CADCAE技术在机械专业实践教学环节中的应用

第一篇：CADCAE技术在机械专业实践教学环节中的应用

CADCAE技术在机械专业实践教学环节中的应用

【摘要】CAD/CAE可以形象化地显示设计、分析、优化这一系列过程，使学生将传统的机械设计方法和先进的计算机辅助技术结合起来，培养了学生的学习兴趣，强化了学生的工程意识，拓宽了学生的知识面，提高了学生动手能力和创新意识。本文介绍了CAD/CAE技术在机械专业的课程设计与第二课堂等实践活动中的应用情况。通过与传统的实践教学方法相比较，突出了CAD/CAE技术在实践教学环境中的重要性。

【关键字】CAD/CAE；实践教学；机械专业

【中图分类号】：G642.0【文献标识码】：A 【文章编号】:1009―9646(2008)07-0000-00 前言

CAD技术是以计算机、外围设备及系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析（FEA）及优化设计内容。CAE即计算机辅助工程，泛指包括分析、计算和仿真在内的一切研发活动,CAE技术是计算机技术与工程分析技术相结合形成的新兴技术。在近20年来市场需求的推动下，CAE技术发展迅猛，越来越受到了科学界与工程界的重视[1-2]。

我们当代大学生正是21世纪工程界与科技界的主力军。因此他们对CAE技术掌握与否，将对我国工业现代化程度及科学技术水平的提高起着非常重要的作用。为了使我们的学生掌握CAE技术。近几年我们在教学环节中加入了CAD/CAE的有关课程。课程中除了介绍目前CAD/CAE的技术发展现状外，还重点介绍了一些流行的CAD/CAE软件及有关软件的操作过程。但通过几轮教学，老师们感觉效果不是很好，主要表现为同学们课堂上已听懂的东西，由于缺乏实践操作，随着时间推移也渐渐淡忘了，等到需要用时还是不能很快上手操作。针对这种现状老师们经过认真分析，最后采取了将CAD/CAE技术与教学实践相结合的方式来教学，其教学效果就有了明显改善。CAD/CAE技术用于实践教学的具体措施

实践教学内容决定着学生的知识结构和专业能力，因此它必须紧跟科技的发展，紧密联系实际。

我们学校机械专业的教学实践主要包括：课程设计、实验教学、毕业设计、工程实训及课外创新活动五大部分。在具体的实践过程中，我们做了如下工作：

2.1 机械设计课程设计中应用CAD/CAE技术

我们学院机械设计课程设计的内容还是传统题目――减速器的结构设计。学生们刚开始拿到题目时对减速器的内部结构还不是很清楚，于是我们老师就运用CAD强大的装配功能展示零件与零件之间的装配、拆卸过程。采用CAD/CAE软件制作了几种典型减速器中各零件的装配、拆卸过程的动画模型。如图1，如图2。学生便可以动态地观察各零件的安装及拆卸过程以及不同的装配方案。经过多次播放动画模型，学生们可以很快理解减速器的内部结构及各零件之间的装配关系，这对他们后面的设计过程及装配图纸的绘制起着一个指导性的作用。

在具体零件的设计中，我们还要求学生采用CAE技术来辅助设计。如：轴是减速器中的重要零件，它的结构设计（尺寸设计）一般设计过程是[3]：选用材料――按扭转强度算最小直径――轴的结构设计（轴向、径向尺寸）――按弯扭组合校核强度。若强度不足的话，则需要返回来重新取最小直径，再来进行后面的设计计算。此过程计算量大，为了提高轴的设计效率，缩短设计周期，我们就跟同学们介绍采用CAE软件中的ANSYS软件对轴来进行设计。它的设计过程如下：先设定轴的材料属性，再进行实体建模和加外载、加约束，接着划分有限元网格，最后求解运算。经过软件设计，我们可以通过结果云图得到最大应力值及其出现的位置。然后将此最大应力值与许用值比较，若最大应力值小于许用应力值，则轴的结构满足要求，否则需要修改轴的结构，再进行一些ANSYS分析运算。

学生们通过两种设计方法的比较，一致认为采用CAE技术进行设计的方法快捷、方便，同时提高了他们的计算机应用能力，增强了他们的学习兴趣。

2.2 课外创新设计中应用CAD/CAE技术

创新是当前社会的主题，社会对目前大学教育的要求是培养创新型人才。我们学校的创新教育首先从机械原理实验课中已经有所体现了。如：我们成立了以慧鱼集团生产的全套“创意组合模型”为基础的创新实验室，并对学生全天开放。学生可以将课堂所学的知识带进实验室，通过对创新模型的搭建，不断完善他们自己的构思创意，提高动手能力，在不断尝试并改进的过程中学会一些技术概念。

但培养学生的创新能力仅仅依靠第一课堂还是远远不够的，于是我们也大力开展了第二课堂活动，吸引广大学生积极参加课外实践活动，使第一课堂与第二课堂相互补充，提高学生们的科学素质及创新能力[4]。

(1)开展了三维模型实体造型大赛.大赛在内容和形式上都要求灵活多样，可以单人设计，也可以几个学生合作设计，方法上以学生设计为主，要求采用CAE技术完成。经过几轮实践，我们的同学们制作了上千种三维实体模型。同时CAE的有关软件的应用能力也在不断提高。

(2)指导大学生进行科技创新活动.近几年我们依托国家及省级主办的机械创新设计大赛，积极申报立项，开展了系列科技创新活动。在创新主题的引导下，我们要求学生采用CAE技术来辅助设计。先是采用CAE软件制作三维造型及动画演示视频；接着再采用CAE软件中的有限元分析软件对产品中的关键零件进行设计；最后是按大赛要求制作实物去参赛。若发现此过程有不合理的地方及时改进到合理为止。经过几年的实践，同学们反映上述一套设计程序效果较好，既能满足大赛的要求，同时在经济上也减少了许多损失。结语

