机械设计制造及其自动化发展历史历程及方向【摘要】：机械制造的历史与人类的历史一样，源远流长机械制造 在人类历史的发展中是具有非常重要的作用本文通过以时间、材料 及动力不同的分段方式的探讨梳理了机械设计制造的发展轨迹在梳 理机械发展史的过程中对机械的产生和定义以及机械自动化的产生 和定义进行了分析对现阶段机械自动化的特点进行了归纳并以历史 发展的观点对匸|动化未來发展的方向进行了预测和分析O【关键字】：古代机械设计；近代机械设计；现代机械设计；机械自 动化；目录1. 1机械制造设计的发展史按时间来分 41.1.1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 41.1.2由17世纪至第二次世界大战结束为近代机械设计..51.1. 3第二次世界大战结束直到现在为现代设计阶段・・・61.2机械制造设计的发展史按材料来分 71.2.1石器发展阶段 81.2.2青铜器发展阶段 91.2.3铁器发展阶段 101.2.4金属与金属合金，以及陶瓷、玻璃和化学聚合物发展阶段 111.3机械设计的发展史按动力来分 121.3. 1自然动力阶段 121.3.2热力发动机阶段 141.3.3电力阶段 152机械设计制造自动化的产生和定义 162. 1机械设计制造产生和定义 162.2自动化的产生和定义 183机械设计制造自动化的特点 203.1智能化 203. 2模块化 203.3绿色化 213.4网络化 213. 5微型化 223. 6系统化 224机械设计制造及其自动化的发展方向 244.1未来现代机械自动化技术 254.2实际生产应用的机械自动化技术 264.3投资少、见效快的机械自动化技术发展 271.机械设计制造发展历史阶段机械制造的历史与人类的历史一样，源远流长。
机械制造在人类 历史的发展中是具有非常重要的作用马克思主义认为人类文明程度 决定于社会的生产力作为生产力重要因素的劳动工具，其作用不言 而喻因此为人类提供生产工具的机械制造可以说是人类文明程度的 标志因此不少学者在研究人类历史的过程中，对机械制造也格外关 注造纸，活字印刷，地动仪，这些机械的发明和创造都被给予极高 的评价，在中国历史乃至世界史中大书特书这样的记载在人类历史 中并不鲜见然而对机械设计制造史的研究，并没有完全以机械制造 史的本身作为主体，更多的是考证人类历史的各个阶段的机械设计制 造发展的水平和状态这一点在对机械设计制造史阶段的划分上表现 比较明显，诚然机械设计制造发展史是人类社会发展史的一个侧面， 但这对机械设计制造史本身的研究是不够的一般来说，机械设计制 造史主要有按时间来分和按材料来分的两种方式1.1机械制造设计的发展史按时间来分机械设计制造史按吋间来划分的历史阶段与人类社会发展的历 史基本是一致的具体来说是分为三个阶段，这三个阶段分别是：1.1.1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据考古发现，距今约250万年前，人类的祖先就开始用石头作为 原料制造工具。
这标志着机械的制造已经开始距今15 000-10 000 年至8 000年，人类制作和使用石器的技术水平有了显著提高，这时 的石器已小型化以石片石器和细石器为代表工具，细石器被大量使 用弓箭广泛运用于猎食，人们可以食用肉类，生活质量得到提高， 同时独木舟和木浆也在这一时期被发现中国在大约40〜50万年前，就已出现加工粗糙的刮削器、砍砸 器和三棱形尖状器等原始工具4〜5万年前出现磨制技术，许多石 器都已比较光滑，刃部也较锋利，并有单刃、双刃、凸刃、凹刃和圆 刃之分中国在28000年前出现弓箭，这是机械方面最早的一项发明; 公元前8000〜前2800年期间出现了陶轮（制陶用转台）；农具大约出 现在公元前6000〜前5000年，除石斧石刀外，还有石锄、石铲、石 镰、蚌镰、骨镰和骨耦石斧和石刀上已有用硬质砂子磨削而成的孔中国古代金属冶机械铸技术发明时间较早，II技术精湛商周时 期已经开始使用青铜器，己发现的中国最早的青铜器，如甘肃东乡马 家窑出土的铜刀，距今已有4800年左右的丿力史在春秋时期已经开始使用铁器，1972年在藁城台西商代遗址出上 的铁刃铜钺，是目前发现的我国年代最早的铁器，距今约3400多年。
