先進制造技術研究現狀及發(fā)展趨勢

1、先進制造技術研究現狀及發(fā)展趨勢摘要：本文介紹了我國與國外先進制造技術的概況，闡述了先進制造技術的發(fā)展趨勢，指出了我國先進制造技術與先進國家相比所存在的差距，并提出了相應的解決措施。關鍵詞：先進制造技術概述發(fā)展趨勢Abstract：ThisarticledescribestheadvancedmanufacturingtechnologyinChinaandabroadoverviewdescribesthedevelopmenttrendofadvancedmanufacturingtechnology,advancedmanufacturingtechnologythatChinacompa

2、redwithdevelopedcountriesthegaps,andproposethecorrespondingsolutions.Keywords：Advancedmanufacturingtechnology；Trendofdevelopment；Survey一引言機械制造業(yè)是國民經濟最重要的基礎產業(yè)，而機械制造技術的不斷創(chuàng)新是機械工業(yè)發(fā)展的技術基礎和動力。隨著科學技術的進步以及新的管理思想、管理模式和生產方式的引進，近年來，先進制造技術在機械加工領域中的應用越來越廣泛，越來越深入。那么，到底什么是先進制造技術呢？機械制造技術是研究產品設計、生產、加工制造、銷售使用、維修服務乃至回收

3、再生的整個過程的工程學科,是以提高質量、效益、競爭力為目標,包含物質流、信息流和能量流的完整的系統(tǒng)工程。我國制造科學技術有日新月異的變化和發(fā)展，確立了社會主義市場經濟體制，但與先進的國家相比仍有一定差距，為了迎接新的挑戰(zhàn)，必須認清制造技術的發(fā)展趨勢，縮短與先進國家的差距，使我國的產品上質量、上效率、上品種和上水平，以增強市場競爭力，因此，對制造技術及制造模式的研究和實施是擺在我們面前刻不容緩的重要任務，以實現我國機械制造業(yè)跨入世界先進行列。2.先進制造技術概述2.1先進制造技術的體系結構及分類先進制造技術是系統(tǒng)的工程技術，可以劃分為三個層次和四個大類。三個層次：一是優(yōu)質、高效、低耗、清潔的基礎

4、制造技術。這一層次的技術是先進制造技術的核心，主要由生產中大量采用的鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護、機械加工等基礎工藝優(yōu)化而成。二是新型的制造單元技術。這是制造技術與高技術結合而成的嶄新制造技術。如制造業(yè)自動化單元技術、極限加工技術、質量與可靠性技術、新材料成型與加工技術、激光與高密度能源加工技術、清潔生產技術等。三是先進制造的集成技術。這是運用信息技術和系統(tǒng)管理技術，對上述兩個層次進行技術集成的結果，系統(tǒng)駕馭生產過程中的物質流、能量流和信息流。如成組技術（CT）、系統(tǒng)集成技術（SIT）、獨立制造島（AMI）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）等。四個大類：一是現代設計技術，是根據產品功能要求

5、，應用現代技術和科學知識，制定方案并使方案付諸實施的技術。；二是先進制造工藝技術，主要包括精密和超精密加工技術、精密成刑技術、特種加工技術、表而改性、制模和涂層技術；三是制造自動化技術，其中包括數控技術、工業(yè)機器人技術、柔性制造技術、計算機集成制造技術、傳感技術、自動檢測及信號識別技術和過程設備工況監(jiān)測與控制技術等；四是系統(tǒng)管理技術，包括工程管理、質量管理、管理信息系統(tǒng)等，以及現代制造模式（如精益生產、CIMS、敏捷制造、智能制造等）、四我國先進制造技術的發(fā)展趨勢進入21世紀以來，我國先進制造技術借鑒了國外先進經驗得到了迅速發(fā)展并且形成lee自己的方向與目標，具體如下所述：（一）精密化精密加工

