先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1、先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 一、制造戰(zhàn)略的變遷 近年來，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的沖擊和信息技術(shù)的推動(dòng)，制造企業(yè)正經(jīng)歷著一場(chǎng)重大變革，制造企業(yè)的戰(zhàn)略也發(fā)生了很大的變化。圖1描繪了美國(guó)制造企業(yè)的經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略從20世紀(jì)50年代和60年代的“規(guī)模效益第一”，經(jīng)過70年代和80年代“價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)第一”和“質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)第一”，發(fā)展到90年代的“市場(chǎng)響應(yīng)速度第一”。 圖1美國(guó)制造戰(zhàn)略的變遷 今天，每一個(gè)企業(yè)都企圖以高科技含量、高質(zhì)量和快速開發(fā)能力使自己的產(chǎn)品具有競(jìng)爭(zhēng)能力。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，任何一個(gè)企業(yè)要想獲勝，取得較大的市場(chǎng)占有率，必須具備以下4種能力：時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)能力(timet)，產(chǎn)品上市快，生產(chǎn)周期短，交貨及時(shí)；質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)能力(qu

2、alityq)產(chǎn)品不僅可靠，而且使用戶在各方面都滿意；價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)能力(costc)，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本低，價(jià)格適中；創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)能力(creationc)，產(chǎn)品有特點(diǎn)，生產(chǎn)有柔性，競(jìng)爭(zhēng)有策略。 其中最重要的能力是創(chuàng)新能力，企業(yè)創(chuàng)新不僅是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新，更重要的是制造觀念的更新、組織的重構(gòu)，經(jīng)營(yíng)方式的重組才能保證產(chǎn)品的創(chuàng)新得以很快地實(shí)現(xiàn)，迅速進(jìn)入市場(chǎng)。目前市場(chǎng)的特點(diǎn)是“瞬息萬變，很難預(yù)測(cè)”，這將是未來惟一不變的法則。一種產(chǎn)品、一種工藝方法沿用十幾年的時(shí)代已經(jīng)一去不復(fù)返了。為了適應(yīng)市場(chǎng)的多變，企業(yè)不僅要具備技術(shù)上的柔性，還要具備管理上的柔性以及人員和組織上的柔性。 現(xiàn)階段成功企業(yè)的制造戰(zhàn)略特征可歸納為：

3、 同時(shí)注意提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和及時(shí)交貨；與消費(fèi)者保持密切的聯(lián)系，及時(shí)獲得市場(chǎng)信息，對(duì)市場(chǎng)作出快速響應(yīng)；與供應(yīng)商建立更密切的聯(lián)系，以壓縮產(chǎn)品庫(kù)存，降低生產(chǎn)成本；為質(zhì)量利益而利用先進(jìn)制造技術(shù)；在組織上縱向減少層次，橫向減少部門；新的人力資源政策，要讓工人理解全部生產(chǎn)過程，意識(shí)到自己與企業(yè)利益相關(guān)，命運(yùn)與共，應(yīng)吸收職工參與決策，分享利潤(rùn)，并給予職工保障；先進(jìn)制造技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行充分考慮到了人的特點(diǎn)，從而使企業(yè)中各類人員都有機(jī)會(huì)充分展示自己的才華。 未來企業(yè)制造戰(zhàn)略的發(fā)展趨勢(shì)，主要將從下面一些方面表現(xiàn)出來： (1)產(chǎn)品價(jià)格進(jìn)一步降低。 (2)邊際成本減少。 (3)調(diào)整費(fèi)用降低。 (4)生

4、產(chǎn)調(diào)整時(shí)間縮短。 (5)發(fā)貨速度加快。 (6)更頻繁的產(chǎn)品改進(jìn)。 (7)產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本減少。 (8)與客戶的聯(lián)系更迅速，定單處理更快。 (9)產(chǎn)品制造周期縮短。 (10)并行工作時(shí)間增加。 (11)調(diào)整次數(shù)增加，批量減少，成本和在制品庫(kù)存水平降低，待發(fā)貨定單減少。 二、21世紀(jì)對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的挑戰(zhàn) 制造技術(shù)要適應(yīng)21世紀(jì)社會(huì)發(fā)展的需求，面臨以下挑戰(zhàn)： (1)信息時(shí)代的挑戰(zhàn)人類社會(huì)自20世紀(jì)90年代已開始進(jìn)入信息時(shí)代，信息產(chǎn)業(yè)成為21世紀(jì)全球經(jīng)濟(jì)中最寵大、最具活力的產(chǎn)業(yè)。信息將給21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)帶來革命性的變化。 21世紀(jì)的制造業(yè)正在從以機(jī)器為特征的傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)代向著以信息為特征的系統(tǒng)技術(shù)時(shí)代

