先进制造技术论文6.docx

1、先进制造技术论文6 成都理工大学先进制造技术论文论先进制造技术与发展趋势作 者： 赵海蛟 院 校： 成都理工大学 专 业：机械工程与自动化 年 级：200706040215指导老师：孙 未 日 期：2010.11.28引言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。改革开放以来，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，为了迎接新的挑战，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，以增强

2、市场竞争力，因此，对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。一先进制造技术的概念(1)先进制造技术的内涵目前对先进制造技术尚没有一个明确的、一致公认的定义，经过近年来对发展先进制造技术方面开展的工作，通过对其特征的分析研究，可以认为：先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，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。(2)先进制造技术的特点先进制造技术最重要的特点在于，它首先是一项

3、面向工业应用，具有很强实用性的新技术。先进制造技术相对传统制造技术在应用范围上的一个很大不同点在于，传统制造技术通常只是指各种将原材料变成成品的加工工艺，而先进制造技术虽然仍大量应用于加工和装配过程，但由于其组成中包括了设计技术、自动化技术、系统管理技术，因而则将其综合应用于制造的全过程。并且传统制造技术的学科、专业单一独立，相互间的界限分明；先进制造技术由于专业和学科间的不断渗透j交叉、融合，界线逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化、已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新型交叉学科。随着微电子、信息技术的引入，使先进制造技术还能驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的信息集

4、成过程。先进制造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。为确保生产和经济效益持续稳步的提高，能对市场变化做出更灵捷的反应，以及对最佳技术效益的追求，提高企业的竞争能力，先进制造技术比传统的制造技术更加重视技术与管理的结合，更加重视制造过程组织和管理体制的简化以及合理化，从而产生了一系列先进的制造模式。随着世界自由贸易体制的进一步完善，以及全球交通运输体系和通信网络的建立，制造业将形成全球化与一体化的格局，新的先进制造技术也必将是全球化的模式。其特点：先进性 作为先进技术的基础制造技术，必须是经过优化的先进工艺。因此，先进制造技术的核心和基础必须是优质、高效、低耗、清洁的工艺。

5、它从传统工艺发展起来，并与新技术实现了局部或系统集成。通用性 先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节，它覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、维修服务、甚至回收再生的整个过程。系统性 随着微电子、信息技术的引入，先进制造技术能驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。先进制造技术能驾驭生产过程的物质流、能源流和信息流的系统工程。集成性 先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合，界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术于一体的新兴交叉学科，因此有人称其为制造工程。技术与管理的更紧密结合对市场变化做出更敏捷的反应及对最佳经济效益的追

6、求，使先进制造技术十分重视生产过程的合理化和最佳化。它是技术与管理、自然科学和社会科学紧密结合的产物。重视人的因素和人的作用在先进制造系统中，人的智能和技艺再次证明是难以替代的。在决策、管理和作业操作中，人机优化分工较之复杂的自动化系统更有竞争力。以装配作业为例，人机混合装配较之机器人装配更为合理。先进制造技术体系结构及其应用1.体系结构对先进制造技术的体系结构认识很不统一。机械科学研究院(AMsT)提出的先进制造技术由多层次技术群构成的体系图，强调了先进制造技术从基础制造技术、新型制造单元技术到先进制造集成技术的发展过程，也表明了在新型产业及市场需求的带动之下，在各种高新技术(如能源技术、材

7、料技术、微电子技术和计算机技术以及系统工程和管理科学)的推动下先进制造技术的发展过程。先进制造技术是制造业为了提高竞争力以适应时代要求，对制造技术不断优化及推陈出新而形成的高新技术群。在不同的国家、不同的发展阶段，先进制造技术有不同的内容及组成。我国目前属于先进制造技术范畴的技术是一个三层次的技术群。第一个层次是优质、高效、低耗、清洁基础制造技术。铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械加工等基础工艺至今仍是生产中大量采用、经济适用的技术，这些基础工艺经过优化而形成的优质、高效、低耗、清洁基础制造技术是先进制造技术的核心及重要组成部分。这些基础技术主要有精密下料、精密塑性成形、精密铸造、精密加

