第一篇：CADCAE技術在機械專業實踐教學環節中的應用

CADCAE技術在機械專業實踐教學環節中的應用

【摘要】CAD/CAE可以形象化地顯示設計、分析、優化這一系列過程，使學生將傳統的機械設計方法和先進的計算機輔助技術結合起來，培養了學生的學習興趣，強化了學生的工程意識，拓寬了學生的知識面，提高了學生動手能力和創新意識。本文介紹了CAD/CAE技術在機械專業的課程設計與第二課堂等實踐活動中的應用情況。通過與傳統的實踐教學方法相比較，突出了CAD/CAE技術在實踐教學環境中的重要性。

【關鍵字】CAD/CAE；實踐教學；機械專業

【中圖分類號】：G642.0【文獻標識碼】：A 【文章編號】:1009―9646(2008)07-0000-00 前言

CAD技術是以計算機、外圍設備及系統軟件為基礎，它包括二維繪圖設計、三維幾何造型設計、有限元分析（FEA）及優化設計內容。CAE即計算機輔助工程，泛指包括分析、計算和仿真在內的一切研發活動,CAE技術是計算機技術與工程分析技術相結合形成的新興技術。在近20年來市場需求的推動下，CAE技術發展迅猛，越來越受到了科學界與工程界的重視[1-2]。

我們當代大學生正是21世紀工程界與科技界的主力軍。因此他們對CAE技術掌握與否，將對我國工業現代化程度及科學技術水平的提高起著非常重要的作用。為了使我們的學生掌握CAE技術。近幾年我們在教學環節中加入了CAD/CAE的有關課程。課程中除了介紹目前CAD/CAE的技術發展現狀外，還重點介紹了一些流行的CAD/CAE軟件及有關軟件的操作過程。但通過幾輪教學，老師們感覺效果不是很好，主要表現為同學們課堂上已聽懂的東西，由于缺乏實踐操作，隨著時間推移也漸漸淡忘了，等到需要用時還是不能很快上手操作。針對這種現狀老師們經過認真分析，最后采取了將CAD/CAE技術與教學實踐相結合的方式來教學，其教學效果就有了明顯改善。CAD/CAE技術用于實踐教學的具體措施

實踐教學內容決定著學生的知識結構和專業能力，因此它必須緊跟科技的發展，緊密聯系實際。

我們學校機械專業的教學實踐主要包括：課程設計、實驗教學、畢業設計、工程實訓及課外創新活動五大部分。在具體的實踐過程中，我們做了如下工作：

2.1 機械設計課程設計中應用CAD/CAE技術

我們學院機械設計課程設計的內容還是傳統題目――減速器的結構設計。學生們剛開始拿到題目時對減速器的內部結構還不是很清楚，于是我們老師就運用CAD強大的裝配功能展示零件與零件之間的裝配、拆卸過程。采用CAD/CAE軟件制作了幾種典型減速器中各零件的裝配、拆卸過程的動畫模型。如圖1，如圖2。學生便可以動態地觀察各零件的安裝及拆卸過程以及不同的裝配方案。經過多次播放動畫模型，學生們可以很快理解減速器的內部結構及各零件之間的裝配關系，這對他們后面的設計過程及裝配圖紙的繪制起著一個指導性的作用。

在具體零件的設計中，我們還要求學生采用CAE技術來輔助設計。如：軸是減速器中的重要零件，它的結構設計（尺寸設計）一般設計過程是[3]：選用材料――按扭轉強度算最小直徑――軸的結構設計（軸向、徑向尺寸）――按彎扭組合校核強度。若強度不足的話，則需要返回來重新取最小直徑，再來進行后面的設計計算。此過程計算量大，為了提高軸的設計效率，縮短設計周期，我們就跟同學們介紹采用CAE軟件中的ANSYS軟件對軸來進行設計。它的設計過程如下：先設定軸的材料屬性，再進行實體建模和加外載、加約束，接著劃分有限元網格，最后求解運算。經過軟件設計，我們可以通過結果云圖得到最大應力值及其出現的位置。然后將此最大應力值與許用值比較，若最大應力值小于許用應力值，則軸的結構滿足要求，否則需要修改軸的結構，再進行一些ANSYS分析運算。

學生們通過兩種設計方法的比較，一致認為采用CAE技術進行設計的方法快捷、方便，同時提高了他們的計算機應用能力，增強了他們的學習興趣。

2.2 課外創新設計中應用CAD/CAE技術

創新是當前社會的主題，社會對目前大學教育的要求是培養創新型人才。我們學校的創新教育首先從機械原理實驗課中已經有所體現了。如：我們成立了以慧魚集團生產的全套“創意組合模型”為基礎的創新實驗室，并對學生全天開放。學生可以將課堂所學的知識帶進實驗室，通過對創新模型的搭建，不斷完善他們自己的構思創意，提高動手能力，在不斷嘗試并改進的過程中學會一些技術概念。

但培養學生的創新能力僅僅依靠第一課堂還是遠遠不夠的，于是我們也大力開展了第二課堂活動，吸引廣大學生積極參加課外實踐活動，使第一課堂與第二課堂相互補充，提高學生們的科學素質及創新能力[4]。

(1)開展了三維模型實體造型大賽.大賽在內容和形式上都要求靈活多樣，可以單人設計，也可以幾個學生合作設計，方法上以學生設計為主，要求采用CAE技術完成。經過幾輪實踐，我們的同學們制作了上千種三維實體模型。同時CAE的有關軟件的應用能力也在不斷提高。

(2)指導大學生進行科技創新活動.近幾年我們依托國家及省級主辦的機械創新設計大賽，積極申報立項，開展了系列科技創新活動。在創新主題的引導下，我們要求學生采用CAE技術來輔助設計。先是采用CAE軟件制作三維造型及動畫演示視頻；接著再采用CAE軟件中的有限元分析軟件對產品中的關鍵零件進行設計；最后是按大賽要求制作實物去參賽。若發現此過程有不合理的地方及時改進到合理為止。經過幾年的實踐，同學們反映上述一套設計程序效果較好，既能滿足大賽的要求，同時在經濟上也減少了許多損失。結語

