淺論先進制造技術

先進機械制造術的特點及發(fā)展趨勢摘要本文介紹了當今制造技術面臨的問題論述了先進制造的前沿科學并展望了先進制造技術的發(fā)展前景競能最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)的產(chǎn)品的市場占有率上著濟技術的高速發(fā)展以及顧客需求和市場環(huán)境的不斷變化種爭日趨激烈而各國政府都非常重視對先進制造技術的研究。引機械制造技術是研究產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、加工制造、銷售使用、維修服務乃至回收再生的整個過程的工程學,是以提高質量效益競力為目包含物質流信流和能量流的完整的系統(tǒng)工程社會的人們對產(chǎn)品的要求也發(fā)生了很大變,要求品種要多樣、更新要快捷、質量要高檔、使用要方便、價格要合理、外形要美觀、自動化程度要高、售后服務要好、要滿足人們越來越高的要就必須采用先進的機械制造技術。一先進造術特1.先進制造技術是面向21世紀的技術先進制造技術是制造技術的最新發(fā)展階段由統(tǒng)的制造技術發(fā)展起來的保了過去制造技術中的有效要素要不斷吸收各種高新技術成果滲到產(chǎn)品生產(chǎn)的所有領域及其全部過程進造技術現(xiàn)代高新技術相結合而產(chǎn)生了一個完整的技術群是有明確范疇的新的技術領域，是面向21世紀技術。2.先進制造技術是面向工業(yè)應用的技先進制造技術并不限于制造過程本身及產(chǎn)品從市場調(diào)研開及工藝設計、生產(chǎn)準備加制造售服務等產(chǎn)品壽命周期的所有內(nèi)容將它們結合成一個有機的整體進造技術的應用特別注產(chǎn)生最好的實際效果目標是為了提高企業(yè)競爭和促進國家經(jīng)濟和綜合實力的增長。目的是要提高制造業(yè)的綜合經(jīng)濟效益和社會效益。3.先進制造技術是駕馭生產(chǎn)過程的系統(tǒng)工程先進制造技術特別強調(diào)計算機技術信息技術、傳感技術、自動化技術材料技術和現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術在產(chǎn)品設計造和生產(chǎn)組織管理銷及售后服務等方面的應用要不斷吸收各種高新技術成果與傳統(tǒng)制造技術相結合造術成為能駕馭生產(chǎn)過程的物質流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。4.先進制造技術是面向全球競爭的技術20世紀80年以來，市場的全化有了進一步的發(fā)展，發(fā)國家通過金融、經(jīng)濟、科技手段爭奪市場傾產(chǎn)品輸出資本。隨著全球市場的形成得市場競爭變得越來越激烈先制造技術正是為適應種激烈的市場競爭而出現(xiàn)的此一國家的先進制造技術，它的主體應該具有世界先進水平，應能支持該國制造業(yè)在全球市場的競爭力。5.先進制造技術是市場競爭三要素的統(tǒng)一在20世70年代以前，產(chǎn)品的術相對比較簡單，一個新產(chǎn)品上市，很快就會有相同功能的產(chǎn)品跟著上市因市競爭的核心是如何提高生產(chǎn)率了20世80年以后，制造業(yè)要贏得市場競爭的主要矛盾已經(jīng)從提高勞動生產(chǎn)率轉變?yōu)橐詴r間為核心的時間、成本和質量的三要素的矛盾制造技術把這三個矛盾有機結合起來者達到了統(tǒng)一。二先機制技的展狀