8、工、精密测量、毛坯强韧化、精密热处理、优质高效连接技术、功能性防护涂层及各种与设计有关的基础技术、各种现代管理技术。第二个层次是新型的制造单元技术。这是在市场需求及新兴产业的带动下，制造技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新制造技术，如制造业自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、cADcAM、清洁生产技术、新材料成形加工技术、激光与高密度能源加工技术、工艺模拟及工艺设计优化技术等。第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信息技术和系统管理技术，通过网络与数据库对上述两个层次的技术集成而形成的，如FMs、cIMS、IMs以及

9、虚拟制造技术等。以上三层次都是先进制造技术的组成部分，但其中每一个层次都不等于先进制造技术的全部。2.先进制造技术在机械制造业中的应用 &E) sJ0 791vh 如前所述，先进制造技术是一个庞大的技术群。在机械制造的整个过程中，无论是在产品的设计开发、还是在产品生产制造或是经营管理中都能充分利用先进制造技术。近几年，机械制造业发生了一系列重大变化，主要表现在以下几个方面。 N6Z*5efR ;HASHu 1)企业生产方式发生重大变革。由于先进制造技术的应用，现代机械制造企业逐步改变了传统观念，在生产组织方式上发生了五个转变：从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变;从金字塔式的多层次生产管理结

10、构向扁平的网络结构转变;从按功能划分部门的固定组织形式向动态、自主管理的小组工作组织形式转变;从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变;从以技术为中心向以人为中心转变。 E/H9# LYQji! 2)机械制造业的先进制造工艺以及自动化技术的形成和发展。在整个机械制造的过程中，工艺过程是最主要的过程。由于机械制造业本身的需要，形成和发展了许多先进的制造工艺及自动化技术。从而充实、发展了整个先进制造技术群，带动了其他制造业的发展。这些先进制造工艺及自动化技术主要包括以下几个方面。(1)毛坯制造工艺。毛坯制造是机械制造工艺的基础和前提。近几年，出现了许多先进的制造工艺及技术。铸造方面出现了一

11、套精密洁净铸造成形工艺，例如，外热风冲天炉熔炼、处理、保护成套技术;钢液精炼与保护技术;高效金属型铸造工艺及设备;气化模铸造工艺与设备等。锻压方面出现了精确高效塑性成型技术，主要有热精锻生产线成套技术，冷温成型成套技术，辊锻和楔横轧成形技术，精密冲裁工艺及设备等，焊接与切割方面出现了新型焊接电源及控制技术，激光焊接技术，微连接技术，数控切割技术等。(2)机械加工工艺。机械加工是机械制造工艺过程的主要组成部分，在这方面的趋势是向高效、高精度方向发展。主要有精密加工和超精密加工，高速切削与超高速磨削，复杂型面的数控加工，游离磨料的高效加工等。(3)自动化技术。制造自动化技术是在制造过程的所有环节采

12、用自动化技术，实现制造全过程的自动化。是研究对制造过程的规划、运作、管理、组织、控制与协调优化等的自动化的技术，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时和洁净的目标。在机械制造过程中，除了发展应用先进制造工艺以外，自动化技术的发展与应用是另一大特征。这些自动化技术包括CAD，CAM集成、机床数控技术、工业机器人、柔性制造技术、传感技术、计算机集成制造技术、自动检测及信号识别技术等。 oT$N_gFT S_sHwObFu|二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

13、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， 21世纪的机械制造技术的发展趋势体现在以下几个方面：一）精密化 精密加工、特种加工、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。精”是“精密化”。它一方面是指对产品、零件的精度要求越来

