先进制造技术发展状况认识.doc

GM1000 先进制造技术作业一 海占宏 2012.10.08 对先进制造技术发展现状的认识一国内外先进制造技术现状如何？当今世界发展的主题是和平与发展。和平时发展的主题，发展是和平的保障。而发展当中最为根本的属于经济竞争，世界各国间的经济竞争，主要体现在机械制造技术为代表的竞争上。面对激烈的市场变化和技术竞争，经济发达国家都把制造业作为本国的经济支柱，不断调整其发展战略和政策方针。先进制造技术正是制造业适应时代要求提高竞争力，对制造技术不断优化推陈出新形成的。 我国工业化发展程度较世界先进的发达国家相比，起步晚，创新程度低，体系薄弱，突入比例相对较少，人类资源地下，相比其他发达国家而言，落后程度甚至超过数十年，为此，我国在改革开放三十年以来，不断大力发展生产力，力求科技创新，认真汲取国内外先进技术，来弥补我们先天的不足，所以有了，十五、十一五、十二五等长期的规划目标为基准，为迈向世界先进制造技术大国强国而分发。相对我国而言，国外工业发达国家制造技术相当先进。并把先进制造技术作为国家级关键技术和优先发展领域。尽管决定国家综合竞争力的因素有多种 ,但制造业的基础地位不能忽视。20世纪 90年代以来 ,各发达国家 ,如美国、日本、欧共体、德国等都针对先进制造技术的研发提出了国家级发展计划 ,旨在提高本国制造业的国际竞争能力。如网络化制造作为未来的重要的制造模式 ,已经引起各国政府、研究机构和企业界的广泛重视。20世纪 90年代初 ,美国政府提出“先进制造技术 ”计划 ,将基于信息高速公路的敏捷制造作为美国 21世纪的制造战略。总之 ,工业化国家大都把先进制造技术作为本国的科技优先发展领域和高技术的实施重点 ;发展中国家也十分重视制造业信息化 ,都把信息技术作为改造传统企业和产业结构调整的主要战略 ;新兴工业化国家希望通过加快制造业信息化 ,跻身世界先进行列 ,我国以及众多发展中国家也希望以信息化推进工业化 ,以缩小与先进国家的差距。随着我国制造业的的不断发展，先进制造技术得到越来越广泛的应用。我从先进制造技术和先进制造模式的内容和发展情况，从两种角度解释其结构特征和关系，并从各种不同角度展望先进制造技术和先进生产模式的发展前景及其趋势特征。二什么是先进制造技术？先进制造技术AMT(Advanced Manufacturing Technology)是在传统制造的基础上，不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称，也是取得理想技术经济效益的制造技术的总称。当前的金融危机也许还会催生新的先进制造制造技术，特别在生产管理技术方面。先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。可基本归纳为以下四个方面：a、 先进的工程设计技术 b、先进制造工艺技术c、制造自动化技术 d、先进生产管理技术、制造哲理与生产模式详述如下：1、先进的工程设计技术先进的工程设计技术包括众多的现代设计理论与方法。包括CAD、CAE、CAPP、CAT、PDM、模块化设计、DFX、优化设计、三次设计与健壮设计、创新设计、反向工程、协同产品商务、虚拟现实技术、虚拟样机技术、并行工程等。（1）产品（投放市场的产品和制造产品的工艺装备（夹具、刀具、量检具等）设计现代化。以CAD为基础（造型，工程分析计算、自动绘图并提供产品数字化信息等），全面应用先进的设计方法和理念。如虚拟设计、优化设计、模块化设计、有限元分析，动态设计、人机工程设计、美学设计、绿色设计等等；（2）先进的工艺规程设计技术与生产技术准备手段。在信息集成环境下，采用计算机辅助工艺规程设计、即CAPP，数控机床、工业机器人、三坐标测量机等各种计算机自动控制设备设备的计算机辅助工作程序设计即CAM等。2、先进制造工艺技术（1）高效精密、超精密加工技术，包括精密、超精密磨削、车削，细微加工技术，纳米加工技术。超高速切削。精密加工一般指加工精度在100.1m（相当于IT5级精度和IT5级以上精度），表面粗糙度Ra值在0.1m以下的加工方法，如金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、超精研、砂带磨、镜面磨削和冷压加工等。用于精密机床、精密测量仪器等制造业中的关键零件加工，如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密滚动轴承等，在当前制造工业中占有极重要的地位。