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包装机械

最简单 最系统的实用机械设计理论与简史


从18世纪60年代“工业1.0”蒸汽机时代,到现在“工业 4.0”所谓的“虚拟网络 -实体物理系统”(Cyber-Physical System,CPS),世界主要工业大国已见证了150多年的工业历程。

“工业4.0”又称智能制造。

相比之下,中国工业一直起起伏伏,真正的起步或者说有大的发展时期,是从1978年的改革开放起到现在。


世界机械设计发展史


按时间大致分3阶段,分别是:

机械设计起源和古代机械设计阶段、近代机械设计阶段、现代机械设计阶段

01、机械设计起源和古代机械设计阶段

从古代社会到17世纪为机械设计起源和古代机械设计阶段。

该阶段从学术上严格来说,还谈不上什么机械设计与机械设计理论。

此阶段的所有类似机械设计都是基于人们在生活中,对自然规律的总结与体会,并不成系统且比较粗糙。

02、近代机械设计阶段

由17世纪至第2次世界大战结束,为近代机械设计阶段。

这个阶段因金属冶练与加工技术的成熟、系统性机械设计理论基本成型、电气自动化的出现,使大批量生产具备了条件;

所以,才有了极具破坏性的第2次世界大战。

03、现代机械设计阶段

从第2次世界大战结束直到现在,为现代机械设计阶段。

这个阶段人们开始研究机械设计方法、在大批量生产的基础上继续提高产品质量。

也就是在这个阶段,出现了数控加工技术,设计软件、力学分析软件,人机工程学、等等。

实用机械设计理论 ──── 详细概述


在现代实际生产中,需要学习一些什么机械设计理论才算比较实用且系统呢?下面将会作出解答。

在“工业3.0”时代,作为一台现代化设备当然少不了机、电、气、液、光学的共同作用。

到“工业4.0”,还要增加PC与“大数据”及“互联网思维”。

下面将对各部分进行逐一大致分解描述:


机械部分


机械部分是机械设计理论的基本核心,也是最难最基础的部分。不管是“工业1.0”,还是“工业2.0”、“工业3.0”,甚至是“工业4.0”,核心都是要有机械的参与才行。

机械部分理论可分为几下 3 块:

01、基本机械设计理论

也就是大家在学校接受的基本教育,譬如:结构力学、材料力学、流体力学、加工工艺、材料成型、机构、机械传动、等等。

力学是这里面的重点,力是自然界有形物体驱动或被驱动的能量源。

加工工艺与材料成型是做好机械设计的必备前提。

机构与机械传动比较复杂一点,但不搞定这两样设备是运转不好的。

02、机械优化设计理论

机械优化设计主要有用到:弹性力学、摩擦学、振动学、有限元分析、热力学、人机工程学、等等。

用得比较多是弹性力学、摩擦学、振动学,每台设备都可能遇到。

有限元分析、热力学并不是所有设备在研发、设计、使用过程中,都需要。

人机工程学也就是人机交互;人种不同,东西方文化不同理解也会有所不同。

03、机械设计方法

机械设计方法是形而上的一种机械设计理论。

机械设计方法有如功夫片中的内功,虽有点神秘,但还是可传授的,也可在短期内达到一定高水平;但前提是,必需有牢固基本功。

机械设计方法很多,譬如:几何法、力学法、简化法、计算法、经验法、电气法、仿生法、软件法、产品导向法、行规法、人机交互法、心理设计法、综合设计法、等等。

这里主要说一下心理设计法:人是一种高智慧生物,在做机械设计这种高脑力劳动时,内分泌及个人信仰在一定程度上会左右您产品的文化倾向。


电、气、液、光学部分


社会上常说的电气工程师,大家可能以为他们一般的工作任务就是负责电 (工)、气 (压)、液 (压)部分。在很多情况下,这不全对;至少在以研发、设计、生产为主的机械行业大部分不是这样的。

在实际生产中,很多电气工程师主要只负责电 (工) 部分的编程与接线,及后期调试。

气 (压)、液 (压) 在做方案及技术设计的时候已基本确定。因此,在实际工作中要用好机械设计理论,最好还是把电 (工) 部分也包括进去。

电 (工)、气 (压)、液 (压) 部分是“工业2.0”的核心。

“工业3.0”的核心是:各种传感器、光学传感器等。

01、电 (工) 部分

包括在机械设计理论中的电 (工) 部分,主要包括:继电器电路、PLC 电路、IC 芯片电路。

“IC 芯片电路”可独立出来,其由成本、稳定性、批量问题决定;加之,主要开发“IC 芯片电路”的汇骗语言、C 语言使用学习有一定难度。

02、气 (压) 部分

气 (压) 部分主要指的是气动元件、气压回路等。这部分不是很难,必须掌握。

03、液 (压) 部分

液 (压) 部分主要指的是液压元件、液压回路等。

相比气 (压),液 (压) 知识要难一些;原因在于:气 (压) 的压力变化范围很小,而液 (压) 的压力变化范围非常广。

04、光学部分

由于电气工程师经常调试,所以,他们非常了解光学部分的性能。

同样,光学部分在做方案及技术设计的时候也已基本确定。

光学部分的知识在“工业3.0”时代才出现,且以后还会是“工业 4.0”的核心之一。因为光学部分主要指的是:各种传感器、光学传感器。


PC 与 “大数据” 及 “互联网思维”


产生“工业4.0”的前提是“Web2.0”,没有“Web2.0”就只能算是“工业3.0”。而“Web2.0”的核心就是 PC 或类似 PC 的智能设备,譬如:智能手机、智能平板。

在这方面的机械设计理论核心是机械手、机械人、3D 打印、高自动化智能设备。

注意:并不是所有企业和国家都可以或可能升级到“工业4.0”。当然,也不是所有企业和国家都有必要升级到“工业4.0”。

“工业4.0”的前提是:需要这个国家在互联网方面具有强大、系统的前沿高技术支持。确切点说,至少得有一个强大的卫星通信网;不可能什么都靠有线网络,这样成本会非常高。再加上各种传感器及“Web2.0”就可基本成形。

由于此种原因,才出现了对“大数据”及“互联网思维”的需求。才产生了所谓的“虚拟网络 -实体物理系统”(Cyber-Physical System,CPS) 概念。