以上介绍了CAE技术在我校机械专业的两个典型实践环节中的应用，效果很好。其实在该专业的其他实践教学环节如毕业设计中也已经应用到了CAE技术。相信，随着科技水平的发展，今后CAE技术在其它的教学实践环节中将会有更广泛的应用。

参考文献

[1] 梅飞.计算机辅助工程技术发展及应用综述.滁州学院学报.2007（3）.[2] 刘检华.计算机辅助工程应用及展望.重庆大学学报.2001(11).[3] 濮良贵,纪名刚主编.机械设计(第8版).北京:高等教育出版社.2006年第8版.[4] 段红杰,于善启.面向三维CAD/CAM技术的机械专业教学改革的研究与实践.郑州航空工业管理学院学报.2007（5）.

第二篇：虚拟机技术在实践教学中的应用

虚拟机技术在实践教学中的应用

作者简介作者简介：卢道设（1987-），男，硕士，广州华夏职业学院助教，研究方向为计算机应用；许灿（1982-），女，广州华夏职业学院讲师，研究方向为计算机网络技术；张志青（1954-），男，广州华夏职业学院车辆与信息工程系副教授，研究方向为教育信息技术；曾细平（1970-），女，广州华夏职业学院讲师，研究方向为计算机网络技术。0引言

随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术及软件技术的迅猛发展，人们生活融入越来越多的科学元素。得益于科学技术的发展，现代教学手段也不断地更新，融入了更多的先进教学元素。目前，大学教育中普遍存在计算机辅助教学设备管理维护难、设备更新周期越来越短等问题，教学设备投入成本不断增加。众多学者尝试将虚拟化技术特别是虚拟机技术应用到具体课程教学过程中，如操作系统［1］、网络技术与安全［2］、计算机维护［3］等。此外，还有将虚拟化技术应用到图书馆运营管理之中［4］。本文结合实际教学环境，针对计算机教学中存在的问题，将虚拟机系统VirtualBox应用到实际教学工作中。

1虚拟机系统

计算机领域虚拟技术主要分为3大类［5］：平台虚拟化（Platform Virtualization）、资源虚拟化（Resource Virtualization）与应用程序虚拟化（Application Virtualization）。通常所说的虚拟机就属于平台虚拟化技术，它通过硬件或软件技术支持，将有限的硬件资源虚拟成多个可共用的虚拟资源，这些虚拟资源所具有的功能与所虚拟的真实硬件资源例如硬盘、内存、光驱等是等效的，用户在使用虚拟资源时与真正的物理资源无异。资源虚拟化的典型应用就是当前比较流行的云计算服务，除此之外还有服务器虚拟化、应用虚拟化以及桌面虚拟化、网络虚拟化、显卡虚拟化等。

平台虚拟化最典型的例子就是虚拟机工具软件的应用，通过虚拟机工具软件来虚拟独立运行的各类桌面操作系统。当前主要有3类虚拟工具软件：VMWare Workstation系列、VirtualPC及VirtualBox。VMWare Workstation系列是VMware公司所打造的一款桌面虚拟工具软件，功能非常强大，支持各类操作系统，包括主流的Windows系列、Linux系列、Mac OS以及Unix等。VMWare Workstation是商业软件，使用时需要正版授权。VirtualPC是微软公司出品的一款虚拟化程序，它允许用户在一台计算机上虚拟多个独立运行的操作系统，这种虚拟化技术可以方便有效地利用硬件资源，使资源配置效能尽可能最大化。此虚拟化程序较好支持微软Windows系列操作系统，但对其它操作系统如Linux或Unix等的支持还有待加强。VirtualBox是一款开源的虚拟化程序，它功能强大，在很多方面都可以与VMWare Workstation相媲美，正逐步推出自己特有的功能，如录像功能等。由于VirtualBox属开源且免费，吸引众多科研人员、企业员工的关注和使用，其开发者社区逐渐壮大，VirtualBox工具及其技术应用的领域不断扩大，未来VirtualBox工具可能成为最为流行的虚拟化工具之一。VirtualBox除支持创建虚拟操作系统外，还提供诸多实用功能。

（1）支持为虚拟操作系统分配多CPU（多核心）。可以很好地兼顾真实物理主机的负载，可根据用户要求分配真实物理主机的一个或多个核心CPU给虚拟机使用，从而避免虚拟机占用过多或无法充分利用真实物理主机的CPU资源的问题。

（2）支持分配USB设备。支持虚拟机系统使用真实物理主机的USB接口设备，从而方便用户在虚拟机系统使用外接设备，如U盘、移动硬盘等。

（3）系统快照。此功能类似系统备份还原，可以方便地使用快照功能备份当前的系统状态，可在任何时候还原。VirtualBox新的版本提供分支快照功能，可以在任何时候进行备份，还原时可选择需要还原的状态，比仅能还原最近一次的备份功能灵活得多。

（4）录像支持。此功能是VirtualBox新版本的特色，可以在运行虚拟操作系统时将运行过程当中的界面进行录像，方便以后使用。此功能为教学带来了极大的便利，可以对在虚拟操作系统中所进行的不容易掌握的操作录制下来，供学生观看学习。

（5）Php网页控制接口。严格来说，此功能不是VirtualBox推出的功能，但VirtualBox工具软件提供Php程序控制接口，可以利用Php语言对VirtualBox相关功能进行操作。

