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1、先进制造技术和装备的发展现状及应用摘要：机械制造业是国民经济的支柱产业，关乎一个国家的综合国力的强弱。随着社会的高速发展，各种先进制造技术相继产生，自建国以来，我国的机械制造业有了很大的提高，有了许多先进的制造技术，但和工业发达国家相比还存在着明显的差距。关键词：产生 特点 发展现状 应用随着社会的发展和人类文明进程的加快，与人类生产生活息息相关的制造业正发生着巨大的变革。从石器时代，经历青铜和铁器时代，到蒸汽机时代，再到内燃机的发明，每一次生产的技术变革都对人类的文明起到极大的推动作用。特别是到了近现代，随着通信技术的发展，电子计算机和集成电路的出现，以及运筹学、现代控制理论、系统工程等技术
2、的产生和发展，制造业又迎来了一次新的飞跃。制造已经不再是传统意义上简单地将原材料变为成品的过程，而是在先进工程技术的基础上，集成包括信息技术、网络技术等各项新兴技术在内的生产活动，而且越来越多地融入先进制造哲理、先进管理技 术以及先进生产模式。在近50年的发展过程中，逐渐形成了先进制造技术。在20世纪80年代末，国际上提出了先进制造技术的新概念，其最早起源于美国，美国根据本国制造业面临的挑战和机遇，对其制造业存在的问题进行深刻的反省，为了加强其制造业的竞争力和促进国民经济的增长而提出来的，同时以计算机为中心的新一代信息技术的发展，推动了制造技术的飞跃发展，从而有了先进制造技术的概念。然后，先进
3、制造技术相继在诸多国家和地区得到广泛的应用。先进制造技术(AMT）是指微电子技术、自动化技术、信息技术等先进技术给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括：计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。先进制造技术在发达国家已经达到了相当水平, 已经实现了机械制造系统自动化。产品设计普遍采用计算机辅助设计(CAD) 、计算机辅助产品工程(CAE) 和计算机仿真等手段, 企业管理采用了科学的规范化的管理方法和手段, 在加工技术方面也已实现了底层的自动化, 包括广泛地采用加工中心(
4、或数控技术)、自动引导小车(AGV) 等。在这个基础上再提高制造系统的自动化水平, 对于改善企业的TQCS(T尽量缩短产品的交货时间或提早新产品上市时间、Q提高产品质量、C降低产品成本、S提高服务水平) 已无明显的作用。因此, 近10 余年来, 发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找出路, 提出了一系列新的制造系统，如计算机集成制造系统、智能制造系统、敏捷制造、并行工程等。我国的装备制造业经过数十年努力，也已具有相当规模，积累了大量的技术和经验。近年来，我国的制造业不断采用先进制造技术，但和工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。在管理体制方面，工业发达国家国有企业
5、所占比重较小，绝大部分企业是规范的股份公司。而我国国有企业所占比重较大，装备制造业存在着根本性的问题，制造业的人均劳动生产率远远落后于发达国家，产业主体技术依靠国外。在企业经营管理方面，工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产（JIT）、灵敏制造（AM）、精益生产（LP）、并行工程（CE）等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数中小型企业仍处于经验管理阶段。在产品开发设计方面，工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术（CAD/CAM），大型企业开始无图纸的设计和生产。而我国采用
6、CAD/CAM 技术的比例较低。在应用技术及技术集成方面的能力较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后。在加工制造工艺方面，工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/ 纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。而我国普及率不高，尚在开发、学习阶段。例如：在高速超高速加工的各关键领域如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、陶瓷滚动轴承等方面总体水平同国外尚有较大差距；在超精密加工的效率、精度可靠性，特别是规格（大尺寸）和技术配套方面与国外比，还有相当大的差距。在加工机床和自动化技术方面，工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制
