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浅论先进制造技术的新发展

作者 :吴 静更新时间:2012-11-12

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(湖南岳阳职业技术学院,湖南岳阳,414000)

摘 要:本文集中论述了先进制造技术的内容和发展方向。
关键词:先进制造技术;发展方向

On the New Development of Advanced Manufacturing Technogy
Wu Jing
(Yueyang Vocational Technical College,Yueyang,Hunan 414000)
Abstract:This essay focuses on the description of the contents
avd development of course of afvanced manufacturing technology.
Key Words:advanced manufacturing technology,development course.

制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱,其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%—55%。在一个国家的企业生产力构成中,制造技术的作用一般占60%左右。专家认为,世界上各个国家经济的竞争,主要是制造技术的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化,这种竞争日趋激烈,因而各国政府都非常重视对先进制造技术的研究。
我国是世界上使用与发展机械最早的国家之一,制造业具有悠久的历史。解放以来,我国制造工业有了很大的发展,已经成为工业产业中门类比较齐全、具有相当规模和一定技术基础的部门之一。改革开放以来,制造工业充分利用国外的技术资源,进行技术改造,依靠科技进步,已经取得了长足的发展。但与世界先进水平相比,我国的制造业的产品在功能、质量等方面还有较大的差距,产品构成落后,精度保持性差、科研开发能力较薄弱、人员技术素质还跟不上现代制造业飞速发展的需要。因此,有必要重新审视我国先进制造技术(AMT)的发展方向。
1.1 绿色制造GM。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。绿色制造是可持续发展战略在制造业中的重要体现。其目标是使产品在设计、制造、装配、运输、销售及使用的过程中努力做到资源的优化利用、清洁生产和废弃物的最少化及综合利用。成型制造技术向净成形方向的发展、干式加工的应用、工艺模拟技术的发展、RPM/LOM/FDM等新型制造技术的涌现都是绿色制造技术应用的重要表现。比如实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上,这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康,又增加资源和能源的消耗。而干切削和干磨削一般是大气氛围中(氮气中、冷风中或采用干式静电冷却技术)不使用切削液进行的切削。不过对某些加工方式和工件组合,完全不使用切削液的干切削和干磨削在实际中很难实现,故又出现了使用极微量润滑(MQL)的准干切削。目前,在欧洲的大批量机械加工中,已有10%一15%的加工使用了干切削和准干切削。
1.2 极端制造EM。“极端制造技术”也是目前装备制造业的发展方向。极端制造是指这类产品的制造技术有“极”的要求。在高温、高压、高湿、强磁场、强腐蚀等条件下工作的,或有高硬度、大弹性等要求的,或在几何形体上极大、极小、极厚、极薄、奇形怪状的。如工业发达国家高度关注的一项前沿科技“微机电系统(MEMS)”,其运用于信息领域中的分子存储器、芯片加工设备;生命领域中的克隆技术、基因操作系统;军事武器中的精确制导技术,精确打击技术;航空航天领域中的微型飞机,微型卫星,“纳米”卫星(0.1kg以内);以及医用微型机器人等等。有了先进的“极端制造技术”,人们就可以制造非常“大”和非常“小”的工业产品。例如:三峡工程使用的70万千瓦水轮机组重量达到430吨,而它却是完整的“一件”物品,由钢水一次浇铸而成。要制造这个庞然大物,必须防止钢水冷却不均匀导致的开裂、起泡现象,所以在实际浇铸前做了大量的数字化模拟浇铸。再比如,航天器使用的微型液体泵,有的只有蚊子的吸管那么小,这也是利用“极端制造技术”才得以实现的。同时,最后美国提出“再制造”和“无废弃物制造”的概念。在以前,美国制造的“阿帕奇”军用直升机,使用几百个小时后就要到工厂里进行硬件检修,更换磨损零件;而现在,只要在前方对主要部件喷涂离子涂料就可以了,飞机不用更换任何设备。
1.3 柔性制造FM。柔性制造系统(FMS)是由统一的控制系统(信息流)、物料(工件、刀具)和输送系统(物料流)连接起来的一组加工设备,能在不停机的情况下实现多品种、小批量零件的加工,并具有一定管理功能的自动化制造系统。柔性制造技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段,是各国制造业发展的主流趋势,是先进制造领域的基础技术。数控技术的成熟及单台数控设备的问世,使许多工业发达国家开始了柔性制造系统的研究。FMS包括许多个柔性制造单元,它能根据制造任务和生产环境的变化迅速进行调整,适用于多品种、中小批量的生产。着重突破了成批生产的经济效益一定大于单件生产的传统观念。FMS是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及软件的支撑下构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态最优化,总体高效益、高柔性,并进而赢得竞争全胜的智能制造系统。
