机械制造的现状及发展趋势

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1、机械制造的现状及发展趋势机械制造的现状及发展趋势- 一 、机械制造技术的特点 :做好基础自动化的工作仍是我国制造企业一项十分紧迫而艰巨的任务。但 加工中心无论是数量还是利用率都很低。可编程控制器的使用并不普及，工业 机器人的应用还很有限。因此，我们要立足于我国的实际情况，在看到国际上 制造业发展趋势的同时扎扎实实地做好基础工作。 (1).机械制造技术是一个系统工程 先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、 新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售 后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合， 使制造技术成为能驾驭生产

2、过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。 (2).机械制造技术是一个综合性技术 先进制造技术应用的目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力 的增长。因此，它并不限于制造过程本身，它涉及产品从市场调研、产品开发 及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，并 将它们结合成一个有机的整体。以便提高制造业的综合经济效益和社会效益。 (3).机械制造技术是市场竞争要素的统一体 市场竞争的核心是如何提高生产率。随着市场全球化的进一步发展，20 世 纪 80 年代以后，制造业要赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变 为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的矛盾。先进制

3、造技术把这三个 矛盾有机结合起来，使三者达到了统一。 (4).机械制造技术是一个世界性技术 20 世纪 80 年代以来，随着全球市场的形成，发达国家通过金融、经济、 科技手段争夺市场，倾销产品，输出资本，使得市场竞争变得越来越激烈，为 适应这种激烈的市场竞争，一个国家的先进制造技术应具有世界先进水平，应 能支持该国制造业在全球市场的竞争力。同时，机械制造技术是面向 21 世纪的 技术，应与现代高新技术相结合，应是有明确范畴的新的技术领域。 二、 现代机械制造技术的现状: 2.1 国外情况 在制造业自动化发展方面，发达国家机械制造技术已经达到相当水平，实现了 机械制造系统自动化。产品设计普遍采用

4、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(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

5、。 （1）计算机集成制造系统 它是在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上， 通过计算机及软件，将制造厂全部生产活动有关的各种分散的自动化系统有机地集成起来，并适合于多品种、中小批量生产的总体高效率、高柔性的制造系 统。计算机集成制造系统在概念上，主要强调两点：首先在功能上，它包含了 一个工厂的全部生产经营活动，即从市场预测、产品设计、加工工艺、制造、 管理至售后服务以及报废处理的全部活动。因此它比传统的工厂自动化的范围 要大得多，是一个复杂的大系统，是工厂自动化的发展方向。其次，在集成上， 它涉及的自动化不是工厂各个环节的自动化的简单叠加，而是在计算机网络和 分布式数据库支持下的有机集成。这

6、种集成主要体现在以信息和功能为特征的 技术集成，即信息集成和功能集成，以便缩短产品开发周期、提高质量、降低 成本。 计算机集成制造是一种概念、一种哲理，是指导制造业应用计算机技术、信息 技术走向更高阶段的一种思想方法、技术途径和生产模式，它代表了当代制造 技术的最高水平。 （2）智能制造系统 是指将专家系统、模糊推理、人工神经网络等人工智能技 术应用到制造系统中，以解决复杂的决策问题，提高制造系统的水平和实用性。 人工智能的作用是要代替熟练工人的技艺，学习工程技术人员的实践经验和知 识，并用于解决生产中的实际问题，从而将工人、工程技术人员多年来积累起 来的丰富而又宝贵的实践经验保存下来，在实际

7、的生产中长期发挥作用。 智能制造系统的核心技术是具有人工智能，柔性制造集成制造智能制造是 现代制造技术发展的三个阶段。 （3）并行工程 又称同步工程或同期工程，是针对传统的产品串行开发（“需 求分析概念设计 详细设计过程设计加工制造试验检测设计修改” 的流程，称为产品从设计到制造的串行生产模式）过程而提出的一个概念、一 种哲理和方法。 并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关各种过程的系统方法，该方法要 求开发人员在设计开始就考虑产品整个生命周期中，从概念的形成到产品报废 处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。并行工程通过组成 多学科的产品开发群组协同工作，利用各种计算机辅助工具

8、等手段，使产品开 发的各个阶段，既有一定的时序又能并行，同时采用上、下游的各种因素共同 决策产品开发各阶段工作的方式，使产品开发的早期就能及时发现产品开发全 过程中的问题，从而缩短产品开发周期，提高产品质量，降低成本，增加企业 竞争能力，并行工程强调在集成环境下的并行工作，因此，它是 CIMS 进一步 发展的方向。 （4）敏捷制造 又称灵捷制造、迅速制造和灵活制造等，它是将柔性生产技术、 熟练掌握生产技能和有知识的劳动力与促进企业内部和企业之间相互合作的灵 活管理集成在一起，通过所建立的共同基础结构，对迅速改变或无法预见的消 费者需求和市场时机作出快速响应。市场的快速响应是敏捷制造的核心。 敏

9、捷制造的基本原理是采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成基础结构， 以分布式结构连接各类企业，构成虚拟制造环境，以竞争合作为原则，在虚拟 制造环境内动态选择合作伙伴，并通过组成虚拟企业来适应持续多变、无法预 料的市场变化。 敏捷制造的核心是虚拟公司，虚拟公司映射为虚拟制造系统，虚拟制造系统2 是敏捷制造的关键。敏捷制造是一种战略决策，它能使各合作伙伴既保证各自 的利益，又能获得共同利益的一种全新的生产组织模式和制造模式，目前敏捷 制造仍在发展研究中。2.2 国内情况 我国机械制造技术水平与发达国家相比还非常低，大约落后 20 年。近十几年 来，我国大力推广应用 CIMS 技术，20 世纪 9

