摘要：“机械化换人，自动化减人”是减少劳动强度，提高生产效率，实现生产自动化、智能化的必然趋势。机械设计和自动化控制分别作为机器的运动载体和控制中枢，在设计过程中需要综合考虑，从细节着手，才能保证设备的经济型和安全性，使其设计出来的产品能够更好地满足自动化的要求。
关键词：机械设计；自动化控制；细节
1、机械设计细节问题研究
机械设计的最终目的是在满足功能和安全性要求的前提下，以最小的成本设计出最优的产品，设计者只有综合考虑，才能实现优化设计。因此，机械设计应注意以下问题。
1.1 功能要求
机械设计应满足简单可靠的原则，才能实现以最小的成本设计出最优的产品，这就需要对产品功能进行明确，减少盲目设计和开发，防止出现“功能过剩”，影响产品经济性评价指标。
同时设计过程中机构形式又具有多样性和复杂性，同一功能要求可采用不同的机构类型，设计时还应从以下细节中把控。
第一，机构尽可能简单：通过缩短机构运动链可以简化机器构造，减少零件制造误差引起的运动链累计误差，增强机构工作的可靠性。
第二，尽量减小运动部件重量：通过缩小运动机构尺寸及合理选择材料，可以有效减轻运动部件重量，减少部件运动惯量，提高设备操作的可控性和运动的平稳性。
1.2 安全要求
作为直接参与生产的机械，其安全防护是设计的重中之重，在机械设计过程中需从以下细节处考虑：
第一，传动部件裸露时应加防护罩防护，以防止出现压伤、挤伤、绞伤等安全事故，造成人身和财产的意外损伤。
第二，对于生产过程中因为超压、过载可能引发安全事故的设备，设计时应考虑超压过载监测系统，并设置过载保护措施。
第三，机械设备应在危险部位设置安全标志色及安全警示标志。
1.3 经济性要求
在满足设备功能和安全要求的前提下，机械设计还应从经济性角度考虑，才能实现优化设计。机械设计时的经济性主要体现在以下方面：
第一，产品加工经济型。主要体现在加工精度的经济型以及加工工艺的经济型，机械设计时应在了解经济加工精度的基础上，根据产品需求提出加工精度要求。同时设计时还应从加工工艺角度提高设备经济型，尽量减小高精度要求的面积，必要时可通过台阶、凹凸面等措施减少精加工面积，提高加工效率，降低加工成本。
第二，提高装配工艺性能。装配的质量直接影响机器设备的运行质量，因此设计过程中应考虑装配方便、易于调整和便于拆卸，减少后续费用的发生。同时为实现自动装配，零件设计时应考虑自动识别的匹配问题，提高自动装配的识别能力。
1.4环保要求
机械产品在设计过程中应考虑有效利用能源，降低功耗，为节能环保提供硬件支撑。第一，设计时，原动力一般选择易获取的能量作为主要选择，比如工厂如果有空压机站的一般可采用气动驱动，涉及热交换的设备优先选用与工厂锅炉对接等，如果设备进入家用，则原动力应与家庭用电电压相匹配。第二，在机械设计时应避免选择一些含有有害物质的材料如树脂、石棉、氟利昂及含氟橡胶等材料。
1.5人机工程要求
机械设备是为人服务的，因此机械设计过程中因考虑人机工程，根据设备的操作形式、使用地域、适用工况等情况优化设计，提高设备操作的舒适性和安全性。一般应考虑如下细节：
第一，减少疲劳的设计。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设计与操作有关的结构时应考虑操作者的肌肉受力状态，避免身体的肌肉长期处于静态肌肉施力状态；
第二，容易发力的设计，人在处于不同姿态、向不同方向用力时发力能力差别很大。设计时操作力的施加方向应选择人容易发力的方向。
第三，减少观察错误及操作错误的设计：机械设计时应合理布置参数仪表和操作按钮，重要的仪表及操作按钮应防止在视区中心，相关的仪表集中放置，有固定使用顺序的仪表按使用顺序摆放，有对应关系的显示仪表和操作按钮就近放置，以满足正确判断并正确操作的基本条件。
2、自动化控制细节问题