5、邁進(jìn)。制造技術(shù)的發(fā)展也必然與信息技術(shù)的發(fā)展密不可分。 (2)有限的資源與日益增長(zhǎng)的環(huán)保壓力的挑戰(zhàn)地球作為宇宙中的一個(gè)村落已日益變得更小，環(huán)境污染正威脅著人類的生存，而有限的資源正威脅著人類的繼續(xù)發(fā)展。因而如何實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展已是21世紀(jì)人類的一個(gè)重要課題。綠色制造是21世紀(jì)制造技術(shù)的一個(gè)重要特征。綠色設(shè)計(jì)技術(shù)、汽車的拆卸與回收技術(shù)、生態(tài)工廠的循環(huán)式制造技術(shù)將得到迅速發(fā)展。 (3)制造全球化和貿(mào)易自由化的挑戰(zhàn)隨著世界自由貿(mào)易體制的進(jìn)一步完善以及全球交通運(yùn)輸體系和通信網(wǎng)絡(luò)的建立，國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作與交往日趨緊密，全球產(chǎn)業(yè)界進(jìn)入結(jié)構(gòu)大調(diào)整的重要時(shí)期，世界正在形成一個(gè)統(tǒng)一的大市場(chǎng)。制造業(yè)的全球化與一體化的格局

6、已經(jīng)初步形成。制造技術(shù)的發(fā)展必須與此適應(yīng)，新的先進(jìn)制造生產(chǎn)模式必將是全球化的生產(chǎn)模式。 (4)消費(fèi)觀念變革的挑戰(zhàn)21世紀(jì)消費(fèi)者的行為更加具有選擇性，“客戶化、小批量、快速交貨”的要求不斷增加，批量生產(chǎn)的產(chǎn)品逐漸為個(gè)性化、多樣化的產(chǎn)品所取代，產(chǎn)品的生產(chǎn)和服務(wù)的界限越來越模糊，市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)多變性迫使制造業(yè)改變策略。 三、先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 為適應(yīng)21世紀(jì)對(duì)制造技術(shù)的需要，未來先進(jìn)制造技術(shù)的總趨勢(shì)是向系統(tǒng)化、集成化、智能化方向發(fā)展。 1設(shè)計(jì)技術(shù)不斷現(xiàn)代化 產(chǎn)品設(shè)計(jì)是制造業(yè)的靈魂?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)是： (1)設(shè)計(jì)方法和手段的現(xiàn)代化，它突出反映在數(shù)值仿真或虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代產(chǎn)品建模理

7、論的發(fā)展上。 (2)新的設(shè)計(jì)思想和方法不斷出現(xiàn)，如并行設(shè)計(jì)，面向“x”的設(shè)計(jì)dfx(design for x)，健壯設(shè)計(jì)(robust design)；優(yōu)化設(shè)計(jì)(optimal design)，反求工程技術(shù)(reverse engineering)。 (3)由簡(jiǎn)單的、具體的、細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向復(fù)雜的總體設(shè)計(jì)和決策，要通盤考慮包括設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、銷售、使用、維修、報(bào)廢等階段的產(chǎn)品的整個(gè)生命周期。 (4)由單純考慮技術(shù)因素轉(zhuǎn)向綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素。設(shè)計(jì)時(shí)不單純追求某項(xiàng)性能指標(biāo)的先進(jìn)和高低，而注意考慮市場(chǎng)、價(jià)格、安全、美學(xué)、資源、環(huán)境等方面影響。 2成形制造技術(shù)向精密成形或稱凈成形的方向發(fā)展

8、成形制造技術(shù)是鑄造、塑性加工、連接、熱處理、粉末冶金等單元技術(shù)的總稱。展望21世紀(jì)，成形制造技術(shù)正在從接近零件形狀(near net shape process)向直接制成工件即精密成形或稱凈成形(net shape process)的方向發(fā)展。有代表性的精密成形制造技術(shù)是： (1)精密鑄造技術(shù)。 (2)精密塑性成形技術(shù)。 (3)精密連接技術(shù)。 3加工制造技術(shù)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 (1)超精密加工技術(shù)一般認(rèn)為加工精度為303 m的加工稱為精密加工，加工精度達(dá)03003 m時(shí)就稱為超精密加工，而加精度高于003 m(30納米)稱之為納米加工。 (2)超高速切削目前認(rèn)

