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1、先进制造技术及其发展趋势0 .前言31. 先进制造技术的概述32. 先进制造造技术的体系系结构43. 先进制造造技术的现状状54. 先进制造造的发展趋势势75. 柔性制造造技术105.1柔性1105.2柔性制造造技术115.2.1 柔柔性制造系统统（FMS）115.2.2 柔性制制造单元（FFMC）125.2.3 柔柔性制造线（FML）125.2.4 柔柔性制造工厂厂（FMF）126 .计算机集集成制造系统统136.1 CIMMS 系统的的功能组成136.2 CIMMS 系统的的技术优势分分析146.2.1 保保障和提高了了新产品开发发的质量146.2.2 缩缩短了新产品品的上市周期期156.
2、2.3 经经营管理科学学化, 同时降低低了产品的成成本157 超精密加工工技术157.1 超精密密加工的技术术范畴167.2 超精密密加工的关键键技术177.2.1 主主轴177.2.2 直直线导轨177.2.3 传传动系统187.2.4 超超精密测控技技术187.2.5 微微进给技术197.2.6 超超精密环境控控制技术207.2.7 加加工原理217.3 结论218 结语2220 .前言制造业是现代国国民经济和综综合国力的重重要支柱, 在国民经济济建设、社会会进步、科技技发展与国家家安全中占有有重要战略地地位, 其生产总总值一般占一一个国家国内内生产总值的的20% 55%。世世界各国经济济
3、实力的竞争争, 主要是先先进制造技术术的竞争, 其竞争能力力又体现在所所生产产品的的市场占有率率上。随着经经济的高速发发展以及顾客客需求和市场场环境的不断断变化, 这种竞争争日趋激烈, 因而各国国政府都非常常重视对先进进制造技术( advaancedmmanufaactuinng tecchnoloogy, 先先进制造技术术)的研究。1. 先进制造造技术的概述述先进制造技术, 往往用先进制制造技术来概概括由于微电电子技术、自自动化技术、信信息技术等给给传统制造技技术带来的种种种变化与新新型系统。具具体地说, 先进制造技技术是制造业业不断吸收信信息技术和现现代管理技术术的成果, 并将其综合合应用
4、于产品品设计、加工工、检测、管管理、销售、使使用、服务乃乃至回收的制制造全过程, 以实现优优质、高效、低低耗、清洁、灵灵活生产, 提高对动态态多变的市场场的适应能力力和竞争能力力的制造技术术的总称。与与传统的制造造技术相比, 当代的先进制制造技术以其其高效率、高高品质和对于于市场变化的的快速响应能能力为主要特特征。先进制制造技术是生生产力的主要要构成因素, 是国民经经济的重要支支柱。它担负负着为国民经经济各部门和和科学技术的的各个学科提提供装备、工工具和检测仪仪器的重要任任务, 成为国民民经济和科学学技术赖以生生存和发展的的/ 土壤0。尤其是一一些尖端科技技, 如航空、航航天、微电子子、光电子
5、、激激光、分子生生物学和核能能等技术的出出现和发展, 如果没有有先进制造技技术作为基础础, 是根本不不可能的。2. 先进制造造技术的体系系结构先进制造技术主主要包括以下下3个技术群(图1):a) 主体技术术群: 这是制造造技术的核心心, 它包括两两个基本部分分: 有关产品品设计技术和和工艺技术。1) 面向制造的设计技术群。面向制造的设计技术群系指用于生产准备的工具群和技术群。设计技术对新产品开发生产费用、产品品质以及新产品上市时间都有很大影响。产品和制造工艺的设计可以采用一系列工具, 例如计算机辅助设计( CAD) 以及工艺过程建模和仿真等, 生产设施、装备和工具, 甚至整个制造企业都可以采用
