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摘要简述了机械制造技术的进展历程,国内外现代机械制造技术的现状及最成就与进展,我国在进呈现代机械制造技术的根本状况、差距及动向。在大量争辩分析的根底上,推测了21世纪机械制造技术的三个进展方向。
关键词机械制造现状进展趋势
机械制造技术的进展历程
机械制造技术的进展历程机械制造业是国民经济最重要的根底产业,而机械制造技术的不断创则是***进展的技术根底和动力。
机械制造业进展至今,按其生产方式的变化可划分为:
劳动密集型生产方式:手工制作及早期的工业生产均属于这种方式。
设备密集型生产方式:这是一种随着运输机械、施工机械和机床等大规模工业化生产的消灭而产生的生产方式。汽车、拖拉机、轴承等大批量生产中的刚性生产流水线均属于这种生产方式。
信息密集型生产方式:从20世纪初期开头消灭了数控机床、加工中心等型机电一体化加工设备。它实现了人与机器设备之间的信息沟通,机器设备可通过获得的信息,快速、准确地实现加工,继而产生了使用这些典型设备的生产方式。
学问密集型生产方式:这种生产方式是制造理念的飞跃,把单向的产品制造链组成为有机的制造系统,其中的物流系统、信息流系统、能量流系统等相互依靠、相互作用、相互协调。这种制造系统不单能与人进展信息沟通,而且本身具有专家系统、数据库等必要的解决问题的学问,使其能在猎取较少信息的状况下完成加工要求。柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)是这种生产方式的典型代表。
智能密集型生产方式:这是目前正在争辩和实施的一种全的生产方式。它试图使用制造系统本身具有的人工智能,并引入了的制造哲理和组织形式。因此,这种制造技术能够快速响应市场的变化,超前地开发产品,实现多品种产品的全过程治理。这种制造技术的实施,将使人们梦寐以求的“无图纸加工”、“无人化加工”、“无害化加工”成为可能。目前正在争辩的智能制造系统(IMS)、智能型计算机集成制造系统(I–CIMS)、灵敏制造等就属于这种生产方式。
现代制造技术的涵义相当广泛。一般认为,现代制造技术是以传统制造技术与计算机技术、信息技术、自动把握技术等现代高技术穿插融合的结果,是一个集机械、电子、信息、材料与治理技术于一体的型穿插学科,它使制造技术的技术内涵和水平发生了质的变化。因此,但凡那些能够融合当代科学进步的最成果,最能发挥人和设备的潜力,最能表达现代制造水平的制造技术均称为现代制造技术,它给传统的机械制造业带来了勃勃生气。
现代机械制造技术的现状
国外状况
在制造业自动化进展方面,兴旺国家机械制造技术已经到达相当水平,实现了机械制造系统自动化。产品设计普遍承受计算机关心设计(CAD)、计算机关心产品工程(CAE)和计算机仿真等手段,企业治理承受了科学的标准化的治理方法和手段,在加工技术方面也已实现了底层的自动化,包括广泛地承受加工中心(或数控技术)、自动引导小车(AGV)等。在这个根底上再提高制造系统的自动化水平,对于改善企业的TQCS(T——尽量缩短产品的交货时间或提早产品上市时间、Q——提高产品质量、C——降低产品本钱、S——提高效劳水平)已无明显的作用。因此,近10余年来,兴旺国家主要从具有全制造理念的制造系统自动化方面查找出路,提出了一系列的制造系统,如计算机集成制造系统、智能制造系统、灵敏制造、并行工程等。
计算机集成制造系统它是在自动化技术、信息技术和制造技术的根底上,通过计算机及软件,将制造厂全部生产活动有关的各种分散的自动化系统有机地集成起来,并适合于多品种、中小批量生产的总体高效率、高柔性的制造系统。计算机集成制造系统在概念上,主要强调两点:首先在功能上,它包含了一个工厂的全部生产经营活动,即从市场推测、产品设计、加工工艺、制造、治理至售后效劳以及报废处理的全部活动。因此它比传统的工厂自动化的范围要大得多,是一个简单的大系统,是工厂自动化的进展方向。其次,在集成上,它涉及的自动化不是工厂各个环节的自动化的简洁叠加,而是在计算机网络和分布式数据库支持下的有机集成。这种集成主要表达在以信息和功能为特征的技术集成,即信息集成和功能集成,以便缩短产品开发周期、提高质量、降低本钱。
计算机集成制造是一种概念、一种哲理,是指导制造业应用计算机技术、信息技术走向更高阶段的一种思想方法、技术途径和生产模式,它代表了当代制造技术的最高水平。
智能制造系统是指将专家系统、模糊推理、人工神经网络等人工智能技术应用到制造系统中,以解决简单的决策问题,提高制造系统的水平和有用性。人工智能的作用是要代替娴熟工人的技艺,学****工程技术人员的实践阅历和学问,并用于解决生产中的实际问题,从而将工人、工程技术人员多年来积存起来的丰富而又贵重的实践阅历保存下来,在实际的生产中长期发挥作用。
智能制造系统的核心技术是具有人工智能,柔性制造—集成制造—智能制造是现代制造技术进展的三个阶段。
