现代制造技术的发展趋势论文

浅谈现代机械制造技术的新发展 编辑条目26 关键字： 前言 目前，随着电子、信息等高新技术的不断发展及市场需求个性化与多样化，世界各国都把机械制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，将其他学科的高技术成果引入机械制造业中。 因此机械制造业的内涵与水平已今非昔比，它是基于先进制造技术的现代制造产业。纵观现代机械制造技术的新发展，其重要特征主要体现在它的绿色制造、计算机集成制造、柔性制造、虚拟制造、智能制造、并行工程、敏捷制造和网络制造等方面。 现代机械制造技术的特征 （1）机械制造科学是由机械、计算机、信息、材料、自动化等学科有机结合而发展起来的一门跨学科的综合科学，它随不同对象和时间而改变功能结构及信息系统。 （2）柔性、集成、并行工作。现代机械制造系统具有多功能性和信息密集性，能够制造生产成本与批量无关的产品，能按订单制造，满足产品的个性要求。 （3）制造智能化。能够代替熟练工人的技艺，具有学习工程技术人员多年实践经验和知识的能力，并用以解决生产实际问题。智能制造系统能发挥人的创造能力和具有人的智能和技能，强调以人为系统的主导者这一总的概念。在智能制造系统中，智能和集成并列，集成是智能的重要支撑，反过来智能又促进集成水平的提高。 （4）设计与工艺一体化。传统的制造工程设计和工艺分步实施，造成了工艺从属于设计、工艺与设计脱离等现象，影响了制造技术的发展。产品设计往往受到工艺条件的制约，受到制造可靠性、加工精度、表面粗糙度、尺寸等限制。因此，设计与工艺必须密切结合，要以工艺为突破口，形成设计与工艺的一体化。 （5）精密加工技术是关键。精密和超精密加工技术是衡量先进制造技术水平的重要指标之一。当前，纳米加工技术代表了制造技术的最高精度水平。 （6）产品生命周期的全过程。现代制造技术是一个从产品概念开始，到产品形成、使用，一直到处理报废的集成活动和系统。在产品的设计中，不仅要进行结构设计、零件设计、装配设计，而且特别强调拆卸设计。使产品报废处理时，能够进行材料的再循环。节约能源，保护环境。 （7）人、组织、技术三结合。现代制造技术强调人的创造性和作用的永恒性，提出了由技术支撑转变为人、组织、技术的集成；强调了经营管理、战略决策的作用。在制造工业战略决策中，提出了市场驱动、需求牵引的概念，强调用户是核心，用户的需求是企业成功的关键，并且强调快速响应市场需求的重要性。 2．现代机械制造技术的内容和发展方向 1 绿色制造（GM） 绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。绿色制造是可持续发展战略在制造业中的重要体现。其目标是使产品在设计、制造、装配、运输、销售及使用的整个过程中努力做到资源的优化利用、清洁生产和废弃物的最少化及综合利用。要力求实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。而干切削和干磨削一般是大气氛围中(氮气中、冷风中或采用干式静电冷却技术)不使用切削液进行的切削。不过对某些加工方式和工件组合，完全不使用切削液的干切削和干磨削在实际中很难实现，故又出现了使用极微量润滑(MQL)的准干切削。目前，在欧洲的大批量机械加工中，已有10％～15％的加工使用了干切削和准干切削。 2 计算机集成制造（CIM） CIM就是通过计算机实现信息集成，实现现代化的生产制造，求得企业的总体效益，使企业能够持续稳定的发展。随着计算机的普及应用，计算机集成制造已成为规模生产的主要科技，企业从市场预测、产品设计、加工制造、经营管理直至售后服务是一个不可分割的整体，需要统筹考虑，集成制造主要指： （1）人员集成，管理者、设计者、制造者、保障者(负责质量、销售、采购、服务等的人员)以及用户应集成为一个协调整体。 （2）信息集成，产品生命周期中各类信息的获取、表示、处理和操作工具集成为一体，组成统一的管理控制系统。特别是产品信息模型（PIM：Product Information Model）和产品数据管理（PDM：Product Data Management）在系统中应得到一体化的处理。 （3）功能集成，产品生命周期中企业各部门功能集成以及产品开发与外部协作企业间功能的集成。 （4）技术集成，产品开发全过程中涉及的多学科知识以及各种技术、方法的集成，形成集成的知识库和方法库，以利CIMS的实施。 3 柔性制造（FM） 柔性制造系统（FMS）是由统一的控制系统（信息流）、物料（工件、刀具）和输送系统（物料流）连接起来的一组加工设备，能在不停机的情况下实现多品种、小批量零件的加工，并具有一定管理功能的自动化制造系统。柔性制造技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。数控技术的成熟及单台数控设备的问世，使许多工业发达国家开始了柔性制造系统的研究。FMS包括许多个柔性制造单元，它能根据制造任务和生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量的生产。着重突破了成批生产的经济效益一定大于单件生产的传统观念。