以上介紹了CAE技術在我校機械專業的兩個典型實踐環節中的應用，效果很好。其實在該專業的其他實踐教學環節如畢業設計中也已經應用到了CAE技術。相信，隨著科技水平的發展，今后CAE技術在其它的教學實踐環節中將會有更廣泛的應用。

參考文獻

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第二篇：虛擬機技術在實踐教學中的應用

虛擬機技術在實踐教學中的應用

作者簡介作者簡介：盧道設（1987-），男，碩士，廣州華夏職業學院助教，研究方向為計算機應用；許燦（1982-），女，廣州華夏職業學院講師，研究方向為計算機網絡技術；張志青（1954-），男，廣州華夏職業學院車輛與信息工程系副教授，研究方向為教育信息技術；曾細平（1970-），女，廣州華夏職業學院講師，研究方向為計算機網絡技術。0引言

隨著科學技術的不斷發展，特別是計算機技術及軟件技術的迅猛發展，人們生活融入越來越多的科學元素。得益于科學技術的發展，現代教學手段也不斷地更新，融入了更多的先進教學元素。目前，大學教育中普遍存在計算機輔助教學設備管理維護難、設備更新周期越來越短等問題，教學設備投入成本不斷增加。眾多學者嘗試將虛擬化技術特別是虛擬機技術應用到具體課程教學過程中，如操作系統［1］、網絡技術與安全［2］、計算機維護［3］等。此外，還有將虛擬化技術應用到圖書館運營管理之中［4］。本文結合實際教學環境，針對計算機教學中存在的問題，將虛擬機系統VirtualBox應用到實際教學工作中。

1虛擬機系統

計算機領域虛擬技術主要分為3大類［5］：平臺虛擬化（Platform Virtualization）、資源虛擬化（Resource Virtualization）與應用程序虛擬化（Application Virtualization）。通常所說的虛擬機就屬于平臺虛擬化技術，它通過硬件或軟件技術支持，將有限的硬件資源虛擬成多個可共用的虛擬資源，這些虛擬資源所具有的功能與所虛擬的真實硬件資源例如硬盤、內存、光驅等是等效的，用戶在使用虛擬資源時與真正的物理資源無異。資源虛擬化的典型應用就是當前比較流行的云計算服務，除此之外還有服務器虛擬化、應用虛擬化以及桌面虛擬化、網絡虛擬化、顯卡虛擬化等。

平臺虛擬化最典型的例子就是虛擬機工具軟件的應用，通過虛擬機工具軟件來虛擬獨立運行的各類桌面操作系統。當前主要有3類虛擬工具軟件：VMWare Workstation系列、VirtualPC及VirtualBox。VMWare Workstation系列是VMware公司所打造的一款桌面虛擬工具軟件，功能非常強大，支持各類操作系統，包括主流的Windows系列、Linux系列、Mac OS以及Unix等。VMWare Workstation是商業軟件，使用時需要正版授權。VirtualPC是微軟公司出品的一款虛擬化程序，它允許用戶在一臺計算機上虛擬多個獨立運行的操作系統，這種虛擬化技術可以方便有效地利用硬件資源，使資源配置效能盡可能最大化。此虛擬化程序較好支持微軟Windows系列操作系統，但對其它操作系統如Linux或Unix等的支持還有待加強。VirtualBox是一款開源的虛擬化程序，它功能強大，在很多方面都可以與VMWare Workstation相媲美，正逐步推出自己特有的功能，如錄像功能等。由于VirtualBox屬開源且免費，吸引眾多科研人員、企業員工的關注和使用，其開發者社區逐漸壯大，VirtualBox工具及其技術應用的領域不斷擴大，未來VirtualBox工具可能成為最為流行的虛擬化工具之一。VirtualBox除支持創建虛擬操作系統外，還提供諸多實用功能。

（1）支持為虛擬操作系統分配多CPU（多核心）。可以很好地兼顧真實物理主機的負載，可根據用戶要求分配真實物理主機的一個或多個核心CPU給虛擬機使用，從而避免虛擬機占用過多或無法充分利用真實物理主機的CPU資源的問題。

（2）支持分配USB設備。支持虛擬機系統使用真實物理主機的USB接口設備，從而方便用戶在虛擬機系統使用外接設備，如U盤、移動硬盤等。

（3）系統快照。此功能類似系統備份還原，可以方便地使用快照功能備份當前的系統狀態，可在任何時候還原。VirtualBox新的版本提供分支快照功能，可以在任何時候進行備份，還原時可選擇需要還原的狀態，比僅能還原最近一次的備份功能靈活得多。

（4）錄像支持。此功能是VirtualBox新版本的特色，可以在運行虛擬操作系統時將運行過程當中的界面進行錄像，方便以后使用。此功能為教學帶來了極大的便利，可以對在虛擬操作系統中所進行的不容易掌握的操作錄制下來，供學生觀看學習。

（5）Php網頁控制接口。嚴格來說，此功能不是VirtualBox推出的功能，但VirtualBox工具軟件提供Php程序控制接口，可以利用Php語言對VirtualBox相關功能進行操作。

除此之外，VirtualBox還提供了遠程顯示與控制、共享網絡、共享文件夾、3D加速、虛擬電腦（系統）導入與導出等功能。

2教學應用

2.1計算機輔助教學中存在的問題

計算機輔助教學已經成為當前計算機教學的主要方式之一，其表現形式豐富多樣，可靈活展示教學內容，提高整體教學效率。但計算機輔助教學也存在不足之處：

（1）軟件系統管理維護困難。不同課程使用的軟件系統不一樣，有些軟件系統對硬件環境要求比較高，如3DMAX、Maya、UDK、Visual Studio、Oracle、Sql Server等。有些工程實踐性比較強的課程，如操作系統、計算機組成原理等，需要對計算機硬件進行系統安裝或分區，否則無法體驗學習內容，這樣勢必增加實驗教師及人員的工作量。

