先進制造技術淺析

1、<p><b>　　先進制造技術論文</b></p><p>　　摘要：隨著我國制造業(yè)的的不斷發(fā)展，先進制造技術得到越來越廣泛的應用。介紹了先進制造技術和先進制造模式的內(nèi)容和發(fā)展情況，從兩種角度解釋其結構特征和關系，并從各種不同角度展望先進制造技術和先進生產(chǎn)模式的發(fā)展前景及其趨勢特征。</p><p><b>　　談先進制造技術</b>

2、</p><p>　　先進制造技術AMT(Advanced Manufacturing Technology)是在傳統(tǒng)制造的基礎上，不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理技術等方面的成果，將其綜合應用于產(chǎn)品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱，也是取得理想技術經(jīng)濟效益的制造技術的總稱。<

3、/p><p>　　當前的金融危機也許還會催生新的先進制造制造技術，特別在生產(chǎn)管理技術方面。</p><p>　　先進制造技術不是一般單指加工過程的工藝方法，而是橫跨多個學科、包含了從產(chǎn)品設計、加工制造、到產(chǎn)品銷售、用戶服務等整個產(chǎn)品生命周期全過程的所有相關技術，涉及到設計、工藝、加工自動化、管理以及特種加工等多個領域，并逐步融合與集成?？苫練w納為以下四個方面：</p><

4、p>　　a、先進的工程設計技術 b、先進制造工藝技術</p><p>　　c、制造自動化技術 d、先進生產(chǎn)管理技術、制造哲理與生產(chǎn)模式</p><p>　　一、先進的工程設計技術</p><p>　　先進的工程設計技術包括眾多的現(xiàn)代設計理論與方法。包括CAD、CAE、CAPP、CAT、PDM、模塊化設計、DFX、優(yōu)化設計、三次設計與健壯設計、創(chuàng)

5、新設計、反向工程、協(xié)同產(chǎn)品商務、虛擬現(xiàn)實技術、虛擬樣機技術、并行工程等。</p><p>　　（1）產(chǎn)品（投放市場的產(chǎn)品和制造產(chǎn)品的工藝裝備（夾具、刀具、量檢具等））設計現(xiàn)代化。以CAD為基礎（造型，工程分析計算、自動繪圖并提供產(chǎn)品數(shù)字化信息等），全面應用先進的設計方法和理念。如虛擬設計、優(yōu)化設計、模塊化設計、有限元分析，動態(tài)設計、人機工程設計、美學設計、綠色設計等等；</p><p>　

6、?。?）先進的工藝規(guī)程設計技術與生產(chǎn)技術準備手段。在信息集成環(huán)境下，采用計算機輔助工藝規(guī)程設計、即CAPP，數(shù)控機床、工業(yè)機器人、三坐標測量機等各種計算機自動控制設備設備的計算機輔助工作程序設計即CAM等。</p><p>　　二、先進制造工藝技術</p><p>　?。?）高效精密、超精密加工技術，包括精密、超精密磨削、車削，細微加工技術，納米加工技術。超高速切削。精密加工一般指加工精度

7、在10～0.1μm（相當于IT5級精度和IT5級以上精度），表面粗糙度Ra值在0.1μm以下的加工方法，如金剛車、金剛鏜、研磨、珩磨、超精研、砂帶磨、鏡面磨削和冷壓加工等。用于精密機床、精密測量儀器等制造業(yè)中的關鍵零件加工，如精密絲杠、精密齒輪、精密蝸輪、精密導軌、精密滾動軸承等，在當前制造工業(yè)中占有極重要的地位。超精密加工是指被加工零件的尺寸公差為0.1～0.01μm數(shù)量級，表面粗糙度Ra值為0.001μm數(shù)量級的加工方法。此外，精密

8、加工與特種加工 一般都是計算機控制的自動化加工。</p><p>　?。?) 精密成型制造技術，包括高效、精密、潔凈鑄造、鍛造、沖壓、焊接及熱處理與表面處理技術。</p><p>　?。?）現(xiàn)代特種加工技術，包括高能束流（主要是激光束、以及電子束、離子束等）加工，電解加工與電火花（成型與線切割）加工、超聲波加工、高壓水加工等。電火花加工(Electrical discharge mach

