先進制造技術的發(fā)展趨勢 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 在21世紀中,,隨著電子,、信息等高新技術的不斷發(fā)展,,隨著市場需求個性化與多樣化,未來先進制造技術發(fā)展的總趨勢是向精密化,、柔性化,、網(wǎng)絡化、虛擬化,、智能化,、清潔化、集成化,、全球化的方向發(fā)展,。 0 F4 b, P6 u e' \6 P) ~
當前先進制造技術的發(fā)展趨勢大致有以下幾個方面: 8 f$ h! O8 q1 O _- z- H& O5 V
1.信息技術對先進制造技術的發(fā)展起著越來越重要的作用 信息化是當今社會發(fā)展的趨勢,信息技術正在以人們想象不到的速度向前發(fā)展,。信息技術也正在向制造技術注入和融合,,促進著制造技術的的不斷發(fā)展�,?梢哉f先進制造技術的形成與發(fā)展,,無不與信息技術的應用與注入有關。它使制造技術的技術含量提高,,使傳統(tǒng)制造技術發(fā)生質的變化,。信息技術對制造技術發(fā)展的作用目前已占第一位。在21世紀對先進制造技術的各方面發(fā)展將起著更重要的作用,。 信息技術促進著設計技術的現(xiàn)代化,,加工制造的精密化、快速化,,自動化技術的柔性化,、智能化,整個制造過程的網(wǎng)絡化,、全球化,。各種先進生產(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,,也無不以信息技術的發(fā)展為支撐。
/ u, D, H+ d: l; s$ E! _ 2.設計技術不斷現(xiàn)代化 產(chǎn)品設計是制造業(yè)的靈魂。現(xiàn)代設計技術的主要發(fā)展趨勢是: (1)設計手段的計算機化 在實現(xiàn)了計算機計算,、繪圖的基礎上,,當前突出反映在數(shù)值仿真或虛擬現(xiàn)實技術在設計中的應用,以及現(xiàn)代產(chǎn)品建模理論的發(fā)展上,,并且向智能化設計方向發(fā)展,。 (2)新的設計思想和方法不斷出現(xiàn) 如并行設計、面向“X”的設計(Design For X--DFX),、健壯設計(Robust Design),、優(yōu)化設計Optimal Design)、反求工程技術(Revese Engineering)等,。 (3)向全壽命周期設計發(fā)展 傳統(tǒng)的設計只限于產(chǎn)品設計,,全壽命周期設計則由簡單的、具體的,、細節(jié)的設計轉向復雜的總體的設計和決策,,要通盤考慮包括設計、制造,、檢測,、銷售、使用,、維修,、報廢等階段的產(chǎn)品的整個生命周期。 (4)設計過程由單純考慮技術因素轉向綜合考慮技術,、經(jīng)濟和社會因素 設計不只是單純追求某項性能指標的先進和高低,、而是注意考慮市場、價格,、安全,、美學、資源,、環(huán)境等方面的影響,。
9 l U2 ~5 k2 |1 j' c' f3.成形及改進制造技術向精密、精確,、少能耗,、無污染方向發(fā)展 成形制造技術是鑄造、塑性加工,、連接,、粉末冶金等單元技術的總稱。展望21世紀,,成形制造技術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)國際機械加工技術協(xié)會預測,,到下世紀初,,塑性成形與磨削加工相結合,將取代大部分中小零件的切削加工,。改性技術主要包括熱處理及表面工程各項技術,。主要發(fā)展趨勢是通過各種新型精密熱處理和復全處理達到零件性能精確、形狀尺寸精密以及獲得各種特殊性能要求的表面(涂)層,,同時大大減少能耗及完全消除對環(huán)境的污染,。
" Q( f9 u) @6 ]. r3 n 4.加工制造技術向著超精密、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 目前加工精度達到0.025μm,,表面粗糙度達0.0045μm,,已進入納米級加工時代。超精切削厚度由目前的紅外波段向可見光波段甚至更短波段近,;超精加工機床向多功能模塊化方向發(fā)展,;超精加工材料由金屬擴大到非金屬。 (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 市場競爭和新產(chǎn)品、新技術,、新材料的發(fā)展推動著新型加工設備的研究與開發(fā),,其中典型的例子是“并聯(lián)桁架式結構數(shù)控機床”(或俗稱“六腿”機床)的發(fā)展。它突破了傳統(tǒng)機床的結構方案,,采用六個軸長短的變化,,以實現(xiàn)刀具相對于工件的加工位姿的變化。
7 w* V2 Y6 `: o 5.工藝由技藝發(fā)展為工程科學,,工藝模擬技術得到迅速發(fā)展 先進制造技術的一個重要發(fā)展趨勢是,,工藝設計由經(jīng)驗判斷走向定量分析,加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學,。 熱加工過程的數(shù)值模擬與物理模擬是一個重要的發(fā)展方向,,是使熱加工工藝由技藝走向科學的重要標志。應用數(shù)值模擬于鑄造,、鍛壓,、焊接、熱處理等工藝設計中,,并與物理模擬和專家系統(tǒng)相結合,,來確定工藝參數(shù),優(yōu)化工藝方案,預測加工過程中可能產(chǎn)生的缺陷及應采取的防止措施,,控制和保護加工工件的質量,。采用這種科學的模擬技術并與少量的實驗驗證結合,以代替過去一切都要通過大量重復實驗的方法,,不僅可以節(jié)省大量的人和物力,,而且還可以通過數(shù)值模擬來解決一些目前無法在實驗室進行直接研究的復雜問題 工藝模擬也發(fā)展并應用于金屬切削加工過程、產(chǎn)品設計過程,。最新的進展是在并行工程環(huán)境下,,開展虛擬成形制造,使得在產(chǎn)品的設計完成時,,成形制造的準備工作(如鑄造)也同時完成.
