数学与机械设计制造及其自动化

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　　数学是研究数量、结构、变化以及空间模型等概念的一门学科。透过抽象化和逻辑推理的使用，由计数、计算、量度和对物体形状及运动的观察中产生。数学家们拓展这些概念，为了公式化新的猜想以及从合适选定的公理及定义中建立起严谨推导出的真理。数学，作为人类思维的表达形式，反映了人们积极进取的意志、缜密周详的推理及对完美境界的追求。它的基本要素是：逻辑和直观、分析和推理、共性和个性。并且这些思想理念不单单局限于数学，在许多其他方面领域都具有相当重要的作用。从某种程度上而言，人类社会在一定程度上就是基于数学的基础上而发展起来的。在各类学科中都不同程度的透露着数学的思想与数学的方法。而更有很多学科和技术是得益与数学才有如今的发展。而在这我想讨论的则是机械设计制造及其自动化这门学科与数学间存在的关系。不可否认的是，至少是个人认为数学已经是这一门学科的关键 了。

　　机械设计制造及其自动化这门学科从事的是机械制造领域内的设计制造、科技开发、应用研究、以机械设计及制造，并融入计算机科学、信息技术、自动控制技术的交叉学科，主要任务是运用先进设计制造技术的理论与方法，解决现代工程领域中的复杂技术问题，以实现产品智能化的设计与制造。掌握本专业所必需的基础知识、基本原理和较熟练的专业实践技能有机械制图、工程材料、工程力学，机械原理、工程经济，机械设计基础、电工与电子技术、微机设计原理与接口技术、机械工程材料、制造技术基础、微机电系统与制造，设备故障诊断、机电驱动技术、机械制造工艺学、控制工程、测试技术、数控技术、金属材料等。

　　首先关于这门学科因该谈的一方面就是设计，一切的产物的诞生都必须经过该过程。而设计之中的基础课程包括有上文中提及的机械制图、 工程材料、 工程力学、 机械原理、 机械设计基础等。其中各项与数学都相关密切。比如说工程图学。其主要讲授投影作图和机械制图等内容。培养人具有一定的图示能力，读图能力，空间形体的想象能力，要求人能较熟练地绘制一定复杂程度机械零件工作图和部件装配图，并能按给定的要求正确标注尺寸、公差配合及表面粗糙度等。这就与数学中的几何相关密切。数学中的几何，就是研究空间结构及性质的一门学科。它是数学中最基本的研究内容之一。并且标注尺寸、公差配合中的思想就是数学中误差这一概念的应用。与数学中的统计学有着密不可分的关系。数学的这方面的掌握无疑对学习及熟练这门学科有很大的帮助。再者谈到工程力学，主要讲授静力学、运动学、动力学和材料力学。静力学和运动学部分，使人认识物体机械运动的基本规律，学会运用这些规律和方法分析、解决工程实际中的力学问题;材料力学部分，使人掌握杆件强度、刚度和稳定性等方面的知识，能熟练地对构件进行强度和刚度计算，并具有较强的实践能力。力学原本就是物理中的重要内容，并且在科学的发展史上物理与数学本身就密不可分，因此有众多的科学家同时在物力和数学上都有杰出的成就，牛顿就是一个十分突出的例子。工程力学中涉及的力学和运动学的基础就数学，其本身就有相当的运算过程，这一方面必须要结合相当的数学修养才行，比如说牛顿的微积分在运动和力学中都有相当广泛的运用。有这些数学思想方法作为基础才有了这门学科的蓬勃发展。而且谈到设计这个话题，无疑需要考虑到产品的合理性和实用性，考虑到各个方面的内容的时候也就关乎到了一个逻辑思考的问题，而逻辑也正是数学思想中的重要一枝。设计的过程是严密合理严谨的，这与数学的思维相类似。