9、ining (EDM)電火花加工 electric spark machining )是指在一定介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極之間脈沖放電的電蝕作用對工件進行的加工。能對任何導電材料加工而不受被加工材料強度和硬度的限制?？煞譃殡娀鸹ǔ尚图庸?EDM)和電火花線切割加工(電火花線切割加工 electrical discharge wire – cutting--EDW)兩大類。一般都采用CNC控制。</p><p&g

10、t;　?。?）快速成型制造（RPM).快速成形技術是在計算機控制下，基于離散堆積原理采用不同方法堆積材料最終完成零件的成型與制造的技術。從成型角度看，零件可視為“點” 或“面” 的疊加而成。從CAD電子模型中離散得到點、面的幾何信息，再與成型工藝參數(shù)信息結合，控制材料有規(guī)律、精確地由點到面，由面到體地堆積零件。</p><p>　?。?）先進制造工藝發(fā)展趨勢 </p><p>　　1）采用

11、模擬技術，優(yōu)化工藝設計； </p><p>　　2）成形精度向近無余量方向發(fā)展；</p><p>　　3）成形質(zhì)量向近無“缺陷”方向發(fā)展；</p><p>　　4）機械加工向超精密、超高速方向發(fā)展； </p><p>　　5）采用新型能源及復合加工，解決新型材料的加工和表面改性難題；</p><p>　　6）采用自動化

12、技術，實現(xiàn)工藝過程的優(yōu)化控制；</p><p>　　7）采用清潔能源及原材料，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)；</p><p>　　8）加工與設計之間的界限逐漸談化，并趨向集成及一體化； </p><p>　　9）工藝技術與信息技術、管理技術緊密結合，先進制造生產(chǎn)模式獲得不斷發(fā)展。</p><p><b>　　三、制造自動化技術</b>&

13、lt;/p><p>　　計算機控制自動化技術</p><p>　?。?）數(shù)控技術與數(shù)控機床；數(shù)控加工技術是為了實現(xiàn)機床控制自動化要求而發(fā)展的。它是指用代碼化的數(shù)字、字母及符號表示加工要求、零件尺寸及其參數(shù)、加工步驟等，通過控制介質(zhì)，輸入到控制裝置，經(jīng)過微機進行處理與計算，發(fā)出各種控制信號與數(shù)據(jù)，使機床各部件自動協(xié)調(diào)運動，實現(xiàn)自動加工的技術。采用數(shù)控加工技術的機床，稱為數(shù)控機床。數(shù)控加工的主要特

14、點是：加工的零件精度高；生產(chǎn)效率高；特別適合加工形狀復雜的輪廓表面；有利于實現(xiàn)計算機輔助制造；對操作者（不含編程人員）技術水平的要求相對較低；初始投資大、加工成本高。此外，數(shù)控機床是技術密集型的機電一體化產(chǎn)品，數(shù)控加工技術的復雜性和綜合性加大了維修工作的難度，需要配備素質(zhì)較高的維修人員和維修設備。</p><p>　?。?）工業(yè)機器人（用于物流與加工）及物流設備；工業(yè)機器人是一種可編程的智能型自動化設備，是應用計

15、算機進行控制的替代人進行工作的高度自動化系統(tǒng)。最近，聯(lián)合國標準化組織采用的機器人的定義是：“一種可以反復編程的多功能的、用來搬運材料、零件、工具的操作機”。在無人參與的情況下，工業(yè)機器人可以自動按不同軌跡、不同運動方式完成規(guī)定動作和各種任務。機器人和機械手的主要區(qū)別是：機械手是沒有自主能力，不可重復編程，只能完成定位點不變的簡單的重復動作；機器人是由計算機控制的，可重復編程，能完成任意定位的復雜運動。</p><p&