除此之外，VirtualBox还提供了远程显示与控制、共享网络、共享文件夹、3D加速、虚拟电脑（系统）导入与导出等功能。

2教学应用

2.1计算机辅助教学中存在的问题

计算机辅助教学已经成为当前计算机教学的主要方式之一，其表现形式丰富多样，可灵活展示教学内容，提高整体教学效率。但计算机辅助教学也存在不足之处：

（1）软件系统管理维护困难。不同课程使用的软件系统不一样，有些软件系统对硬件环境要求比较高，如3DMAX、Maya、UDK、Visual Studio、Oracle、Sql Server等。有些工程实践性比较强的课程，如操作系统、计算机组成原理等，需要对计算机硬件进行系统安装或分区，否则无法体验学习内容，这样势必增加实验教师及人员的工作量。

（2）设备更新快，成本增加。信息技术的不断发展以及教学手段的不断改进，对计算机设备提出了更高的要求，如内存容量更大、中央处理器速率更快、硬盘存储容量更大等，从而导致设备购置成本增加。

2.2虚拟机技术解决方案

当前使用虚拟机系统解决软件系统管理维护困难的问题，主要是在多媒体计算机或是实验室的计算机系统中安装VirtualBox等虚拟机。在虚拟机系统下安装各类操作系统或创建裸机（即没有安装操作系统的虚拟计算机，一般用于进行操作系统安装的演示教学）。在已安装相应操作系统的虚拟机系统中安装并配置专业软件如Oracle、Visual Studio等，将这些配置好的虚拟机系统作为源文件利用VirtualBox等虚拟机导出为可复用的虚拟系统文件（虚拟系统文件类似Ghost备份，但与Ghost备份不同的是虚拟系统文件导入虚拟机后即可使用）。同时，在需要运行特定软件的计算机中利用VirtualBox等虚拟机的导入功能将虚拟系统文件导入。除使用上述导出导入的方法复用虚拟系统外，也可以直接将装有专业软件系统的vdivhd等格式的虚拟磁盘。复制到相应的计算机系统中，再在虚拟机中配置此虚拟磁盘。通过虚拟机操作，若教学软件或系统出现问题时，只需删除VirtualBox等虚拟机中出问题的虚拟操作系统，导入新的虚拟操作系统即可使用，这样实验室或多媒体计算机管理与维护就容易很多。为了不让学生误操作，需要在计算机主机中限定运行VirtualBox等虚拟机，也可以利用phpVirtuabox这一网页终端进行VirtualBox虚拟机的运行与配置，从而防止误操作。授课教师也可以根据需要配置课程所需要的虚拟操作系统，上课演示时再导入到真实计算机主机中，从而方便教学。

利用虚拟化技术可有效解决教学设备成本大幅增加的问题。VirtualBox等虚拟机的虚拟磁盘文件可以是单个文件也可以是多个文件，使用时可以将虚拟磁盘文件放在不同的真实硬盘中，有效利用教学计算机的硬盘空间；也可以利用VMware或VirtualBox虚拟化技术对计算机进行虚拟化集群，将多个计算机主机虚拟成一个虚拟计算机，从而利用分散的CPU资源和内存资源，进一步节省成本。

2.3虚拟教学具体应用

笔者曾讲授《C#程序设计》课程，需要使用Visual Studio 2008软件，但无论是多媒体教室，还是实验室机房，此软件都与经济类课程软件存在一定冲突，在经过一系列测试后仍然无法解决。另外，在《C#程序设计》的教学过程中需要与授课内容（例如软件的配置、代码实例等）进行比较，因此需要把当前所教授的课程内容实时保存在教学计算机中。实验室管理员为了管理方便，会对所安装的操作系统进行重启还原，无法进行资料保存。此外，有学生反映很多操作在课外无法一一模拟，因此需要将备课时所进行的操作步骤录像下来以供学生复习使用。笔者尝试使用虚拟机解决上述问题。安装VirtualBox虚拟机，并配置PHPVirtualBox 网页终端接口程序，使教学用计算机与学生自己的计算机处于同一校园网内。具体实施方法如下：

（1）在授课教师和学生使用的计算机中安装VirtualBox虚拟机，并搭建PHPVirtualBox远程管理接口程序，使用XAMPP等软件快速配置。

（2）让学生在自己使用的计算机中配置好相应的网络地址，以便能在校园网内远程访问PHPVirtualBox接口程序，使用VirtualBox虚拟机。

（3）教师和学生通过PHPVirtualBox远程操作控制自己的虚拟虚拟机，使所有的操作能实时保存，以增强学习效果。

3结语

虚拟化技术的不断发展给日常工作和生活提供了越来越多的便利，虚拟化技术在教学中的应用也越来越广

第6期 唐艳，唐军：“微课”：高校体育课教育资源建设新途径软 件 导 刊2014年标题

“微课”：高校体育课教育资源建设新途径

第三篇：先进制造技术在机械制造业中的应用

先进制造技术在机械制造业中的应用



讲述了先进制造技术概念与特点，论述了先进制造技术在机械制造业的应用，并提出了我国机械工业发展先进制造技术应采取的对策。先进制造技术的概念与特点

一般认为：先进制造技术是指制造业(传统制造技术)不断吸收机械工程技术、电子信息技术(包括微电子、光电子、计算机软硬件、现代通信技术)、自动化控制理论技术(自动化技术生产设备)、材料科学、能源技术、生命科学及现代管理科学等方面的成果;并将其综合应用于制造业中产品设计、制造、管理(检测)、销售、使用、服务(售后服务)以及对报废产品的回收处理这样一个制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应、竞争能力，取得(具有市场竞争能力的)理想经济技术综合效果的制造技术的总称。

