先進制造技術發(fā)展狀況認識.doc

GM1000 先進制造技術作業(yè)一 海占宏 2012.10.08 對先進制造技術發(fā)展現狀的認識一國內外先進制造技術現狀如何？當今世界發(fā)展的主題是和平與發(fā)展。和平時發(fā)展的主題，發(fā)展是和平的保障。而發(fā)展當中最為根本的屬于經濟競爭，世界各國間的經濟競爭，主要體現在機械制造技術為代表的競爭上。面對激烈的市場變化和技術競爭，經濟發(fā)達國家都把制造業(yè)作為本國的經濟支柱，不斷調整其發(fā)展戰(zhàn)略和政策方針。先進制造技術正是制造業(yè)適應時代要求提高競爭力，對制造技術不斷優(yōu)化推陳出新形成的。 我國工業(yè)化發(fā)展程度較世界先進的發(fā)達國家相比，起步晚，創(chuàng)新程度低，體系薄弱，突入比例相對較少，人類資源地下，相比其他發(fā)達國家而言，落后程度甚至超過數十年，為此，我國在改革開放三十年以來，不斷大力發(fā)展生產力，力求科技創(chuàng)新，認真汲取國內外先進技術，來彌補我們先天的不足，所以有了，十五、十一五、十二五等長期的規(guī)劃目標為基準，為邁向世界先進制造技術大國強國而分發(fā)。相對我國而言，國外工業(yè)發(fā)達國家制造技術相當先進。并把先進制造技術作為國家級關鍵技術和優(yōu)先發(fā)展領域。盡管決定國家綜合競爭力的因素有多種 ,但制造業(yè)的基礎地位不能忽視。20世紀 90年代以來 ,各發(fā)達國家 ,如美國、日本、歐共體、德國等都針對先進制造技術的研發(fā)提出了國家級發(fā)展計劃 ,旨在提高本國制造業(yè)的國際競爭能力。如網絡化制造作為未來的重要的制造模式 ,已經引起各國政府、研究機構和企業(yè)界的廣泛重視。20世紀 90年代初 ,美國政府提出“先進制造技術 ”計劃 ,將基于信息高速公路的敏捷制造作為美國 21世紀的制造戰(zhàn)略?？傊?,工業(yè)化國家大都把先進制造技術作為本國的科技優(yōu)先發(fā)展領域和高技術的實施重點 ;發(fā)展中國家也十分重視制造業(yè)信息化 ,都把信息技術作為改造傳統企業(yè)和產業(yè)結構調整的主要戰(zhàn)略 ;新興工業(yè)化國家希望通過加快制造業(yè)信息化 ,躋身世界先進行列 ,我國以及眾多發(fā)展中國家也希望以信息化推進工業(yè)化 ,以縮小與先進國家的差距。隨著我國制造業(yè)的的不斷發(fā)展，先進制造技術得到越來越廣泛的應用。我從先進制造技術和先進制造模式的內容和發(fā)展情況，從兩種角度解釋其結構特征和關系，并從各種不同角度展望先進制造技術和先進生產模式的發(fā)展前景及其趨勢特征。二什么是先進制造技術？先進制造技術AMT(Advanced Manufacturing Technology)是在傳統制造的基礎上，不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理技術等方面的成果，將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態(tài)多變的市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱，也是取得理想技術經濟效益的制造技術的總稱。當前的金融危機也許還會催生新的先進制造制造技術，特別在生產管理技術方面。先進制造技術不是一般單指加工過程的工藝方法，而是橫跨多個學科、包含了從產品設計、加工制造、到產品銷售、用戶服務等整個產品生命周期全過程的所有相關技術，涉及到設計、工藝、加工自動化、管理以及特種加工等多個領域，并逐步融合與集成?？苫練w納為以下四個方面：a、 先進的工程設計技術 b、先進制造工藝技術c、制造自動化技術 d、先進生產管理技術、制造哲理與生產模式詳述如下：1、先進的工程設計技術先進的工程設計技術包括眾多的現代設計理論與方法。包括CAD、CAE、CAPP、CAT、PDM、模塊化設計、DFX、優(yōu)化設計、三次設計與健壯設計、創(chuàng)新設計、反向工程、協同產品商務、虛擬現實技術、虛擬樣機技術、并行工程等。（1）產品（投放市場的產品和制造產品的工藝裝備（夾具、刀具、量檢具等）設計現代化。以CAD為基礎（造型，工程分析計算、自動繪圖并提供產品數字化信息等），全面應用先進的設計方法和理念。如虛擬設計、優(yōu)化設計、模塊化設計、有限元分析，動態(tài)設計、人機工程設計、美學設計、綠色設計等等；（2）先進的工藝規(guī)程設計技術與生產技術準備手段。在信息集成環(huán)境下，采用計算機輔助工藝規(guī)程設計、即CAPP，數控機床、工業(yè)機器人、三坐標測量機等各種計算機自動控制設備設備的計算機輔助工作程序設計即CAM等。