1.4 虚拟制造VM。虚拟制造主要就是利用计算机技术和装备产生一个虚拟环境,应用人类知识、技术和感知能力,与虚拟对象进行交互作用,对产品设计和制造活动进行全面的建模和仿真。虚拟制造技术从根本上改变了设计、试制、修改设计和规模生产的传统制造模式。在产品真正制造以前,首先在虚拟制造环境中生产软产品原形(Soft Prototype),代替传统的硬样品(Hard Prototype),预测产品的设计和制造的合理性、产品性能和制造周期等,从而使产品的开发生产周期最短、成本最低、质量最优,最终提高快速响应市场多变的能力。
1.5 智能制造IM。智能制造技术作为一种模式,通过知识工程、软件制造系统和机器人技术,对工人的技能和专家知识进行建模,能够在无人干预的情况下进行小批量的生产。它的突出之处就是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进行分析、判断、推理、构思和决策,取代或延伸制造环境中的部分脑力劳动,同时收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。由于这种制造模式,突出了知识在制造活动中的价值地位,而知识经济又是继工业经济后的主体经济形式,所以智能制造就成为影响未来经济发展过程的制造业的重要生产模式。
1.6 仿生制造BM。仿生制造指的是模仿生物器官的自组织、自愈合、自增长与自进化等功能结构和运行模式的一种制造系统与制造过程。仿生制造所涉及的科学问题是生物的“自组织”机制及其在制造系统中的应用问题。仿生制造的“自组织”机制为自下而上的产品并行设计、制造工艺规程的自动生成、生产系统的动态重组以及产品和制造系统的自动趋优提供了理论基础和实现条件。比如:自生长成形工艺,即在制造过程中模仿生物外形结构的生长过程,使零件结构最外层各处形状随其应力值与理想状态的差距作自适应伸缩直至满意状态为止。又如,将组织工程材料与快速成形制造相结合,制造生长单元的框架,在生长单元内部注入了生长因子,使各生长单元并行生长,以解决与人体的相容性和与个体的适配性及快速生成的需求,实现人体器官的人工制造。仿生制造为人类制造开辟了一个新的广阔领域。人们在“仿生制造”中不仅是师法大自然,而且是开始学习与借鉴他们自身内秉的组织方式与运等模式。如果说制造过程的机械化、自动化延伸了人类的体力,智能化延伸了人类的智力,那么,“仿生制造”则是延伸人类自身的组织结构和进化过程。
1.7敏捷制造AM。制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内生产出低成本、高质量的不同品种产品的能力,从而去面对市场的挑够。敏捷制造是将柔性生产技术、熟练掌握生产技能的劳动力,与促进企业内部和企业之间相互合作的灵活管理集成在一起通过所建立的共同基础结构,对迅速改变或无法预见的市场作出快速反应。它旨在不可预测的持续变化的环境中使企业具有卓越的自适应能力,从而占据主导地位的总体战略,同时也是对市场需求做出快速响应、快速重组的生产模式;敏捷制造是一种哲理或管理哲学,是企业管理的战略性变革。其特征是:制造柔性和成员合作,制造柔性是敏捷制造的组成部分,包括人虽、设备和软件3方面的柔性。提高从产品设计、制造和销售全过程的整体柔性,进而保证敏捷制造系统快速响应、快速重组的能力。目前,敏捷制造在西方国家已初见成效。
1.8 网络制造NH。随着信息技术和网络技术的飞速发展,网络化制造作为—种现代制造新模式,正日益成为制造业研究和实践的热门领域,网络制造业将给现代制造业带来一场深刻的变革。网络化制造应用服务(MASP,Manufacturing Application Service Provider)可为产品设计和制造过程提供服务和优化,并且可以进行虚拟的工艺仿真作为产品设计和工艺制定的参考。通过网络化应用服务中心进行产品及其制造工艺的模拟仿真与优化设计和协同制造,能够大大节省企业的投资并提高生产效率。另外企业的技术人员也可以由客户端直接在远程服务器上进行产品与工艺的优化设计或模拟仿真。
近二三十年来,计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助工程(CAD/CAM/CAE)、计算机辅助工艺规划(CAPP)、成组技术(GT)、计算机集成制造(CIM)、柔性制造(FM)、面向“X”的设计(DFX)、精良生产(LP)、最优生产技术(OPT)、并行工程(CE)、企业过程重组(BPR)、产品数据管理(PDM)、制造资源计划(MRPII)、企业资源计划(ERP)、供应链管理(SCM)、管理信息系统(MIS)、全面质量管理(TQM)、全面生产维护(TPM)、敏捷制造 (AM)、智能制造(M)、虚拟产品开发(VPD)、虚拟制造(VM)、协同制造(CM)、遥远控制(RM)、快速原型(RP)、绿色制造(GM)、生物型制造(BM)、现代集成制造(CIM)等AMT技术开始逐步在我国工业生产上应用,日益显示出AMT在工业上的巨大潜力。尽管有些技术才刚刚起步,但它们在企业目标、管理模式、运行机制、关键技术及生产过程方面有着许多共同之处,这些共同点构成了AMT的发展方向。
20世纪90年代以来,世界各国都把制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展,如美国的先进制造技术计划AMTP、日本的智能制造技术(IMS)国际合作计划、韩国的高级现代技术国家计划(G--7)、德国的制造2000计划和欧共体的ESPRIT和BRITE-EURAM计划。曾有学者预言:根据人类历史上工业革命的发生规律,21世纪50年代将会出现一次新的工业革命。对中国来说,这将是挑战,同时也是契机。我国应加快以企业为中心的技术创新体系的建立,实现技术创新、组织创新、管理创新和人才创新,为制造技术的发展营造一个健康积极的环境,从数、精、极…… 职称论文发表网http://www.issncn.com 职称论文发表网http://www.issncn.com

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