《信息时代的生产技术》形成性考核作业1

中央广播电视大学开放教育机械设计制造及其自动化（机电方向）（本科） 11 秋信息时代的生产技术形考作业 1 结合先进制造技术的产生背景、阐述先进制造技术的发展趋 势。 随着科学技术的飞速发展和市场竞争日益激烈，越来越多的制造 企业开始将大量的人力、财力和物力投入到先进的制造技术和先 进的制造模式的研究和实施策略之中。改革开放 20 年，我国制 造科学技术有日新月异的变化和发展，确立了社会主义市场经济 体制，但与先进的国家相比仍有一定差距，为了迎接 21 世纪的 挑战，必须认清制造技术的发展趋势，缩短与先进国家的差距， 使我国的产品上质量、上效率、上品种和上水平，因此，对机械制 造趋势、制造技术及制造模式的研究和实施是摆在我们面前刻不 容缓的重要任务，以实现我国机械制造业跨入世界先进行列。 l、机械制造业的发展 趋势 先进的制造业是将物料、能源、设备、资金、技术、信息和人力等 制造资源通过先进的制造技术、先进的管理技术和先进的制造过 程转变成人类需求产品的行业。行业追求的目标是：高质量、高 效率、高柔性、低成本、低劳动力、低消耗、品种多和规格全的产 品，因此，面向 21 世纪的机械制造技术的发展趋势体现在以下 几个方面1： 1.1 精密化 精密加工、超精密加工技术、微型机械是现代化机械制造技术发 展的方向之一。精密和超精密加工技术包括精密和超精密切削加 工、磨削加工、研磨加工以及特种加工和复合加工(如机械化学研 磨、超声磨削和电解抛光等)三大领域。超精密加工技术己向纳米 (l nm=10-3m)技术发 展。纳米技术己在纳米机械学、纳米电子 学和纳米材料技术得到了应用。因此，它促进了机械科学、光学 科学、测量科学和电子科学的发展。美国 1997 年首次制造出直 径仅为 60 m的静电 微型电机，以及几十微米的微型齿轮、弹簧 及微型机构。武汉大学研制成纳米级超微电极，将其插入活体细 胞后首次测出细胞内部神经递质的动态信息。目前各国科学家正 在进行微型机器人的研究，微型机器人可以潜入人体血管、脏器 去疏通血管、诊治疾病2。据国外预测，21 世纪将是微型机械 电子技术和微型机器人的时代，因此有人将纳米技术与微型机械 称为 21 世纪的核心技术。 1.2 自动化 自动化技术的成功应用，不但提高了效率，保证了产品质量，还 可以代替人去完成危险场合的工作。对于批量较大的生产自动化， 可通过机床自动化改装、应用自动机床、专用组合机床、自动生 产线来完成。小批量生产自动化可通过 NC，MC，CAM，FMS，CIM，IMS 等来完成。在未来的自动化 技术实施过程中，将更加重视人在自动化系统中的作用。同时自 动化开始面向中小型企业，以经济实用为出发点，满足不断发展 的产品多样化和个性化需要。 1.3 信息化 信息、物质和能量是制造系统的三要素。随着计算机、自动化与 通讯网络技术在制造系统中的应用，信息的作用越来越重要。产 品制造过程中的信息投入，己成为决定产品成本的主要因素。制 造过程的实质是对制造过程中各种信息资源的采集、输入、加工 和处理过程，最终形成的产品可看作是信息的物质表现，因此可 以把信息看作是一种产业，包括在制造之中。为此一些企业开始 利用网络技术、计算机联网、信息高速公路、卫星传递数据等实 现异地生产。使生产分散网络化，以适应 21 世纪高柔性生产的 需要。 1.4 柔性化 随着科学技术的飞速发展和人民生活水平不断提高，促使产品更 新换代的速度不断加快，这就要求现代企业必须具备一定的生产 柔性来满足市场多变的需要。所谓柔性，是指一个制造系统适应 各种生产条件变化的能力，它与系统方案、人员和设备有关。系 统方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人员柔性是指操作人 员能保证加工任务，完成数量和时间要求的适应能力。设备柔性 是指机床能在短期内适应新零件的加工能力。柔性制造自动化的 形式很多，如美国提出的敏捷制造(AM)其主 线就是高柔性生产。 上海同济大学张曙教授提出的独立制造岛(AMI)也是高柔性生 产模式。 