6、、特種加工、超精密加工技術、微型機械是現代化機械制造技術發(fā)展的方向之一。精密和超精密加工技術包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特種加工和復合加工(如機械化學研磨、超聲磨削和電解拋光等)三大領域。超精密加工技術己向納米(lnm=10-3m)技術發(fā)展。納米技術己在納米機械學、納米電子學和納米材料技術得到了應用。因此，它促進了機械科學、光學科學、測量科學和電子科學的發(fā)展。（二）自動化自動化技術自20世紀初出現以后，經歷了由剛性自動化向柔性自動化的發(fā)展過程，自動化技術的成功應用，不但提高了效率，保證了產品質量，還可以代替人去完成危險場合的工作。對于批量較大的生產自動化，可通過機床自動化改

7、裝、應用自動機床、專用組合機床、自動生產線來完成。小批量生產自動化可通過NC、MC、CAM、FMS、CIM、IMS等來完成。在未來的自動化技術實施過程中，將更加重視人在自動化系統(tǒng)中的作用。（三）信息化信息、物質和能量是制造系統(tǒng)的三要素。產品制造過程中的信息投入，己成為決定產品成本的主要因素。制造過程的實質是對制造過程中各種信息資源的采集、輸入、加工和處理過程，最終形成的產品可看作是信息的物質表現，因此可以把信息看作是一種產業(yè)，包括在制造之中。為此一些企業(yè)開始利用網絡技術、計算機聯網、信息高速公路、衛(wèi)星傳遞數據等實現異地生產。使生產分散網絡化，以適應高柔性生產的需要。（四）柔性化隨著科學技術的飛

8、速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，促使產品更新換代的速度不斷加快，這就要求現代企業(yè)必須具備一定的生產柔性來滿足市場多變的需要。所謂柔性，是指一個制造系統(tǒng)適應各種生產條件變化的能力，它與系統(tǒng)方案、人員和設備有關。系統(tǒng)方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人員柔性是指操作人員能保證加工任務，完成數量和時間要求的適應能力。設備柔性是指機床能在短期內適應新零件的加工能力。（五）集成化集成是綜合自動化的一個重要特征。集成的作用是將原來獨立運行的多個單元系統(tǒng)集成一個能協(xié)調工作的和功能更強的新系統(tǒng)。集成不是簡單的連接，是經過統(tǒng)一規(guī)劃設計，分析原單元系統(tǒng)的作用和相互關系并進行優(yōu)化重組而實現的。集成化的目的是實現制造

9、企業(yè)的功能集成，功能集成要借助現代管理技術、計算機技術、自動化技術和信息技術實現技術集成，同時還要強調人的集成，由于系統(tǒng)中不可能沒有人，系統(tǒng)運行的效果與企業(yè)經營思想、運行機制、管理模式都與人有關，因此在技術上集成的同時，還應強調管理與人的集成。（六）智能化智能化是制造技術的發(fā)展趨勢之一。智能制造技術(IMT)是將人工智能融入制造過程的各個環(huán)節(jié)，在整個制造過程中貫徹智力活動，使系統(tǒng)柔性的方式集成起來，通過模擬人類專家的智能活動，取代或延伸制造系統(tǒng)中的部分腦力勞動，在制造過程中系統(tǒng)能自動監(jiān)測其運行狀態(tài)，在受到外界干擾或內部激勵能自動調整其參數，以達到最佳狀態(tài)和具備自組織能力。2.3先進制造技術發(fā)展

10、中的關鍵技術2.3.1成組技術(GT)。成組技術揭示和利用事物間的相似性,按照一定的準則分類成組,同組事物采用同一方法進行處理,以便提高效益的技術,稱為成組技術。在機械制造工程中,成組技術是計算機輔助制造的基礎,將成組哲理用于設計、制造和管理等整個生產系統(tǒng),改變多品種小批量生產方式,獲得最大的經濟效益。成組技術的核心是成組工藝,它是將結構、材料、工藝相近似的零件組成一個零件族(組),按零件族制定工藝進行加工,擴大批量、減少品種、便于采用高效方法、提高勞動生產率。2.3.2敏捷制造(AM)敏捷制造是指企業(yè)實現敏捷生產經營的一種制造哲理和生產模式。敏捷制造包括產品制造機械系統(tǒng)的柔性、員工授權、制造