* V; ~/ s' w0 `( m# { 6.專業(yè),、學科間的界限逐漸淡化、消失 先進制造技術的不斷發(fā)展,,在冷熱加工之間,,加工、檢測,、物流,、裝配過程之間,設計,、材料應用,、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),使設計,、制造成為一體,;精密成形技術的發(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)技術的產(chǎn)生,是近20年制造領域的一個重大突破,,它可以自動而迅速地將設計思想物化為具有一定結構和功能的原型或直接制造零件,,淡化了設計,、制造的界限;機器人加工工作站及FMS的出現(xiàn),,使加工過程,、檢測過程,、物流過程融為一體,;現(xiàn)代制造系統(tǒng)使得自動化技術與傳統(tǒng)工藝密不可分;很多新材料的配制與成型是同時完成的,,很難劃清材料應用與制造技術的界限,。這種趨勢表現(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)的技術集成在一臺設備,、一條生產(chǎn)線,、一個工段或車間里的生產(chǎn)方式逐漸增多。 4 ?+ P+ U- Q0 }* N7 @3 z
7.綠色制造將成為21世紀制造業(yè)的重要特征 日趨嚴格的環(huán)境與資源的約束,,使綠色制造業(yè)顯得越來越重要,,它將是21世紀制造業(yè)的重要特征,與此相應,,綠色制造技術也將獲得快速的發(fā)展,。主要體現(xiàn)在: (1)綠色產(chǎn)品設計技術 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 在整個制造過程,,使得對環(huán)境負面影響最小,,廢棄物和有害物質的排放最小,資源利用效率最高,。綠色制造技術主要包含了綠色資源,、綠色生產(chǎn)過程和綠色產(chǎn)品三方面的內容。 (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,,以及生態(tài)工廠的循環(huán)式制造技術。它主要包括生產(chǎn)系統(tǒng)工廠--致力于產(chǎn)品設計和材料處理,、加工及裝配等階段,,恢復系統(tǒng)工廠--主要對產(chǎn)品(材料使用)生命周期結束時的材料處理循環(huán)。
2 M- A" _# Q5 W; j* d4 y+ z 8.虛擬現(xiàn)實技術在制造業(yè)中獲得越來越多的應用 虛擬現(xiàn)實技術(Virtual Reality Technology)主要包括虛擬制造技術和虛擬企業(yè)兩個部分,。 虛擬制造技術將從根本上改變了設計,、試制、修改設計,、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)進行試驗,對其性能和可制造性進行預測和評價,,從而縮短產(chǎn)品的設計與制造周期,,降低產(chǎn)品的開發(fā)成本,提高系統(tǒng)快速響應市場變化的能力,。 虛擬企業(yè)是為了快速響應某一市場需求,,通過信息高速公路,將產(chǎn)品涉及到的不同企業(yè)臨時組建成為一個沒有圍墻,、超越空間約束,、靠計算機網(wǎng)絡聯(lián)系、統(tǒng)一指揮的合作經(jīng)濟實體,。虛擬企業(yè)的特點是企業(yè)的功能上的不完整,、地域上的分散性和組織結構上的非永久性,即功能的虛擬化,、組織的虛擬化,、地域的虛擬化。
" `: J0 A1 e. g3 k) B 9.信息技術,、管理技術與工藝技術緊密結合,,先進制造生產(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)模式的過渡后,,70年代,、80年代開始采用計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)進行制造的柔性生產(chǎn)的模式,并逐步向智能制造技術(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)等先進制造模式相繼出現(xiàn),預計21世紀初,,先進制造模式必將獲得不斷發(fā)展,。 上述幾種先進制造生產(chǎn)模式的進展,主要體現(xiàn)了以下五個轉變: 1)從以技術為中心向以人為中心轉變,; 2)從金字塔式的多層次生產(chǎn)向扁平的網(wǎng)絡結構轉變,; 3)從傳統(tǒng)的順序工作方式向并行工作方式轉變; 4)從按功能劃分部門的固定組織形式向動態(tài)的,、自主管理的小組工作組織形式轉變,; 5)從質量第一的競爭策略向快速響市場的競爭策略轉變。
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