2、先進制造工藝技術（1）高效精密、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100.1m（相當于IT5級精度和IT5級以上精度），表面粗糙度Ra值在0.1m以下的加工方法，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0.10.01m數量級，表面粗糙度Ra值為0.001m數量級的加工方法。此外，精密加工與特種加工 一般都是計算機控制的自動化加工。（2) 精密成型制造技術，包括高效、精密、潔凈鑄造、鍛造、沖壓、焊接及熱處理與表面處理技術。（3）現代特種加工技術，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(Electrical discharge machining (EDM)電火花加工 electric spark machining )是指在一定介質中，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?？煞譃殡娀鸹ǔ尚图庸?EDM)和電火花線切割加工(電火花線切割加工 electrical discharge wire cutting-EDW)兩大類。一般都采用CNC控制。（4）快速成型制造（RPM).快速成形技術是在計算機控制下，基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。從成型角度看，零件可視為“點” 或“面” 的疊加而成。從CAD電子模型中離散得到點、面的幾何信息，再與成型工藝參數信息結合，控制材料有規(guī)律、精確地由點到面，由面到體地堆積零件。（5）先進制造工藝發(fā)展趨勢 1）采用模擬技術，優(yōu)化工藝設計； 2）成形精度向近無余量方向發(fā)展；3）成形質量向近無“缺陷”方向發(fā)展；4）機械加工向超精密、超高速方向發(fā)展； 5）采用新型能源及復合加工，解決新型材料的加工和表面改性難題；6）采用自動化技術，實現工藝過程的優(yōu)化控制；7）采用清潔能源及原材料，實現清潔生產；8）加工與設計之間的界限逐漸談化，并趨向集成及一體化； 9）工藝技術與信息技術、管理技術緊密結合，先進制造生產模式獲得不斷發(fā)展。3、制造自動化技術計算機控制自動化技術（1）數控技術與數控機床；數控加工技術是為了實現機床控制自動化要求而發(fā)展的。它是指用代碼化的數字、字母及符號表示加工要求、零件尺寸及其參數、加工步驟等，通過控制介質，輸入到控制裝置，經過微機進行處理與計算，發(fā)出各種控制信號與數據，使機床各部件自動協調運動，實現自動加工的技術。采用數控加工技術的機床，稱為數控機床。數控加工的主要特點是：加工的零件精度高；生產效率高；特別適合加工形狀復雜的輪廓表面；有利于實現計算機輔助制造；對操作者（不含編程人員）技術水平的要求相對較低；初始投資大、加工成本高。此外，數控機床是技術密集型的機電一體化產品，數控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。（2）工業(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的替代人進行工作的高度自動化系統。最近，聯合國標準化組織采用的機器人的定義是：“一種可以反復編程的多功能的、用來搬運材料、零件、工具的操作機”。在無人參與的情況下，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。機器人和機械手的主要區(qū)別是：機械手是沒有自主能力，不可重復編程，只能完成定位點不變的簡單的重復動作；機器人是由計算機控制的，可重復編程，能完成任意定位的復雜運動。（3）柔性制造系統（FMC,FMS,FML）：包括加工設備（CNC機床）、檢測設備、物料輸送（工業(yè)機器人、自動交換托盤（APC）、自動輸送臺車（RGV、AGV）等）和儲存設備（立體倉庫等）；數柔性制造系統（FMS）是現代機械制造業(yè)中的新型自動化生產設備，它是為填補占機械制造中70的中小批量生產自動化而發(fā)展起來的。它主要包括若干臺數控機床和加工中心（或其他直接參加產品零部件生產的自動化設備），用一套自動物料（包括工件和刀具）搬運系統連接起來，由分布式多級計算機系統進行綜合管理與控制，以適應柔性的高效率零件加工（或零部件生產）。所謂柔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的零件。柔性制造系統的適用范圍很廣，它主要解決了單件小批生產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、高效率結合和統一起來，在當今具有很強的生命力（4）計算機集成制造（CIM）和工廠自動化（FA）。