自动控制系统作为机械设备的大脑中枢，是实现机械设备自动化和智能化的重要支撑，是生产安全的重要保障。因此，控制系统的可靠性及安全设置在机械自动化中就显得格外重要。以下细节是自动化控制中必不可少的部分。
2.1控制系统的可靠性
机械设备控制过程可归纳为通过输入和输出控制实现运动过程的自动化，其中输入主要包括人工输入和传感器等信号输入。
一般控制中的控制信号输入均为弱电信号，而电机等动力输出元件的动力线为强电线路，在控制系统设计时需要考虑避免信息传递的弱电信号受到强电线路的干扰。一般采取如下措施：
第一，强电线路和弱电信号线路应有一定间隙，防止出现信号干扰或波动，影响设备的可靠性，如果不可避免出现在一起时，应采用屏蔽线或金属套管等屏蔽措施，防止信号的干涉。
第二，磁性传感器应避免在强磁场或大电流（大型磁铁或电焊机）的环境中使用，磁性传感器之间的安装距离应有保证，防止磁性体移动时的相互干扰。
第三，光电传感器使用时应避免强光照射，以防止强光中的红光影响信号的接受，在不能改变传感器（受光器）光轴与强光源的角度时，可在传感器上方四周加装遮光板或套上遮光长筒。
2.2控制系统的安全设置
控制系统的安全性主要体现在程序的互锁、连锁以及电气防止误操作等细节方面。
第一，控制程序的互锁、连锁：为提高设备运转过程中的安全性，控制系统中需要根据生产工艺设置互锁或联锁装置，互锁功能主要用于两个运动部件同时运动会引起干涉、挤压等设备损伤或人员伤亡时的保护。连锁主要用于化工类生产设备，当工艺参数超过某一界限，能引起生产事故时，该信号报警系统宜与设备的紧急处理系统相连锁。
第二，安全防护：在现代化工厂里，人与机器协同工作，在一些具有潜在危险的机械设备上，如冲压剪切机械、自动化装配线、机械传送搬运设备等，容易造成作业人员的人身伤害。此时应设置安全光幕保护人员免受伤害。另外，对一些关键操作按钮实行双按钮操作，防止设备使用过程中的误操作。
3、机械设计与自动化控制的联系
生产效率的提高取决于设备按照工艺要求的稳定运行，机械设计的目的之一就是优化自动化控制的过程，使机械设备的运行更加稳定、可靠、高效。
其中机械设备是自动控制设计的客体，机械设计时需要明确控制系统输入信号的安装位置及监测部位，需要明确动力输出装置的控制形式，同时为一些安全防护功能提供支撑，如生产线中长距离的输送装置需要设置拉绳开关以便在任意位置可以紧急停机，保护设备和人员不受伤害。同时，对于控制系统来说，机械部分还应具有安全保障功能，如运动部件有机械限位、动力传递设有扭矩限制等安全设施，以保证电气元器件出现故障时的生产安全。
自动控制系统是设备运动部件的控制中枢，只有通过控制系统才能简化运动，实现设备运动部件的逻辑控制及设备状态参数的闭环控制，以实现自动、高效的机械自动化。同时随着控制技术的发展，通过设备的状态检测和运动部件的闭环控制，逐步实现生产的智能化，即操作者能够依照系统运行参数有效判断系统的实际运行状态，合理调整，提升系统运行的有效性与安全性。
结束语
综上所述，机械设计与自动化控制是实现“机械化换人、自动化减人”的技术支撑，两者相辅相成缺一不可。在机械设备的设计过程中，既要考虑机械设计与自动化控制中的细节问题，保证经济性和安全性，又要统筹考虑机械设计与自动化控制的技术支撑问题，以实现设备的高效性和可靠性。
参考文献：
[1]夏海生.浅谈机械工程及自动化技术的发展[J].化工管理，2016（33）.
[2]朱文强.机械工程中自动化技术的运用[J].化工管理，2016（32）.
[3]张方东.机械设计与加工中存在的问题研究[J].内燃机与配件，2016（11）.
论文作者:王付安
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/22
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