由以上先进制造技术的概念可以看出先进制造技术有如下特点：

1)先进制造技术不是一成不变的，而是一个动态过程，要不断吸取各种高新技术成果，并将其渗透到产品的设计、制造、生产管理及市场营销的所有领域及全部过程，并实现优质、高效、低耗、清洁的生产。

2)先进制造技术是面向新世纪技术系统，它的目的是提高制造业的综合效益，赢得国际市场竞争。

3)先进制造技术是不仅限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品设计、工艺设计、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容。

4)先进制造技术是特别强调计算机技术、信息技术和现代系统管理技术，在产品设计、制造和生产管理等方面的应用。

5)先进制造技术是强调各专业学科之间的相互渗透、融合和淡化，并最终消除它们之间的界限。

6)先进制造技术是特别强调环境保护，要求产品是所谓的“绿色产品，要求生产过程是环保型的。

先进制造技术在机械制造业中的应用

如前所述，先进制造技术是一个庞大的技术群。在机械制造的整个过程中，无论是在产品的设计开发、还是在产品生产制造或是经营管理中都能充分利用先进制造技术。近几年，机械制造业发生了一系列重大变化，主要表现在以下几个方面。

1)企业生产方式发生重大变革。由于先进制造技术的应用，现代机械制造企业逐步改变了传统观念，在生产组织方式上发生了五个转变：从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变;从金字塔式的多层次生产管理结构向扁平的网络结构转变;从按功能划分部门的固定组织形式向动态、自主管理的小组工作组织形式转变;从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变;从以技术为中心向以人为中心转变。

2)机械制造业的先进制造工艺以及自动化技术的形成和发展。在整个机械制造的过程中，工艺过程是最主要的过程。由于机械制造业本身的需要，形成和发展了许多先进的制造工艺及自动化技术。从而充实、发展了整个先进制造技术群，带动了其他制造业的发展。这些先进制造工艺及自动化技术主要包括以下几个方面。(1)毛坯制造工艺。毛坯制造是机械制造工艺的基础和前提。近几年，出现了许多先进的制造工艺及技术。铸造方面出现了一套精密洁净铸造成形工艺，例如，外热风冲天炉熔炼、处理、保护成套技术;钢液精炼与保护技术;高效金属型铸造工艺及设备;气化模铸造工艺与设备等。锻压方面出现了精确高效塑性成型技术，主要有热精锻生产线成套技术，冷温成型成套技术，辊锻和楔横轧成形技术，精密冲裁工艺及设备等，焊接与切割方面出现了新型焊接电源及控制技术，激光焊接技术，微连接技术，数控切割技术等。(2)机械加工工艺。机械加工是机械制造工艺过程的主要组成部分，在这方面的趋势是向高效、高精度方向发展。主要有精密加工和超精密加工，高速切削与超高速磨削，复杂型面的数控加工，游离磨料的高效加工等。(3)自动化技术。制造自动化技术是在制造过程的所有环节采用自动化技术，实现制造全过程的自动化。是研究对制造过程的规划、运作、管理、组织、控制与协调优化等的自动化的技术，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时和洁净的目标。在机械制造过程中，除了发展应用先进制造工艺以外，自动化技术的发展与应用是另一大特征。这些自动化技术包括CAD，CAM集成、机床数控技术、工业机器人、柔性制造技术、传感技术、计算机集成制造技术、自动检测及信号识别技术等。

我国机械工业发展先进制造技术的战略与对策

我国是一个制造业基础薄弱的国家，而机械制造业占的比重又较大。尽管近十年来，我国机械制造业不断引进国外的先进制造技术，但与发达国家相比仍有较大的差距。主要表现为：技改投入相对不足。技术装备、生产工艺、生产管理、市场观念、人员素质相对落后。面对新世纪国际机械制造业的竞争和高新技术发展的挑战，我国机械制造业应采取以下对策。

1)提高认识，全面规划，将装备制造业置于重要的战略地位。

2)加强先进制造技术的应用与自身制造技术的开发相结合。据前论述可知，加强先进制造技术在机械制造业的应用，对发展机械制造业、增强机械制造业的生命力十分必要。但同时，我们也应注重机械制造技术自身的开发，着重提高自主创新能力。高度重视制造产业共性技术的研究开发，全力实施标准战略、专利战略。切实提高企业的技术开发和集成创新能力，这对于丰富先进制造技术、促进其他制造业的发展至关重要。将引进、消化吸收国外先进制造技术与自主开发创新相结合，深化科技体制改革，推进技术创新体系的建设。

3)大力发展先进高新制造技术及其产业。

4)人才是技术发展的关键。要加强先进制造技术的应用和开发，必须提高人员素质，加强人才培训。应培养一批既懂科学技术，又懂管理的优秀企业家，还要造就一支具有较高职业素质的技术工人队伍。

5)加强国际交流与合作。世界各国的机械制造技术的发展都有自己的特色和侧重点。通过加强

第四篇：浅析液粘技术在煤矿机械中的应用

浅析液粘技术在煤矿机械中的应用

[摘 要]液粘技术是一种利用液体的粘性或者油膜剪切作用力来传递动能的新技术，目前正广泛应用于煤矿机械传动设备当中，具有广阔的市场前景。本文从液粘技术原理出发，简单介绍了该技术在煤矿机械中的具体应用，并为以后的发展和推广指明了方向。

[关键词]液粘技术；煤矿机械

中图分类号：F420 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）22-0239-01

煤矿机械发展简述

煤炭作为我国最主要的能源消费来源，伴随经济高速增长的同时，其供应量保持以每年10%的高速增长。随着大规模机械化采煤的开展，大量的煤矿机械应用到煤矿开采过程中，煤矿机械的研发工作也在各大煤炭行业生产、科研机构如火如荼的展开。并且，随着新思路的开拓、新技术的应用，煤矿机械逐步向自动化、智能化、集成化和机电一体化转型。研发和制造出一台高集成、高智能、功能全面、安全可靠的煤矿机械对于煤炭产业的发展变得尤为重要。同时，数字化和自动化的煤矿机械也让煤炭生产过程中的作业效率大大提升，安全事故降低，有利于煤炭行业的健康、安全、高效和可持续发展。液粘技术