（2）設備更新快，成本增加。信息技術的不斷發展以及教學手段的不斷改進，對計算機設備提出了更高的要求，如內存容量更大、中央處理器速率更快、硬盤存儲容量更大等，從而導致設備購置成本增加。

2.2虛擬機技術解決方案

當前使用虛擬機系統解決軟件系統管理維護困難的問題，主要是在多媒體計算機或是實驗室的計算機系統中安裝VirtualBox等虛擬機。在虛擬機系統下安裝各類操作系統或創建裸機（即沒有安裝操作系統的虛擬計算機，一般用于進行操作系統安裝的演示教學）。在已安裝相應操作系統的虛擬機系統中安裝并配置專業軟件如Oracle、Visual Studio等，將這些配置好的虛擬機系統作為源文件利用VirtualBox等虛擬機導出為可復用的虛擬系統文件（虛擬系統文件類似Ghost備份，但與Ghost備份不同的是虛擬系統文件導入虛擬機后即可使用）。同時，在需要運行特定軟件的計算機中利用VirtualBox等虛擬機的導入功能將虛擬系統文件導入。除使用上述導出導入的方法復用虛擬系統外，也可以直接將裝有專業軟件系統的vdivhd等格式的虛擬磁盤。復制到相應的計算機系統中，再在虛擬機中配置此虛擬磁盤。通過虛擬機操作，若教學軟件或系統出現問題時，只需刪除VirtualBox等虛擬機中出問題的虛擬操作系統，導入新的虛擬操作系統即可使用，這樣實驗室或多媒體計算機管理與維護就容易很多。為了不讓學生誤操作，需要在計算機主機中限定運行VirtualBox等虛擬機，也可以利用phpVirtuabox這一網頁終端進行VirtualBox虛擬機的運行與配置，從而防止誤操作。授課教師也可以根據需要配置課程所需要的虛擬操作系統，上課演示時再導入到真實計算機主機中，從而方便教學。

利用虛擬化技術可有效解決教學設備成本大幅增加的問題。VirtualBox等虛擬機的虛擬磁盤文件可以是單個文件也可以是多個文件，使用時可以將虛擬磁盤文件放在不同的真實硬盤中，有效利用教學計算機的硬盤空間；也可以利用VMware或VirtualBox虛擬化技術對計算機進行虛擬化集群，將多個計算機主機虛擬成一個虛擬計算機，從而利用分散的CPU資源和內存資源，進一步節省成本。

2.3虛擬教學具體應用

筆者曾講授《C#程序設計》課程，需要使用Visual Studio 2008軟件，但無論是多媒體教室，還是實驗室機房，此軟件都與經濟類課程軟件存在一定沖突，在經過一系列測試后仍然無法解決。另外，在《C#程序設計》的教學過程中需要與授課內容（例如軟件的配置、代碼實例等）進行比較，因此需要把當前所教授的課程內容實時保存在教學計算機中。實驗室管理員為了管理方便，會對所安裝的操作系統進行重啟還原，無法進行資料保存。此外，有學生反映很多操作在課外無法一一模擬，因此需要將備課時所進行的操作步驟錄像下來以供學生復習使用。筆者嘗試使用虛擬機解決上述問題。安裝VirtualBox虛擬機，并配置PHPVirtualBox 網頁終端接口程序，使教學用計算機與學生自己的計算機處于同一校園網內。具體實施方法如下：

（1）在授課教師和學生使用的計算機中安裝VirtualBox虛擬機，并搭建PHPVirtualBox遠程管理接口程序，使用XAMPP等軟件快速配置。

（2）讓學生在自己使用的計算機中配置好相應的網絡地址，以便能在校園網內遠程訪問PHPVirtualBox接口程序，使用VirtualBox虛擬機。

（3）教師和學生通過PHPVirtualBox遠程操作控制自己的虛擬虛擬機，使所有的操作能實時保存，以增強學習效果。

3結語

虛擬化技術的不斷發展給日常工作和生活提供了越來越多的便利，虛擬化技術在教學中的應用也越來越廣

第6期 唐艷，唐軍：“微課”：高校體育課教育資源建設新途徑軟 件 導 刊2014年標題

“微課”：高校體育課教育資源建設新途徑

第三篇：先進制造技術在機械制造業中的應用

先進制造技術在機械制造業中的應用

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講述了先進制造技術概念與特點，論述了先進制造技術在機械制造業的應用，并提出了我國機械工業發展先進制造技術應采取的對策。先進制造技術的概念與特點

一般認為：先進制造技術是指制造業(傳統制造技術)不斷吸收機械工程技術、電子信息技術(包括微電子、光電子、計算機軟硬件、現代通信技術)、自動化控制理論技術(自動化技術生產設備)、材料科學、能源技術、生命科學及現代管理科學等方面的成果;并將其綜合應用于制造業中產品設計、制造、管理(檢測)、銷售、使用、服務(售后服務)以及對報廢產品的回收處理這樣一個制造全過程，實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態多變的產品市場的適應、競爭能力，取得(具有市場競爭能力的)理想經濟技術綜合效果的制造技術的總稱。

由以上先進制造技術的概念可以看出先進制造技術有如下特點：

1)先進制造技術不是一成不變的，而是一個動態過程，要不斷吸取各種高新技術成果，并將其滲透到產品的設計、制造、生產管理及市場營銷的所有領域及全部過程，并實現優質、高效、低耗、清潔的生產。