16、gt;　?。?）柔性制造系統(tǒng)（FMC,FMS,FML）：包括加工設備（CNC機床）、檢測設備、物料輸送（工業(yè)機器人、自動交換托盤（APC）、自動輸送臺車（RGV、AGV）等）和儲存設備（立體倉庫等）；數(shù)柔性制造系統(tǒng)（FMS）是現(xiàn)代機械制造業(yè)中的新型自動化生產(chǎn)設備，它是為填補占機械制造中70％的中小批量生產(chǎn)自動化而發(fā)展起來的。它主要包括若干臺數(shù)控機床和加工中心（或其他直接參加產(chǎn)品零部件生產(chǎn)的自動化設備），用一套自動物料（包括工件和刀具）搬

17、運系統(tǒng)連接起來，由分布式多級計算機系統(tǒng)進行綜合管理與控制，以適應柔性的高效率零件加工（或零部件生產(chǎn)）。所謂柔性的零件加工是指能夠同時地和交替地加工不同的但是同系統(tǒng)的零件。柔性制造系統(tǒng)的適用范圍很廣，它主要解決了單件小批生產(chǎn)的自動化和中大批多品種的自動化加工。它把高柔性、高質(zhì)量、高效率結合和統(tǒng)一起來，在當今具有很強的生命力</p><p>　?。?）計算機集成制造（CIM）和工廠自動化（FA）。計算機集成制造系統(tǒng)（

18、CIMS）是由計算機管理系統(tǒng)、計算機輔助設計與制造CAD/CAM以及柔性制造系統(tǒng)FMS（還可能有其他生產(chǎn)單元）組成。CIMS是產(chǎn)品生產(chǎn)過程的各子系統(tǒng)的完美集成，即把工程設計、生產(chǎn)制造、市場分析和其他支持功能合理地通過計算機網(wǎng)絡有機地集合成一個整體，以實現(xiàn)生產(chǎn)的柔性化、優(yōu)化、自動化和集成化，達到高效率、高質(zhì)量、低成本而靈活生產(chǎn)的目的。 </p><p><b>　　談先進生產(chǎn)模式</b><

19、;/p><p>　　制造生產(chǎn)模式是制造業(yè)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、市場競爭力、生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)速度，以完成特定的生產(chǎn)任務而采取的一種有效的生產(chǎn)方式和一定的生產(chǎn)組織形式。制造生產(chǎn)模式具有鮮明的時代性?，F(xiàn)代先進制造生產(chǎn)模式是從傳統(tǒng)的制造生產(chǎn)模式中發(fā)展、深化和逐步創(chuàng)新的過程而來。工業(yè)化時代的福特大批量生產(chǎn)模式是以提供廉價的產(chǎn)品為主要目的；信息化時代的柔性生產(chǎn)模式、精益生產(chǎn)模式、敏捷制造模式等是以快速滿足顧客的多樣化需求為主要目的；未

20、來發(fā)展趨勢是知識化時代的綠色制造生產(chǎn)模式，它是以產(chǎn)品的整個生命周期中有利于環(huán)境保護減少能源消耗為主要目的。 　　在傳統(tǒng)制造技術逐步向現(xiàn)代高新技術發(fā)展、滲透、交匯和演變的過程中，形成了先進制造技術的同時，出現(xiàn)了一系列先進制造模式。根據(jù)國際生產(chǎn)工程學會（CIRP）近10年的統(tǒng)計，發(fā)達國家所涌現(xiàn)的先進制造系統(tǒng)和先進制造生產(chǎn)模式就多達33種。發(fā)達國家制造業(yè)企業(yè)，特別是跨國公司和創(chuàng)新型中小企業(yè)已廣泛采用了一些新的制造模式和制造系統(tǒng)，如：柔性制造系