液粘技术是目前国内外应用于机械传动上的一种新技术，传统的以液体作为工作介质的传动技术主要是液压传动和液力传动，与传统的液压、液力传动相比，液粘传动具有较大的灵活性，能广泛适用于井下、地上各种复杂工作环境、工作条件，既可以作为单一系统，用来实现高性能的传动或制动，又具有良好的兼容性和可扩展性，能与其他类型传动系统配合，实现高度综合高性能的复合传动。

2.1 液粘传动原理

液粘传动是利用液体的粘度或者油膜的剪切作用来传递动力，所以称之为液粘传动，又称为油膜切剪传动。其工作原理是基于牛顿内摩擦定律。如图1所示：

从公式可以看出，切应力与液体介质的动力粘度和剪切速度成正比，与油膜的厚度成反比。在实际传动过程中，当转子转动是，通过油膜剪切力的作用，带动从动装置转动，通过调节不同的参数和油膜厚度，就能匹配出不同功率需要的扭矩，从而实现传动的无极调速。

2.2 液粘技术的优势

由于采用液粘技术的传动装置，主动部分与从动设备之间采用的是油膜接触，与传统的轴承或齿轮直接硬接触相比，由于油膜的可流动性，属于间接接触。在现实传动过程中，可以实现对于输出转速和扭矩的无级变速，同时可以实现无载荷或者带载荷启动。对于启动惯性较大的负载端，可以通过自动控制，使传动装置缓慢加速，逐步带载，防止传动系统过载。由于非接触式传动，并且可以通过油膜的强制流动，及时带出接触面由于摩擦产生的热量，防止产生火花或者局部过热而导致传动设备失效。同时，主动与从动装置的磨损也会降低，油膜的压力与厚度通过计算机自动控制，根据负载情况实时调节，使整个传动装置变得自动化，智能化，以适应煤矿机械复杂工作环境和工作条件，大功率，大扭矩传动设备的需要。液粘技术在煤矿机械中的应用

基于液粘传动技术的种种优点，该技术符合煤矿机械的相关应用需要，能大力提高煤矿机械的工作性能和工作效率，提高整个矿区生产作业水平。现将液粘传动技术在煤矿机械中应用途径归纳于下：

3.1 复合传动

在煤矿企业生产过程中，经常需要将挖掘出的原煤从地下矿井输送到地面，此过程需要借助大功率和长距离的输送机，而该机械在进行长距离输送过程中，对于设备的启动、加载、功率平衡等性能要求较高。而液粘传动技术与传统行星齿轮传动装置结合，即可在电机和滚筒之间，实现能适应各种工况、具有多功能的复合传动。具体装置组成图如图2所示：

该装置通过行星齿轮与液粘传动装置相互配合，通过调节液压和测控系统的相关参数，改变动、静摩擦片间隙，可实现整个装置的无级调节其转速和扭矩，能适应该运输设备从空载启动到正常运行的逐渐加载过程。与传统的带式运输机传动方式相比，复合式液粘传动装置具有高效率，对电机、输送带和减速器的磨损较小，能延长整个装置的使用寿命，且由于是逐步加载，对电网的冲击也较小，容易维持电网的稳定。

3.2 煤矿风机节能调速

变频技术作为电动机节能亮点，一直受到厂家和用户的关注，并且随着十二五以来，节能降耗作为企业，特别是能源生产企业的工作重点之一。面对国家发改委对各省市节能量的要求，企业也应该积极响应，积极配合完成各省市摊派到各企业的节能指标的要求。煤矿通风机作为保障煤矿安全生产的重要设备，一般具有高功率高流量的特性，并且由于挖掘巷道的延伸，其功率是一个复杂变化的过程。传统的机械传动，导致煤矿通风机一直处于大马拉小车的状态，每年消耗的电量非常惊人，而通过采用液粘技术传动，使煤矿通风机具有变频功能，根据巷道的长短，相对应的控制输出相应的风量，防止通风机一直处于大负荷、满负荷工作状态，节约能源。

3.3 液粘制动技术

煤矿运输机械由于负荷较高，惯性较大对于设备的制动性能要求较高。且随着载荷的不同，传统的机械摩擦制动不能适应各种工况制动的需要，煤矿生产的特殊环境，要求运输设备的制动扭矩能匹配带上载荷进行调控，而液粘传动技术的出现，方便的解决该问题。液粘制动系统的主体示意图如图3所示：

通过适当的设计和参数控制，液粘传动技术能满足不同负载状态下的运输设备制动要求，并且由于液粘传动技术良好的散热性能，能快速散去在减速制动时由于摩擦产生的大量热量，防止局部过热发生变形损坏，同时又能避免电火花产生，特别适合煤矿井下生产防爆要求。结语

清洁、高效、安全生产作为能源生产企业的重中之重，是现代煤炭企业生产发展方向。煤矿机械设备的更新换代是保障企业安全高效生产的基本要素。我国煤矿机械设备的发展与欧美发达国家相比，还有不少的差距。液粘传动技术的出现，能显著提高煤矿生产的现代化水平，我们要积极研发、运用各种先进的科学技术，积极推动过程煤矿机械的发展，以适应现代化企业发展的需要。

参考文献

[1] 刘文皓.国产煤矿机械发展状况和趋势分析[J].科技与生活，2012，19.[2] 肖林京等.基于虚拟样机技术的液粘传动系统研究[J].CAD/CAM制造业信息化，2005，10.[3] 刘桦.液粘技术在煤矿机械中的应用研究[J].科技大观，2009.

