機械制造技術發展路徑研究

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編者按：本論文主要從集成化；智能化；敏捷化；綠色制造技術的應用及綠色設計等進行講述，包括了工程技術信息分系統包括計算機輔助設計、管理信息分系統、制造自動化分系統、敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎，選擇合作者組成虛擬公司、節約資源方面、采用新設計的加工工藝方面等，具體資料請見：

[摘要]隨著現代科學技術的快速發展，機械制造業面臨著不同方面的發展要求：最大程度地和計算機技術、信息技術相結合以實現智能化、自動化、高產、高效、低能耗、無污染的目標，本文從幾個方面介紹先進制造技術，指明機械制造業的發展方向。

[關鍵詞]先進制造技術機械制造業發展方向

機械制造業作為一個傳統的領域已經發展了很多年，積累了許多理論和實踐經驗，但隨著當今社會的發展，人們的生活水平不斷提高，各個方面的個性化需求越來越強烈。作為已經深入到各行各業并已成為基礎工業的機械制造業面臨著嚴峻的挑戰。先進制造技術這個概念的提出為機械制造業的發展指明了方向。雖然這個名詞沒有確定的定義，但目前被公認的認識是：先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱。它具有如下一些特點：

1．從以技術為中心向以人為中心轉變，使技術的發展更加符合人類社會的需要。

2．從強調專業化分工向模糊分工、一專多能轉變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發揮。

3．從金字塔的多層管理結構向扁平的網絡化結構轉變，減少層次和中間環節。

4．從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變，縮短工作周期，提高工作質量。

5．機械制造技術的發展趨勢可以概括為：（1）機械制造自動化。（2）精密工程。（3）傳統加工方法的改進與非傳統加工方法的發展。

下面對自動化技術給予論述和展望。機械制造自動化技術自本世紀20年代出現以來，經歷了三個階段，即剛性自動化、柔性自動化和綜合自動化。綜合自動化常常與計算機輔助制造、計算集成制造等概念相聯系，它是制造技術、控制技術、現代管理技術和信息技術的綜合，旨在全面提高制造企業的勞動生產率和對市場的響應速度。

一、集成化

計算機集成制造（CIMS）被認為是21世紀制造企業的主要生產方式。CIMS作為一個由若干個相互聯系的部分（分系統）組成，通常可劃分為5部分：

1．工程技術信息分系統包括計算機輔助設計（CAD），計算機輔助工程分析（CAE），計算機輔助工藝過程設計（CAPP），計算機輔助工裝設計（CATD）數控程序編制（NCP）等。

2．管理信息分系統（MIS）包括經營管理（BM），生產管理（PM），物料管理（MM），人事管理（LM），財務管理（FM）等。

3．制造自動化分系統（MAS）包括各種自動化設備和系統，如計算機數控（CNC），加工中心（MC），柔性制造單元（FMS），工業機器人（Robot），自動裝配（AA）等。

4．質量信息分系統包括計算機輔助檢測（CAI），計算機輔助測試（CAT），計算機輔助質量控制（CAQC），三坐標測量機（CMM）等。

二、智能化

智能制造系統可被理解為由智能機械和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，該系統在制造過程中能進行智能活動，如分析、推理、判斷、構思、決策等。在智能系統中，“智能”主要體現在系統具有極好的“軟”特性（適應性和友好性）。在設計和制造過程中，采用模塊化方法，使之具有較大的柔性；對于人，智能制造強調安全性和友好性；對于環境，要求作到無污染，省能源和資源充分回收；對于社會，提倡合理協作與競爭。

三、敏捷化

敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，對用戶需求做出快速反應，以滿足用戶的需要。為了達到快速應變能力，虛擬企業的建立是關鍵技術，其核心是虛擬制造技術，即敏捷制造是以虛擬制造技術為基礎的。敏捷制造是現代集成制造系統從信息集成發展到企業集成的必由之路，它的發展水平代表了現代集成制造系統的發展水平，是現代集成制造系統的發展方向。

四、虛擬化

“虛擬制造”的概念于20世紀90年代初期提出。虛擬制造以系統建模和計算機仿真技術為基礎，集現代制造工藝、計算機圖形學、信息技術、并行工程、人工智能、多媒體技術等高新技術為一體，是一項由多學科知識形成的綜合系統技術。虛擬制造利用信息技術、仿真計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防的措施，從而達到產品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。

五、綠色制造技術的應用及綠色設計

若從節能、降耗、縮短產品開發周期的角度出發，諸如快速成形技術、并行工程及敏捷制造、虛擬制造、智能制造和網絡制造等先進制造技術都可納入綠色制造技術的應用范疇。不過目前能將綠色制造技術真正應用于企業生產的，也是較為成功的應用，只要集中在汽車、家電等支柱產業上。如綠色制造技術在汽車行業上的應用。

（1）節約資源方面：將“綠色燃料”天然氣作為汽車的能源，它的燃料同汽油相比，CO降低70%，非甲烷類降低80%等，同時也消除了鉛、苯等有害物質的產生。

（2）采用新設計的加工工藝方面：2000年3月，博世、康明斯、卡特彼勒等國外著名的汽車發動機公司，發動了“綠色柴油機行動”，在技術上作了較大的改進，大大降低了汽車尾氣的排放。

（3）適用于環境友好的材料方面：世界上著名的汽車生產企業，使用新材料來替代以前使用的石棉、汞、鉛等有害物質，采用輕型材料——鋁材制造車身，使汽車重量減少40%，能耗也降低了。

（4）部件回收在制造方面：從1990年中期，美國僅汽車零件回收、拆卸、翻新、出售一項，每年就可獲利數十億美元。

六、清潔化

清潔生產是指：將綜合預防的環境戰略，持續應用于生產過程和產品中，以便減少對人類和環境的風險。清潔生產的兩個基本目標是資源的綜合利用和環境保護。對生產過程而言，清潔生產要求滲透到從原材料投入到產出成品的全過程，包括節約原材料和能源，替代有毒的原材料和短缺資源，二次能源和再生資源的利用，改進工藝及設備，并將一切排放物的數量與毒性削減在離開生產過程之前。對于產品而言，清潔生產覆蓋構成產品整個生命周期的各個階段，即從原材料的提取到產品的最終處理，包括產品的設計、生產、包裝、運輸、流通、銷售及報廢等，合理利用資源，并最大限度地減少對人類和環境的不利影響。

綜上所述，機械制造業的發展方向是將傳統的制造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術進行有機的結合，通過計算機技術是企業產品在全生命周期中有關的組織、經營、管理和技術有機集成和優化運行，在企業產品全生命周期中實現信息化、智能化、集成優化達到產品上市快、服務好、質量優、成本低的目的，進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性，使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。