先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 在21世紀(jì)中,,隨著電子,、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展,,隨著市場(chǎng)需求個(gè)性化與多樣化,,未來(lái)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)是向精密化,、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化,、虛擬化、智能化,、清潔化,、集成化、全球化的方向發(fā)展,。
3 z: j7 C/ A, p 當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)大致有以下幾個(gè)方面:
8 e: R: ]- w1 h( Y) ~9 `" Y: Q0 q1.信息技術(shù)對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用 信息化是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì),,信息技術(shù)正在以人們想象不到的速度向前發(fā)展。信息技術(shù)也正在向制造技術(shù)注入和融合,,促進(jìn)著制造技術(shù)的的不斷發(fā)展,。可以說(shuō)先進(jìn)制造技術(shù)的形成與發(fā)展,,無(wú)不與信息技術(shù)的應(yīng)用與注入有關(guān),。它使制造技術(shù)的技術(shù)含量提高,使傳統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)生質(zhì)的變化,。信息技術(shù)對(duì)制造技術(shù)發(fā)展的作用目前已占第一位,。在21世紀(jì)對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的各方面發(fā)展將起著更重要的作用。 信息技術(shù)促進(jìn)著設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)代化,,加工制造的精密化,、快速化,自動(dòng)化技術(shù)的柔性化,、智能化,,整個(gè)制造過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)化、全球化,。各種先進(jìn)生產(chǎn)模式的發(fā)展,,如CIMS、并行工程,、精益生產(chǎn),、靈捷制造、虛擬企業(yè)與虛擬制造,,也無(wú)不以信息技術(shù)的發(fā)展為支撐。
7 t1 }/ Y1 n6 b- a2 T 2.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)手段的計(jì)算機(jī)化 在實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)計(jì)算,、繪圖的基礎(chǔ)上,當(dāng)前突出反映在數(shù)值仿真或虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,,以及現(xiàn)代產(chǎn)品建模理論的發(fā)展上,,并且向智能化設(shè)計(jì)方向發(fā)展。 (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)(Design For X--DFX),、健壯設(shè)計(jì)(Robust Design),、優(yōu)化設(shè)計(jì)Optimal Design)、反求工程技術(shù)(Revese Engineering)等,。 (3)向全壽命周期設(shè)計(jì)發(fā)展 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)只限于產(chǎn)品設(shè)計(jì),,全壽命周期設(shè)計(jì)則由簡(jiǎn)單的、具體的,、細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向復(fù)雜的總體的設(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)設(shè)計(jì)過(guò)程由單純考慮技術(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)不只是單純追求某項(xiàng)性能指標(biāo)的先進(jìn)和高低,、而是注意考慮市場(chǎng)、價(jià)格,、安全,、美學(xué)、資源,、環(huán)境等方面的影響,。
: X0 F k# m- B" |2 J3.成形及改進(jìn)制造技術(shù)向精密、精確,、少能耗,、無(wú)污染方向發(fā)展 成形制造技術(shù)是鑄造、塑性加工,、連接,、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)正在從制造工件的毛坯,、從接近零件形狀( Near Net Shape Proccess)向直接制成工件精密成形或稱凈成形( Net Shape  roccess)的方向發(fā)展。據(jù)國(guó)際機(jī)械加工技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè),,到下世紀(jì)初,,塑性成形與磨削加工相結(jié)合,將取代大部分中小零件的切削加工,。改性技術(shù)主要包括熱處理及表面工程各項(xiàng)技術(shù),。主要發(fā)展趨勢(shì)是通過(guò)各種新型精密熱處理和復(fù)全處理達(dá)到零件性能精確、形狀尺寸精密以及獲得各種特殊性能要求的表面(涂)層,,同時(shí)大大減少能耗及完全消除對(duì)環(huán)境的污染,。
9 i6 `0 ^/ p+ O 4.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) 目前加工精度達(dá)到0.025μm,表面粗糙度達(dá)0.0045μm,,已進(jìn)入納米級(jí)加工時(shí)代,。超精切削厚度由目前的紅外波段向可見(jiàn)光波段甚至更短波段近;超精加工機(jī)床向多功能模塊化方向發(fā)展,;超精加工材料由金屬擴(kuò)大到非金屬,。 (2)超高速切削 目前鋁合金超高速切削的切削速度已超過(guò)1600m/min,鑄鐵為1500m/min,,超耐熱鎳合金為300m/min,,鈦合金200m/min。超高速切削的發(fā)展已轉(zhuǎn)移到一些難加工材料的切削加工,。 (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(kāi)發(fā),,其中典型的例子是“并聯(lián)桁架式結(jié)構(gòu)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)床的結(jié)構(gòu)方案,采用六個(gè)軸長(zhǎng)短的變化,,以實(shí)現(xiàn)刀具相對(duì)于工件的加工位姿的變化,。 : w. h0 U5 W8 A* W6 Z
5.工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué),工藝模擬技術(shù)得到迅速發(fā)展 先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是,,工藝設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)判斷走向定量分析,,加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué)。 熱加工過(guò)程的數(shù)值模擬與物理模擬是一個(gè)重要的發(fā)展方向,,是使熱加工工藝由技藝走向科學(xué)的重要標(biāo)志,。應(yīng)用數(shù)值模擬于鑄造、鍛壓,、焊接,、熱處理等工藝設(shè)計(jì)中,并與物理模擬和專家系統(tǒng)相結(jié)合,,來(lái)確定工藝參數(shù),,優(yōu)化工藝方案,預(yù)測(cè)加工過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷及應(yīng)采取的防止措施,,控制和保護(hù)加工工件的質(zhì)量,。采用這種科學(xué)的模擬技術(shù)并與少量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)合,以代替過(guò)去一切都要通過(guò)大量重復(fù)實(shí)驗(yàn)的方法,,不僅可以節(jié)省大量的人和物力,,而且還可以通過(guò)數(shù)值模擬來(lái)解決一些目前無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行直接研究的復(fù)雜問(wèn)題 工藝模擬也發(fā)展并應(yīng)用于金屬切削加工過(guò)程,、產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程,。最新的進(jìn)展是在并行工程環(huán)境下,,開(kāi)展虛擬成形制造,使得在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)完成時(shí),,成形制造的準(zhǔn)備工作(如鑄造)也同時(shí)完成.