6、先进技术进行有效地设计。2) 制造工艺技术群( 制造技术环境)。制造工艺技术群是指用于物质产品生产的过程及设备。制造工艺技术群是有关加工和装配的技术, 也是制造技术的传统领域。b) 支撑技术群: 支撑技术群是指支持设计和制造工艺两方面取得进步的基础性的核心技术。基本的生产过程需要一系列的支撑技术, 如: 测试和检验、物料搬运、生产计划的控制以及包装等。它们也是用于保证和改善主体技术的协调运行所需的技术, 是工具、手段和系统集成的基础技术。支撑技术群包括:1) 信息技术: 接口和通信、数据库技术、集成框架、软件工程人工智能、专家系统和神经网络、决策支持系统;2) 标准和框架: 数据标准、产品定义
7、标准、工艺标准、3) 机床和工具技术;4) 传感器和控制技术: 单机加工单元和过程的控制、执行机构、传感器和传感器组合、生产作业计划;5) 其他。c) 制造技术基础设施: 制造技术基础设施是指为了管理好各种适当的技术群的开发并鼓励这些技术在整个国家制造行业内推广应用而采取的各种方案和机制。制造技术的基础设施是使先进的制造技术与企业组织管理体制和使用技术的人员协调工作的系统工程, 是先进制造技术不可分割的一个组成部分。图1 AM T 体系结构3. 先进制造造技术的现状状先进制造技术是是现代技术和和工业创新的的集成和典范范, 是国家制制造业水准的的主要标志, 是国家工工业的基础和和支柱。目前前,
8、世界各工工业发达国家家已充分认识识到发展先进进制造技术的的重要性和紧紧迫感, 纷纷对此此进行广泛深深入的研究, 展开了激激烈的竞争。各各种创新成果果和先进技术术不断涌现。它它们主要包括括: 计算机集集成制造系统统( commputerr inteegrateed mannufactturingg systtem,CIIMS), 敏捷制造( agilee manuu facttur inng, AMM), 并行行工程( cconcurrrent enginneer iing, CCE ), 虚拟制造( virtuua lmaanufacctur2ing, VM)以及及可持续发展展技术等等。a)
9、CIMS是现代信息技术条件下的新一代制造系统。它以计算机来辅助制造系统的集成, 以充分的、及时的信息交流或信息共享将企业的设计、工艺、生产车间以及供销和管理部门集成为一个有机的整体, 使他们相互协调地运作,以提高产品品质, 缩短产品开发周期, 提高生产效率, 确保企业的整体效益, 提高企业的竞争能力和生存能力。b) CE是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。在传统的串行开发过程中, 设计中的问题或不足, 要分别在加工、装配或售后服务中才能被发现, 然后再修改设计,改进加工、装配或售后服务(包括维修服务)。而CE就是将设计、工艺和制造结合在一起
10、, 利用计算机互联网并行作业, 大大缩短生产周期(图2)。图2 串、并行工程时序的比较c) AM 是指企业实现敏捷生产经营的一种制造哲理和生产模式。AM包括产品制造机械系统的柔性、员工授权、制造商和供应商关系、总体品质管理及企业重构。AM是借助于计算机网络和信息集成基础结构, 构造有多个企业参加的/ VM0环境, 以竞争合作的原则, 在虚拟制造环境下动态选择合作伙伴, 组成面向任务的虚拟公司, 进行快速和最佳生产。d) VM是虚拟现实( virtual reality, VR) 技术在制造中的应用。VM实际上是一种计算机科学技术, 以信息技术、仿真技术、VR 技术为支柱, 在产品设计或制造系统
11、的物理实现之前, 就能使人体会到或感觉到未来产品的性能或者制造系统的状态, 从而可以做出前瞻性的决策与优化实施方案。VM 技术是对真实制造过程的动态模拟、仿真, 是在计算机上制造数字化产品, 在VM环境中生成软产品原型代替传统的硬样品进行试验, 对其性能和可制造性进行预测和评价, 从而缩短产品的设计与制造周期, 降低产品的开发成本, 提高系统快速响应市场变化的能力。VM技术是CE, AM, 精益生产的支撑技术, 是品质工程实现的有力保证。e) 可持续设计是在生态哲学的指导下, 将设计行为纳入/ 社会2经济2环境2人类0的系统中, 既实现社会价值又保护人与自然的共同繁荣, 旨在平衡环境、社会、经