計算機集成制造系統（CIMS）是由計算機管理系統、計算機輔助設計與制造CAD/CAM以及柔性制造系統FMS（還可能有其他生產單元）組成。CIMS是產品生產過程的各子系統的完美集成，即把工程設計、生產制造、市場分析和其他支持功能合理地通過計算機網絡有機地集合成一個整體，以實現生產的柔性化、優(yōu)化、自動化和集成化，達到高效率、高質量、低成本而靈活生產的目的。 三先進制造技術會如何發(fā)展？隨著以信息技術為代表的高新技術的不斷發(fā)展和市場需求的個性化與多樣化，未來制造業(yè)發(fā)展的重要特征是全球化、網絡化、虛擬化，未來先進制造技術發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、虛擬化、網絡化、智能化、敏捷化、清潔化、集成化及管理創(chuàng)新的方向發(fā)展。當前先進制造技術的發(fā)展趨勢大致有以下幾個方面：第一，信息技術對先進制造技術的發(fā)展起著越來越重要的作用。信息技術促進著設計技術的現代化，成形與加工制造的精密化、快速化、數字化，自動化技術的柔性化、集成化、智能化，整個制造過程的虛擬化、網絡化、全球化。第二，設計技術不斷現代化。一是設計方法和手段的現代化。二是新的設計思想和方法不斷出現。如并行設計，面向 “X” 的設計 DFX，健壯設計，反求工程技術等。三是向全壽命周期設計發(fā)展。四是設計過程、快速造型和設計驗證，由單純考慮技術因素轉向綜合考慮技術、經濟和社會因素。第三，成形技術向精密成形的方向發(fā)展。制造工件的毛坯正在從接近零件形狀向直接制成工件即精密成形的方向發(fā)展。精密鑄造技術、精密塑性成形技術、精密連接技術等精密成形技術將獲飛速發(fā)展。第四，加工技術向著超精密、超高速，以及發(fā)展新一代制造裝備的方向發(fā)展。目前，超精加工已實現亞微米級加工，并正在向納米加工時代邁進，加工材料由金屬擴大到非金屬；超高速切削用于鋁合金的切削速度已超過1600m/min，鑄鐵為1500m /min等。第五，為滿足個性化需求，制造工藝、設備和工廠的柔性和可重構性將成為企業(yè)裝備的顯著特點。先進的制造工藝、智能化的軟件和柔性的自動化設備、企業(yè)的柔性發(fā)展戰(zhàn)略，構成未來企業(yè)競爭的軟、硬件資源。第六，虛擬制造技術和網絡制造技術將廣泛應用。虛擬制造技術以計算機支持的仿真技術為前提，形成虛擬的環(huán)境、虛擬的制造過程、虛擬的產品、虛擬的企業(yè)，從而大大縮短產品開發(fā)周期，提高一次成功率。在國際互聯網、局域網和內部網上，企業(yè)可以實現對世界上任何一地的用戶訂單而組建動態(tài)聯盟企業(yè)，進行異地設計、異地制造，然后在最接近用戶的生產基地制造成產品。第七，智能化、數字化是先進制造技術和機電產品的發(fā)展方向。將智能技術注入先進制造技術和產品，可使之具有 “智慧”，能部分代替人的腦力勞動。將數字技術用于制造過程，可大大提高制造過程的柔性和加工過程的集成性，從而提高制造過程的質量和效率，增強產品的市場競爭力。第八，以提高市場快速反應能力為目標的制造技術將得到迅速發(fā)展和應用。瞬息萬變的市場促使交貨期成為競爭力諸因素中的首要因素。為此，許多與此有關的新觀念、新技術在21世紀將得到迅速的發(fā)展和應用。其中有代表性的是：并行工程技術、模塊化設計技術、快速原型成形技術、快速資源重組技術、客戶化生產方式。第九，綠色制造已成為 21世紀制造業(yè)的重要特征。日趨嚴格的環(huán)境與資源約束，使綠色制造越來越被重視。中國的制造業(yè)不僅要解決自身生產過程中的污染和資源浪費問題，更重要的是要為社會提供全壽命周期內沒有污染，節(jié)約資源的各類產品及環(huán)保裝備。 第十，21世紀的企業(yè)面臨管理創(chuàng)新。面對高速發(fā)展的信息化和經濟全球化及激烈的市場競爭環(huán)境，改變制造業(yè)的傳統觀念和生產組織方式，加速了現代管理理論的發(fā)展和創(chuàng)新。因此，全球正在興起 “管理革命”。四最后，我們認識到了什么？我國是一個制造業(yè)基礎薄弱的國家，而機械制造業(yè)比重又大。改革開放三十年來雖大力發(fā)展科技，技術創(chuàng)新等但與發(fā)達國家相比仍有較大的差距。主要為：人力資源底下，基礎設施薄弱，技術裝備，生產工藝，生產管理，市場觀念，由其是高端高水平先進技術嚴重缺乏，以及技改投入相對不足。面對新世紀的國際競爭關系，我們應大力發(fā)展機械制造業(yè)，加強先進制造技術的應用與自身制造技術的開發(fā)相結合、加強先進制造技術在機械制造業(yè)的應用，同時，我們也應注重機械制造技術自身的開發(fā)，通過加強國際交流與合作，吸收并運用國外的先進制造的技術，并不斷提高改善，為本國經濟、科學等方面不斷發(fā)展、為進入世界強國行列而努力。 我們GM1000的各位應當更加努力學習先進制造技術這門課程，聽