第五篇：先进制造技术在机械制造业中的应用

先进制造技术在机械制造业中的应用

摘要：中国虽是制造大国，但与工业发达国家相比，仍有很大差距。材料成型加工制造是制造业的重要组成部分，是先进制造技术的重要内容，对国民经济的发展及国防力量的增强均有重要作用。该文认为，面对市场经济、参与全球竞争，企业的发展要依靠先进制造技术，而先进制造技术必然促进企业的发展。未来的制造企业将是以人、管理及技术三要素组成，而以人为本。未来的制造模式将是：小批量、高质量、低成本、交货期短、生产柔性、环境友好。快速产品与工艺开发系统、新一代制造工艺及装备和模拟与仿真是三项关键先进制造技术。

关键词：

材料成形加工、发展趋势、制造业、先进制造技术

引言：随着计算机技术的发展，计算材料科学已成为一门新兴的交叉学科，是除实验和理论外解决材料科学中实际问题的第三个重要研究方法。它可以比理论和实验做得更深刻、更全面、更细致，可以进行一些理论和实验暂时还做不到的研究。因此，基于知识的材料成型工艺模拟仿真是材料科学与制造科学的前沿领域及研究热点。根据美国科学研究院工程技术委员会的测算，模拟仿真可提高产品质量5～15倍、增加材料出品率25%、降低工程技术成本13%～30%、降低人工成本5%～20%、增加投入设备的利用率30%～60%、缩短产品设计和试制周期30%～60%、增加分析问题广度和深度的能力3～3.5倍等。

正文：先进制造技术在机械制造业中的应用 1 先进制造技术的概念与特点

一般认为：先进制造技术是指制造业(传统制造技术)不断吸收机械工程技术、电子信息技术(包括微电子、光电子、计算机软硬件、现代通信技术)、自动化控制理论技术(自动化技术生产设备)、材料科学、能源技术、生命科学及现代管理科学等方面的成果;并将其综合应用于制造业中产品设计、制造、管理(检测)、销售、使用、服务(售后服务)以及对报废产品的回收处理这样一个制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应、竞争能力，取得(具有市场竞争能力的)理想经济技术综合效果的制造技术的总称。

由以上先进制造技术的概念可以看出先进制造技术有如下特点：

1)先进制造技术不是一成不变的，而是一个动态过程，要不断吸取各种高新技术成果，并将其渗透到产品的设计、制造、生产管理及市场营销的所有领域及全部过程，并实现优质、高效、低耗、清洁的生产。

2)先进制造技术是面向新世纪技术系统，它的目的是提高制造业的综合效益，赢得国际市场竞争。

3)先进制造技术是不仅限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品设计、工艺设计、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容。

4)先进制造技术是特别强调计算机技术、信息技术和现代系统管理技术，在产品设计、制造和生产管理等方面的应用。

5)先进制造技术是强调各专业学科之间的相互渗透、融合和淡化，并最终消除它们之间的界限。

6)先进制造技术是特别强调环境保护，要求产品是所谓的“绿色产品，要求生产过程是环保型的。

2.先进制造技术在机械制造业中的应用

如前所述，先进制造技术是一个庞大的技术群。在机械制造的整个过程中，无论是在产品的设计开发、还是在产品生产制造或是经营管理中都能充分利用先进制造技术。近几年，机械制造业发生了一系列重大变化，主要表现在以下几个方面。

1)企业生产方式发生重大变革。由于先进制造技术的应用，现代机械制造企业逐步改变了传统观念，在生产组织方式上发生了五个转变：从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变;从金字塔式的多层次生产管理结构向扁平的网络结构转变;从按功能划分部门的固定组织形式向动态、自主管理的小组工作组织形式转变;从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变;从以技术为中心向以人为中心转变。

2)机械制造业的先进制造工艺以及自动化技术的形成和发展。在整个机械制造的过程中，工艺过程是最主要的过程。由于机械制造业本身的需要，形成和发展了许多先进的制造工艺及自动化技术。从而充实、发展了整个先进制造技术群，带动了其他制造业的发展。这些先进制造工艺及自动化技术主要包括以下几个方面。(1)毛坯制造工艺。毛坯制造是机械制造工艺的基础和前提。近几年，出现了许多先进的制造工艺及技术。铸造方面出现了一套精密洁净铸造成形工艺，例如，外热风冲天炉熔炼、处理、保护成套技术;钢液精炼与保护技术;高效金属型铸造工艺及设备;气化模铸造工艺与设备等。锻压方面出现了精确高效塑性成型技术，主要有热精锻生产线成套技术，冷温成型成套技术，辊锻和楔横轧成形技术，精密冲裁工艺及设备等，焊接与切割方面出现了新型焊接电源及控制技术，激光焊接技术，微连接技术，数控切割技术等。(2)机械加工工艺。机械加工是机械制造工艺过程的主要组成部分，在这方面的趋势是向高效、高精度方向发展。主要有精密加工和超精密加工，高速切削与超高速磨削，复杂型面的数控加工，游离磨料的高效加工等。(3)自动化技术。制造自动化技术是在制造过程的所有环节采用自动化技术，实现制造全过程的自动化。是研究对制造过程的规划、运作、管理、组织、控制与协调优化等的自动化的技术，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时和洁净的目标。在机械制造过程中，除了发展应用先进制造工艺以外，自动化技术的发展与应用是另一大特征。这些自动化技术包括CAD，CAM集成、机床数控技术、工业机器人、柔性制造技术、传感技术、计算机集成制造技术、自动检测及信号识别技术等。

