机械工程学科导论ppt模板下载

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机械工程学科导论 裴仁清 上海大学机自学院目 录机械工程的历史发展现代机械工程的内容和主要任务机械制造技术机械工程的发展方向机械工程人才的基本素质什么是机械工程？机械发展的历史回顾----中国古代机械发展的历史回顾----中国古代机械发展的历史回顾----中国古代机械发展的历史回顾----国外机械发展的历史回顾----国外机械发展的历史回顾现代机械工程的发展 20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人，航空航天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品，如火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、航空母舰、深海探测器等。现代机械工程的发展现代机械工程的发展现代机械工程的发展未来机械工程的发展展望未来机械工程，智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械基础学科知识。现代机械工程现代机械工程的内容和重要任务机械工程应用领域动力机械（风、水、热、电、化学、原子能等）交通运输（汽车、轮船、飞机及相应设施、仓储物流等）装备技术（农、林、矿山、冶金、化工、纺织、食品、印刷等制造设备）工作母机、仪表仪器等通风取暖、医疗器械、家用器械、环保设备等民生机械国防武器等机电一体化的组成和发展机器人技术机器人的由来 幻想时期: 1、在我国西周时代（公元前1066年—前771年），流传有关巧匠偃师献给周穆王一个歌舞机器人（艺伎）的故事； 2、公元前3世纪，古希腊发明家戴达罗斯用青铜为克里特岛国王迈诺斯塑造了一个守卫宝岛的青铜卫士塔罗斯；我国东汉时期（公元25—220年），张衡发明的指南车是世界上最早的机器人雏形； 自动机械时期： 1、公元1768—1774年间，瑞士钟表匠德罗斯父子三人，设计制造出三个像真人一样大小的机器人-----写字偶人、绘图偶人和弹风琴偶人； 2、公元1893年，加拿大摩尔设计的行走机器人“安德罗丁”，采用蒸汽作为动力； 现实服务时期： 1、1954年，美国人乔治·德沃尔设计了第一台电子程序可编的工业机器人，并于1961年发表了该项机器人专利； 2、1962年美国万能自动化(Unimation)公司的第一台机器人Unimate在美国通用汽车公司(GM)投入使用，这标志着第一代机器人的诞生。机器人的定义 机器人学机器人的主要特点通用性： 机器人的通用性(versatility)取决于其几何特性和机械能力。通用性指的是某种执行不同的功能和完成多样的简单任务的实际能力。 通用性也意味着，机器人具有可变的几何结构，即根据生产工作需要进行变更的几何结构;或者说，在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。 现有的大多数机器人都具有不同程度的通用性，包括机械手的机动性和控制系统的灵活性。 适应性： 机器人的适应性(adaptivity)是指其对环境的自适应能力，即所设计的机器人能够自我执行未经完全指定的任务，而不管任务执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。在这方面，机器人使用下述能力:(1)运用传感器感测环境的能力;(2)分析任务空间和执行操作规划的能力;(3)自动指令模式能力。机器人的分类 机械制造技术先进制造技术先进制造技术是将机械、电子、信息、材料、能源和管理等方面的技术，进行交叉、融合和集成，综合应用于产品全生命周期的制造全过程，包括市场需求、产品设计、工艺设计、加工装配、检测、销售、使用、维修和报废处理等，以实现优质、敏捷、高效、低耗、清洁生产，快速响应市场的需求。 20世纪制造理论和技术上的发展工艺理论（1） 加工成形机理 含：分离（去除）加工；结合（堆积、分层）加工；变形（流动）加工。（2） 精度原理 精度是工艺的关键问题之一，围绕精度、质量和优化出现了许多理论。 A 提出了机械加工精度原则：继承性原则和创造性原则； B 提出了定位与基准的概念和六点定位规律； C 提出了尺寸链原理和计算方法； D 提出了质量统计分析原理和方法。