近年來我國的制造業(yè)不斷采用進制造技術與工業(yè)發(fā)達國家相比仍然存在一個階段性的整體上的差距。1.管理方面工業(yè)發(fā)達國家廣泛采用計算機管理，重視組織和管理體制、生產(chǎn)模式的更新發(fā)展，推出了準時生產(chǎn)JIT）、敏捷制造AM）、精益生產(chǎn)LP）、并行工程（）新的管理思想和技術國有少數(shù)大型企業(yè)部采用了計算機輔助管理數(shù)小型企業(yè)仍處于經(jīng)驗管理階段。2.設計方面工業(yè)發(fā)達國家不斷更新設計數(shù)據(jù)和準則用的設計方法泛用計算機輔助設計技CAD/CAM型企業(yè)開始圖紙的設計和生產(chǎn)國用CAD/CAM技的比例較低。3.制造工藝方面工業(yè)發(fā)達國家較廣泛的采用高精密加工、精細加工、微細加工、微型機械和微/納米技術激加工技術、電磁加工術、超塑加工技術以及復合加工技術等新型加工方法。我國普及率不高，尚在開發(fā)、掌握之中。4.自動化技術方面工業(yè)發(fā)達國家普遍采用數(shù)控機床中心及柔性制造單造系計算機集成制造系統(tǒng)CIMS）實現(xiàn)了柔性自動化、知識智能化、集成化。我國尚處在單機自動化、剛性自動化階段，柔性制造單元和系統(tǒng)僅在少數(shù)企業(yè)使用。（）效精密、超精密加工技術，包括精密、超精密磨削、車削，細微加工技術，納米加工技術。超高速切削。精密加工一般指加工精度在10～0.1μm（相當于級度和IT5級以上精度面粗糙度值在0.1μm下的加工方法，如金剛車、金剛鏜、研磨、珩磨、超精研、砂帶磨、鏡面磨削和冷壓加工等。用于精密機床、精密測量儀器等制造業(yè)中的關鍵零件加工，如精密絲杠、精密齒輪、精密蝸輪、精密導軌、精密滾動軸承等，在當前制造工業(yè)中占有極重要的地位。超精密加工是指被加工零件的尺寸公差為0～0.01μm數(shù)量級，表面粗糙度Ra值0.001μ量級的加工方法。此外，精密加工與特種加工般都是計算機控制的自動化加工。（精密成型制造技術，包括效、精密、潔凈鑄造、鍛造、沖壓、焊接及熱處理與表面處理技術代特種加工技術括高能束（主要是激光束以及電子束離子束等）加工，電解加工與電火花（成型與線切割）加工、超聲波加工、高壓水加工等。電火花加工(Electricaldischargemachining電火花加工sparkmachining是在一定介質中，通過工具電極和工件電極之間脈沖放電的電蝕作用對工件進行的加工。能對任何導電材料加工而不受被加工材料強度和硬度的限制電火花成型加(EDM)和火花線切割加工電花線切割加工electricaldischargewire–cutting--EDW)兩大類。一般都采用控制。（快成型制（RPM).快成形技術是在計算機控制下于離散堆積原理采用不同方法堆積材料最終完成零件的成型與制造的技術成型角度看零可視“點”“”的疊加而成。從CAD電模型中散得到點、面的幾何信息，再與成型工藝參數(shù)信息結合，控制材料有規(guī)律、精確地由點到面，由面到體地堆積零件。三、制造自動化技術計算機控制自動化技術

（）控技術與數(shù)控機床；數(shù)控加工技術是為了實現(xiàn)機床控制自動化要求而發(fā)展的。它是指用代碼化的數(shù)字字及符號示加工要求、零件尺寸及其參數(shù)、加工步驟等控介質輸入到控制裝置經(jīng)過微進行處理與計算，發(fā)出各種控制信號與數(shù)據(jù)，使機床各部件自動協(xié)調(diào)運動，實現(xiàn)自動加工的技術用控加工技術的機床，稱為數(shù)控機床。數(shù)控加工的主要特點是：加工的零件精度高；生產(chǎn)效率高；特別適合加工形狀復雜的輪廓表面；有利于實現(xiàn)計算機輔助制造；對操作不含編程人員）技術水平的要求相對較低始資大、加工成本高。此外，數(shù)控機床是技術密集型的機電一體化產(chǎn)品加工技術的復雜性和綜合性加大了維修工作的難度，需要配備素質較高的維修人員和維修設備。