应用研究[J].  2020.

》在线投稿系统

*文章题目:
*作者姓名:
*电子邮箱:
*通讯地址:
*联系方式:

  备      注:

*上传稿件:

支持上传.doc,.docx,.pdf,.txt,.wps文件

投稿须知:

1、审稿结果将于1~7个工作日以邮件告知,请注意查收(包含录用通知书、审稿意见、知网CNKI查重报告)。

2、提交投稿后,若7个工作日之内未接到录用通知,则说明该文章未被录用,请另投他刊。

3、凡投寄本刊稿件,如在内容上有侵权行为或不妥之处,均应文责自负。本刊有权对来稿进行文字编辑、加工和修改,如不同意,请附说明,以便妥善处理。

4、多作者文稿署名时须征得其他作者同意,排好先后次序,通知用稿后不再改动。

5、凡投往本刊稿件一经录用发表,其版权归本刊所有。

6、本刊已全文录入中国知网、万方、维普等数据库,如作者不同意被收录,请提前申明,未申明者,本刊一律视为同意被收录。

7、请勿一稿多投。