14、越高，另一方面是指对产品、零件的加工精度要求越来越高。有了前者，才要求有后者；有了后者，才促使前者得以发展。“精”是指加工精度及其发展，精密加工，细微加工，纳米加工，如此等等。20世纪初，超精密加工的误差是10微米，30年代达1微米，50年代达0.1微米，70至80年代达0.01微米，至今达0.001微米，即1纳米。从海湾战争，到科索沃战争，到阿富汗战争，到伊拉克战争，武器的命中率越来越高，就是武器越来越“精”，可以说，关键就是打“精度”战争。再由以下一组数据可以看到微电子产品对加工精度的依赖程度，电子元件制造误差为，一般晶体管50微米，一般磁盘5微米，一般磁头磁鼓0.5微米，集成电路0.05

15、微米，超大型集成电路达0.005微米，而合成半导体为1纳米。在现代超精密机械中，对精度要求极高，如人造卫星的仪表轴承，其圆度、圆柱度、表面粗糙度等均达纳米级；基因操作机械，其移动距离为纳米级，移动精度为0.1纳米。细微加工、纳米加工技术可达纳米以下的要求，如离子束加工可达纳米级，借助于扫描隧道显微镜（STM）与原子力显微镜的加工，则可达0.1纳米。至于微电子芯片的制造，有所谓的“三超”：1、超净，加工车间尘埃颗粒直径小于1微米，颗粒数少于每立方英尺0.1个；2、超纯，芯片材料有害杂质，其含量小于1ppb，即十亿分之一；3、超精，加工精度达纳米级。显然，没有先进制造技术，就没有先进电子技术装备；

16、而没有先进电子技术与信息技术，也就没有先进制造装备。（二）自动化自动化技术自20世纪初出现以后，经历了由刚性自动化向柔性自动化的发展过程，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。机械自动化, 主要指在机械制造业中应用自动化技术, 实现加工对象的连续自动生产, 实现优化有效的自动生产过程, 加快生产投入物的加工变换和流动

17、速度。机械自动化技术的应用与发展, 是机械制造业技术改造、技术进步的主要手段和技术发展的主要方向。机械自动化的技术水准, 不仅影响整个机械制造业的发展, 而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响。如何发展我国的机械自动化技术, 应实事求是, 一切从我国的具体国情出发, 做好各项基础工作, 走中国的机械自动化技术发展之路。1 结合生产实际, 注重实用发展机械自动化技术。先进制造技术的全部真谛在于应用。发展机械自动化技术, 应以企业的生产和发展的实际需要及具体条件为导向。只有对合适的产品采用与之相适应的自动化方式进行生产, 才能收到良好的技术经济效益和社会经济效益。我国发展机械自动化技术,

18、应结合实际, 注重实用, 即对国民经济产生实际效益。那种盲目搞自动化、搞自动线的做法, 全年生产任务只需12 个月就完成的低负荷率生产也要搞的倾向应当纠正, 对国民经济不产生显著促进、效率低下的要缓搞。我们要的是效益, 而不单纯的是速度。2 发展投资少、见效快的低成本自动化技术。发展低成本自动化技术, 潜力大, 前景广, 投资省, 见效快, 提高自动化程度, 可以收到事半功倍的经济效果, 适合我国现阶段的发展需要和国情。20 世纪90 年代美国麻省理工学院提出的精节生产LP( Lean Production) 模式, 就是以最小的投入, 取得最大的产出的具体表现。借鉴国外发展机械制造业低成本自

19、动化技术的经验是有益的。我国机械制造业各企业有大量的通用设备, 在发展现代机械自动化技术时, 应以原有的设备为主, 合理调整机床布局, 添加少量的数控设备, 引入CAD/CAM技术, 充分发挥计算机自动化管理的优势和人的创造性, 共同构成一个以人为中心, 以信息自动化为先导、树立自主的单元化生产系统, 为我国机械制造业自动化技术发展应用提供了一条投资少、见效快、效益高、符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。通用机的局部自动化改装有重要意义。近期内我国对成本低、维修方便的通用机的需要量还是不会急剧降的, 因为有广大的乡镇企业市场, 有小工厂、试验室、大型企业的工具车间等。3 结合中国国情,