（3） 相似性原理 相似性是成组技术的理论基础，成组工艺是成组技术的核心，零件的分类成组方法是成组技术的关键。（4）工艺决策原理 提出了数学模型决策、逻辑推理决策、智能思维决策等方法（5）优化技术在工艺问题上的应用精密工程精密工程与纳米技术是衡量现在制造技术水平的重要指标之一，是现代制造技术中最活跃的因素。精密工程包括精密加工技术和超精密加工技术；纳米技术通常是指纳米级制造技术，实际上它是超精密加工技术的一部分，代表了超精密加工的最高水平，受到了世界各个工业发达国家的重视。 (1)机械精密和超精密加工技术 主要指金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密研磨和抛光等传统加工方法及其微型化。 (2)非机械精密和超精密加工技术。主要指微电子束加工及离子束加工、激光束加工等非传统加工及其微型化。可以很明显地看出，所谓非机械超精密加工技术实际上就是超精密特种加工。 (3)微细加工技术。微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术。它是在半导体集成电路制造技术的基础上形成并发展的，是大规模集成电路和计算机技术的基础，是信息时代、微电子时代、光电子时代的关键制造技术之一。纳米技术纳米技术是当前先进制造技术发展的热点和重点，通常指0.1~100nm的材料、产品设计、加工、检测及控制等一系列技术。它是科技发展的一个新兴领域，它不是简单的“精度提高”和“尺寸缩小”，而是从物理的宏观领域进入到微观领域，一些宏观的几何学、力学、热力学和电磁学等都不能正常描述纳米级的工程现象与规律。纳米技术主要包括:纳米材料、纳米级精度制造技术、纳米级精度和表面质量检测、纳米级微传感器和控制技术、微型机电系统和纳米生物学等。微型机电系统(Micro electo mechanical systems，MEMS)是指集微型机构、微型传感器、微型执行器、信号处理、控制唁路、接口、通信和电源等于一体的微型机电器件或综合体，它是美国的惯用词，日本习惯地称为微型机械(Micromachine)，欧洲称之为微型系统(Microsystems)，现在大多称为微型机电系统，它可以认为是一个产品，如图2所示。目前，微型机电系统的发展前沿主要有：微型机械学研究、微型结构加工技术(高深宽比多层微结构的表面加工和体加工技术)、微装配微键合微封装技术、微测试技术、典型微器件及微机械的设计制造技术等。计算机集成制造系统CIMS和并行工程CE 制造科学和工程技术专家总结了制造系统的发展，将其分为四个阶段。 (1)刚性自动线。 现在仍然是单一品种大批量生产自动化的主要形式。 (2)柔性制造系统。 它是在数控机床和加工中心的基础上发展起来的。它由数控机床和加工中心(一般为2至8台)、物流、检测和清洗等装备构成，具有工件的自动加工、运输、存储、上下料和检测等功能，实现了高度的自动化和高柔性。 (3)集成制造系统。 它是在计算机系统、网络和数据库的支撑环境下，由以计算机辅助设计为核心的工程信息分系统、计算机辅助制造为中心的柔性制造分系统、计算机管理信息分系统和计算机质量管理分系统所组成，体现了功能集成、信息集成、过程集成、人机集成和学科集成，实现了车间、工厂的综合自动化。计算机集成制造系统很快就发展为并行工程，它是在集成的基础上并行有序地设计和开发产品全生命周期的各个过程的系统方法，它要求产品开发人员在设计一开始就能考虑产品从概念形成到报废处理的所有因素，从而能够缩短产品开发周期，提高质量，降低成本，增强企业竞争能力。 （4）智能制造系统 它是发挥人的创造能力和具有人的智能的制造系统，制造工作者认为它是当前制造系统发展的最高阶段，展现了与人类智能行为相关的特性，如理解语言、学习能力、逻辑推理和解决问题等能力，能够深入了解人脑活动机理，取代人的部分脑力劳动，强调企业的自组织能力。 智能制造技术的内容大体包括专家系统、模糊推理、人工神经网络和遗传因子等方面，其表现形式有智能制造单元和系统，如智能数控机床、智能机器人、制造过程的智能控制、智能监测与诊断系统等。 