2)先進制造技術是面向新世紀技術系統，它的目的是提高制造業的綜合效益，贏得國際市場競爭。

3)先進制造技術是不僅限于制造過程本身，它涉及到產品從市場調研、產品設計、工藝設計、加工制造、售后服務等產品壽命周期的所有內容。

4)先進制造技術是特別強調計算機技術、信息技術和現代系統管理技術，在產品設計、制造和生產管理等方面的應用。

5)先進制造技術是強調各專業學科之間的相互滲透、融合和淡化，并最終消除它們之間的界限。

6)先進制造技術是特別強調環境保護，要求產品是所謂的“綠色產品，要求生產過程是環保型的。

先進制造技術在機械制造業中的應用

如前所述，先進制造技術是一個龐大的技術群。在機械制造的整個過程中，無論是在產品的設計開發、還是在產品生產制造或是經營管理中都能充分利用先進制造技術。近幾年，機械制造業發生了一系列重大變化，主要表現在以下幾個方面。

1)企業生產方式發生重大變革。由于先進制造技術的應用，現代機械制造企業逐步改變了傳統觀念，在生產組織方式上發生了五個轉變：從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變;從金字塔式的多層次生產管理結構向扁平的網絡結構轉變;從按功能劃分部門的固定組織形式向動態、自主管理的小組工作組織形式轉變;從質量第一的競爭策略向快速響應市場的競爭策略轉變;從以技術為中心向以人為中心轉變。

2)機械制造業的先進制造工藝以及自動化技術的形成和發展。在整個機械制造的過程中，工藝過程是最主要的過程。由于機械制造業本身的需要，形成和發展了許多先進的制造工藝及自動化技術。從而充實、發展了整個先進制造技術群，帶動了其他制造業的發展。這些先進制造工藝及自動化技術主要包括以下幾個方面。(1)毛坯制造工藝。毛坯制造是機械制造工藝的基礎和前提。近幾年，出現了許多先進的制造工藝及技術。鑄造方面出現了一套精密潔凈鑄造成形工藝，例如，外熱風沖天爐熔煉、處理、保護成套技術;鋼液精煉與保護技術;高效金屬型鑄造工藝及設備;氣化模鑄造工藝與設備等。鍛壓方面出現了精確高效塑性成型技術，主要有熱精鍛生產線成套技術，冷溫成型成套技術，輥鍛和楔橫軋成形技術，精密沖裁工藝及設備等，焊接與切割方面出現了新型焊接電源及控制技術，激光焊接技術，微連接技術，數控切割技術等。(2)機械加工工藝。機械加工是機械制造工藝過程的主要組成部分，在這方面的趨勢是向高效、高精度方向發展。主要有精密加工和超精密加工，高速切削與超高速磨削，復雜型面的數控加工，游離磨料的高效加工等。(3)自動化技術。制造自動化技術是在制造過程的所有環節采用自動化技術，實現制造全過程的自動化。是研究對制造過程的規劃、運作、管理、組織、控制與協調優化等的自動化的技術，以使產品制造過程實現高效、優質、低耗、及時和潔凈的目標。在機械制造過程中，除了發展應用先進制造工藝以外，自動化技術的發展與應用是另一大特征。這些自動化技術包括CAD，CAM集成、機床數控技術、工業機器人、柔性制造技術、傳感技術、計算機集成制造技術、自動檢測及信號識別技術等。

我國機械工業發展先進制造技術的戰略與對策

我國是一個制造業基礎薄弱的國家，而機械制造業占的比重又較大。盡管近十年來，我國機械制造業不斷引進國外的先進制造技術，但與發達國家相比仍有較大的差距。主要表現為：技改投入相對不足。技術裝備、生產工藝、生產管理、市場觀念、人員素質相對落后。面對新世紀國際機械制造業的競爭和高新技術發展的挑戰，我國機械制造業應采取以下對策。

1)提高認識，全面規劃，將裝備制造業置于重要的戰略地位。

2)加強先進制造技術的應用與自身制造技術的開發相結合。據前論述可知，加強先進制造技術在機械制造業的應用，對發展機械制造業、增強機械制造業的生命力十分必要。但同時，我們也應注重機械制造技術自身的開發，著重提高自主創新能力。高度重視制造產業共性技術的研究開發，全力實施標準戰略、專利戰略。切實提高企業的技術開發和集成創新能力，這對于豐富先進制造技術、促進其他制造業的發展至關重要。將引進、消化吸收國外先進制造技術與自主開發創新相結合，深化科技體制改革，推進技術創新體系的建設。

3)大力發展先進高新制造技術及其產業。

4)人才是技術發展的關鍵。要加強先進制造技術的應用和開發，必須提高人員素質，加強人才培訓。應培養一批既懂科學技術，又懂管理的優秀企業家，還要造就一支具有較高職業素質的技術工人隊伍。

5)加強國際交流與合作。世界各國的機械制造技術的發展都有自己的特色和側重點。通過加強

第四篇：淺析液粘技術在煤礦機械中的應用

淺析液粘技術在煤礦機械中的應用

[摘 要]液粘技術是一種利用液體的粘性或者油膜剪切作用力來傳遞動能的新技術，目前正廣泛應用于煤礦機械傳動設備當中，具有廣闊的市場前景。本文從液粘技術原理出發，簡單介紹了該技術在煤礦機械中的具體應用，并為以后的發展和推廣指明了方向。

[關鍵詞]液粘技術；煤礦機械

中圖分類號：F420 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）22-0239-01

煤礦機械發展簡述

煤炭作為我國最主要的能源消費來源，伴隨經濟高速增長的同時，其供應量保持以每年10%的高速增長。隨著大規模機械化采煤的開展，大量的煤礦機械應用到煤礦開采過程中，煤礦機械的研發工作也在各大煤炭行業生產、科研機構如火如荼的展開。并且，隨著新思路的開拓、新技術的應用，煤礦機械逐步向自動化、智能化、集成化和機電一體化轉型。研發和制造出一臺高集成、高智能、功能全面、安全可靠的煤礦機械對于煤炭產業的發展變得尤為重要。同時，數字化和自動化的煤礦機械也讓煤炭生產過程中的作業效率大大提升，安全事故降低，有利于煤炭行業的健康、安全、高效和可持續發展。液粘技術