10、0 年代初期已建成研究环境，包 括有 CIMS 实验工程中心和 7 个开放实验室。在全国范围内，部署了 CIMS 的 若干研究项目，诸如 CIMS 软件工程与标准化、开放式系统结构与发展战略， CIMS 总体与集成技术、产品设计自动化、工艺设计自动化、柔性制造技术、管 理与决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术以及系统理论和方法等 专题。各项研究均取得了丰硕成果，获得不同程度的进展。 但大部分大型机械制造企业和绝大部分中小型机械制造企业主要限于 CAD 和管 理信息系统，因底层（车间层）基础自动化还十分薄弱，数控机床由于编程复 杂，还没有真正发挥作用。加工中心无论是数量还是利用率都很低。

11、可编程控 制器的使用并不普及，工业机器人的应用还很有限。因此，做好基础自动化的 工作仍是我国制造企业一项十分紧迫而艰巨的任务。我们在看到国际上制造业 发展趋势的同时，还要立足于我国的实际情况，扎扎实实地把基础自动化工作 搞上去， 才能在稳步前进的基础上开展制造业自动化系统的研究与应用。 石油机械制造业目前也存在相当多的问题，其根本原因在于管理思想和管理模 式的落后，以及信息技术应用的落后。虽然许多企业不同程度地采用了一些信 息技术，但多属“技术孤岛”式的单项技术，未能实现整个制造系统的有机集 成。因此，加速石油机械制造业的信息化，大力采用先进的管理思想和管理模 式，应用信息技术 CIMS 应用

12、工程，实现跨越式发展，是从根本上改变石油机 械制造业落后状况的有效途径。 为使我国尽快走向工厂自动化，促进中国机械制造业转向市场机制，参与国际 竞争，张曙教授根据在引进先进技术的同时，从必须改革生产组织的角度出发， 提出了“独立制造岛”新的生产模式。独立制造岛的技术构思是：以 GT（成组 技术）为基础，以 NC 机床为核心，强调信息流的自动化和以人为中心的生产 模式，它的特征是：组织、人员和技术三者的有机集成，面向车间，权力下放， 综合治理，并以获经济效益为主要目标。 在近几年, 已有一些大中型骨干企业实施了工厂 CIMS 工程，如成都飞机工业 公司以国家 CIMS 实验工程为技术依托，和清华

13、大学、南京航空航天大学、西 北工业大学等单位合作开发了计算机集成制造系统工程。在公司的计算机网络 和分布式数据库支持下，由管理信息系统、质量信息系统、工程信息系统和车 间自动化系统有机集成，形成了一个计算机辅助经营、设计、管理、制造的初 步集成系统，以满足航空产品研制和多品种小批量生产的需要。原中国石油天 然气总公司从 1995 年起, 便在江汉钻头厂实施 CIMS 工程，其中一期工程已于 1996 年完成，在 2000 年完成了二期工程。两期工程实施以来该厂各年度净利 润增长明显。 三、现代机械制造技术的发展趋势: 现代机械制造技术的发展主要表现在两个方向上：一是精密工程技术，以超精 密加工

14、的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表，将进入微型机械电子技术和 微型机器人的时代；二是机械制造的高度自动化，以 CIMS 和敏捷制造等的进 一步发展为代表。 超精密加工的加工精度在 2000 年已达到 0.0001 m (1 nm) , 在 21 世纪初 开发的分子束生长技术、离子注入技术和材料合成、扫描隧道工程（STE）可使 加工精度达到 0.00030.0001 m （013011 nm） ，现在精密工程正向其终极目标原子级精度的加工逼近，也就是说，可以做到移动原子级别的加 工。加工设备正向着高精、高速、多能、复合、控制智能化、安全环保等方向 发展，在结构布局上也已突破了传统机床原有的格式

15、。日本 Mazak 公司在产品 综合样本中展示出一种未来机床，该机床在外形上犹如太空飞行器，加工过程 中噪音、油污、粉尘等将不再给环境带来危害。 随着技术、经济、信息、营销的全球化，我国加入 WTO，纵观 21 世纪的制造业 的发展趋势，可用三化来概括，即全球化、虚拟化和绿色化。这也是我国石油 装备制造业未来发展的方向。 3.1 全球化 制造的全球化,可以说是 21 世纪机械制造业自动化最重要的发展趋势。近年来， 在各种工业领域中，国际化经营不仅成为大公司而且已是中小规模企业取得成 功的重要因素。这一方面，由于国际和国内市场上的竞争越来越激烈，例如在 机械制造业中，国内外已有不少企业，甚至是知

16、名度很高的企业，在这种无情 的竞争中纷纷落败，有的倒闭，有的被兼并。不少暂时还在国内市场上占有份 额的企业，不得不扩展新的市场。另一方面，由于网络通讯技术的快速发展， 提供了技术信息交流、产品开发和经营管理的国际化手段，推动了企业向着既 竞争又合作的方向发展。这种发展进一步激化了国际间市场的竞争。这两个原 因的相互作用，已成为全球化制造业发展的动力。全球化制造的第一个技术基 础是网络化、标准化和集成化。 由于网络通讯技术的迅速发展和普及，正在给企业的生产和经营活动带来了革 命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异 地或跨越国界进行，实现制造的全球化。第二个技术基础是集成化与标准化。 异地制造实际上是实现产品信息集成、功能集成、过程集成和企业集成。实现 集成的基础与关键是标准化，可以说没有标准化就没有全球化。 3.2 虚拟化 虚拟化是指设计过程中的拟实技术和制造过程中的虚拟技术。虚拟化可以大大 加快产品的开发速度和减少开发的风险。 产品设计中的拟实技术指面向产品的结构和性能分析技术，以优化产品