超精密加工是指被加工零件的尺寸公差为0.10.01m数量级，表面粗糙度Ra值为0.001m数量级的加工方法。此外，精密加工与特种加工 一般都是计算机控制的自动化加工。（2) 精密成型制造技术，包括高效、精密、洁净铸造、锻造、冲压、焊接及热处理与表面处理技术。（3）现代特种加工技术，包括高能束流（主要是激光束、以及电子束、离子束等）加工，电解加工与电火花（成型与线切割）加工、超声波加工、高压水加工等。电火花加工(Electrical discharge machining (EDM)电火花加工 electric spark machining )是指在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电蚀作用对工件进行的加工。能对任何导电材料加工而不受被加工材料强度和硬度的限制。可分为电火花成型加工(EDM)和电火花线切割加工(电火花线切割加工 electrical discharge wire cutting-EDW)两大类。一般都采用CNC控制。（4）快速成型制造（RPM).快速成形技术是在计算机控制下，基于离散堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成型与制造的技术。从成型角度看，零件可视为“点” 或“面” 的叠加而成。从CAD电子模型中离散得到点、面的几何信息，再与成型工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。（5）先进制造工艺发展趋势 1）采用模拟技术，优化工艺设计； 2）成形精度向近无余量方向发展；3）成形质量向近无“缺陷”方向发展；4）机械加工向超精密、超高速方向发展； 5）采用新型能源及复合加工，解决新型材料的加工和表面改性难题；6）采用自动化技术，实现工艺过程的优化控制；7）采用清洁能源及原材料，实现清洁生产；8）加工与设计之间的界限逐渐谈化，并趋向集成及一体化； 9）工艺技术与信息技术、管理技术紧密结合，先进制造生产模式获得不断发展。3、制造自动化技术计算机控制自动化技术（1）数控技术与数控机床；数控加工技术是为了实现机床控制自动化要求而发展的。它是指用代码化的数字、字母及符号表示加工要求、零件尺寸及其参数、加工步骤等，通过控制介质，输入到控制装置，经过微机进行处理与计算，发出各种控制信号与数据，使机床各部件自动协调运动，实现自动加工的技术。采用数控加工技术的机床，称为数控机床。数控加工的主要特点是：加工的零件精度高；生产效率高；特别适合加工形状复杂的轮廓表面；有利于实现计算机辅助制造；对操作者（不含编程人员）技术水平的要求相对较低；初始投资大、加工成本高。此外，数控机床是技术密集型的机电一体化产品，数控加工技术的复杂性和综合性加大了维修工作的难度，需要配备素质较高的维修人员和维修设备。（2）工业机器人（用于物流与加工）及物流设备；工业机器人是一种可编程的智能型自动化设备，是应用计算机进行控制的替代人进行工作的高度自动化系统。最近，联合国标准化组织采用的机器人的定义是：“一种可以反复编程的多功能的、用来搬运材料、零件、工具的操作机”。在无人参与的情况下，工业机器人可以自动按不同轨迹、不同运动方式完成规定动作和各种任务。机器人和机械手的主要区别是：机械手是没有自主能力，不可重复编程，只能完成定位点不变的简单的重复动作；机器人是由计算机控制的，可重复编程，能完成任意定位的复杂运动。（3）柔性制造系统（FMC,FMS,FML）：包括加工设备（CNC机床）、检测设备、物料输送（工业机器人、自动交换托盘（APC）、自动输送台车（RGV、AGV）等）和储存设备（立体仓库等）；数柔性制造系统（FMS）是现代机械制造业中的新型自动化生产设备，它是为填补占机械制造中70的中小批量生产自动化而发展起来的。它主要包括若干台数控机床和加工中心（或其他直接参加产品零部件生产的自动化设备），用一套自动物料（包括工件和刀具）搬运系统连接起来，由分布式多级计算机系统进行综合管理与控制，以适应柔性的高效率零件加工（或零部件生产）。所谓柔性的零件加工是指能够同时地和交替地加工不同的但是同系统的零件。柔性制造系统的适用范围很广，它主要解决了单件小批生产的自动化和中大批多品种的自动化加工。它把高柔性、高质量、高效率结合和统一起来，在当今具有很强的生命力（4）计算机集成制造（CIM）和工厂自动化（FA）。