3.我国机械工业发展先进制造技术的战略与对策

我国是一个制造业基础薄弱的国家，而机械制造业占的比重又较大。尽管近十年来，我国机械制造业不断引进国外的先进制造技术，但与发达国家相比仍有较大的差距。主要表现为：技改投入相对不足。技术装备、生产工艺、生产管理、市场观念、人员素质相对落后。面对新世纪国际机械制造业的竞争和高新技术发展的挑战，我国机械制造业应采取以下对策。

1)提高认识，全面规划，将装备制造业置于重要的战略地位。

2)加强先进制造技术的应用与自身制造技术的开发相结合。据前论述可知，加强先进制造技术在机械制造业的应用，对发展机械制造业、增强机械制造业的生命力十分必要。但同时，我们也应注重机械制造技术自身的开发，着重提高自主创新能力。高度重视制造产业共性技术的研究开发，全力实施标准战略、专利战略。切实提高企业的技术开发和集成创新能力，这对于丰富先进制造技术、促进其他制造业的发展至关重要。将引进、消化吸收国外先进制造技术与自主开发创新相结合，深化科技体制改革，推进技术创新体系的建设。

3)大力发展先进高新制造技术及其产业。

4)人才是技术发展的关键。要加强先进制造技术的应用和开发，必须提高人员素质，加强人才培训。应培养一批既懂科学技术，又懂管理的优秀企业家，还要造就一支具有较高职业素质的技术工人队伍。

5)加强国际交流与合作。世界各国的机械制造技术的发展都有自己的特色和侧重点。通过加强国际交流与合作，可迅速吸收应用先进制造技术，并结合本国国情来发展机械制造技术。

现代的产品与工艺开发系统的特点是：在设计全过程采用信息技术，产品有创新，采用新材料与新制造工艺，使产品开发周期短、返工少、成本低，因而产品在国际市场上有竞争能力。轻量化、精确化、高效化将是成形制造技术的重要发展方向，材料成形制造向更轻、更薄、更精、更强、更韧、成本低、周期短、质量高的方向发展。制造过程的计算机模拟仿真是先进制造技术的重要内容，已在铸造及塑形加工等领域中得到广泛应用。高性能、高精度、高效率、多学科及多尺度是模拟仿真技术的努力目标，而微观组织模拟从微米到纳米尺度则是近年来新的研究热点。绿色制造是制造技术的进一步发展趋势。

制造业及材料成型加工技术的作用及地位

我国已是制造大国，仅次于美、日、德，位居世界第4。我国虽是制造大国，但与工业发达国家相比，仍有很大差距，表现在：1劳动生产率低，人均产值不到美国的k/20；2技术含量低，以CAD为例，仍停留在绘图功能：3重要关键复杂产品基本上没有自主产品创新开发能力。

材料成形加工行业是制造业的重要组成部分，材料成形加工是汽车、电力、石化、造船、机械等支柱产业的基础制造技术，新一代材料加工技术也是先进制造技术的重要内容。铸造、锻造及焊接等材料加工技术是国民经济可持续发展的主体技术。据统计，全世界75%的钢材经塑性加工，45%的金属结构用焊接得以成型。汽车重量的65%以上仍由钢材、铝合金、铸铁等材料通过铸造、锻压、焊接等加工方法而成形。

但是，我国的材料成形加工技术与国外工业发达国家相比，仍有很大差距。例如：重大工程的关键铸锻件如长江三峡水轮机的第一个叶轮仍从国外进口；航空工业发动机及其它重要的动力机械的核心成形制造技术尚有待突破。因此，在振兴我国制造业的同时，要加强和重视材料成形加工制造技术的发展。

制造业在过去的二十年中发生了巨大变化，这种变化还会延续。高速发展的工业技术要求加工制造的产品精密化、轻量化、集成化；国际竞争更加激烈的市场要求产品性能高、成本低、周期短；日益恶化的环境要求材料加工原料与能源消耗低、污染少。为了生产高精度、高质量、高效率的产品，材料正由单一的传统型向复合型、多功能型发展；材料成形加工制造技术逐渐综合化、多样化、柔性化、多学科化。

面对市场经济、参与全球竞争，必须十分重视制造业、先进制造技术及成形加工制造技术的技术进步。

先进制造技术的发展趋势

美国在“新一代制造计划”中指出未来的制造模式将是：批量小、质量高、成本低、交货期短、生产柔性、环境友好。未来的制造企业将是：以人、管理及技术三要素组成，而以人为本。未来的制造企业要掌握十大关键技术，包括了“快速产品与工艺开发系统”，“新一代制造工艺及装备”及“模拟与仿真”三项关键技术。其中新一代制造工艺包括精确成型制造或称净成型制造工艺。净成型制造工艺要求材料成型制造向更轻、更薄、更精、更强、更韧、成本低、周期短、质量高方向发展。

轻量化、精确化、高效化将是未来制造技术的重要发展方向。以汽车制造为例，美国新一代汽车研究计划的目标是在2003年每100公里油耗要减少到3升。汽车重量减轻10%可使燃烧效率提高7%，并减少10%的污染。为了达到这一目标，要求整车重量要减轻40～50%，其中车体和车架的重量要求减轻50%，动力及传动系统必须减轻10%。例如，美国福特汽车公司新车型中使用的主要材料可以看出新一代汽车中钢铁黑色金属用量将大幅度减少，而铝及镁合金用量将显著增加，铝合金将从284磅增加到733磅，镁合金将从10磅增加到86磅。

