先進(jìn)制造技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

4/4先進(jìn)制造技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢先進(jìn)制造技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

一。精密和超精密加工技術(shù)包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特種加工和復(fù)合加工(如機(jī)械化學(xué)研磨、超聲磨削和電解拋光等)三大領(lǐng)域。超精密加工技術(shù)己向納米(lnm=10-3μm)技術(shù)發(fā)展。納米技術(shù)己在納米機(jī)械學(xué)、納米電子學(xué)和納米材料技術(shù)得到了應(yīng)用。因此，它促進(jìn)了機(jī)械科學(xué)、光學(xué)科學(xué)、測量科學(xué)和電子科學(xué)的發(fā)展。（二）自動化

自動化技術(shù)自20世紀(jì)初出現(xiàn)以后，經(jīng)歷了由剛性自動化向柔性自動化的發(fā)展過程，自動化技術(shù)的成功應(yīng)用，不但提高了效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，還可以代替人去完成危險場合的工作。對于批量較大的生產(chǎn)自動化，可通過機(jī)床自動化改裝、應(yīng)用自動機(jī)床、專用組合機(jī)床、自動生產(chǎn)線來完成。小批量生產(chǎn)自動化可通過NC、MC、CAM、FMS、CIM、IMS等來完成。在未來的自動化技術(shù)實(shí)施過程中，將更加重視人在自動化系統(tǒng)中的作用。（三）信息化

信息、物質(zhì)和能量是制造系統(tǒng)的三要素。產(chǎn)品制造過程中的信息投入，己成為決定產(chǎn)品成本的主要因素。制造過程的實(shí)質(zhì)是對制造過程中各種信息資源的采集、輸入、加工和處理過程，最終形成的產(chǎn)品可看作是信息的物質(zhì)表現(xiàn)，因此可以把信息看作是一種產(chǎn)業(yè)，包括在制造之中。為此一些企業(yè)開始利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)、信息高速公路、衛(wèi)星傳遞數(shù)據(jù)等實(shí)現(xiàn)異地生產(chǎn)。使生產(chǎn)分散網(wǎng)絡(luò)化，以適應(yīng)高柔性生產(chǎn)的需要。（四）柔性化

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，促使產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度不斷加快，這就要求現(xiàn)代企業(yè)必須具備一定的生產(chǎn)柔性來滿足市場多變的需要。所謂柔性，是指一個制造系統(tǒng)適應(yīng)各種生產(chǎn)條件變化的能力，它與系統(tǒng)方案、人員和設(shè)備有關(guān)。系統(tǒng)方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人員柔性是指操作人員能保證加工任務(wù)，完成數(shù)量和時間要求的適應(yīng)能力。設(shè)備柔性是指機(jī)床能在短期內(nèi)適應(yīng)新零件的加工能力。（五）集成化

集成是綜合自動化的一個重要特征。集成的作用是將原來獨(dú)立運(yùn)行的多個單元系統(tǒng)集成一個能協(xié)調(diào)工作的和功能更強(qiáng)的新系統(tǒng)。集成不是簡單的連接，是經(jīng)過統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)，分析原單元系統(tǒng)的作用和相互關(guān)系并進(jìn)行優(yōu)化重組而實(shí)現(xiàn)的。集成化的目的是實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)的功能集成，功能集成要借助現(xiàn)代管理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)和信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)集成，同時還要強(qiáng)調(diào)人的集成，由于系統(tǒng)中不可能沒有人，系統(tǒng)運(yùn)行的效果與企業(yè)經(jīng)營思想、運(yùn)行機(jī)制、管理模式都與人有關(guān)，因此在技術(shù)上集成的同時，還應(yīng)強(qiáng)調(diào)管理與人的集成。（六）智能化

智能化是制造技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。智能制造技術(shù)(IMT)是將人工智能融入制造過程的各個環(huán)節(jié)，在整個制造過程中貫徹智力活動，使系統(tǒng)柔性的方式集成起來，通過模擬人類專家的智能活動，取代或延伸制造系統(tǒng)中的部分腦力勞動，在制造過程中系統(tǒng)能自動監(jiān)測其運(yùn)行狀態(tài)，在受到外界干擾或內(nèi)部激勵能自動調(diào)整其參數(shù)，以達(dá)到最佳狀態(tài)和具備自組織能力。2.3先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1成組技術(shù)(GT)。

成組技術(shù)揭示和利用事物間的相似性,按照一定的準(zhǔn)則分類成組,同組事物采用同一方法進(jìn)行處理,以便提高效益的技術(shù),稱為成組技術(shù)。在機(jī)械制造工程中,成組技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助制造的基礎(chǔ),將成組哲理用于設(shè)計(jì)、制造和管理等整個生產(chǎn)系統(tǒng),改變多品種小批量生產(chǎn)方式,獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。成組技術(shù)的核心是成組工藝,它是將結(jié)構(gòu)、材料、工藝相近似的零件組成一個零件族(組),按零件族制定工藝進(jìn)行加工,擴(kuò)大批量、減少品種、便于采用高效方法、提高勞動生產(chǎn)率。