计算机集成制造系统（CIMS）是由计算机管理系统、计算机辅助设计与制造CAD/CAM以及柔性制造系统FMS（还可能有其他生产单元）组成。CIMS是产品生产过程的各子系统的完美集成，即把工程设计、生产制造、市场分析和其他支持功能合理地通过计算机网络有机地集合成一个整体，以实现生产的柔性化、优化、自动化和集成化，达到高效率、高质量、低成本而灵活生产的目的。 三先进制造技术会如何发展？随着以信息技术为代表的高新技术的不断发展和市场需求的个性化与多样化，未来制造业发展的重要特征是全球化、网络化、虚拟化，未来先进制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、虚拟化、网络化、智能化、敏捷化、清洁化、集成化及管理创新的方向发展。当前先进制造技术的发展趋势大致有以下几个方面：第一，信息技术对先进制造技术的发展起着越来越重要的作用。信息技术促进着设计技术的现代化，成形与加工制造的精密化、快速化、数字化，自动化技术的柔性化、集成化、智能化，整个制造过程的虚拟化、网络化、全球化。第二，设计技术不断现代化。一是设计方法和手段的现代化。二是新的设计思想和方法不断出现。如并行设计，面向 “X” 的设计 DFX，健壮设计，反求工程技术等。三是向全寿命周期设计发展。四是设计过程、快速造型和设计验证，由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素。第三，成形技术向精密成形的方向发展。制造工件的毛坯正在从接近零件形状向直接制成工件即精密成形的方向发展。精密铸造技术、精密塑性成形技术、精密连接技术等精密成形技术将获飞速发展。第四，加工技术向着超精密、超高速，以及发展新一代制造装备的方向发展。目前，超精加工已实现亚微米级加工，并正在向纳米加工时代迈进，加工材料由金属扩大到非金属；超高速切削用于铝合金的切削速度已超过1600m/min，铸铁为1500m /min等。第五，为满足个性化需求，制造工艺、设备和工厂的柔性和可重构性将成为企业装备的显著特点。先进的制造工艺、智能化的软件和柔性的自动化设备、企业的柔性发展战略，构成未来企业竞争的软、硬件资源。第六，虚拟制造技术和网络制造技术将广泛应用。虚拟制造技术以计算机支持的仿真技术为前提，形成虚拟的环境、虚拟的制造过程、虚拟的产品、虚拟的企业，从而大大缩短产品开发周期，提高一次成功率。在国际互联网、局域网和内部网上，企业可以实现对世界上任何一地的用户订单而组建动态联盟企业，进行异地设计、异地制造，然后在最接近用户的生产基地制造成产品。第七，智能化、数字化是先进制造技术和机电产品的发展方向。将智能技术注入先进制造技术和产品，可使之具有 “智慧”，能部分代替人的脑力劳动。将数字技术用于制造过程，可大大提高制造过程的柔性和加工过程的集成性，从而提高制造过程的质量和效率，增强产品的市场竞争力。第八，以提高市场快速反应能力为目标的制造技术将得到迅速发展和应用。瞬息万变的市场促使交货期成为竞争力诸因素中的首要因素。为此，许多与此有关的新观念、新技术在21世纪将得到迅速的发展和应用。其中有代表性的是：并行工程技术、模块化设计技术、快速原型成形技术、快速资源重组技术、客户化生产方式。第九，绿色制造已成为 21世纪制造业的重要特征。日趋严格的环境与资源约束，使绿色制造越来越被重视。中国的制造业不仅要解决自身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全寿命周期内没有污染，节约资源的各类产品及环保装备。 第十，21世纪的企业面临管理创新。面对高速发展的信息化和经济全球化及激烈的市场竞争环境，改变制造业的传统观念和生产组织方式，加速了现代管理理论的发展和创新。因此，全球正在兴起 “管理革命”。四最后，我们认识到了什么？我国是一个制造业基础薄弱的国家，而机械制造业比重又大。改革开放三十年来虽大力发展科技，技术创新等但与发达国家相比仍有较大的差距。主要为：人力资源底下，基础设施薄弱，技术装备，生产工艺，生产管理，市场观念，由其是高端高水平先进技术严重缺乏，以及技改投入相对不足。面对新世纪的国际竞争关系，我们应大力发展机械制造业，加强先进制造技术的应用与自身制造技术的开发相结合、加强先进制造技术在机械制造业的应用，同时，我们也应注重机械制造技术自身的开发，通过加强国际交流与合作，吸收并运用国外的先进制造的技术，并不断提高改善，为本国经济、科学等方面不断发展、为进入世界强国行列而努力。 我们GM1000的各位应当更加努力学习先进制造技术这门课程，听