21、統(tǒng)（FMS）；計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）；精益生產(chǎn)模式（LP）；清潔生產(chǎn)模式（CP）；高效快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)；虛擬制造模式（VM）等。目前，正在開發(fā)下一代制造</p><p>　　一 柔性生產(chǎn)模式由英國莫林斯（Molins）公司首次提出的柔性生產(chǎn)模式，在20世紀70年代末得到推廣應用。該模式主要依靠有高度柔性的以計算機數(shù)控機床為主的制造設備來實現(xiàn)多品種小批量的生產(chǎn)，以增強制造業(yè)的靈活性和應變能力，可縮短產(chǎn)品生產(chǎn)

22、周期，提高設備使用效率和員工勞動生產(chǎn)率且改進產(chǎn)品質(zhì)量。 　　</p><p>　　二 智能制造模式該模式是在制造生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中，應用智能制造技術和系統(tǒng)，以一種高度柔性和高度集成的方式，通過計算機模擬專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決策，以便取代或延伸制造過程中人的部分腦力勞動，并對人類專家的制造智能進行了完善、繼承和發(fā)展。因智能制造可實現(xiàn)決策自動化，實現(xiàn)“制造智能”和制造技術的“智能化”，進而實現(xiàn)制

23、造生產(chǎn)的信息化和自動化。</p><p>　　三 精益生產(chǎn)模式該生產(chǎn)模式是由1990年美國麻省理工學院在總結第二次世界大戰(zhàn)后以豐田汽車為代表的日本制造工業(yè)的經(jīng)驗時提出的。這種模式以改革企業(yè)生產(chǎn)管理為特點，其基本要求是企業(yè)在生產(chǎn)過程中要同時獲得極高的生產(chǎn)率、最好的產(chǎn)品質(zhì)量和極大的生產(chǎn)柔性，使所生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有精益特點。它可消除制造企業(yè)因采用大量生產(chǎn)方式所造成的過于臃腫和浪費的缺點，實施“精簡、消腫”的對策，以及“精

24、益求精”的管理思想。該模式要求產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)，且充分考慮人的因素，采用靈活的小組工作方式和強調(diào)合作的并行工作方式；在生產(chǎn)技術上是采用適度的自動化技術，使制造企業(yè)的資源能夠得到合理的配置、充分的利用。 　　 </p><p>　　四 敏捷制造模式產(chǎn)生于20世紀80年代后期的敏捷制造模式與虛擬制造生產(chǎn)模式一起被美國政府作為具有劃時代意義的“21世紀制造企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略”。該模式是將柔性制造的先進技術、熟練掌握的生產(chǎn)

25、技能、有素質(zhì)的勞動力，以及促進企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間的靈活管理三者集成在一起，利用信息技術對千變?nèi)f化的市場機遇做出快速響應，最大限度地滿足顧客的要求。這種模式促進了傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生根本性變化，以因特網(wǎng)為代表的信息技術導致制造企業(yè)的管理體制和生產(chǎn)模式發(fā)生根本變化。敏捷制造生產(chǎn)模式的新概念和新理論不斷出現(xiàn)，推動著制造科學發(fā)展，例如分形制造、生物制造、全球制造、全能制造和智能制造等新概念的問世。</p><p>　　五 高

26、效快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)模式該模式是在對柔性生產(chǎn)、精益生產(chǎn)和敏捷制造這三種制造生產(chǎn)模式的優(yōu)點進行比較、綜合和創(chuàng)新之后，于1995年提出的，目前已開始推廣應用。高效快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)模式是上述三種模式的理論和實踐在更高層次上的有機集成生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征是對市場的靈活快速反應的制造資源的有效集成。</p><p>　　六 極端制造模式，現(xiàn)代制造技術正在從常規(guī)制造、傳統(tǒng)制造向非常規(guī)制造及極端制造發(fā)展，因而出現(xiàn)了極端制造模式。極端

27、制造是指在極端條件或環(huán)境下，制造極端尺度或極高功能的器件和功能系統(tǒng)。當前，極端制造已成為制造技術發(fā)展的重要領域，極端制造集中表現(xiàn)在微細制造、超精密制造、巨系統(tǒng)制造和強場（如強能量場）制造，例如：制造空天飛行器、超常規(guī)動力裝備、超大型冶金和石油化工裝備等極大尺寸和極強功能的重大裝備，制造微納電子器件、微納光機電系統(tǒng)等極小尺度和極高精度的產(chǎn)品。</p><p>　　先進制造模式與先進制造技術的關系</p>