2.3.2敏捷制造(AM)

敏捷制造是指企業(yè)實(shí)現(xiàn)敏捷生產(chǎn)經(jīng)營的一種制造哲理和生產(chǎn)模式。敏捷制造包括產(chǎn)品制造機(jī)械系統(tǒng)的柔性、員工授權(quán)、制造商和供應(yīng)商關(guān)系、總體品質(zhì)管理及企業(yè)重構(gòu)。敏捷制造是借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),構(gòu)造有多個企業(yè)參加的“VM”環(huán)境,以競爭合作的原則,在虛擬制造環(huán)境下動態(tài)選擇合作伙伴,組成面向任務(wù)的虛擬公司,進(jìn)行快速和最佳生產(chǎn)。

2.3.3并行工程(CE)

并行工程是對產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括制造過程和支持過程)進(jìn)行并行、一體化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)化的工作模式。在傳統(tǒng)的串行開發(fā)過程中,設(shè)計(jì)中的問題或不足,要分別在加工、裝配或售后服務(wù)中才能被發(fā)現(xiàn),然后再修改設(shè)計(jì),改進(jìn)加工、裝配或售后服務(wù)(包括維修服務(wù))。而并行工程就是將設(shè)計(jì)、工藝和制造結(jié)合在一起,利用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)并行作業(yè),大大縮短生產(chǎn)周期。

2.3.4快速成型技術(shù)(RPM)

快速成型技術(shù)是集CAD/CAM技術(shù)、激光加工技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和新材料等技術(shù)領(lǐng)域的最新成果于一體的零件原型制造技術(shù)。它不同于傳統(tǒng)的用材料去除方式制造零件的方法,而是用材料一層一層積累的方式構(gòu)造零件模型。它利用所要制造零件的三維CAD模型數(shù)據(jù)直接生成產(chǎn)品原型,并且可以方便地修改CAD模型后重新制造產(chǎn)品原型。

2.3.5虛擬制造技術(shù)(VMT)

虛擬制造技術(shù)以計(jì)算機(jī)支持的建模、仿真技術(shù)為前提,對設(shè)計(jì)、加工制造、裝配等全過程進(jìn)行統(tǒng)一建模,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段,實(shí)時并行模擬出產(chǎn)品未來制造全過程及其對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響,預(yù)測出產(chǎn)品的性能、產(chǎn)品的制造技術(shù)。虛擬制造系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品是虛擬產(chǎn)品,但具有真實(shí)產(chǎn)品所具有的一切特征。

2.3.6智能制造(IM)

智能制造是制造技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程與人工智能等學(xué)科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術(shù)。其具體表現(xiàn)為:智能設(shè)計(jì)、智能加工、機(jī)器人操作、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調(diào)度與管理、智能裝配、智能測量與診斷等。它強(qiáng)調(diào)通過“智能設(shè)備”和“自治控制”來構(gòu)造新一代的智能制造系統(tǒng)模式。智能制造系統(tǒng)具有自律能力、自組織能力、自學(xué)習(xí)與自我優(yōu)化能力、自修復(fù)能力,因而適應(yīng)性極強(qiáng),而且由于采用VR技術(shù),人機(jī)界面更加友好。因此,智能制造技術(shù)的研究開發(fā)對于提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)、降低成本,提高制造業(yè)市場應(yīng)變能力、國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和國民生活水準(zhǔn),具有重要意義

二先進(jìn)制造國內(nèi)外的現(xiàn)狀

1.我國先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀

自建國以來，尤其是改革開發(fā)20多年以來，我國機(jī)械制造業(yè)得到了迅速地發(fā)展。機(jī)械工業(yè)是我國工業(yè)中發(fā)展最快的行業(yè)之一。

20世紀(jì)70年代以前，產(chǎn)品的技術(shù)相對比較簡單，一個新產(chǎn)品上市，很快就會有相同功能的產(chǎn)品跟著上市。20世紀(jì)80年代以后，隨著市場全球化的進(jìn)一步發(fā)展，市場競爭變得越來越激烈。

20世紀(jì)90年代初，隨著CIMS技術(shù)的大力推廣應(yīng)用，包括有CIMS實(shí)驗(yàn)工程中心和7個開放實(shí)驗(yàn)室的研究環(huán)境已建成。在全國范圍內(nèi)，部署了CIMS的若干研究項(xiàng)目，諸如CIMS軟件工程與標(biāo)準(zhǔn)化、開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與發(fā)展戰(zhàn)略，CIMS總體與集成技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動化、工藝設(shè)計(jì)自動化、柔性制造技術(shù)、管理與決策信息系統(tǒng)、質(zhì)量保證技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及系統(tǒng)理論和方法等均取得了豐碩成果，獲得不同程度的進(jìn)展。但因大部分大型機(jī)械制造企業(yè)和絕大部分中小型機(jī)械制造企業(yè)主要限于CAD和管理信息系統(tǒng)，底層基礎(chǔ)自動化還十分薄弱，數(shù)控機(jī)床由于編程復(fù)雜，還沒有真正發(fā)揮作用。因此，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，我國的制造業(yè)仍然存在一個階段性的整體上的差距。

