先进制造技术在机械制造业中的应用现状及发展趋势

先进制造技术在机械制造业中的应用现状及发展趋势 * * (******** 机电系 ** ** ******) 制造业是国家经济发展的重要支柱，制造技术是制造业赖以发展的支撑，是发展竞争优势的有力武器。在制造技术近 2 0 0年的发展过程中，经历了从作 机器生产、向批量生产、低成本大量生产、高质量生产、柔性生产、直到目坊? 前面向市场的生产的变化过程，并进一步向面向顾客生产方向前进。正是为了实现这种生产方式的转变，先进制造技术 (Advanced Manufacturing Technology，简称,,,)应运而生。它是传统制造技术不断吸收机械、电子、材料、能源、信息及现代管理等技术成果，将其综合应用于制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁和灵活生产，取得理想经济效果的制造技术的总称。 [1]1.先进制造技术的概念 [2] 先进制造技术一词出现于2 0世纪80年代末，在1994年美国政府就以批准将先进制造技术列为当今唯一重点支持的科学领域。它是美国学者根据当时本国制造业面临的挑战和机遇，对其制造业中存在的问题进行深刻反省，重新认识到制造业在国民经济中的地位和作用后提出的一个新概念。关于先进制造技术的定义，目前理论界尚没有一个一致公认的严格定义。有学者认为:先进制造技术是一个技术群，它是以计算机技术为支柱，综合应用信息、材料、能源、环保等高新技术及现代管理技术于产品设计、加工、生产管理和产品销售等制造全过程的制造技术的总称。 今天的先进制造技术已由传统的机械制造技术经过改造融合吸收、蜕变升华为集机械、液压、电子、光声射线、信息科学、材料科学、检测、通讯、自动控制及其他领域最新成就的崭新科学与高新科技的浓缩一体化的结合产物，是机械、材料、电子、信息、自动化、管理、环保等多门学科的理论和技术相互渗透，共同发展而形成的技术综合体。它的基本内容包括:柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、加工中心(MC)、数控技术(CNC)、激光加工、特种加工、机器人、自动检测技术、自动化仓库以及自动化车间、自动化工厂等硬件装备和物料需求 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 (MRP)、网上制造技术(e—M)、制造资源计划、计算机辅助设 计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机管理信息系统(MIS)、专家系统等软件工具和技术体系。 2.先进制造技术在机械制造业中的应用基础及应用领域 2.1 数控技术是应用与发展先进制造技术的基础 随着微电子技术、计算机技术和自动控制技术的飞速发展，数控技术得到了新的发展。特别是PC机进入数控系统后，使数控系统由封闭型向开放型的体系结构转化，数控技术已应用在各种各样的机床上，形成了数控车床、数控铣床、数控磨床等，并发展了工序集中的复合数控机床(加工中心)，开发出了FMC，从而为FMS和CIMS奠定了基础。数控技术广泛应用于制造业的各部门，已成为先进加工技术的基础。 2.1.1 数控技术是应用制造技术的基础和核心 数控技术是数字化技术在机械制造行业应用的高新技术，是机械加工工业向现代化发展的关键技术。数控技术的广泛含义是指对流程工业的过程控制和对机械制造业的运行控制。数控技术是现代化工业的基础技术，数控技术的推广应用，为机械制造业由刚性自动化向柔性自动化的过渡发展做出了重要的贡献，揭开了机械制造业第三次历史性的技术改造的序幕。 [3]2.1.2 数控技术的推广应用给机械制造业带来了重大变革 ? 数控技术的推广应用带来了机床行业的重大变革 数控技术的典型产品是数控机床。数控机床是工厂自动化的基础，数控机床拥有量的多少是衡量一个国家制造业现代化水平的重要标志。数控机床的发展直接影响到国民经济各部门制造技术水平的提高，是发展航空、航天等国防工业的重要装备，是实现国民经济各部门制造技术与国际接轨的关键设备。 数控技术的推广应用给机床行业带来的重大变革主要体现在以下几个方面: ? 数控技术促进了旧机床数控化的改造; ? 数控技术为数控机床发展奠定了基础; ? 数控技术的推广应用促进了制造工艺的发展 随着数控技术的发展，常规加工工艺条件得以变更，工艺参数的优化成为可能，从而为实现优质、低耗、洁净、灵活的目标奠定了基础。数控技术的推广应 用使得以优质、低耗、洁净、灵活为特征的先进制造工艺在国内得到高度重视及应用。 ? 数控技术的推广应用促进了制造技术向高层次发展 数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础。数控技术的推广应用和产业化，将大大促进机械加工工业的产业结构、产品结构、生产方式和管理体制发生深刻的变革。 2.2 先进制造技术在机械制造业中的应用领域 近年来，由于先进技术的发展和市场需求的变化，通用机床、专用机床及组合机床自动线都向着柔性化方向发展，传统的以单台机床为单位的“机台”的概念，也逐渐让位于“制造单元”和以“加工中心为基础的制造系统”，并且出现了带自动刀库的加工中心和可换主轴箱的加工中心，通过加工中心，将通用机床和专用机床溶为一体，演变成为 “柔性加工系统”。加工中心的出现和发展是依赖于NC、CNC技术以及机械手、机器人和自动仓库技术的发展。结合光学、电子学和其他机电一体化技术的柔性化的可变制造系统已经进入实用化阶段。 据统计，工业发达国家的机械制造业占整个国家制造业的 6 0 %以上，因而先进制造技术与机械制造技术的关系密不可分。一方面，先进制造技术广泛应用于机械制造业的各个方面，使得先进制造技术的技术理论得以具体应用和实现，并推动机械制造业的迅猛发展;另一方面，机械制造业由于本身生产的需要，出现的各种新工艺、新技术，又丰富和发展了先进制造技术的理论，并可以推广到其他制造领域，具体体现在: ? 在产品的设计开发中应用了现代设计技术的最新成果 在机械制造过程中，机械产品的设计、开发已不断应用了现代设计的思想和方法。绿色设计、并行工程、计算机辅助设计、可靠性设计、模糊设计及虚拟技术等现代设计方法和技术，从根本上改变了传统设计的思想和方法。从设计内容上看，传统的机械产品设计将设计过程划分为 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计、技术设计和工艺设计，设计的内容过于狭窄。而现代设计的内容已扩展到产品规划、制造、检验、营销、维护、报废、回收等全过程的全方位设计;从设计方法上看，传统设计往往是根据经验的积累、单一的知识、落后的工具来进行的，而现代设计以计算机辅助设计技术为主体，以多种学科及技术为手段，并实现设计过程的并行化、最优化、精确化。 ? 在产品的制造过程中涌现了大量的新工艺、新技术 机械制造工艺是将原材料、半成品加工成机械产品的方法和过程，是整个机械制造全过程的主要部分，在这个过程中，由于先进制造技术的渗透，结合生产实际的需要，已涌现了大量的新工艺、新技术。在毛坯制造方面，近几年出现了钢液精炼与保护成套技术，高效金属型铸造工艺及设备，新型焊接电源及控制技术，激光焊接与切割技术等高新技术;在机械加工方面，出现了精密加工、超精密加工技术，高速切削与高速磨削技术，难加工材料的切削技术，复杂型面的数控加工技术等;在热处理方面，近几年出现了可控气氛热处理、真空热处理、激光表面合金化等先进技术;在自动化生产方面，已广泛应用机床数控技术、工业机器人、柔性制造技术、传感技术、集成制造技术、自动检测及信号识别技术等。这些新技术一方面满足了机械制造本身的需要，同时又支撑了先进制造技术的体系。 ? 先进制造技术的应用引起了企业组织管理模式的重大变革 在大批量生产方式下，企业的组织管理模式主要是功能专业化，采用刚性生产线，各个部门各司其职。当今，机械制造业的生产方式正向着中、小批量生产方式转变，因而企业的组织和管理模式也必须与之相适应。由于先进制造技术在机械制造业中的应用，企业的组织管理模式发生了多方面的转变。 1 ) 从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变; 2 ) 从按功能划分部门的固定组织形式向动态、自主管理的小组组织形式转变; 3 ) 从金字塔式的多层次生产管理结构向扁平的网络结构转变; 4) 从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变; 5) 从以技术为中心向以人为中心转变。 3.机械制造业未来发展的趋势 当今，世界各工业强国都十分重视对先进制造技术的研究和应用，制造技术 [4]通过发展，所取得的重大创新如表1所示: 表 1 制造技术的重大创新 机器名称 技术创新 数控 (,,) 从磁带中读出电子化指令 计算机数控 机器中有计算机存储器 (,,,) 直接数控 (,机器中有计算机存储器并且机器与中央机联网 ,,) 柔性加工中心几台直接数控型机器实行电子化控制并有专门设备 (如机器人(,,,) 或自动制导车 )在机器间传送原料与零部件 计算机集成制柔性制造系统的扩展 ,包括计算机辅助制造、库存量管理控制、造(,，,) 仓储和运输 由于先进制造技术的推动，机械制造业未来的发展出现以下几个趋势。 ? .柔性化制造 随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们对产品的需求是多样化的，这就决定了未来机械制造的生产方式是多品种、小批量。针对这一趋势，机械制造的生产必须具有较大的灵活性，才能缩短产品的制造周期，提高机床利用率，减小在制品数量，这就需要广泛建立和应用柔性制造系统 (FMS)，即把若干台数控加工系统、物料自动搬运系统及自动上下工件系统、立体仓库等系统集成起来，形成一个完整的生产系统。柔性制造系统是制造业向现代自动化生产发展的基础。 ? .自动化生产 自动化生产可以大幅度提高生产率，同时，大大降低工人的劳动强度，改善工作环境。因此，自动化生产是未来机械制造业发展的一个重要方向，这就需要大力发展自动化技术和自动化设备。 ? .精密加工、超精密加工、特种加工技术 社会的发展对机械产品的质量提出了越来越高的要求，诸如一些军工产品、航空航天产品、仪器仪表产品、电子产品、微型机械产品，其精度要求已达到微米级、亚微米级、甚至纳米级，这样的精度要求是普通加工方法难以或根本不能达到的，这决定了发展精密加工、超精密加工技术以及诸如激光加工、电火花加工等特种加工技术是机械制造未来的一个重点。其中激光技术应用于制造业中，有着更广泛的意义:例如:纽约Akron strippit-Houdaille公司将激光器与小 组合冲孔机结合，因为激光束直径仅仅是人头发的两倍那么粗细，编程人员可以根据所设想的两维、三维空间形状加以切割与冲凿，同时可以切割小半转角，沿任何方向，以任意角度移动和转动。它能切割一般冲孔机所不能切割的小角弧面与冲凿曲面工艺品，这也为模具制造带来了莫大的福音和便利。 [5] 目前，发达国家采用超精密特种加工方法已能加工出纳米级的大规模集成电路芯片(加工精度2.5nm，粗糙度4.5nm)。超精密加工的对象已由加工单件、小批量的工具、量具等扩展到大批量工件生产和高科技产品(如磁盘、录象机磁头、大规模集成电路、精密雷达等)的加工。此外，超高速加工等高效节能加工技术也是当前的发展趋势，比如:采用陶瓷刀具切削速度已达到800,1000m/s。 ?. 微系统及其制造技术研究 微系统(micro-system)是机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物。早在1959年就有科学家提出微型机械的设想，1962年第一个硅微型压力传感器问世，其后，开发出了尺寸50,500μm的齿轮、齿轮泵、气动涡轮及连接件等微型机构。1987年，美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60,120μm的硅微型静电电机，显示出利用硅微加工工艺制造微小可动结构并与集成电路兼容、制造微小系统的潜力。微系统技术有可能象20世纪的微电子技术那样，在21世纪对世界科技、经济发展和国防建设产生巨大的影响。 近10年来，微系统的发展令人瞻目。其特点如下: 相当数量的微型元器件和微系统研究成功，体现了其现实的和潜在的应用价值;多种微型制造技术的发展，特别是半导体微细加工技术已成为微系统的支撑技术。 ?. 计算机集成制造化 机械制造业为了在激烈的竞争中求生存、求发展，需要进一步缩短产品研制周期和交货时间，提高产品质量，降低成本，发展计算机集成制造化模式是机械制造业的必然发展趋势。计算机集成制造系统的各功能部分又包含许多相对独立的子系统，它们之间用数据库、网络、系统技术、人工智能等技术实现功能集成。 ? .绿色制造普及化 随着人们对环保的要求越来越高，环保意识不断增强，绿色制造将成为 2 1世纪制造业的重要特征。制造业不仅要解决生产过程中的污染和资源浪费问题，更重要的是要为社会提供没有污染、节约资源的产品。 [4]4.我国制造业的基本状况及应用策略 4.1 我国制造业的基本状况 我国制造业的现状与西方发达国家相比有很大差距，与实施,,,的要求之间也有明显的距离，主要表现在:技术装备落后，数控率约为 1 %;企业生产规模小，技术改造能力差;计算机应用历史短且深度不够;员工素质低，缺乏有效的员工继续教育手段;企业经营管理手段落后;市场需求的不稳定和不确定性;非经济因素的干扰和影响等。 [6]4.2 我国制造业应用,,,的策略 研究和应用,,,，改造制造业传统的生产体系和制造模式，改变其落后的生产方式，缩小与先进发达国家的阶段性差距，是一项十分紧迫而又艰巨的任务，必须整体规划，有计划有步骤地加以推进。从我国企业目前现状来看，由于缺乏大的资金投入，管理基础也比较薄弱，实施生产制造系统的改造必须从实际出发。在对自身作出系统分析的基础上，根据市场、人力、资金、基础条件等各环节，确定重点和行动计划。具体地说，可以按以下步骤实施: 1 ) 转变观念，提高认识 ,,,是制造业的工程技术界以系统工程和工业工程的思想和观念审视制造技术的发展和促进制造业繁荣的一种体现。,,,的成功实施可以提高企业的竞争能力是毫无疑问的，但实施,,,是涉及企业内人、技术、经营等方方面面的系统工程，必须以系统的思想来指导具体的操作，即企业必须先有一个科学长远的实施,,,的总体规划，然后逐步推行，这一点对企业管理层尤为重要。在一般企业中推行,,,并非十分困难，但必须把握其具有普遍指导意义的实质性的思想观念，深入地理解它的思想方法和技术支撑体系，正确地认识和评价实施中的得与失，因地制宜地加以运用。 2 ) 教育先行 无论是以切削机床为中心的,,,，还是以生产经营管理为中心的制造模式，其成功实施都离不开人，离不开企业职工的“全员参与”。在实施,,,前，必须对企业从领导层到普通职员进行教育培训，使他们深入理解,,,的技术特点、实施条件和能为企业带来的利益等，并进一步理解企业利益与员工利益的关系。通过分级、分期的培训，使决策层有信心、决心，中层管理人员对工作要求能够清晰地理解，基层职工有能力和干劲。作为高校，必须首要担当起教育的任务。 3 ) 基础改造 ,,,的实施有赖于其技术支撑体系，主要包括计算机技术，通讯技术， 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 与标准化，环境保护等。要成功地实施,,,，必须先从基础工作做起，进行现场改造，销售、供应系统的优化和组织管理模式的优化，具体来说要做好以下工作: ? 应用成组技术 (Group Technology,简称,,)对原有的通用设备进行合理组合，提高生产制造的柔性化程度，建立一个通畅的物流系统。 ? 接通信息高速公路，建立信息反馈体系，做到迅速、科学合理的预测，以辅助决策。 ? 深化全面生产力维护 (Total Production Maintenance，简称,,,)， 提高生产系统的可靠性。 ? 建立全面质量 管理体系 怎么建立质量管理体系环保管理体系it运维服务管理体系质量体系程序文件项目安全生产管理体系 ，提高工序和生产线质量。 ? 健全各项规章 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 和各项标准 (包括工程标准、产品标准、质量标准、工作标准等 )，以保证准确的数据采集和各项工作的确实执行。 ? 利用,,,的基本理论，对企业组织结构进行优化和重新设计。 4) 科学管理 ,,,本身是技术与管理的集成，实施,,,又是一项复杂的系统工程，在,,,的实施过程中，可能会引起一些技术问题和管理问题，如有的以切削机床为中心的制造技术，虽然带来了产品质量稳定，生产效率的提高，但与它的高投入相抵，产品成本高，且不能满足更大柔性的需求，因而，许多企业难以接受，或实施后因效益不佳而不能长期坚持下去。有的以生产经营管理为中心的制造模式，投入虽不很大，但受企业的基础工作、人员素质、管理体制等的影响很大，较难在短期内收到提高质量、增加效益的目的，推行起来同样困难重重，或不了了之。因此，必须加强科学管理，在实施,,,前，应做好投资决策，使拟采用的,,,与企业的整体策略保持一致;在实施,,,过程中，应加强沟通交流、协调和激励，以便处理好人与机器、技术与管理的关系，只有这样才能使,,,发挥出最大效益。 实施,,,不是简单地通过一场“运动”就能达到目的的工作，而是要长期不懈地努力方能成功。企业要在做好上述基础工作的前提下，进一步巩固提高,,,成果，在技术装备的更新改造上，整体规划，分布实施。先实施易于见效的 单项技术，从局部范围的柔性化单元，逐步延伸扩展为全系统的柔性化自动化，争取实施一项，见效一项，以增强企业实施,,,的信心和动力。在系统改造过程中，还必须紧密结合产品开发设计和新技术新方法的应用，改造旧的设计模式，使企业制造模式的更新，从产品开发设计到生产制造连成一体，向系统集成化方向发展。 5.结语 先进制造技术是制造技术领域的一场深刻的革命，它将使得具有二百多年历史的制造技术进入一个崭新的发展阶段，从而将使似乎已近陈旧的机械制造业获得了新的生命力，以带动诸多相关产业的发展。