并行工程又称同步工程或同期工程,是针对传统的产品串行开发〔“需求分析—概念设计—具体设计—过程设计—加工制造—试验检测—设计修改”的流程,称为产品从设计到制造的串行生产模式〕过程而提出的一个概念、一种哲理和方法。
并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关各种过程的系统方法,该方法要求开发人员在设计开头就考虑产品整个生命周期中,从概念的形成到产品报废处理的全部因素,包括质量、本钱、进度打算和用户要求。并行工程通过组成多学科的产品开发群组协同工作,利用各种计算机关心工具等手段,使产品开发的各个阶段,既有肯定的时序又能并行,同时承受上、下游的各种因素共同决策产品开发各阶段工作的方式,使产品开发的早期就能准时觉察产品
开发全过程中的问题,从而缩短产品开发周期,提高产品质量,降低本钱,增加企业竞争力量,并行工程强调在集成环境下的并行工作,因此,它是CIMS进一步进展的方向。
灵敏制造又称灵捷制造、快速制造和机敏制造等,它是将柔性生产技术、娴熟把握生产技能和有学问的劳动力与促进企业内部和企业之间相互合作的机敏治理集成在一起,通过所建立的共同根底构造,对快速转变或无法预见的消费者需求和市场时机作出快速响应。市场的快速响应是灵敏制造的核心。
灵敏制造的根本原理是承受标准化和专业化的计算机网络和信息集成根底构造,以分布式构造连接各类企业,构成虚拟制造环境,以竞争合作为原则,在虚拟制造环境内动态选择合作伙伴,并通过组成虚拟企业来适应持续多变、无法预料的市场变化。
灵敏制造的核心是虚拟公司,虚拟公司映射为虚拟制造系统,虚拟制造系统[2]是灵敏制造的关键。灵敏制造是一种战略决策,它能使各合作伙伴既保证各自的利益,又能获得共同利益的一种全的生产组织模式和制造模式,目前灵敏制造仍在进展争辩中。
国内状况
我国机械制造技术水平与兴旺国家相比还格外低,大约落后20年。近十几年来,我国大力推广应用CIMS技术,20世纪90年月初期已建成争辩环境,包括有CIMS试验工程中心和7个开放试验室。在全国范围内,部署了CIMS的假设干争辩工程,诸如CIMS软件工程与标准化、开放式系统构造与进展战略,CIMS总体与集成技术、产品设计自动化、工艺设计自动化、柔性制造技术、治理与决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术以及系统理论和方法等专题。各项争辩均取得了丰硕成果,获得不同程度的进展。
但大局部大型机械制造企业和绝大局部中小型机械制造企业主要限于CAD和治理信息系统,因底层〔车间层〕根底自动化还格外薄弱,数控机床由于编程简单,还没有真正发挥作用。加工中心无论是数量还是利用率都很低。可编程把握器的使用并不普及,工业机器人的应用还很有限。因此,做好根底自动化的工作仍是我国制造企业一项格外紧迫而困难的任务。我们在看到国际上制造业进展趋势的同时,还要立足于我国的实际状况,扎扎实实地把根底自动化工作搞上去,才能在稳步前进的根底上开展制造业自动化系统的争辩与应用。
石油机械制造业目前也存在相当多的问题,其根本缘由在于治理思想和治理模式的落后,以及信息技术应用的落后。虽然很多企业不同程度地承受了一些信息技术,但多属“技术孤岛”式的单项技术,未能实现整个制造系统的有机集成。因此,加速石油机械制造业的信息化,大力承受先进的治理思想和治理模式,应用信息技术CIMS应用工程,实现跨越式进展,是从根本上转变石油机械制造业落后状况的有效途径。
为使我国尽快走向工厂自动化,促进中国机械制造业转向市场机制,参与国际竞争,张曙教授依据在引进先进技术的同时,从必需改革生产组织的角度动身,提出了“独立制造岛”的生产模式。独立制造岛的技术构思是:以GT〔成组技术〕为根底,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,面对车间,权力下放,综合治理,并以获经济效益为主要目标。
在近几年,已有一些大中型骨干企业实施了工厂CIMS工程,如成都飞机工业公司以国家CIMS试验工程为技术依托,和清华大学、南京航空航天大学、西北工业大学等单位合作开发了计算机集成制造系统工程。在公司的计算机网络和分布式数据库支持下,由治理信息系统、质量信息系统、工程信息系统和车间自动化系统有机集成,形成了一个计算机关心经营、设计、治理、制造的初步集成系统,以满足航空产品研制和多品种小批量生产的需要。原中国石油自然气总公司从1995年起,便在江汉钻头厂实施CIMS工程,其中一期工程已于1996年完成,在2022年完成了二期工程。两期工程实施以来该厂各年度净利润增长明显。
现代机械制造技术的进展趋势
现代机械制造技术的进展主要表现在两个方向上:一是周密工程技术,以超周密加工的前沿局部、微细加工、纳米技术为代表,将进入微型机械电子技术和微型机器人的时代;二是机械制造的高度自动化,以CIMS和灵敏制造等的进一步进展为代表。