7、造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS），实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。相比美国、德国和日本等机床发达国家，我国数控机床产品在设计水平、质量、精度、性能方面差距较大。在高级数控系统、高速精密主轴单元、高速滚动部件和数控动力刀架等核心零部件方面，我国仍无法国产化，主要依赖于进口。近年来,制造工程领域的新技术像雨后春笋般相继诞生,如计算机集成制造系统(CIMS),虚拟生产(VM),智能制造(IM),绿色制造(GM)等,这些新技术的产生和运用决定了先进制造业未来的发展方向。首先，数字化是
8、发展的核心。数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。它包含了三大部分：以设计为中心的数字制造，以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造。对制造设备而言，其控制参数均为数字化信号。对制造企业和全球制造业而言，各种信息均以数字形式传递。这样，在数字制造环境下，在广泛领域乃至跨地区、跨国界形成一个数字化组成的网，企业、车间、设备、员工、经销商乃至有关市场均可成为网上的一个“结点”，在研究、设计、制造、销售、服务的过程中，彼此交互，围绕产品所赋予的数字信息，成
9、为驱动制造业活动的最活跃的因素。在此还应着重指出，制造知识（包括技能、经验）的获取、表达、存储、推理乃至系统化、公理化等，这是使制造技术发展到制造科学的关键，而这又与数字化不可分开。其次，精密化是发展的关键，它一方面是指对产品、零件的精度要求越来越高，另一方面是指对产品、零件的加工精度要求越来越高。有了前者，才要求有后者；有了后者，才促使前者得以发展。20世纪初，超精密加工的误差是10微米，而现在超精密加工的精度是 0.10.01 微米。 然后，自动化是发展的条件。自动化是减轻人的劳动，强化、延伸、取代人的有关劳动的技术或手段。自动化总是伴随有关机械或工具来实现的。可以说，机械是一切技术的载体
10、，也是自动化技术的载体。自动化从自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展到自动维护、自动修复等更高的自动化水平；而且今天自动控制的内涵与水平已远非昔比，从控制理论、控制技术、控制系统、控制元件，都有着极大的发展。自动化是先进制造技术发展的前提条件。接着，集成化是发展的方法。先进制造技术就是制造技术、信息技术、管理科学与有关科学技术的集成。“集成”就是“交叉”，就是“杂交”，就是取人之长，补己之短，这是发展的一大方法。目前，集成主要指：1、现代技术的集成。机电一体化是个典型，它是高技术装备的基础，如微电子制造装备，信息化、网络化产品及配套设备，仪器、仪表、医疗、生物、环保等高技术设备。显然，
11、在机电一体化技术中，关键往往是：检测传感技术，信息处理技术，自动控制技术，伺服传动技术，精密机械技术，系统总体技术。而这些技术又同许多学科有关，又是一个集成。2、加工技术的集成、特种加工技术及其装备是个典型，如增材制造、激光加工、高能束加工、超高速加工等等；当然，加工技术的集成只是现代技术集成的一个特殊部分。3、企业集成，即管理的集成，包括生产信息、功能、过程的集成；包括生产过程的集成。全寿命周期过程的集成；也包括企业内部的集成，企业外部的集成。最后，绿色化是发展的必然。绿色是从环境保护领域中引用来的。制造业的产品从构思开始，到设计阶段、制造阶段、销售阶段、使用与维修阶段，直到回收阶段、再制造
12、各阶段，都必须充分计及环境保护。所谓环境保护是广义的，不仅要保护自然环境，还要保护社会环境、生产环境，还要保护生产者的身心健康。在此前提与内涵下，还必须制造出价廉、物美、供货期短、售后服务好的产品。智能化是发展的前景。制造技术的智能化是制造技术发展的前景。近20年来，制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信息驱动型，这就要求制造系统不但要具备柔性，而且还要表现出某种智能，以便应对大量复杂信息的处理、瞬息万变的市场需求和激烈竞争的复杂环境，因此，智能制造越来越受到高度的重视。与传统的制造相比，智能制造系统具有以下特点：1、人机一体化；2、自律能力；3、自组织与超柔性；4、学习能力与自我维护能力；5、在未来，具有更高级的类人思维的能力。无论若何，先进制造技术不是一门具体的、单一的科学技术，它是一个集成的、多学科的、综合的概念，并且它有一个相当长的发展过程，大家需要做的工作，是向其不断接近，使其不断完善。而我，想要成为里面的一个微小的部分，不论有没有作用。