（）業(yè)機器人（用于物流與加工）及物流設備；工業(yè)機器人是一種可編程的智能型自動化設備是應用計算機進行控制替代人進行工作的高度自動化系統(tǒng)最近聯(lián)國標準化組織采用的機器人的定義是種以反復編程的多功能的、用來搬運材料、零件、工具的操作機無人參與的情況，工業(yè)機器人可以自動按不同軌跡、不同運動方式完成規(guī)定動作和各種任務人機手的主要區(qū)別是手是沒有自主能力重復編程，只能完成定位點不變的簡單的重復動作器人是由計算機控制的可復編程能完成任意定位的復雜運動。（）性制造系統(tǒng)FMC,FMS,FML括加工設備CNC機床測備、物料輸送（工業(yè)機器人動交換托APC輸送臺RGV和儲存設立倉庫等數(shù)柔性制造系統(tǒng)）現(xiàn)代機械制造業(yè)中的新型自動化生產(chǎn)設備，它是為填補占機械制造中70％的中小批量生產(chǎn)自動而發(fā)展起來的要包括若干臺數(shù)控機床和加工中其他直接參加產(chǎn)品零部件生產(chǎn)的自動化設備套自動物料（包括工件和刀具）搬運系統(tǒng)連接起來分式多級計算系統(tǒng)進行綜合管理與控制適柔性的高效率零件加工（或零部件生產(chǎn)謂性的零件加工是指能夠同時地和交替地加工不同的但是同系統(tǒng)的零件柔性制造系統(tǒng)的適用范圍廣主要解決了單件小批生產(chǎn)的自動化和中大批多品種的自動化加工。它把高柔性、高質量、高效率結合和統(tǒng)一起來，在當今具有很強的生命力（）算機集成制造（CIM）工廠自動化FA算機集成制造系統(tǒng)）由計算機管理系統(tǒng)、計算機輔助設計與制造CAD/CAM以及性制造系統(tǒng)（還可能有其他生產(chǎn)單元）組成。CIMS是品生產(chǎn)過程的各子系統(tǒng)的完美集成，即把工程設計、生產(chǎn)制造、市場分析和其他支持功能合理地通過計算機網(wǎng)絡有機地集合成一個整體，以實現(xiàn)生產(chǎn)的柔性化、優(yōu)化、自動化和集成化，達到高效率、高質量、低成本而靈活生產(chǎn)的目的。三先生模制造生產(chǎn)模式是制造業(yè)為了提高產(chǎn)品質量場競爭力生規(guī)模和生產(chǎn)速度以成特定的生產(chǎn)任務而采取的一種有效的生產(chǎn)方式和一定的生產(chǎn)組織形式生模式具有鮮明的時代性代進制造生產(chǎn)式是從傳統(tǒng)的制造生產(chǎn)模式中發(fā)展化逐步創(chuàng)新的過程而來業(yè)時代的福特大批生產(chǎn)模式是以提供廉價的產(chǎn)品為主要目的息化時代的柔性生產(chǎn)模式生模式制造模式等是以快速滿足顧客的多樣化需求為主要目的；未來發(fā)展趨勢是知識化時代的綠色制造生產(chǎn)模式產(chǎn)品的整個生命周期中有利于環(huán)境保護減少能源消耗為主要目的。在統(tǒng)制造技術逐步向現(xiàn)代高新技術發(fā)展、滲透、交匯和演變的過程中形了先進造技術的同時現(xiàn)了一系列先進制造模式根據(jù)國際生產(chǎn)工程學會CIRP）10年的計，發(fā)達國家所涌現(xiàn)的先進制造系統(tǒng)和先進制造生產(chǎn)模式就多達33種。達國家制造業(yè)企業(yè)，特別是跨國公司和創(chuàng)新型中小企業(yè)已廣泛采用了一些新的制造模式和制造系統(tǒng)，如：柔性制造系統(tǒng)FMS算機集成制造系統(tǒng)（CIMS益生產(chǎn)模式LP潔生產(chǎn)模式CP效快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)；虛擬制造模式）。目