12、济三方面的设计实践和设计管理。可持续设计包含并超越了传统的产品设计, 并代表了人类对传统产品设计的新思考, 是产品设计学科的新的发展方向。目前可持续设计并不成熟, 主要设计工具有生命周期评价( LCA); 面向环境的设计(DFE ); 面向材料选择的设计(DFMS); 面向拆装的设计(DFD); 面向回收的设计(DFR) 等, 可持续设计可以说是人类文明的巨大进步。4. 先进制造造的发展趋势势先进制造业追求求的目标是: 高品质、高高效率、高柔柔性、低成本本、低劳动力力、低消耗、品品种多和规格格全的产品, 因此,ATMM的发展趋势势应体现在以以下几个方面面:a) 制造技术术向自动化与与智能化方向
13、向发展: 随着电子子技术、信息息技术和计算算机技术的发发展, 推动了制制造技术向更更深层次发展展。基于CAAD /CAAM技术的CIMMS是制造业业自动化的一一个重要方向向。CIMSS 通过CAX ( CADD, CAPPP,CAEE, CAMM)系统和PDMM 系统, 进行产品品的数字化设设计、仿真, 并结合数数字化制造设设备, 进行自动动加工。并采采用MRPIII /ERRP系统, 对整个企企业的物流、资资金流、管理理信息流和人人力资源进行行数字化管理理。智能制造造技术( IIMT )是是将人工智能能融入制造过过程的各个环环节, 通过模拟拟人类专家的的智能活动, 取代或延延伸制造系统统中的
14、部分脑脑力劳动, 在制造过程程中系统能自自动监测其运运行状态, 在外界干扰扰或内部激励励下能自动调调整其参数, 以达到最最佳状态和具具备自组织能能力。例如机机器人加工就就是将机床与与机器人、传传感器、控制制器组合而成成的智能制造造系统, 它具有信信息处理和知知觉反馈、决决策能力, 可同时控制制指挥多种操操作, 从而能提提高效率、保保证品质和降降低成本。b) 精密成形形与加工: 精密加工、超超精密加工技技术、微型机机械是先进制制造技术 发展的方向向之一。精密密和超精密加加工技术包括括精密和超精精密切削加工工、磨削加工工、研磨加工工以及特种加加工和复合加加工(如机械化学学研磨、超声声磨削和电解解抛
15、光等) 三大领域。超超精密加工技技术己向纳米米技术发展。纳纳米技术已在在纳米机械学学、纳米电子子学和纳米材材料技术得到到了应用。c) 新型特种种加工方法的的形成: 特种加工工亦称非传统统加工或现代代加工方法, 泛指用电电能、光能、热热能、电化学学能、化学能能、声能及特特殊机械能等等能量达到去去除或增加材材料的加工方方法。它包括括激光加工技技术、电子束束加工技术、离离子束加工技技术、等离子子加工技术、电电加工技术等等。今后, 特种加工将将从实际出发发, 在融合传传统技术和现现代技术的基基础上大力开开发特种加工工领域中的新新方法, 包括微细细加工和复合合加工。d) 制造业中中广泛应用VVM 技术和
16、和柔性制造技技术: 制造过程程中的VM 是指面向产产品生产过程程的模拟和检检验。VM的核心是是计算机仿真真, 通过仿真真软件来模拟拟真实系统, 以保证产产品设计和产产品工艺的合合理性, 保证产品品制造的成功功和生产周期期, 发现设计计、生产中不不可避免的缺缺陷和错误。所所谓柔性, 是指一个制制造系统适应应各种生产条条件变化的能能力, 它与系统统方案、人员员和设备有关关。系统方案案的柔性是指指加工不同零零件的自由度度。人员柔性性是指操作人人员能保证加加工任务, 完成数量和和时间要求的的适应能力。设设备柔性是指指机床能在短短期内适应新新零件的加工工能力。e) 网络化和和全球化: 随着网络通通讯技术的迅迅速发展和普普及, 企业的产产品设计、