9、為超高速切削的范圍是：車削速度7007 000 m/min；銑削為3006 000 m/min；磨削為5 00010 000 m/min。 (3)新一代制造裝備的發(fā)展市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和新產(chǎn)品、新技術(shù)、新材料的發(fā)展推動(dòng)著新型加工設(shè)備的研究與開發(fā)，其中典型的例子是“并聯(lián)桁架結(jié)構(gòu)式數(shù)控機(jī)床”(或俗稱“六腿”機(jī)床)的發(fā)展。它突破了傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)方案，采用6個(gè)軸長(zhǎng)短的變化以實(shí)現(xiàn)刀具相對(duì)于工件的加工位置的變化。 4制造技術(shù)專業(yè)、學(xué)科的界限逐步淡化、消失，新型制造技術(shù)不斷得到發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展 在制造技術(shù)內(nèi)部，冷熱加工之間，加工、檢測(cè)、物流、裝配過程之間，設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用、加工制造之間，其界限均逐步淡化、逐步走

10、向一體化。如cad，capp，cam的出現(xiàn)，使設(shè)計(jì)、制造成為一體。 一個(gè)典型的例子是快速原型零件制造(rp)技術(shù)的產(chǎn)生，是近20年制造領(lǐng)域的一個(gè)重大突破，它可以自動(dòng)而迅速地將設(shè)計(jì)思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)的功能的原型或直接制造零件，淡化了設(shè)計(jì)、制造的界限。rp技術(shù)突破了傳統(tǒng)加工技術(shù)采用材料“去除的”原則，而采用“添加、累積”的原理。目前的主要方法有：立體印刷(sla)，采用紫外線光源逐層對(duì)光敏樹脂掃描而成形；分層實(shí)體制造(lom)，對(duì)紙進(jìn)行逐層切割并粘接而成形；選擇性激光燒結(jié)(sls)；熔化沉積制造(fdm)，采用蠟絲等材料逐層噴射并凝固成形。 5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在制造業(yè)中獲得越來越多的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實(shí)

11、技術(shù)(virtual reality technology)是20世紀(jì)90年代才提出的新概念，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已開始在制造業(yè)中得到應(yīng)用，主要包括虛擬制造技術(shù)和虛擬企業(yè)兩個(gè)部分。 虛擬制造技術(shù)將在產(chǎn)品真正制造出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型(softprototype)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品(hardprototype)進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場(chǎng)變化能力。 虛擬企業(yè)、動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、虛擬組織機(jī)構(gòu)或虛擬公司(virtual company)是相同的概念。其含義是：為了快速響應(yīng)某一市場(chǎng)需求，通過信息高速公路，將產(chǎn)品涉及

12、到不同公司臨時(shí)組建成為一個(gè)沒有圍墻、超越空間的約束、靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、統(tǒng)一指揮的合作經(jīng)濟(jì)實(shí)體。 目前正在著手組織的“分散網(wǎng)絡(luò)化制造”(dnm)，就是虛擬企業(yè)的一種模式，它的目標(biāo)是在中國(guó)內(nèi)地和香港的2 000家制造企業(yè)之間，采用國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)建立制造資源信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)施敏捷制造。dnm既比較符合我國(guó)國(guó)情，又比籠統(tǒng)地稱虛擬企業(yè)更加切合實(shí)際，為人們理解和接受。 6信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合，先進(jìn)制造生產(chǎn)模式獲得不斷發(fā)展 先進(jìn)的制造技術(shù)必須在與之相匹配的制造模式里才能充分發(fā)揮作用。21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)是先進(jìn)制造生產(chǎn)模式獲得不斷發(fā)展。 制造業(yè)在經(jīng)歷了少品種小批量少品種大批量多品種小批量生

13、產(chǎn)模式的過渡后，20世紀(jì)七八十年代開始了以采用計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(cims)進(jìn)行制造的柔性生產(chǎn)模式。初期的cims以較高的自動(dòng)化程度為特征，在實(shí)驗(yàn)過程遇到困難。cims的第二階段是并行工程，它強(qiáng)調(diào)的不僅是信息集成，而是人的集成問題。預(yù)計(jì)21世紀(jì)的cims將是智能制造系統(tǒng)，它體現(xiàn)了制造系統(tǒng)化、自動(dòng)化、智能化綜合發(fā)展。 精益生產(chǎn)(lp)是1990年提出的制造生產(chǎn)模式。它的基本原則是“消滅一切浪費(fèi)”和“不斷改善”，其主要支柱是準(zhǔn)時(shí)制作業(yè)(jit)、全面質(zhì)量管理(tqc)、成組技術(shù)(gt)、彈性作業(yè)人數(shù)和尊重人性。日本豐田公司采用這種方式，使自動(dòng)化程度不高的工廠取得了良好的效益。 敏捷制造(am)是1991年提出的，1992年美國(guó)政府將其作為“21世紀(jì)制造企業(yè)的戰(zhàn)略”。敏捷制