20、 发展现代机械自动化技术。实现机械自动化是一个由低级到高级、由简单到复杂、由不完善到完善的发展过程。当机械的操作采用自动控制器后, 生产方式才从机械化逐步过渡到机械控制( 传统) 自动化、数字控制自动化、计算机控制自动化。只有建立了自动化工厂后, 生产过程才能全盘自动化,才能使生产率全面提高, 达到自动化的高级理想阶段。中国实现机械自动化技术应是一个长期的过程, 不可能一蹴而就。当前, 中国机械制造业同世界先进水准也存在阶段性差距。在我国这种国情下, 普遍发展应用计算机集成制造系统的“全盘自动化”或“高度自动化”, 并不具备必要的基础技术、经验和投资能力。因此, 要不要普遍发展全盘自动化或高度

21、自动化CIMS 技术, 一定要慎重行事。而且全盘自动化或高度自动化的CIMS 技术也并非我国机械制造业的当务之急, 只能列为机械制造自动化技术的主要发展方向。应该发展工艺成熟的大批量生产的自动化技术。我国现阶段, 在产品数量较大的同类产品连续流水作业的切削加工生产中, 自动化设仍然是半自动机床、自动机床、组合机床及其组成的自动线、回转体零件加工自动线等。而在大批量的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理和装配等生产中, 采用刚性自动化( 自动单机和自动线) 则是合理可行的, 能取得较好的经济效益; 对于品种稍多的成批生产, 应采用由快速重新调整的设备组成成组工段或流水线、可更换主轴箱组合机床自动线、短

22、自动线和复合制造单元, 实现成组自动化; 而单件小批量生产, 应从推广成组技术入手, 适当发展采用数控机应酬或加工中心, 有针对性地建立一些揉性制造单元FMC( Flexible Manu- facturing Cell) , 可取得较好的经济效果。我国作为一个发展中国家, 考虑一切生产技术问题时的前提必须是适用。我国消化吸收国外柔性制造系统( Pseudo- FMS) ,是要确保必要的生产柔性的前提下, 优化人机界面, 不过分追求自动化, 尽可能建立较为完善的信息系统, 充分发展计算机管理的效益。系统中先进的自动化装备和普通设备并存, 系统的某些环节允许人工干预。这是一个典型的结合国情、实施

23、适用先进方针的自动化技术解决方案。我国目前在消化呼吸、融会贯通国际上有用的自动化技术理论的基础上, 要努力做到从我国机械制造业的实际情况出发, 发展创新, 形成有国情特征的发展自动化技术理论和学说, 进行围绕计算机技术的柔性自动化技术的开发研究, 以适用为前提, 急需什么就解决什么, 取得实践经验再推广应用。4 抓好基础, 注重配套发展机械自动化技术。发展应用机械自动化技术, 要扎扎实实地抓好自动化技术应用项目的基础工作和从实际出发的推广应用工作, 既要发展主机, 也要配套发展自动化元件及控制系统。可编程控制器、微处理机、各种传感器、新型刀具、控制系统及系统软件、电子计算机等将是今后机械自动化

24、的主要技术基础。研究生产大量性能优良、自动化水准高的机电产品是发展应用机械自动化技术的关键。自动化生产时, 在系统的结构、质量( 重量) 、体积、刚性和耐性等方面对现代机械自动化技术有着重要的影响, 机械技术应利用其它高新技术来更新, 实现与适应现代机械自动化技术的发展; 自动化生产时, 机械制造系统的自动控制、自动检测、伺服系统的操作等都少不了要应用微电子技术和自动控制理论; 自动化生产时, 信息的交换与处理、存取、运算、判断和决策等都少不了要应用计算机与信息处理技术。总之, 我国机械制造业发展应用自动化技术, 不但要起点高, 瞄准世界先进水准, 而且必须包括各种灵活的低成本、见效快的自动化

25、技术, 坚持提高与普及相结合的方针, 我国的机械自动化技术发应应用才能健康地走上高速度、高质量和高效益之路。（三）信息化信息、物质和能量是制造系统的三要素。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，以适应高柔性生产的需要。 （四）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