近年来，随着汽车工业和电子工业的迅速发展，对通过降低产品的自重以降低能源消耗和减少污染包括汽车尾气和废旧塑料，提出了更迫切的要求，轻量化的绿色环保材料将作为人们的首选。镁合金就是被世界各国材料界看好的最具有开发和应用发展前途的金属材料。

镁合金产品具有以下优势：1轻量化：密度1.8g/cm3左右，是铁的1/4，铝的2/3，与塑料相近。2比强度高、刚性佳，优于钢、铝。3极佳的防震性，耐冲击、耐磨性良好。4优良的热传导性，改善电子产品散热问题。5非磁性金属，抗电磁波干扰，电磁屏蔽性佳。6加工成型性能好，成品外观美丽，质感佳，无可燃性相对于塑料。7材料可100%回收，回收率高，符合环保法。8尺寸稳定，收缩率小，不易因环境温度变化而改变相对于塑料。

镁合金压铸件广泛应用于交通工具如汽车、摩托车及飞机零件等、IT行业如手机、手提电脑等3C产品、小型家电摄像机、照相机及其他电子产品外壳等行业。同时，压铸镁合金产品在国防建设等领域也有十分广阔的应用前景。

快速产品/工艺开发系统

我国制造业的主要问题之一是缺乏创新产品的开发能力，因而缺乏国际市场竞争能力。

传统产品开发的特点：一是照猫画虎、知识老化、缺乏创新，二是周期长、返工多、成本高。例如，日本丰田汽车公司沿用传统的产品设计开发方法造成了大量的返工。又例如，美国空军研究所从1981—1991年研发武器共发布图纸20，000张，但共有90，000张图纸进行了更改，平均每张图纸改动了4.5次，多化费了16亿美元。

现代的产品开发系统的特点是：1采用现代设计理论与方法，2进行全生命周期设计，3设计全过程采用信息技术，4加快采用新材料、新工艺，5产品开发周期短、返工少、成本低，努力做到一次成功，6产品有创新，在国际市场上有竞争能力。

应该指出：产品设计及制造开发系统是以设计与制造过程的建模为核心内容。1992年，美国先进金属材料加工工程研究中心提出了产品设计/制造工艺集成系统。在产品零部件的设计过程中同时要进行影响产品及零部件性能的成型制造过程的建模，它不仅可以提供产品零部件的可制造性评估，而且可以提供产品零部件的性能预测。2001年，美国又提出了集成制造技术建议，并提出“可靠制造的建模与仿真”新构思，对产品设计制造等全生命周期过程全部进行模拟仿真。

波音公司采用的现代产品开发系统，将新产品研制周期从8年缩短到5年，工程返工量减少了50%。日本丰田汽车公司在研制2002年嘉美新车型时缩短了研发周期10个月，减少了试验样车数量65%。美国底特律柴油机公司研发一台V6型柴油机的研发周期只用了7.5个月。美国汽车工业希望汽车的研发周期缩短为15—25个月，而20世纪90年代汽车的研发周期为5年。

新一代制造技术材料成型制造技术

制造技术可分为加工制造及成型制造以液态铸造成型、固态塑性成型及连接成型等为代表技术，其中成型制造不仅赋予零件以形状，而且决定了零件的组织结构与性能。

精确成型制造技术

近年来出现了很多新的精确成型制造技术。例如，在精确铸造成型加工方面，在汽车工业中Cosworth铸造采用锆砂砂芯组合并用电磁泵控制浇铸)、消失模铸造及压力铸造已成为新一代汽车薄壁、高质铝合金缸体铸件的三种主要精确铸造成型方法。许多研究预测消失模铸造将是“明天的铸造新技术”。另外，用定向凝固熔模铸造生产的高温合金单晶体燃汽轮机叶片也是精确成型铸造技术在航空、航天工业中应用的杰出体现。

在轿车工业中还有很多材料精确成型新工艺，如用精确锻造成型技术生产凸轮轴等零件液压胀型技术、半固态成型、三维挤压法等。摩擦压力焊新技术近来备受人们关注。

以挤压铸造及半固态铸造为代表的精确成型技术由于熔体在压力下充型、凝固，从而使铸件具有好的表面及内部质量。材料在压力作用下凝固可形成细小的球状晶粒组织。半固态铸造是一种生产结构复杂、近净成型、高品质铸件的材料半固态加工工艺技术。其区别于压力铸造和锻压的主要特征是材料处于半固态时在较高压力下充型和凝固。半固态铸造技术最早在上世纪70年代由美国MIT凝固实验室研究开发，并在90年代中期因汽车的轻量化得到了快速发展，可分为流变铸造和触变铸造。

快速及自由成型制造技术

随着全球化及市场的激烈竞争，加快产品开发速度已成为竞争的重要手段之一。制造业要满足日益变化的用户需求，制造技术必须有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产迎合市场。快速原型制造技术就是在这样的社会背景下产生的。快速原型制造技术以离散/堆积原理为基础和特征，将零件的电子模型按一定方式离散成为可加工的离散面、离散线和离散点，而后采用多种手段，将这些离散的面、线段和点堆积形成零件的整体形状。有人因该技术高度的柔性而称之为“自由成型制造”。近年来，快速原型制造已发展为快速模具制造及快速制造。它能大大缩短产品的设计开发周期，解决单件或小批零件的制造问题。

激光加工技术多种多样，包括电子元件的精密微焊接、汽车和船舶制造中的焊接、坯料制造中的切割、雕刻与成型等，其中激光加工自由成型制造技术也是重要的发展动向。

参考文献

1.盛晓敏、梁朝晖，等.先进制造技术 [M].机械工业出版社，2000.09.2.魏铁华.论现代制造系统模式的共性 [J].工厂建设与设计，1996.06.