前，正在開發(fā)下一代制造和生產(chǎn)模式，如：并行工程和協(xié)同制造物造BM絡化制造和下一代制造系統(tǒng)（NGMS）。一柔生產(chǎn)模式由英國莫林斯Molins公司首次提出的柔性生產(chǎn)模式，在20世紀70年代末得到推廣應用式主要靠有高度柔性的以計算機數(shù)控機床為主的制造設備來實現(xiàn)多品種小批量的生產(chǎn)以增強制業(yè)的靈活性和應變能力縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期提高設備使用效率和員工勞動生產(chǎn)率且改進產(chǎn)品質量。二智制造模式該模式是在制造生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中，應用智能制造技術和系統(tǒng)，以一種高度柔性和高度集成的方式，通過計算機模擬專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決策便代或延伸制過程中人的部分腦力勞動對類專家的制造智能進行了完善、繼承和發(fā)展。因智能制造可實現(xiàn)決策自動化，實現(xiàn)“制造智能”和制造技術的“智能化而現(xiàn)制造生產(chǎn)的信化和自動化。三精生產(chǎn)模式該生產(chǎn)模式是由1990美國麻省理工學院在總結第二次世界大戰(zhàn)后以豐田汽車為代表的日本制造工業(yè)的經(jīng)驗時提出的。這種模式以改革企業(yè)生產(chǎn)管理為特點，其基本要求是企業(yè)在生產(chǎn)過程中要同時獲得極高的生產(chǎn)率的產(chǎn)品質量和極大的生產(chǎn)柔性所產(chǎn)出的產(chǎn)品具有精益點可消除制造企業(yè)因采用大量生產(chǎn)方式所造成的過于臃腫和浪費的缺點，實施“精簡、消腫”的對策，以及“精益求精”的管理思想。該模式要求產(chǎn)品優(yōu)質，且充分考慮人的因素，采用靈活的小組工作方式和強調(diào)合作的并行工作方式；在生產(chǎn)技術上是采用適度的自動化技術制企業(yè)的資源能夠得到合理的配置分利用。四敏制造模式產(chǎn)生于20世紀80年代期的敏捷制造模式與虛擬制造生產(chǎn)模式一起被美國政府作為具有劃時代意義的21世紀制造企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略模是將柔性制造的先進技術熟掌握的生產(chǎn)技能素質的勞動力以促進企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間的靈活管理三者集成在一起用信息技術對千變?nèi)f化的市場機遇做出快速響應大度地滿足顧客的要求這種模式促進了傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)生根本性變化因特網(wǎng)為代表的信息技術導致制造企業(yè)的管理體制和生產(chǎn)模式發(fā)生根本變化制造生產(chǎn)模式的新概念和新理論不斷出現(xiàn)，推動著制造科學發(fā)展，例如分形制造、生物制造、全球制造、全能制造和智能制造等新概念的問世。五高快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)模式該模式是在對柔性生產(chǎn)、精益生產(chǎn)和敏捷制造這三種制造生產(chǎn)模式的優(yōu)點進行比較、綜合和創(chuàng)新之后，于1995年提出的，目前已開始推廣應用。高效快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)模式是上述三種模式的理論和實踐在更高層次上的有機集成生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征是對市場的靈活快速反應的制造資源的有效集成。六極制造模式，現(xiàn)代制造技術正在從常規(guī)制造、傳統(tǒng)制造向非常規(guī)制造及極端制造發(fā)展，因而出現(xiàn)了極端制造模式。