液粘技術是目前國內外應用于機械傳動上的一種新技術，傳統的以液體作為工作介質的傳動技術主要是液壓傳動和液力傳動，與傳統的液壓、液力傳動相比，液粘傳動具有較大的靈活性，能廣泛適用于井下、地上各種復雜工作環境、工作條件，既可以作為單一系統，用來實現高性能的傳動或制動，又具有良好的兼容性和可擴展性，能與其他類型傳動系統配合，實現高度綜合高性能的復合傳動。

2.1 液粘傳動原理

液粘傳動是利用液體的粘度或者油膜的剪切作用來傳遞動力，所以稱之為液粘傳動，又稱為油膜切剪傳動。其工作原理是基于牛頓內摩擦定律。如圖1所示：

從公式可以看出，切應力與液體介質的動力粘度和剪切速度成正比，與油膜的厚度成反比。在實際傳動過程中，當轉子轉動是，通過油膜剪切力的作用，帶動從動裝置轉動，通過調節不同的參數和油膜厚度，就能匹配出不同功率需要的扭矩，從而實現傳動的無極調速。

2.2 液粘技術的優勢

由于采用液粘技術的傳動裝置，主動部分與從動設備之間采用的是油膜接觸，與傳統的軸承或齒輪直接硬接觸相比，由于油膜的可流動性，屬于間接接觸。在現實傳動過程中，可以實現對于輸出轉速和扭矩的無級變速，同時可以實現無載荷或者帶載荷啟動。對于啟動慣性較大的負載端，可以通過自動控制，使傳動裝置緩慢加速，逐步帶載，防止傳動系統過載。由于非接觸式傳動，并且可以通過油膜的強制流動，及時帶出接觸面由于摩擦產生的熱量，防止產生火花或者局部過熱而導致傳動設備失效。同時，主動與從動裝置的磨損也會降低，油膜的壓力與厚度通過計算機自動控制，根據負載情況實時調節，使整個傳動裝置變得自動化，智能化，以適應煤礦機械復雜工作環境和工作條件，大功率，大扭矩傳動設備的需要。液粘技術在煤礦機械中的應用

基于液粘傳動技術的種種優點，該技術符合煤礦機械的相關應用需要，能大力提高煤礦機械的工作性能和工作效率，提高整個礦區生產作業水平。現將液粘傳動技術在煤礦機械中應用途徑歸納于下：

3.1 復合傳動

在煤礦企業生產過程中，經常需要將挖掘出的原煤從地下礦井輸送到地面，此過程需要借助大功率和長距離的輸送機，而該機械在進行長距離輸送過程中，對于設備的啟動、加載、功率平衡等性能要求較高。而液粘傳動技術與傳統行星齒輪傳動裝置結合，即可在電機和滾筒之間，實現能適應各種工況、具有多功能的復合傳動。具體裝置組成圖如圖2所示：

該裝置通過行星齒輪與液粘傳動裝置相互配合，通過調節液壓和測控系統的相關參數，改變動、靜摩擦片間隙，可實現整個裝置的無級調節其轉速和扭矩，能適應該運輸設備從空載啟動到正常運行的逐漸加載過程。與傳統的帶式運輸機傳動方式相比，復合式液粘傳動裝置具有高效率，對電機、輸送帶和減速器的磨損較小，能延長整個裝置的使用壽命，且由于是逐步加載，對電網的沖擊也較小，容易維持電網的穩定。

3.2 煤礦風機節能調速

變頻技術作為電動機節能亮點，一直受到廠家和用戶的關注，并且隨著十二五以來，節能降耗作為企業，特別是能源生產企業的工作重點之一。面對國家發改委對各省市節能量的要求，企業也應該積極響應，積極配合完成各省市攤派到各企業的節能指標的要求。煤礦通風機作為保障煤礦安全生產的重要設備，一般具有高功率高流量的特性，并且由于挖掘巷道的延伸，其功率是一個復雜變化的過程。傳統的機械傳動，導致煤礦通風機一直處于大馬拉小車的狀態，每年消耗的電量非常驚人，而通過采用液粘技術傳動，使煤礦通風機具有變頻功能，根據巷道的長短，相對應的控制輸出相應的風量，防止通風機一直處于大負荷、滿負荷工作狀態，節約能源。

3.3 液粘制動技術

煤礦運輸機械由于負荷較高，慣性較大對于設備的制動性能要求較高。且隨著載荷的不同，傳統的機械摩擦制動不能適應各種工況制動的需要，煤礦生產的特殊環境，要求運輸設備的制動扭矩能匹配帶上載荷進行調控，而液粘傳動技術的出現，方便的解決該問題。液粘制動系統的主體示意圖如圖3所示：

通過適當的設計和參數控制，液粘傳動技術能滿足不同負載狀態下的運輸設備制動要求，并且由于液粘傳動技術良好的散熱性能，能快速散去在減速制動時由于摩擦產生的大量熱量，防止局部過熱發生變形損壞，同時又能避免電火花產生，特別適合煤礦井下生產防爆要求。結語

清潔、高效、安全生產作為能源生產企業的重中之重，是現代煤炭企業生產發展方向。煤礦機械設備的更新換代是保障企業安全高效生產的基本要素。我國煤礦機械設備的發展與歐美發達國家相比，還有不少的差距。液粘傳動技術的出現，能顯著提高煤礦生產的現代化水平，我們要積極研發、運用各種先進的科學技術，積極推動過程煤礦機械的發展，以適應現代化企業發展的需要。