28、<p>　　人們對于制造技術與先進制造技術IET（in-dustry engineering technology）的聯(lián)系與區(qū)別是比較清楚的。既然把制造模式與制造技術看作兩個不同的概念，就應研究AMM 與IET 的關系。</p><p>　　由于AMM 的動態(tài)性、繼承性和重疊性導致了各種AMM 的關聯(lián)性，而IET 在應用上本身也具有普遍性，因此，它們已不再是過去那樣一種技術只應用于一項模式、一項模式

29、只利用一種技術的一對一的關系，而是演變?yōu)橐环N相互滲透、相互交叉和多對多的模式，其交叉互用的關系如圖1 所示。</p><p>　　下面簡要說明圖1 中的幾項關系。</p><p>　　a）在柔性制造模式中應用設施規(guī)劃與物流分析技術，對其物流的運儲環(huán)節(jié)中物流的搬運、移動、貯存和控制各個環(huán)節(jié)分別進行研究，按照物料搬運原則，選擇合理的搬運方法，同時根據(jù)物料的特性和需求時間選擇合適的儲存位置，以便

30、于控制和節(jié)省搬運時間，從而達到壓縮庫存的目的； </p><p>　　b）考慮到精益生產(chǎn)強調(diào)向管理要效益，最大限度地調(diào)動人的積極性，以及人力資源本身具有的支配性、自控性、成長性和社會性等特征，應將人因工程技術引入到精益生產(chǎn)中，協(xié)調(diào)人- 機- 環(huán)境之間的關系，使系統(tǒng)和諧、流暢的運行；</p><p>　　c）將人力資源開發(fā)技術與創(chuàng)新技術引入敏捷制造中，滿足敏捷制造對企業(yè)整體創(chuàng)新性的要求

31、，使企業(yè)更具“敏捷性”，對用戶需求、個性化設定和市場變化，做出全方位快速響應； </p><p>　　d）利用工程經(jīng)濟分析、安全工程、品質(zhì)控制、成本控制和價值工程等技術可以對各制造模式所應用的系統(tǒng)進行全面的研究、改進，使各模式能更好地與其應用的系統(tǒng)配套運行，達到提高品質(zhì)和降低成本的目的。</p><p>　　因此，解決先進制造系統(tǒng)中的各種問題，諸如如何分析企業(yè)現(xiàn)狀，確定發(fā)展戰(zhàn)略；如何依

32、靠科技進步，提高效率和效益；如何提高管理水平，適應兩個市場競爭的要求等，均是各項IET 的用武之地。 IET 將為實現(xiàn)AMM 提供更具體、更工程化、更科學化的方法和手段，優(yōu)化利用企業(yè)內(nèi)外的各種資源，確保企業(yè)不斷提高效益。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　IET 為AMM 的成功實施提供了有力的技術支持；AMM 對IET 的發(fā)展提出了新的研

33、究課題，要求IET 更多地融入計算機技術、仿真技術和信息技術等方面的內(nèi)容。二者相互促進，共同發(fā)展。 因此，大力推廣應用AM T 和IET，重視AMM 的研究與應用，促進AM T 和IET 與各種AMM 的集成與融合，必將使先進制造系統(tǒng)獲得更有效、更滿意的運行效果。</p><p><b>　　主要參考文獻</b></p><p>　　[1]孫林巖,汪建.先進制造模式理

34、論與實踐[M].西安:西安交通大學出版社,2003.</p><p>　　[2]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):7-10.</p><p>　　[3]楊叔子,李斌,吳波.先進制造技術發(fā)展與展望[J].機械制造與自動化,2004(2):1-6.</p><p>　　[4]趙曉梅,李愛榮.先進制造技術體系結構及特點[