11、商和供應商關系、總體品質管理及企業(yè)重構。敏捷制造是借助于計算機網絡和信息集成基礎結構,構造有多個企業(yè)參加的“VM”環(huán)境,以競爭合作的原則,在虛擬制造環(huán)境下動態(tài)選擇合作伙伴,組成面向任務的虛擬公司,進行快速和最佳生產。2.3.3并行工程(CE)并行工程是對產品及其相關過程(包括制造過程和支持過程)進行并行、一體化設計的一種系統(tǒng)化的工作模式。在傳統(tǒng)的串行開發(fā)過程中,設計中的問題或不足,要分別在加工、裝配或售后服務中才能被發(fā)現,然后再修改設計,改進加工、裝配或售后服務(包括維修服務)。而并行工程就是將設計、工藝和制造結合在一起,利用計算機互聯網并行作業(yè),大大縮短生產周期。2.3.4快速成型技術(RP

12、M)快速成型技術是集CAD/CAM技術、激光加工技術、數控技術和新材料等技術領域的最新成果于一體的零件原型制造技術。它不同于傳統(tǒng)的用材料去除方式制造零件的方法,而是用材料一層一層積累的方式構造零件模型。它利用所要制造零件的三維CAD模型數據直接生成產品原型,并且可以方便地修改CAD模型后重新制造產品原型。2.3.5虛擬制造技術(VMT)虛擬制造技術以計算機支持的建模、仿真技術為前提,對設計、加工制造、裝配等全過程進行統(tǒng)一建模,在產品設計階段,實時并行模擬出產品未來制造全過程及其對產品設計的影響,預測出產品的性能、產品的制造技術。虛擬制造系統(tǒng)生產的產品是虛擬產品,但具有真實產品所具有的一切特征。

13、2.3.6智能制造(IM)智能制造是制造技術、自動化技術、系統(tǒng)工程與人工智能等學科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術。其具體表現為:智能設計、智能加工、機器人操作、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調度與管理、智能裝配、智能測量與診斷等。它強調通過“智能設備”和“自治控制”來構造新一代的智能制造系統(tǒng)模式。智能制造系統(tǒng)具有自律能力、自組織能力、自學習與自我優(yōu)化能力、自修復能力,因而適應性極強,而且由于采用VR技術,人機界面更加友好。因此,智能制造技術的研究開發(fā)對于提高生產效率與產品品質、降低成本,提高制造業(yè)市場應變能力、國家經濟實力和國民生活水準,具有重要意義二先進制造國內外的現狀1.我國先進制造

14、技術的現狀自建國以來，尤其是改革開發(fā)20多年以來，我國機械制造業(yè)得到了迅速地發(fā)展。機械工業(yè)是我國工業(yè)中發(fā)展最快的行業(yè)之一。20世紀70年代以前，產品的技術相對比較簡單，一個新產品上市，很快就會有相同功能的產品跟著上市。20世紀80年代以后，隨著市場全球化的進一步發(fā)展，市場競爭變得越來越激烈。20世紀90年代初，隨著CIMS技術的大力推廣應用，包括有CIMS實驗工程中心和7個開放實驗室的研究環(huán)境已建成。在全國范圍內，部署了CIMS的若干研究項目，諸如CIMS軟件工程與標準化、開放式系統(tǒng)結構與發(fā)展戰(zhàn)略，CIMS總體與集成技術、產品設計自動化、工藝設計自動化、柔性制造技術、管理與決策信息系統(tǒng)、質量保

15、證技術、網絡與數據庫技術以及系統(tǒng)理論和方法等均取得了豐碩成果，獲得不同程度的進展。但因大部分大型機械制造企業(yè)和絕大部分中小型機械制造企業(yè)主要限于CAD和管理信息系統(tǒng)，底層基礎自動化還十分薄弱，數控機床由于編程復雜，還沒有真正發(fā)揮作用。因此，與工業(yè)發(fā)達國家相比，我國的制造業(yè)仍然存在一個階段性的整體上的差距。2.國外先進制造技術的現狀在產品設計方面，普遍采用計算機輔助產品設計(CAD)、計算機輔助工程分析(CAE)和計算機仿真技術；在加工技術方面，巳實現了底層(車間層)的自動化，包括廣泛地采用加工中心(或數控技術)、自動引導小車(AGV)等近10余年來，發(fā)達國家主要從具有全新制造理念的制造系統(tǒng)自動