極端制造是指在極端條件或環(huán)境下，制造極端尺度或極高功能的器件和功能系統(tǒng)。當前，極端制造已成為制造技術發(fā)展的重要領域，極端制造集中表現(xiàn)在微細制造、超精密制造、巨系統(tǒng)制造和強場（如強能量場）制造，例如：制造空天飛行器、超常規(guī)動力裝備、超大型冶金和石油化工裝備等極大尺寸和極強功能的重大裝備，制造微納電子器件、微納光機電系統(tǒng)等極小尺度和極高精度的產(chǎn)品。四先制模與進造術關人們對于制造技術與先進制造技術IET（in-dustryengineeringtechnology）的聯(lián)系與區(qū)別是比較清楚的。既然把制造模式與制造技術看作兩個不同的概念，就應研究AMM與IET的系。

a在柔性制造模式中應用設施劃與物流分析技術其物流的運儲環(huán)節(jié)中物流的搬運、移動、貯存和控制各個環(huán)節(jié)分別進行研究，按照物料搬運原則，選擇合理的搬運方法，同時根據(jù)物料的特性和需求時間選擇合適的儲存位置便于控制和節(jié)省搬運時間而到壓縮庫存的目的；b考慮到精益生產(chǎn)強調(diào)向管理要效益大限度地調(diào)動人的積極性以及人力資源本身具有的支配性、自控性、成長性和社會性等特征，應將人因工程技術引入到精益生產(chǎn)中，協(xié)調(diào)人機環(huán)之間的關系，使系統(tǒng)和諧、流暢的運行；c將人力資源開發(fā)技術與創(chuàng)新術引入敏捷制造中足敏捷制造對企業(yè)整體創(chuàng)新性的要求，使企業(yè)更具“敏捷性戶需求、個性化設定和市場變化，做出全方位快速響應；d）利用工程經(jīng)濟分析全工程品控制、成本控制和價值工程等技術可以對各制造模式所應用的系統(tǒng)進行全面的研究、改進，使各模式能更好地與其應用的系統(tǒng)配套運行，達到提高品質和降低成本的目的。因此，解決先進制造系統(tǒng)中的各種問題如何分析企業(yè)現(xiàn)狀確發(fā)展戰(zhàn)略如何依靠科技進步，提高效率和效益何提高管理水平適應兩個市場競爭的要求等均是各項IET的武之地。IET將實現(xiàn)AMM提供更具體程化學的方法和手段，優(yōu)化利用企業(yè)內(nèi)外的各種資源，確保企業(yè)不斷提高效益。五械造術發(fā)展勢國進一．發(fā)展方向1.全化一方面由于國際和國內(nèi)市場上的競爭越來越激烈如機械制造業(yè)中內(nèi)已有不少企業(yè)至是知名度很高的企種無情的競爭中紛紛落敗倒閉的兼并。不少暫時還在國內(nèi)市場上占有份額的企業(yè)得不擴展新的市場另方面網(wǎng)絡通訊技術的快速發(fā)展推動了企業(yè)向著既競爭又合作的方向發(fā)展發(fā)展進一步激化了國際間市場的競爭這個原因的相互作用已成為全球化制造業(yè)發(fā)展的動力球化制造的第一個技術基礎是網(wǎng)絡化，網(wǎng)絡通訊技術使制造的全球化得以實現(xiàn)。2.網(wǎng)化網(wǎng)絡通訊技術的迅速發(fā)展和普及企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營活動帶來了革命性的變革品設計、物料選擇、零件制造、市場開拓與產(chǎn)品銷售都可以異地或跨越國界進行。此外，網(wǎng)絡通訊技術的快速發(fā)展加速技術息的交流加強產(chǎn)品開發(fā)的合作和經(jīng)營管理的學習動了企業(yè)向著既競爭又合作的方向發(fā)展。3.虛化制造過程中的虛擬技術是指面向產(chǎn)品生產(chǎn)過程的模擬和檢驗驗品的可加工性工方法和工藝的合理性以化品的制造工藝保產(chǎn)品質量生周期和最低成本為目標，進行生產(chǎn)過程計劃、組織管理、車間調(diào)度、供應鏈及物流設計的建模和仿真。