1. 1.2由17世纪至第二次世界大战结束为近代机械设计十七世纪初期，英国的牛顿捉出对流换热的牛顿冷却；纽可门发 明大气活塞式蒸汽机，取代了萨弗里的蒸汽机，功率可达六马力；法 国的卡米提出齿轮齿合基本定律；瑞士的伯努利建立无粘性流体的能 力方程——伯努利方程；欧拉建立粘性流体的运动——欧拉方程；英 国的哈格里夫斯发明竖式1776年，瓦特制造出第一台有使用价值 的蒸汽机，以后又经过一系列重大改进，在工业上得到广泛应用，人 类进入了“蒸汽时代"o 1774年，英国的威尔金森发明较精密炮筒镇 床，这是第一台真正的机床——加工机器的机器，它成功的用于加工 汽缸体，使瓦特蒸汽机得以投入运彳亍自此机械的原动力以煤炭为主, 强大的动力带来了一系列需要大推动力机械的诞生：汽车，割麦机， 铁船等随着材料力学，弹性力学，流体力学，机械力学，疲劳力学, 疲劳强度理论，验应力分析方法等理论与方法的提出与完善，各种制 造机械的机械如龙门跑床，卧式铳床，木工圆锯机等发明，给机械的 发展注入了催化剂1834,第一台使用电动机诞生，电动机进入了实用化阶段，人类 进入“电力时代”1838年，俄国的雅克比用蓄电池给直流电动机供 电以驱动快艇，这是首次使用电力传动装置。
1860年，法国的额努 瓦制成第一台实用的煤气机1862年和1865年先后造出中国第一台 蒸汽机和第一台木质蒸汽机船1889年，第一届国际计量大会首次 正式定义“米”为：“在零摄氏度，保存在国际计量局的钳錶米尺的 两中间刻线间的距离”世界从此有了更加统一的尺度1・1・3第二次世界大战结束直到现在为现代设计阶段第三次科技革命兴起的标志：以原子能技术、航天技术、电子计 算机的应用为代表，还包括人工合成材料、分子生物学和遗传工程等 高新技术在这一时期，一个名为泰勒的美国菲拉徳尔菲机械工厂的 工人，经过对工作吋间的研究，改进了塞兹发明的车床，发明了高速 钢，极大地提供了金属的切割速度，随后又发明了一种计算尺，使得 一个技术熟练的一流机械师凭十几年的长期经验方能完成的生产量， 一下子提高了二倍为了实现大批量的生产，从十九世纪开始，各种新式机床应运而 牛:，在制造机床的同时，为了保证机床的精确度，千分尺等一大批测 量器具和螺纹被设计制造出来在对管理模式的研究下，机械制造开 始走向自动化随着电子科技的发展，机械的自动化程度越来越高 1952年，美国帕森斯公司制造了第一台数字控制机床1962年，美 国本敌克公司首先在数控铳床上实现最佳适应控制。
1967年，美国 的福克斯首先提出最优化的概念英国莫林斯公司根据威廉森提出的 柔性制造系统的基本概念研制出“系统24”1976年，日本发那科公 司首次展岀4台加工中心和1台工业机器人组成的柔性制造单元而 这一时期，最重要的发明无疑是电脑，电脑的出现并运用到生产中， 使机械生产效率，精确度提高到了一个前所未有的高度1. 2机械制造设计的发展史按材料来分机械设计制造史按材料来划分的历史阶段与人类社会发展的历 史是大致相同具体来说是分为四个阶段，这四个阶段分别是：1. 2.1石器发展阶段旧石器时代在考古学上是以使用打制石器为标志的人类文化发 展阶段，是石器时代的早期阶段一般认为这段时期在距今约250万 年-约1万年前地质吋代属于上新世晚期更新世时期划分一般釆 用三分法，即旧石器时代早期、中期和晚期，大体上分别相当丁人类 体质进化的能人和玄立人阶段、早期智人阶段、晚期智人阶段大约在上新世(Pliocene epoch)末期的非洲，一支被称为能人(Homo habilis)的现代人类的祖先，制作岀了己知最早的石制工具 这些非常简单的工具就是我们所知的石器(choppers)能人被认为 是掌握了奥杜韦文化(Homo habilis)时期利用薄岩片和石芯(stone flakes and cores)的制造T艺。