參考文獻

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第五篇：先進制造技術在機械制造業中的應用

先進制造技術在機械制造業中的應用

摘要：中國雖是制造大國，但與工業發達國家相比，仍有很大差距。材料成型加工制造是制造業的重要組成部分，是先進制造技術的重要內容，對國民經濟的發展及國防力量的增強均有重要作用。該文認為，面對市場經濟、參與全球競爭，企業的發展要依靠先進制造技術，而先進制造技術必然促進企業的發展。未來的制造企業將是以人、管理及技術三要素組成，而以人為本。未來的制造模式將是：小批量、高質量、低成本、交貨期短、生產柔性、環境友好。快速產品與工藝開發系統、新一代制造工藝及裝備和模擬與仿真是三項關鍵先進制造技術。

關鍵詞：

材料成形加工、發展趨勢、制造業、先進制造技術

引言：隨著計算機技術的發展，計算材料科學已成為一門新興的交叉學科，是除實驗和理論外解決材料科學中實際問題的第三個重要研究方法。它可以比理論和實驗做得更深刻、更全面、更細致，可以進行一些理論和實驗暫時還做不到的研究。因此，基于知識的材料成型工藝模擬仿真是材料科學與制造科學的前沿領域及研究熱點。根據美國科學研究院工程技術委員會的測算，模擬仿真可提高產品質量5～15倍、增加材料出品率25%、降低工程技術成本13%～30%、降低人工成本5%～20%、增加投入設備的利用率30%～60%、縮短產品設計和試制周期30%～60%、增加分析問題廣度和深度的能力3～3.5倍等。

正文：先進制造技術在機械制造業中的應用 1 先進制造技術的概念與特點

一般認為：先進制造技術是指制造業(傳統制造技術)不斷吸收機械工程技術、電子信息技術(包括微電子、光電子、計算機軟硬件、現代通信技術)、自動化控制理論技術(自動化技術生產設備)、材料科學、能源技術、生命科學及現代管理科學等方面的成果;并將其綜合應用于制造業中產品設計、制造、管理(檢測)、銷售、使用、服務(售后服務)以及對報廢產品的回收處理這樣一個制造全過程，實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態多變的產品市場的適應、競爭能力，取得(具有市場競爭能力的)理想經濟技術綜合效果的制造技術的總稱。

由以上先進制造技術的概念可以看出先進制造技術有如下特點：

1)先進制造技術不是一成不變的，而是一個動態過程，要不斷吸取各種高新技術成果，并將其滲透到產品的設計、制造、生產管理及市場營銷的所有領域及全部過程，并實現優質、高效、低耗、清潔的生產。

2)先進制造技術是面向新世紀技術系統，它的目的是提高制造業的綜合效益，贏得國際市場競爭。

3)先進制造技術是不僅限于制造過程本身，它涉及到產品從市場調研、產品設計、工藝設計、加工制造、售后服務等產品壽命周期的所有內容。

4)先進制造技術是特別強調計算機技術、信息技術和現代系統管理技術，在產品設計、制造和生產管理等方面的應用。

5)先進制造技術是強調各專業學科之間的相互滲透、融合和淡化，并最終消除它們之間的界限。

6)先進制造技術是特別強調環境保護，要求產品是所謂的“綠色產品，要求生產過程是環保型的。

2.先進制造技術在機械制造業中的應用

如前所述，先進制造技術是一個龐大的技術群。在機械制造的整個過程中，無論是在產品的設計開發、還是在產品生產制造或是經營管理中都能充分利用先進制造技術。近幾年，機械制造業發生了一系列重大變化，主要表現在以下幾個方面。

1)企業生產方式發生重大變革。由于先進制造技術的應用，現代機械制造企業逐步改變了傳統觀念，在生產組織方式上發生了五個轉變：從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變;從金字塔式的多層次生產管理結構向扁平的網絡結構轉變;從按功能劃分部門的固定組織形式向動態、自主管理的小組工作組織形式轉變;從質量第一的競爭策略向快速響應市場的競爭策略轉變;從以技術為中心向以人為中心轉變。

2)機械制造業的先進制造工藝以及自動化技術的形成和發展。在整個機械制造的過程中，工藝過程是最主要的過程。由于機械制造業本身的需要，形成和發展了許多先進的制造工藝及自動化技術。從而充實、發展了整個先進制造技術群，帶動了其他制造業的發展。這些先進制造工藝及自動化技術主要包括以下幾個方面。(1)毛坯制造工藝。毛坯制造是機械制造工藝的基礎和前提。近幾年，出現了許多先進的制造工藝及技術。鑄造方面出現了一套精密潔凈鑄造成形工藝，例如，外熱風沖天爐熔煉、處理、保護成套技術;鋼液精煉與保護技術;高效金屬型鑄造工藝及設備;氣化模鑄造工藝與設備等。鍛壓方面出現了精確高效塑性成型技術，主要有熱精鍛生產線成套技術，冷溫成型成套技術，輥鍛和楔橫軋成形技術，精密沖裁工藝及設備等，焊接與切割方面出現了新型焊接電源及控制技術，激光焊接技術，微連接技術，數控切割技術等。(2)機械加工工藝。機械加工是機械制造工藝過程的主要組成部分，在這方面的趨勢是向高效、高精度方向發展。主要有精密加工和超精密加工，高速切削與超高速磨削，復雜型面的數控加工，游離磨料的高效加工等。(3)自動化技術。制造自動化技術是在制造過程的所有環節采用自動化技術，實現制造全過程的自動化。是研究對制造過程的規劃、運作、管理、組織、控制與協調優化等的自動化的技術，以使產品制造過程實現高效、優質、低耗、及時和潔凈的目標。在機械制造過程中，除了發展應用先進制造工藝以外，自動化技術的發展與應用是另一大特征。這些自動化技術包括CAD，CAM集成、機床數控技術、工業機器人、柔性制造技術、傳感技術、計算機集成制造技術、自動檢測及信號識別技術等。