虛擬化的核心是計算機仿真，通過仿真軟件來模擬真實系統(tǒng)，以保證產(chǎn)品設計和產(chǎn)品工藝的合理性，保證產(chǎn)品制造的成功和生產(chǎn)周期，發(fā)現(xiàn)設計、生產(chǎn)中不可避免的缺陷和錯誤。4.自化自動化是一個動態(tài)概念，目前它的研究主要表現(xiàn)在制造系統(tǒng)中的集成技術和系統(tǒng)技術、人機一體化制造系統(tǒng)制造單元術制造過程的計劃和調(diào)度柔制造技術和適應現(xiàn)化生產(chǎn)模式的制造環(huán)境等方面制造自動化技術的發(fā)展趨勢是制造全球化造捷化制網(wǎng)

絡化、制造虛擬化、制造智能化和制造綠色化。5.綠化綠色制造則通過綠色生產(chǎn)過程、色設計、綠色材料、綠色設備、綠色工藝、綠色包裝綠管理等生產(chǎn)出綠色產(chǎn)品品使用完以后再通過綠色處理后加以回收利用用綠色制造能最大限度地減少制造對環(huán)境的負面影響使材料和能源的利用效率達到最高。二．先進制造工藝技術（）效精密、超精密加工技術，包括精密、超精密磨削、車削，細微加工技術，納米加工技術。超高速切削。精密加工一般指加工精度在10～0.1μm（相當于級度和IT5級以上精度面粗糙度值在0.1μm下的加工方法，如金剛車、金剛鏜、研磨、珩磨、超精研、砂帶磨、鏡面磨削和冷壓加工等。用于精密機床、精密測量儀器等制造業(yè)中的關鍵零件加工，如精密絲杠、精密齒輪、精密蝸輪、精密導軌、精密滾動軸承等，在當前制造工業(yè)中占有極重要的地位。超精密加工是指被加工零件的尺寸公差為0～0.01μm數(shù)量級，表面粗糙度Ra值0.001μ量級的加工方法。此外，精密加工與特種加工般都是計算機控制的自動化加工。（精密成型制造技術，包括效、精密、潔凈鑄造、鍛造、沖壓、焊接及熱處理與表面處理技術。（）代特種加工技術，包括高能束流（主要是激光束、以及電子束、離子束等）加工，電解加工與電火花（成型與線切割）加工、超聲波加工、高壓水加工等。電火花加工(Electricaldischargemachining電花加工sparkmachining指在一定介質中過具電極和工電極之間脈沖放電的電蝕作用對工件進行的加工對任何導電材料加工而不受被加工材料強度和硬度的限制?？煞譃殡娀鸹ǔ尚图?EDM)和火花線切割加(電火花線切割加工electricaldischargewire–cutting--EDW)兩大類。一般都采用控制。（快成型制（RPM).快成形技術是在計算機控制下于離散堆積原理采用不同方法堆積材料最終完成零件的成型與制造的技術成型角度看零可視“點”“”的疊加而成。從CAD電模型中散得到點、面的幾何信息，再與成型工藝參數(shù)信息結合，控制材料有規(guī)律、精確地由點到面，由面到體地堆積零件。三．計算機控制自動化技術（）控技術與數(shù)控機床；數(shù)控加工技術是為了實現(xiàn)機床控制自動化要求而發(fā)展的。它是指用代碼化的數(shù)字字及符號示加工要求、零件尺寸及其參數(shù)、加工步驟等控介質輸?shù)娇刂蒲b置經(jīng)微進行處理與計算，發(fā)出各種控制信號與數(shù)據(jù)，使機床各部件自動協(xié)調(diào)運動，實現(xiàn)自動加工的技術用控加工技術的機床，稱為數(shù)控機床。數(shù)控加工的主要特點是：加工的零件精度高；生產(chǎn)效率高；特別適合加工形狀復雜的輪廓表面；有利于實現(xiàn)計算機輔助制造；對操作不含編程人員）技術水平的要求相對較低始資大、加工成本高。此外，數(shù)控機床是技術密集型的機電一體化產(chǎn)品工技術的復雜性和綜合性加大了維修工作的難度，需要配備素質較高的維修人員和維修設備。（）業(yè)機器人（用于物流與加工）及物流設備；工業(yè)機器人是一種可編程的智能型自動化設備是應