这种石制T-业由它的产生地坦桑尼 亚的欧肚白大峡谷(Oldupai Gorge in Tanzania)加以命名这些 人类很可能并不打猎，而是以食用腐肉(scavenged meat)和野生植 物为生大约在150万年前，一支进化程度更高的人种，直立人(Homo erectus)出现了直立人学会了掌握火和制造更复杂的石器的技巧, 同吋活动范围由非洲扩张到的亚洲，如中国的周口店人在欧洲人类 活动的最早证据是100万年前被使用的一种更先进的手斧.新石器时代在考古学上是石器时代的最后一个阶段以磨制石器 为主，大约从1. 8万年前开始，结束时间从距今5000多年至2000多 年不等这个时期，人类开始从事农业和畜牧，将植物的果实加以播 种，并把野生动物驯服以供食用人类不再只依赖大自然提供食物， 因此食物的来源变得稳定同时农业与畜牧的经营也使人类由逐水草 而居变为定居下來，节省下更多的吋间和精力在这样的基础上，人 类生活得到了更进一步的改善，开始关注文化事业的发展，使人类开 始出现文明1. 2. 2青铜器发展阶段青铜时代是以使用青铜器为标志的人类物质文化发展阶段青 铜是红铜(纯铜)与锡或铅的合金，因为颜色青灰，故名青铜，熔点在 700〜900°C之间，比红铜的熔点(1083°C)低。
含锡10%的青铜，硬度 为红铜的4.7倍，性能良好青铜时代初期，青铜器具比重较小， 甚或以石器为主；进入中后期，比重逐步增加自有了青铜器和随之 的增加，农业和手工业的生产力水平提高，物质生活条件也渐渐丰富 青铜出现后，对提高社会生产力起了划吋代的作用青铜吋代处于铜 石并用时代之后，早于铁器时代之前，在世界范围内的编年范围大约 从公元前4000年至公元初年世界各地进入这一时代的年代有早有 晚伊朗南部、土耳其和美索不达米亚一带在公元前4000〜前3000 年已使用青铜器，欧洲在公元前4000〜前3000年、印度和埃及在公 元前3000〜前2000年，也有了青铜器埃及、北非以外的非洲使用 青铜较晚，大约不晩于公元前1000年〜公元初年美洲直到将近公 元11世纪，才岀现冶铜中心在青铜器时代，世界上青铜铸造业形成几个重要的地区，这些地 区成了人类古代文明形成的中心在古代文化发达的一些地区，青铜 吋代与奴隶制社会形态相适应,如爱琴海地区、埃及、美索不达米亚、 印度、中国等国家和地区，此时都是奴隶制国家繁荣的吋期但是也 有一些地区，没有经过青铜时代便直接过渡到铁器时代进入文明的 地区在青铜时代已经产生了文字。
1. 2. 3铁器发展阶段在考古学上，铁器时代是指人们开始使用铁来制造工具和武器的 时代其与之前时代的主要区别在于农业发展，宗教信仰与文化模式 这是在青铜时代之后的一个人类社会发展的阶段实际上所说的铁器 时代是指的早期阶段，在晚期各国都已经进入了有文字记载的文明时 代，也就多以各国的朝代来称呼其时代铁器时代是在三代法中最后的主要时期，不同地区进入铁器时代的时 间有所不同，即使同在欧洲，FI耳曼地区和罗马进入铁器时代的时间 亦有所不同世界上最早进入铁器时代的是西台帝国，大约在公元前 1400年左右虽然各地区进铁器时代的时间不尽相同，亦难以以准确的年份标 示，但铁器时代与之前时代的区别仍是十分明显的铁器时代是指己 经能运用很复杂的金属加工來生产铁器铁的高硬度，高熔点与铁矿 的高蕴含量，使得铁相对青铜来说来得便宜及可在各方面运用，所以 其需求很快便远超青铜而各地区进入铁器。