　　机械设计制造及其自动化再一方面要谈到的就是制造过程。若说设计是一个理论过程，那么制造则就是一个实践过程。这方面也就涉及到了制造技术基础、微机电系统与制造、设备故障诊断、机电驱动技术、机械制造工艺学等相关课程。经验告诉我们，实践的过程需要有理论的指导。在上文中就已经说了不少数学在理论中的重要作用，那么现在我想要再谈谈的是数学中的数学建模在与机械制造中的作用。当需要从定量的角度分析和研究一个实际问题时，人们就要在深入调查研究、了解对象信息、作出简化假设、分析内在规律等工作的基础上，用数学的符号和语言，把它表述为数学式子，也就是数学模型，然后用通过计算得到的模型结果来解释实际问题，并接受实际的检验。这个建立数学模型的全过程就称为数学建模。数学建模是一种数学的思考方法，是运用数学的语言和方法，通过抽象、简化建立能近似刻画并"解决"实际问题的一种强有力的数学手段。当一件机械产品从设计到成型后，它的运作情况并不一定是单单通直接观察就能够清楚深入的描述清楚的了。一件机械产品投入制造就应该考虑到了这个问题。这其中就包括有像设备的损伤程度与使用时间的关系，设备的运作是否正常或它的功能效果与不同运作条件下的关系。而数学建模对于这类工程有着相当大的作用，它能精确的帮设计者预测出设计的产品的成效，从而寻找出设计的产品在什么方面有那些不足。因此数学建模的引用就指导了机械设计产品应当如何制造，从而使产品拥有更加出色的运作成效。由此可见，数学的应用在机械设计制造及其自动化的制造环节有着举足轻重的作用。也就可见数学与机械设计制造及其自动化是密不可分的。甚至可以说是数学指导了这一学科的发展。

　　最后还要说的就是机械设计及其自动化中的自动化这一方面了。如今的世界经历了多次的工业革命，最早的就是动机的出现，还有到了电力的发明与应用，还有就是近来所经历的信息革命的时代。所以在现在看来信息化的社会里各类信息化的工具更已经不再稀奇了。计算机的出现为传统的各类工具注入了新的活力，机械设备工具更是不例外。机械设备的自动化的应用就是一项十分具有代表性的体现。然而何为自动化，这与数学有何种深入关系呢。机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，其目标是“稳，准，快”。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。所以说，机械的自动化就是是机械设备再计算机的操控下实现无人操作。而在这一过程中最重要的就是计算机的应用了，而再在其中占据最核心地位的就是编程了。这一过程关乎到了设备的工作流程，设备的自动化的程度。更任性化的说法就是让设备能够怎样更具有人性化，能独立精确的处理各类问题。编程的核心理念其实就是数学当中的逻辑问题。程序就是一个处理事件的一个逻辑过程。在我国的基础教育当中，高中中的数学课程就涉及到了编程的内容，一定程度上而言，编程就是数学发展过程中产生的一个分支。再者程序的运作还关系到了硬件设备，比如说计算机，微机还有单片机等等。而总所周知，计算机的发明者在数学上也有相当高的成就，反而言之，计算机的发明正是一定基础上数学发展的产物。起名字就为计算机，计算之意不言而喻。所以自动化的实现就是基于数学的基础之上的。

　　讲到这里，想必关于数学对于机械设计制造及其自动化的作用已经很明显了。不管是从设计开始到机械的制造再到自动化的实现，数学都是必不可少的工具，发挥着相当大的作用。因为有数学的的思想，才有了设计师的灵感，想象力还有令人叹服的设计。因为有数学的方法，才有了机密的机械设备的制造生产，有了精益求精的更近乎完美的机械设备的诞生。因为有了数学发展，带来了信息化的革命，打开了计算机的时代，也为机械设备打开了自动化的时代，使得机械设备拥有了更加绝妙了功能，有了更加人性化的设计，提高了工作的同时也为人类社会带来了更加美好的生活。因此而言，无论是谁作为一名机械设计制造及其自动化专业的学习者和将来的工作者，都能够深深体会到了数学在这门学科中的深远影响和重要作用。从而，就可以得出一个结论，那就是，机械设计自造及其自动化就是一门扎根于数学的学科。两者之间有这不课分割的关系。也许将来的数学的发展又将为机械设计制造及其自动化这门学科的发展带来新的未来。


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