16、化方面尋找出路，提出了一系列新的制造系統(tǒng)。如計算機集成制造系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、并行工程、敏捷制造等。計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)它是在自動化技術、信息技術和制造技術的基礎上，通過計算機及其軟件，將制造廠全部生產活動所需的各種分散的自動化系統(tǒng)有機地集成起來，是適合于多品種、中小批量生產的總體高效率、高柔性的制造系統(tǒng)。首先在功能上，它包含了一個工廠的全部生產經營活動，即從市場預測、產品設計、加工工藝、制造、管理至售后服務以及報廢處理的全部活動因此它比傳統(tǒng)的工廠自動化的范圍要大得多，是一個復雜的大系統(tǒng)，是工廠自動化的發(fā)展方向。其次，在集成上，它涉及的自動化不是工廠各個環(huán)節(jié)自動化的簡單疊加，而是在計

17、算機網絡和分布式數據庫支持下的有機集成。這種集成主要體現在以信息和功能為特征的技術集成，即信息集成和功能集成。計算機集成制造系統(tǒng)的核心技術是CAD/cAM技術。三我國先進制造技術目前存在的問題和解決措施半個世紀來，我國機械制造業(yè)雖然從無到有，從小到大取得了較快的發(fā)展，但與西方先進工業(yè)國家相比還存在這明顯的差距，主要表現在如下方面：（1）產品檔次低，高水平產品所占比例小目前我國機械工業(yè)主導產品達到當代國際先進水平的不多。（3）專業(yè)化生產水平低我國基礎零部件、基礎工藝專業(yè)化水平與國外先進國家比較存在很大的差距。（4）企業(yè)生產管理技術落后目前，我國大部分企業(yè)的生產管理依舊停留在過去計劃經濟管理方式上

18、，現金管理模式和手段未能得到實施。解決我國先進制造技術目前問題應：提高認識，全面規(guī)劃，力促先進制造技術的發(fā)展。（2）深化科技體制改革，推動技術創(chuàng)新體系的建設。（3）將引進消化國外先進制造技術與自主開發(fā)創(chuàng)新相結合。（4）大力發(fā)展先進高新制造技術及其產業(yè)。（5）積極培養(yǎng)創(chuàng)造性人才，努力提高制造業(yè)的全員素質。四、結論現代制造技術是現代技術和工業(yè)創(chuàng)新的集成，是國家制造業(yè)的水平的主要標志，也是國家工業(yè)的基礎和支柱。隨著社會的發(fā)展，人們對產品的要求也發(fā)生了很大變化，要求品種要多樣、更新要快捷、質量要高檔、使用要方便、價格要合理、外形要美觀、自動化程度要高、售后服務要好、要滿足人們越來越高的要求，就必須采用

19、先進的機械制造技術。因此，我們應抓住機遇，了解我國機械制造技術的發(fā)展現狀，把握現代機械制造技術的發(fā)展趨勢，使我國從制造業(yè)大國變?yōu)橹圃鞓I(yè)強國。參考文獻1房貴如，劉維漢.先進制造技術的總體發(fā)展過程和趨勢J.中國機械工程，1995（3）.2楊叔子.先進制造技術發(fā)展與展望J.機械制造與自動化，2004（2）.3李敏賢.面向21世紀的先進制造技術J.機械工業(yè)自動化，1998（4）4李亨昭，邱敬之.先進制造技術的發(fā)展趨勢與戰(zhàn)略設想J.電子機械工程，2000（4）5孫大涌.先進制造技術M.北京：機械工業(yè)出版社，20006馬曉春.我國現代機械制造技術的發(fā)展趨勢J.森林工程，2002，（3）.7王世敬，溫筠.現代機械制造技術及其發(fā)展趨勢J.石油機械，2002，（11）.8武永利.機械制造技術新發(fā)展及其在我國的研究和應用J.機械制造與自動化，2003，（1）.9劉忠偉.先進制