3.我國機械工業發展先進制造技術的戰略與對策

我國是一個制造業基礎薄弱的國家，而機械制造業占的比重又較大。盡管近十年來，我國機械制造業不斷引進國外的先進制造技術，但與發達國家相比仍有較大的差距。主要表現為：技改投入相對不足。技術裝備、生產工藝、生產管理、市場觀念、人員素質相對落后。面對新世紀國際機械制造業的競爭和高新技術發展的挑戰，我國機械制造業應采取以下對策。

1)提高認識，全面規劃，將裝備制造業置于重要的戰略地位。

2)加強先進制造技術的應用與自身制造技術的開發相結合。據前論述可知，加強先進制造技術在機械制造業的應用，對發展機械制造業、增強機械制造業的生命力十分必要。但同時，我們也應注重機械制造技術自身的開發，著重提高自主創新能力。高度重視制造產業共性技術的研究開發，全力實施標準戰略、專利戰略。切實提高企業的技術開發和集成創新能力，這對于豐富先進制造技術、促進其他制造業的發展至關重要。將引進、消化吸收國外先進制造技術與自主開發創新相結合，深化科技體制改革，推進技術創新體系的建設。

3)大力發展先進高新制造技術及其產業。

4)人才是技術發展的關鍵。要加強先進制造技術的應用和開發，必須提高人員素質，加強人才培訓。應培養一批既懂科學技術，又懂管理的優秀企業家，還要造就一支具有較高職業素質的技術工人隊伍。

5)加強國際交流與合作。世界各國的機械制造技術的發展都有自己的特色和側重點。通過加強國際交流與合作，可迅速吸收應用先進制造技術，并結合本國國情來發展機械制造技術。

現代的產品與工藝開發系統的特點是：在設計全過程采用信息技術，產品有創新，采用新材料與新制造工藝，使產品開發周期短、返工少、成本低，因而產品在國際市場上有競爭能力。輕量化、精確化、高效化將是成形制造技術的重要發展方向，材料成形制造向更輕、更薄、更精、更強、更韌、成本低、周期短、質量高的方向發展。制造過程的計算機模擬仿真是先進制造技術的重要內容，已在鑄造及塑形加工等領域中得到廣泛應用。高性能、高精度、高效率、多學科及多尺度是模擬仿真技術的努力目標，而微觀組織模擬從微米到納米尺度則是近年來新的研究熱點。綠色制造是制造技術的進一步發展趨勢。

制造業及材料成型加工技術的作用及地位

我國已是制造大國，僅次于美、日、德，位居世界第4。我國雖是制造大國，但與工業發達國家相比，仍有很大差距，表現在：1勞動生產率低，人均產值不到美國的k/20；2技術含量低，以CAD為例，仍停留在繪圖功能：3重要關鍵復雜產品基本上沒有自主產品創新開發能力。

材料成形加工行業是制造業的重要組成部分，材料成形加工是汽車、電力、石化、造船、機械等支柱產業的基礎制造技術，新一代材料加工技術也是先進制造技術的重要內容。鑄造、鍛造及焊接等材料加工技術是國民經濟可持續發展的主體技術。據統計，全世界75%的鋼材經塑性加工，45%的金屬結構用焊接得以成型。汽車重量的65%以上仍由鋼材、鋁合金、鑄鐵等材料通過鑄造、鍛壓、焊接等加工方法而成形。

但是，我國的材料成形加工技術與國外工業發達國家相比，仍有很大差距。例如：重大工程的關鍵鑄鍛件如長江三峽水輪機的第一個葉輪仍從國外進口；航空工業發動機及其它重要的動力機械的核心成形制造技術尚有待突破。因此，在振興我國制造業的同時，要加強和重視材料成形加工制造技術的發展。

制造業在過去的二十年中發生了巨大變化，這種變化還會延續。高速發展的工業技術要求加工制造的產品精密化、輕量化、集成化；國際競爭更加激烈的市場要求產品性能高、成本低、周期短；日益惡化的環境要求材料加工原料與能源消耗低、污染少。為了生產高精度、高質量、高效率的產品，材料正由單一的傳統型向復合型、多功能型發展；材料成形加工制造技術逐漸綜合化、多樣化、柔性化、多學科化。

面對市場經濟、參與全球競爭，必須十分重視制造業、先進制造技術及成形加工制造技術的技術進步。

先進制造技術的發展趨勢

美國在“新一代制造計劃”中指出未來的制造模式將是：批量小、質量高、成本低、交貨期短、生產柔性、環境友好。未來的制造企業將是：以人、管理及技術三要素組成，而以人為本。未來的制造企業要掌握十大關鍵技術，包括了“快速產品與工藝開發系統”，“新一代制造工藝及裝備”及“模擬與仿真”三項關鍵技術。其中新一代制造工藝包括精確成型制造或稱凈成型制造工藝。凈成型制造工藝要求材料成型制造向更輕、更薄、更精、更強、更韌、成本低、周期短、質量高方向發展。

輕量化、精確化、高效化將是未來制造技術的重要發展方向。以汽車制造為例，美國新一代汽車研究計劃的目標是在2003年每100公里油耗要減少到3升。汽車重量減輕10%可使燃燒效率提高7%，并減少10%的污染。為了達到這一目標，要求整車重量要減輕40～50%，其中車體和車架的重量要求減輕50%，動力及傳動系統必須減輕10%。例如，美國福特汽車公司新車型中使用的主要材料可以看出新一代汽車中鋼鐵黑色金屬用量將大幅度減少，而鋁及鎂合金用量將顯著增加，鋁合金將從284磅增加到733磅，鎂合金將從10磅增加到86磅。