7 R& N% F$ E4 T( ^5 @) m* G2 `$ n 6.專業(yè),、學(xué)科間的界限逐漸淡化、消失 先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展,,在冷熱加工之間,,加工、檢測(cè),、物流,、裝配過(guò)程之間,設(shè)計(jì),、材料應(yīng)用,、加工制造之間,其界限均逐漸淡化,,逐步走向一體化,。例如,CAD,、CAPP,、CAM的出現(xiàn),使設(shè)計(jì),、制造成為一體,;精密成形技術(shù)的發(fā)展,使熱加工可能直接提供接近最終形狀,、尺寸的零件,,它與磨削加工相結(jié)合,有可能覆蓋大部分零件的加工,,淡化了冷熱加工的界限,;快速原型/零件制造(Rapid Prototyping/Parts Manufacturing--RPM)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)和功能的原型或直接制造零件,,淡化了設(shè)計(jì)、制造的界限,;機(jī)器人加工工作站及FMS的出現(xiàn),,使加工過(guò)程、檢測(cè)過(guò)程,、物流過(guò)程融為一體,;現(xiàn)代制造系統(tǒng)使得自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)工藝密不可分;很多新材料的配制與成型是同時(shí)完成的,很難劃清材料應(yīng)用與制造技術(shù)的界限,。這種趨勢(shì)表現(xiàn)在生產(chǎn)上是專業(yè)車間的概念逐漸淡化,,將多種不同專業(yè)的技術(shù)集成在一臺(tái)設(shè)備、一條生產(chǎn)線,、一個(gè)工段或車間里的生產(chǎn)方式逐漸增多,。 % b. }5 `# J% o3 w: [
7.綠色制造將成為21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征 日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源的約束,使綠色制造業(yè)顯得越來(lái)越重要,,它將是21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征,,與此相應(yīng),綠色制造技術(shù)也將獲得快速的發(fā)展,。主要體現(xiàn)在: (1)綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù) 使產(chǎn)品在生命周期符合環(huán)保,、人類健康、能耗低,、資源利用率高的要求,。 (2)綠色制造技術(shù) 在整個(gè)制造過(guò)程,使得對(duì)環(huán)境負(fù)面影響最小,,廢棄物和有害物質(zhì)的排放最小,,資源利用效率最高。綠色制造技術(shù)主要包含了綠色資源,、綠色生產(chǎn)過(guò)程和綠色產(chǎn)品三方面的內(nèi)容,。 (3)產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造 例如,汽車等產(chǎn)品的拆卸和回收技術(shù),,以及生態(tài)工廠的循環(huán)式制造技術(shù),。它主要包括生產(chǎn)系統(tǒng)工廠--致力于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和材料處理、加工及裝配等階段,,恢復(fù)系統(tǒng)工廠--主要對(duì)產(chǎn)品(材料使用)生命周期結(jié)束時(shí)的材料處理循環(huán),。
. N3 W( ?, \1 {+ J) O; `9 Q 8.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在制造業(yè)中獲得越來(lái)越多的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality Technology)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)將從根本上改變了設(shè)計(jì),、試制,、修改設(shè)計(jì)、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式,。在產(chǎn)品真正制出之前,,首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型(Soft Prototype)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品(Hard Prototype)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(kāi)發(fā)成本,提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力,。 虛擬企業(yè)是為了快速響應(yīng)某一市場(chǎng)需求,,通過(guò)信息高速公路,將產(chǎn)品涉及到的不同企業(yè)臨時(shí)組建成為一個(gè)沒(méi)有圍墻、超越空間約束,、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。虛擬企業(yè)的特點(diǎn)是企業(yè)的功能上的不完整,、地域上的分散性和組織結(jié)構(gòu)上的非永久性,即功能的虛擬化,、組織的虛擬化,、地域的虛擬化。
# K! X! H4 X9 Z/ m$ n j 9.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 制造業(yè)在經(jīng)歷了少品種小批量--少品種大批量、--多品種小批量生產(chǎn)模式的過(guò)渡后,,70年代,、80年代開(kāi)始采用計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)進(jìn)行制造的柔性生產(chǎn)的模式,并逐步向智能制造技術(shù)(IMT)和智能制造系統(tǒng)(IMS)的方向發(fā)展,。精益生產(chǎn)(LP),、靈捷制造(AM)等先進(jìn)制造模式相繼出現(xiàn),預(yù)計(jì)21世紀(jì)初,,先進(jìn)制造模式必將獲得不斷發(fā)展,。 上述幾種先進(jìn)制造生產(chǎn)模式的進(jìn)展,主要體現(xiàn)了以下五個(gè)轉(zhuǎn)變: 1)從以技術(shù)為中心向以人為中心轉(zhuǎn)變,; 2)從金字塔式的多層次生產(chǎn)向扁平的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,; 3)從傳統(tǒng)的順序工作方式向并行工作方式轉(zhuǎn)變; 4)從按功能劃分部門的固定組織形式向動(dòng)態(tài)的,、自主管理的小組工作組織形式轉(zhuǎn)變,; 5)從質(zhì)量第一的競(jìng)爭(zhēng)策略向快速響市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)策略轉(zhuǎn)變。
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