特种加工技术特种加工由于具有工具的强度和硬度可以低于工件的强度和硬度的特点，因此适于加工高硬度材料、脆性材料等难加工材料：由于它不是靠力来进行加工，所以适于加工微细零件、薄壁零件、弹性零件：又由于工具损耗很少，因此适于舶工复杂成形表面和型腔等模具零件。 （1）电加工。主要有电火花线切割和电火花成形两种加工形式。 （2）电化学加工。主要有电解加工、电镀、电铸、刷镀及一些复合加工方法 （3）高能束流加工。这是20世纪的重大科技成果，主要是指电子束、离子束和激光束三束加工又称高能束流加工，现己成为微细加工方法的主流。 （4）超声波加工。主要有超声波成形加工、旋转加工、振动切削、探测(如探伤、测距等)和焊接等加工，已经发展为一种不可缺少的特种加工方法，其中的超声波旋转加工已成功的运用在硬脆材料的孔加工上。 特种加工的发展一方面在能源上己从机械能向声能、光能、电能、磁能、热能、分子运动能、化学能及电化学能等方向发展，甚至向量子能加工方向迈进，寻求新的能源:另一方面特种加工和精密加工又是密切结合的，形成了精密特种加工，许多特种加工方法同时又是精密加工方法，相辅相成，相互促进，特别是在纳米加工中，正是采用了许多特种加工手段才得以解决。快速成形制造它是一种堆积(分层)加工方法，属于结合加工的一种，目前多归在特种加工范畴内。传统的加工方法多采用从毛坯去除(分离)多余材料而形成零件。堆积(分层)加工是将一个三维实体分解成若干个一定层厚的三维实体，将这些一定层厚的三维实体加工出来，按一定顺序和位置堆积起来，就可得到所需要的零件原型，这些原型通常是用塑料、纸、蜡等材料制成，再由东件原型得到所要求材料的零件。由于这些一定层厚的三维实体厚度很小，因此可应用二维成形加工，比较方便。根据零件原型的材料、二维成形加工方法和堆积方法等的不同，堆积(分层)加工有多种多样： (1)平面分层。这种分层比较简单易行，也最常用，现在的快速成形制造大多采用这种方式。 (2)曲面分层。这种分层比较复杂，但形状精度较高，有时可减少因层厚产生的"台阶效应"。 (3)卷绕分层。表面工程零件表面进行的镀层、涂敷、注入和氧化等表面处理，可统称为表面工程。 它是近年来发展起来的新学科。表面工程学是由材料学、冶金学、机械学、物理学、化学和电子学等多个学科交叉、融合发展起来的，以研究“表面”为主线，主要有表面层失效分析理论、表面摩擦与磨损理论、表面腐蚀与防护理论、表面结合与复合理论，以及表面处理技术等方面。 表面处理技术基本上属于结合加工，其主要的加工方法有： 原子分子沉积(如镀、气相沉积等)、颗粒沉积(如热喷涂等)、涂敷覆盖(如喷塑、刷镀等)、表面改性处理（如离子溅射注入、激光表面处理等）涂敷覆盖（如喷塑、刷镀等）、表面改性处理（如离子溅射注入、激光表面处理等）和表面接合（如包金属箱、化学粘接等）。如激光表面处理就可以进行固态相变、重熔、涂敷和镀膜，是一种非常有前途的表面加工方法。对制造技术的看法一：产品生命周期和价值比例 传统制造业 现代制造业 二：由此引起的变革机械工程的发展方向高效率、高功率、高性能、高精度、高度自动化、低成本、安全可靠、经久耐用新材料及材料技术的应用机械技术与微电子技术和信息技术的结合即机电一体化微机械技术MEMS 降低材料消耗与能源消耗，环保的可持续发展的技术机械工程的基础理论，实现方法和新技术应用方面的进一步发展也就是说 (1) 从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会发展的需要；从强调专业化分工向模糊分工和一专多能转变，使全体劳动者的聪明才智和创造性得到充分的发挥。 (2) 从金字塔的多层次生产管理结构向扁平的网络结构转变，精减机构，减少层次和中间环节，加速信息的传递；从按照功能划分部门的固定组织形式向动态的、自主管理的组织形式转变。 (3) 从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作效率；强调产品和过程的集成，体现快速响应市场的竞争策略。 (4) 保证在整个产品生命周期内让顾客感到全面满意，质量包括产品和服务，推行ISO9000 系列标准； 提倡和实施清洁制造和绿色制造， 推进ISO14000 系列标准，保护环境。机械工程人才的素质一 工程型人才的特征 二 工程型人才的知识和能力wwG红软基地

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