近年來，隨著汽車工業和電子工業的迅速發展，對通過降低產品的自重以降低能源消耗和減少污染包括汽車尾氣和廢舊塑料，提出了更迫切的要求，輕量化的綠色環保材料將作為人們的首選。鎂合金就是被世界各國材料界看好的最具有開發和應用發展前途的金屬材料。

鎂合金產品具有以下優勢：1輕量化：密度1.8g/cm3左右，是鐵的1/4，鋁的2/3，與塑料相近。2比強度高、剛性佳，優于鋼、鋁。3極佳的防震性，耐沖擊、耐磨性良好。4優良的熱傳導性，改善電子產品散熱問題。5非磁性金屬，抗電磁波干擾，電磁屏蔽性佳。6加工成型性能好，成品外觀美麗，質感佳，無可燃性相對于塑料。7材料可100%回收，回收率高，符合環保法。8尺寸穩定，收縮率小，不易因環境溫度變化而改變相對于塑料。

鎂合金壓鑄件廣泛應用于交通工具如汽車、摩托車及飛機零件等、IT行業如手機、手提電腦等3C產品、小型家電攝像機、照相機及其他電子產品外殼等行業。同時，壓鑄鎂合金產品在國防建設等領域也有十分廣闊的應用前景。

快速產品/工藝開發系統

我國制造業的主要問題之一是缺乏創新產品的開發能力，因而缺乏國際市場競爭能力。

傳統產品開發的特點：一是照貓畫虎、知識老化、缺乏創新，二是周期長、返工多、成本高。例如，日本豐田汽車公司沿用傳統的產品設計開發方法造成了大量的返工。又例如，美國空軍研究所從1981—1991年研發武器共發布圖紙20，000張，但共有90，000張圖紙進行了更改，平均每張圖紙改動了4.5次，多化費了16億美元。

現代的產品開發系統的特點是：1采用現代設計理論與方法，2進行全生命周期設計，3設計全過程采用信息技術，4加快采用新材料、新工藝，5產品開發周期短、返工少、成本低，努力做到一次成功，6產品有創新，在國際市場上有競爭能力。

應該指出：產品設計及制造開發系統是以設計與制造過程的建模為核心內容。1992年，美國先進金屬材料加工工程研究中心提出了產品設計/制造工藝集成系統。在產品零部件的設計過程中同時要進行影響產品及零部件性能的成型制造過程的建模，它不僅可以提供產品零部件的可制造性評估，而且可以提供產品零部件的性能預測。2001年，美國又提出了集成制造技術建議，并提出“可靠制造的建模與仿真”新構思，對產品設計制造等全生命周期過程全部進行模擬仿真。

波音公司采用的現代產品開發系統，將新產品研制周期從8年縮短到5年，工程返工量減少了50%。日本豐田汽車公司在研制2002年嘉美新車型時縮短了研發周期10個月，減少了試驗樣車數量65%。美國底特律柴油機公司研發一臺V6型柴油機的研發周期只用了7.5個月。美國汽車工業希望汽車的研發周期縮短為15—25個月，而20世紀90年代汽車的研發周期為5年。

新一代制造技術材料成型制造技術

制造技術可分為加工制造及成型制造以液態鑄造成型、固態塑性成型及連接成型等為代表技術，其中成型制造不僅賦予零件以形狀，而且決定了零件的組織結構與性能。

精確成型制造技術

近年來出現了很多新的精確成型制造技術。例如，在精確鑄造成型加工方面，在汽車工業中Cosworth鑄造采用鋯砂砂芯組合并用電磁泵控制澆鑄)、消失模鑄造及壓力鑄造已成為新一代汽車薄壁、高質鋁合金缸體鑄件的三種主要精確鑄造成型方法。許多研究預測消失模鑄造將是“明天的鑄造新技術”。另外，用定向凝固熔模鑄造生產的高溫合金單晶體燃汽輪機葉片也是精確成型鑄造技術在航空、航天工業中應用的杰出體現。

在轎車工業中還有很多材料精確成型新工藝，如用精確鍛造成型技術生產凸輪軸等零件液壓脹型技術、半固態成型、三維擠壓法等。摩擦壓力焊新技術近來備受人們關注。

以擠壓鑄造及半固態鑄造為代表的精確成型技術由于熔體在壓力下充型、凝固，從而使鑄件具有好的表面及內部質量。材料在壓力作用下凝固可形成細小的球狀晶粒組織。半固態鑄造是一種生產結構復雜、近凈成型、高品質鑄件的材料半固態加工工藝技術。其區別于壓力鑄造和鍛壓的主要特征是材料處于半固態時在較高壓力下充型和凝固。半固態鑄造技術最早在上世紀70年代由美國MIT凝固實驗室研究開發，并在90年代中期因汽車的輕量化得到了快速發展，可分為流變鑄造和觸變鑄造。

快速及自由成型制造技術

隨著全球化及市場的激烈競爭，加快產品開發速度已成為競爭的重要手段之一。制造業要滿足日益變化的用戶需求，制造技術必須有較強的靈活性，能夠以小批量甚至單件生產迎合市場。快速原型制造技術就是在這樣的社會背景下產生的。快速原型制造技術以離散/堆積原理為基礎和特征，將零件的電子模型按一定方式離散成為可加工的離散面、離散線和離散點，而后采用多種手段，將這些離散的面、線段和點堆積形成零件的整體形狀。有人因該技術高度的柔性而稱之為“自由成型制造”。近年來，快速原型制造已發展為快速模具制造及快速制造。它能大大縮短產品的設計開發周期，解決單件或小批零件的制造問題。

激光加工技術多種多樣，包括電子元件的精密微焊接、汽車和船舶制造中的焊接、坯料制造中的切割、雕刻與成型等，其中激光加工自由成型制造技術也是重要的發展動向。

參考文獻

1.盛曉敏、梁朝暉，等.先進制造技術 [M].機械工業出版社，2000.09.2.魏鐵華.論現代制造系統模式的共性 [J].工廠建設與設計，1996.06.