(1nm),在21世纪初开发的分子束生长技术、离子注入技术和材料合成、扫描隧道工程〔STE〕~
〔013~011nm〕,现在周密工程正向其终极目标———原子级精度的加工靠近,也就是说,可以做到移动原子级别的加工。加工设备正向着高精、高速、多能、复合、把握智能化、安全环保等方向进展,在构造布局上也已突破了传统机床原有的格式。日本Mazak公司在产品综合样本中呈现出一种将来机床,该机床在外形上如同太空飞行器,加工过程中噪音、油污、粉尘等将不再给环境带来危害。
随着技术、经济、信息、营销的全球化,我国参加WTO,纵观21世纪的制造业的进展趋势,可用三化来概括,即全球化、虚拟化和绿色化。这也是我国石油装备制造业将来进展的方向。
全球化
制造的全球化,可以说是21世纪机械制造业自动化最重要的进展趋势。近年来,在各种工业领域中,国际化经营不仅成为大公司而且已是中小规模企业取得成功的重要因素。这一方面,由于国际和国内市场上的竞争越来越剧烈,例如在机械制造业中,国内外已有不少企业,甚至是知名度很高的企业,在这种无情的竞争中纷纷落败,有的倒闭,有的被兼并。不少临时还在国内市场上占有份额的企业,不得不扩展的市场。另一方面,由于网络通讯技术的快速进展,供给了技术信息沟通、产品开发和经营治理的国际化手段,推动了企业向着既竞争又合作的方向进展。这种进展进一步激化了国际间市场的竞争。这两个缘由的相互作用,已成为全球化制造业进展的动力。全球化制造的第一个技术根底是网络化、标准化和集成化。由于网络通讯技术的快速进展和普及,正在给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进展,实现制造的全球化。其次个技术根底是集成化与标准化。异地制造实际上是实现产品信息集成、功能集成、过程集成和企业集成。实现集成的根底与关键是标准化,可以说没有标准化就没有全球化。
虚拟化
虚拟化是指设计过程中的拟实技术和制造过程中的虚拟技术。虚拟化可以大大加快产品的开发速度和削减开发的风险。
产品设计中的拟实技术指面对产品的构造和性能分析技术,以优化产品本身性能和本钱为目标,包括产品的运动仿真和干预检验、动力学分析、造型设计、人机工程学分析、强度和刚度有限元计算等。制造过程中的虚拟技术指面对产品生产过程的模拟和检验,检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性,以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低本钱为目标,进展生产过程打算、组织治理、车间调度、供给链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真。通过仿真软件来模拟真实系统,以保证产品设计和产品工艺的合理性,保证产品制造的成功和生产周期,觉察设计、生产中不行避开的缺陷和错误。
虚拟化软件有可能形成21世纪大的软件产业。
绿色化
已经公布实施的ISO9000系列国际质量标准和ISO14000国际环保标准为制造业提出了一个的课题,就是快速实现制造的绿色化。绿色制造则通过绿色生产过程〔绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色治理〕生产出绿色产品,产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。承受绿色制造能最大限度地削减制造对环境的负面影响,同时原材料和能源的利用效率能到达最高。
如何最有效地利用资源和最低限度的产生环境污染,是摆在制造企业面前的一个重大课题。绿色制造实质上是人类社会可持续进展战略在现代制造业的表达,也是将来制造业自动化系统必需考虑的重要问题。目前绿色制造技术有以下几个方面:
周密成形技术成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等。周密成形技术包括:周密铸造〔湿膜周密成形铸造、刚型周密成形铸造、高精度造芯〕、周密锻压〔冷湿周密成形、周密冲裁〕、周密热塑性成形、周密焊接与切割等。
无切削液加工无切削液加工的主要应用领域是机械加工行业,无切削液加工简化了工艺、削减了本钱并消退了冷却液带来的一系列问题,如废液排放和回收等等。
快速成形技术快速原型零件制造技术〔RPM〕,其设计突破了传统加工技术所承受的材料去除的原则,而承受添加、累积的原理。其代表性技术有分层实体制造〔LOM〕,熔化沉积制造〔FDM〕等等。
以上这些技术之所以都被归于绿色制造工艺,是由于这些工艺和技术不仅削减了原材料和能源的耗用量或缩短了开发周期、削减了本钱,而且有些工艺的改进对环境起到保护作用。这一切除了工艺革外,还必需依靠信息技术,通过计算机的模拟、仿真,实现绿色制造。我们应了解机械制造技术的进展过程,生疏现代机械制造技术的现状,把握现代机械制造技术的进展趋势,科学高效地进展现代机械制造技术的争辩,尽早地实现我国由制造业大国到制造业强国的过渡。