1.5 集成化 集成的作用是将原来独立运行的多个单元系统集成一个能协调 工作的和功能更强的新系统。集成不是简单的连接，是经过统一 规划设计，分析原单元系统的作用和相互关系并进行优化重组而 实现的。集成化的目的是实现制造企业的功能集成，功能集成要 借助现代管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术实现技 术集成，同时还要强调入的集成，由于系统中不可能没有人，系 统运行的效果与企业经营思想、运行机制、管理模式都与人有关， 因此在技术上集成的同时，还应强调管理与人的集成。集成化生 产将成为面向 21 世纪占主导的生产方式。 1.6 智能化 智能化是面向 21 世纪制造技术的发展趋势之一。智能制造技术 (IMT)是将人工智能融入制造过程的各个环节，通过模拟人类专 家的智能活动，取代或延伸制造系统中的部分脑力劳动，在制造 过程中系统能自动监测其运行状态，在受到外界干扰或内部激励 能自动调整其参数，以达到最佳状态和具备自组织能力。例如机 器人加工就是将机床与机器人、传感器、控制器组合而成的智能 制造系统，它具有信息处理和知觉反馈、决策能力，可同时控制 指挥多种操作，从而能提高效率、保证质量和降低成本。智能化 是柔性自动化和集成自动化的新发展和重要组成部分。 2、先进的制造模式 机械制造业发展趋势表明，只有采用先进的制造技术并能实施在 相匹配的制造模式中才能符合上述的趋势。制造模式是指企业体 制、经营、管理、生 产组织和技术系统的形态和运作模式。 2.1 精良生产(LP)与独立制造岛(AMI) 90 年代美国麻省理工学院(MIT)提出精良生产(LP) 概念。它的特 征是： 重 视客户需求，以最快的速度和适宣的价格提供质量优 良的适销新产品去占领市场，并向客户提供优质服务。重视人 的作用，强调一专多能，推行小组自治工作制，赋予每个工人有 一定的独立自主权，运行企业文化。 精简一切生产中不创造价 值的工作，减少管理层次，精简组织结构，简化产品开发过程和 生产过程，减少非生产费用，强调一体化质量保证。精益求精、 持续不断的改进生产、降低成本、零废品、零库存和产品品种多 样化。 独立制造岛是张曙教授根据在引进先进技术的同时，必须改革生 产组织的角度提出新的生产模式。独立制造岛的技术构思是：以 GT 为基础，以 NC 机床为核心，强调信息流的自动化和以人为 中心的生产模式，它的特征是：组织、人员和技术三者的有机集 成，面向车间、权力下放、综合治理，并以获经济效益为主要目标。 AMI 是发展中国家走向工厂自动化的重要途径，它的推广对中 国机械制造业转向市场机制，参与国际竞争意义重大。 2.2 敏捷制造与虚拟 制造 美国通用汽车公司与里海大学于 1988 年提出了敏捷制造(AM)， AM 是在不可预测的持 续变化的竞争环境中取得繁荣成长，并具 有能对客户需求的产品和服务驱动市场作出迅速响应的生产模 式。 AM 的特征是：企业间联作集成。充分发挥各企业的长处， 针对限定市场的目标要求共同合作完成任务。具有高度的制 造柔性。制造柔性是指制造企业对市场要求迅速转产和能实现产 品多品种变批量的快速制造。充分发挥人的作用，不断提高企 业职工素质和教育水平，优化人机功能分配。 虚拟制造(VM) 是国际 上提出的新概念。VM 与 AM 联系密切。 VM 的特征是：当市场 新的机遇出现时， 组织几个有关公司联作， 把不同的公司，不同地点的工厂或车间重新组织协调工作。在运 行之前必须分析组合是否最优，能否协调运行，以及投产后的效 益和风险进行评估，这种联作公司称虚拟公司。虚拟公司通过虚 拟制造系统运行。因此研究开发虚拟制造技术(VMT) 和虚拟制造 系统(VMS)意义重大，美国称 AM 为 21 世纪制造业发展战略。 2.3 集成制造与智能制造 美国哈林顿博士在“计算机和集成制造”一书中提出计算机和集 成制造(CIM)的概念。集成制造的核心内容是：制造企业从市场 预测、产品设计、加工制造、经营管理直至售后服务是一个不可 分割的整体，需要统筹考虑。整个制造过程的实质是信息采集、 传递和加工过程，最终生产的产品可看作是信息的物质表现。