26、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。柔性化制造技术的发展主要有以下几个方面：1计算机辅助设计未来技术发展将会引入专家系统,使之具有智能化,可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术,该项新技术是直接利用数据,通过计算机控制的激光扫描系统,将三维数字模型分成若干层二维片状图形,并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描,被扫

27、描到的液面则变成固化塑料,如此循环操作,逐层扫描成形,并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起,仅需确定数据,数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。2模糊控制技术模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能,可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整,使系统性能大为改善,其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。3人工智能、专家系统及智能传感器技术迄今,柔性制造技术中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理,求解各类问题(如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、

28、监视、修复、命令及控制等)。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合,因而专家系统为柔性制造的诸方面工作增强了柔性。展望未来,以知识密集为特征,以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在柔性制造业(尤其智能型)中起着日趋重要的关键性的作用。目前用于柔性制造中的各种技术,预计最有发展前途的仍是人工智能。预计到21世纪初,人工智能在柔性制造技术中的应用规模将在比目前大4倍。智能制造技术()旨在将人工智能融入制造过程的各个环节,借助模拟专家的智能活动,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程,系统能自动监测其运行状态,在受到外界或内部激励时能自动调节

29、其参数,以达到最佳工作状态,具备自组织能力。故被称为未来21世纪的制造技术。对未来智能化柔性制造技术具有重要意义的一个正在急速发展的领域是智能传感器技术。该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的,它使传感器具有内在的“决策”功能。4人工神经网络技术人工神经网络()是模拟智能生物的神经网络对信息进行并处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域,神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统,成为现代自动化系统中的一个组成部分。（五）集成化集成是综合自动化的一个重要特征。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，

30、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，同时还要强调人的集成，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。集成化已是摆在机械制造业面前头等重大的课题。以生产者为主导的生产方式正逐步向以消费者为主导的生产方式转变。集成化是先进制造系统的一个显著特征, 这一集成特征正向着深度和广度方向发展。目前已从企业内部的信息集成发展到实现产品整个生命周期的过程集成, 并将发展到企

31、业间的动态集成。各个发展阶段的主要特点如下:信息集成: 主要目的是通过网络和数据库把各自动化系统和设备包括已形成的自动化孤岛和异种设备互联, 实现制造系统中的数据交换和信息共享; 做到把正确的数据, 在正确的时间, 以正确的形式, 送给正确的人, 帮助人做出正确决策。功能集成: 主要实现企业要素, 即人、技术和管理组织的集成, 并在优化企业运营模式基础上实现企业生产经营功能部分的整体集成。过程集成: 主要通过产品开发过程的并行和多功能项目组成核心的企业科学化组织, 实现产品开发过程、经营过程的集成, 对企业过程进行重组与优化, 使企业的生产与经营产生质的飞跃。全球化: 面向21世纪国际化市场竞

32、争的日益激烈以及高新技术的发展, 动态联盟、虚拟公司、信息高速公路等的建立, 顾客需求朝小批量多样化、交货快、成本低等方面发展, 出现了强强联合的态势, 使制造技术的全球化进程在20世纪80年代后迅速发展。这不仅与信息、交通的快速发展相关, 更重要的是冷战的结束, 关税壁垒被打破。一些发达国家通过经济手段来争夺市场, 销售产品, 输出资本, 争夺世界。绿色化: 迄今为止, 制造业已成为创造人类财富的支柱产业, 是人类社会物质文明和精神文明的基础。绿色生产正是对生产过程和产品实施综合预防污染的战略, 从生产的始端就注重污染的防范, 以节能、降耗、减污为目标, 以先进的生产工艺、设备和严格的科学管理为手段, 以有效的物料循环为核心, 使废物的产生量达到最小化, 尽可能地使废物资源化和无害化, 实现环境与发展的良性循环, 最终达到持续协调发展。但是另一方面, 在将制造资源转变为产品的制造过程中以及产品的使用和处理过程中消耗掉大量人类社会有限的资源, 并对环境造成严重污染。因此, 如何使制造业尽可能少地产生环境污染, 是当前