2.國外先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，普遍采用計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助工程分析(CAE)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)；在加工技術(shù)方面，巳實(shí)現(xiàn)了底層(車間層)的自動化，包括廣泛地采用加工中心(或數(shù)控技術(shù))、自動引導(dǎo)小車(AGV)等．近10余年來，發(fā)達(dá)國家主要從具有全新制造理念的制造系統(tǒng)自動化方面尋找出路，提出了一系列新的制造系統(tǒng)。如計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、并行工程、敏捷制造等。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)它是在自動化技術(shù)、信息技術(shù)和制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)及其軟件，將制造廠全部生產(chǎn)活動所需的各種分散的

自動化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，是適合于多品種、中小批量生產(chǎn)的總體高效率、高柔性的制造系統(tǒng)。首先在功能上，它包含了一個工廠的全部生產(chǎn)經(jīng)營活動，即從市場預(yù)測、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工工藝、制造、管理至售后服務(wù)以及報廢處理的全部活動．因此它比傳統(tǒng)的工廠自動化的范圍要大得多，是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，是工廠自動化的發(fā)展方向。其次，在集成上，它涉及的自動化不是工廠各個環(huán)節(jié)自動化的簡單疊加，而是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布式數(shù)據(jù)庫支持下的有機(jī)集成。這種集成主要體現(xiàn)在以信息和功能為特征的技術(shù)集成，即信息集成和功能集成。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的核心技術(shù)是CAD/cAM技術(shù)。

三我國先進(jìn)制造技術(shù)目前存在的問題和解決措施

半個世紀(jì)來，我國機(jī)械制造業(yè)雖然從無到有，從小到大取得了較快的發(fā)展，但與西方先進(jìn)工業(yè)國家相比還存在這明顯的差距，主要表現(xiàn)在如下方面：

（1）產(chǎn)品檔次低，高水平產(chǎn)品所占比例小目前我國機(jī)械工業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品達(dá)到當(dāng)代國際先進(jìn)水平的不多。

（3）專業(yè)化生產(chǎn)水平低我國基礎(chǔ)零部件、基礎(chǔ)工藝專業(yè)化水平與國外先進(jìn)國家比較存在很大的差距。

（4）企業(yè)生產(chǎn)管理技術(shù)落后目前，我國大部分企業(yè)的生產(chǎn)管理依舊停留在過去計(jì)劃經(jīng)濟(jì)管理方式上，現(xiàn)金管理模式和手段未能得到實(shí)施。

解決我國先進(jìn)制造技術(shù)目前問題應(yīng)：

（1）提高認(rèn)識，全面規(guī)劃，力促先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。

（2）深化科技體制改革，推動技術(shù)創(chuàng)新體系的建設(shè)。

（3）將引進(jìn)消化國外先進(jìn)制造技術(shù)與自主開發(fā)創(chuàng)新相結(jié)合。

（4）大力發(fā)展先進(jìn)高新制造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。

（5）積極培養(yǎng)創(chuàng)造性人才，努力提高制造業(yè)的全員素質(zhì)。

四、結(jié)論

現(xiàn)代制造技術(shù)是現(xiàn)代技術(shù)和工業(yè)創(chuàng)新的集成，是國家制造業(yè)的水平的主要標(biāo)志，也是國家工業(yè)的基礎(chǔ)和支柱。隨著社會的發(fā)展，人們對產(chǎn)品的要求也發(fā)生了很大變化，要求品種要多樣、更新要快捷、質(zhì)量要高檔、使用要方便、價格要合理、外形要美觀、自動化程度要高、售后服務(wù)要好、要滿足人們越來越高的要求，就必須采用先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)。因此，我們應(yīng)抓住機(jī)遇，了解我國機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，把握現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢，使我國從制造業(yè)大國變?yōu)橹圃鞓I(yè)強(qiáng)國。

震.先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京；北京理工大學(xué)出版社，2007

[15]楊叔子，無波.先進(jìn)制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].機(jī)械工程學(xué)報，2003,39(10)；73-78.[16]吳良芹.先進(jìn)制造技術(shù)及其發(fā)展[J].機(jī)械制造自動化，2009,37(1)；84-86.

[17]趙勇，查建中.敏捷制造研究新進(jìn)展及應(yīng)用前景[J].高技術(shù)通訊，2002(10):107-110.[