集 成是 CIM 的核心，这种集成不仅是物的集成，更主要的是以信 息集成为特征的技术集成和功能集成，计算机是集成的工具，计 算机和辅助各单元技术是集成的基础，信息交换是桥梁，信息共 享是关键。集成的目的在于制造企业组织结构和运行方式的合理 化和最优化，以提高企业对市场变化的动态响应速度，并追求最 高整体效益和长期效益。 智能制造(IM)是美国出版研究 IM 和 IMS 书籍中首先提出的。 它的特征是：在制造工业的各个环节的高度柔性与高度集成的方 式，通过计算机和模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推 理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动， 并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承与发 展。制造智能的目的是：通过集成知识工程、制造软件系统、机器 人视觉和机器人控制来对制造工人的技能与人类专家知识进行 建模，以使智能机器能够在没有人干预的情况下进行小批量生产。 3、存在差距和实施策略 改革开放 20 年，通过技术改造和引进国外先进制造技术，使我 国的制造工业有了长足的进步，但和先进国家相比还存在很大差 距，表现在：技改投入相对不足，原有技术基础和研究开发能力 薄弱，制造业产品落后，技术水平低，信息含量少，更新换代慢， 以及市场营销、经营管理、人才素质相对落后，缺乏国际竞争能 力。面对这样形势，发展先进制造技术、实施先进的制造模式已 经到了刻不容缓的地步。为了使我国的制造业站在世界先进行列， 必须采取相适应的措施和策略。 (l) 人才是关键。 发展和推广先 进的制造技术、实施先进的制造 模式人才是关键。我国是社会主义市场经济体制，研究先进制造 技术和先进的生产模式其根本目的是制造出有竞争力的产品去 占领国内市场和国际市场，科技人员必须强化市场意识，因此人 才的培养要注意市场导向。要有产业观念、企业观念、信息观念、 竞争观念和效益观念。科技人员要懂得市场营销、经营管理和经 济法。要拓宽学科领域，更新教育内容与方法，培养一支了解和 掌握机械工程科学的前沿技术人才，加速先进制造技术的推广和 实施，为市场经济服务。 对于企业职工要建立培训、考核上岗制度，提高他们的知识和技 能。企业一方面为职工创造工作条件和晋升途径，另一方面又要 施加工作压力，给每个职工独立自主权，满足他们学习新知识和 新技术的愿望，从而形成独特的和有竞争意识的企业文化。 (2) 加 强政策与法规建设，建立强有力的宏 观调控机制。在市场 经济环境下，国家仍应制订科学的制造产业规划和制造技术进步 的总体规划，以及相应的法规政策。避免重复建设、重复生产和 重复引进的事情发生，要尽可能减少和避免市场盲目竞争造成的 损失。继续鼓励科技创新政策，一些技术改造和先进技术推广， 仍需国家给予支持。对于引进外资，建立合资企业，应有利于我 国制造技术的发展，有利于提高产品在国际市场上有竞争力为原 则。 (3) 发 展适应我国国情的生产模式。对于一些先 进的制造技术和 先进的制造模式，要根据我国现实存在的技术水平和能力向前发 展，避免盲目的追求目前实施有一定困难的理想的先进科学制造 技术。例如我国的人工智能(AI)的研究尚处于低级和起步阶段， 进展困难，其理由是我们对人类思维活动的实质尚知甚少，基于 人工智能的智能机器，在智能水平上，远远不能与人类专家智能 相比，因此想以人工智能全面取代制造过程中人类专家智能，进 行独立分析、判断和决策等任务是不现实的4，这只是未来的 发展方向。目前要积极发展适应我国国情的制造模式。如 1988 年张曙教授提出的独立制造岛(AMI)和 1996 年张伯鹏教授等人 提出的面向 21 世纪的制造模式QLRF 模式，是值得推广的 先进制造模式，是在市场经济环境下使企业走向自动化的重要途 径。 (4) 建立与发展我国自主的 NC，MC， CAD，CAM，FMS，CAT，CIM，IMS 等制造自动化单元技术， 结合实际情况实现现