FMS是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程，在计算机及软件的支撑下构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统，以实现全局动态最优化，总体高效益、高柔性，并进而赢得竞争全胜的智能制造系统。 4 虚拟制造（VM） 虚拟制造主要就是利用计算机技术和装备产生一个虚拟环境，应用人类知识、技术和感知能力，与虚拟对象进行交互作用，对产品设计和制造活动进行全面的建模和仿真。虚拟制造技术从根本上改变了设计、试制、修改设计和规模生产的传统制造模式。在产品真正制造以前，首先在虚拟制造环境中生产软产品原形（Soft Prototype），代替传统的硬样（Hard Prototype)，预测产品的设计和制造的合理性、产品性能和制造周期等，从而使产品的开发生产周期最短、成本最低、质量最优，最终提高快速响应市场多变的能力。 5 智能制造（IM） 智能制造技术作为一种模式，通过知识工程、软件制造系统和机器人技术，对工人的技能和专家知识进行建模，能够在无人干预的情况下进行小批量的生产。它的突出之处就是将人工智能融入制造过程的各个环节，借助模拟专家的智能活动进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中的部分脑力劳动，同时收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。 6 并行工程（CE） 并行工程的实质是在产品的设计阶段就充分地预报该产品的制造、装配、销售、使用、售后服务以及报废、回收等环节中的“表现”，发现可能存在的问题，及时地进行修改与优化。并行工程的目的是减少产品开发中的弯路与反复，缩短产品的周期，甚至做到产品开发一次成功。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，然后蒋回过头来修改设计，改进加工、装配或售后服务（包括维修服务）。而并行工程就是将设计、工艺和制造结合在一起，利用计算机互联网并行作业，大大缩短生产周期。 7 敏捷制造（AM） 制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内生产出低成本、高质量的不同品种产品的能力，从而去面对市场的挑战。敏捷制造是将柔性生产技术、熟练掌握生产技能的劳动力，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市场作出快速反应。它旨在不可预测的持续变化的环境中使企业具有卓越的自适应能力，从而占据主导地位的总体战略，同时也是对市场需求做出快速响应、快速重组的生产模式；敏捷制造是一种哲理或管理哲学，是企业管理的战略性变革。其特征是：制造柔性和成员合作，制造柔性是敏捷制造的组成部分，包括人员、设备和软件3方面的柔性。提高从产品设计、制造和销售全过程的整体柔性，进而保证敏捷制造系统快速响应、快速重组的能力。目前，敏捷制造在西方国家已初见成效。 8 网络制造（NM） 随着信息技术和网络技术的飞速发展，网络化制造作为一种现代制造新模式，正日益成为制造业研究和实践的热门领域，网络制造业将给现代制造业带来一场深刻的变革。网络化制造应用服务（MASP，Manufacturing Application Service Provider）可为产品设计和制造过程提供服务和优化，并且可以进行虚拟的工艺仿真作为产品设计和工艺制定的参考。通过网络化应用服务中心进行产品及其制造工艺的模拟仿真与优化设计和协同制造，能够大大节省企业的投资并提高生产效率。另外企业的技术人员也可以由客户端直接在远程服务器上进行产品与工艺的优化设计或模拟仿真。 3． 结语 我国是世界上使用与发展机械最早的国家之一。机械制造具有悠久的历史。解放以来，我国机械工业有了很大的发展，已经成为工业产业中门类比较齐全、具有相当规模和一定技术基础的部门之一。 改革开放以来，机械工业充分利用国内外的技术资源，进行技术改造，依靠科技进步，已经取得了长足的发展。但与世界先进水平相比，我国的机械制造业的产品在功能、质量等方面还有较大的差距，产品构成落后，精度保持性差、科研开发能力较薄弱、人员技术素质还跟不上现代机械制造业飞速发展的需要。因此，我国机械制造业必须不断增强技术力量，培养高水平的人才和提高现有人员的素质，学习和引进国外先进科学技术，使我国的机械制造工业早日赶上世界先进水平。

这方面东西挺多的，你能具体点更好。[1]王昌,于同敏,周锦进模具制造领域中的表面工程技术应用综述及展望[J]模具技术,2002,03:46-关键词:模具制造,表面工程技术,稀土表面工程,纳米表面工程机构:大连理工大学模具研究所,大连理工大学模具研究所,大连理工大学模具研究所 辽宁大连116024 ,辽宁大连116024 ,辽宁大连116024摘要:扼要综述了在模具制造领域中应用较为广泛的几类表面工程技术 ,并对其性能指标和经济性作了比较。介绍了稀土表面工程技术在模具制造中的应用进展。对纳米表面工程技术在模具制造中的应用作了展望。[2]王艳宾模具报价系统综述[A]中山市科学技术协会、珠海市科学技术协会、江门市学术技术协会首届珠中江科协论坛论文集[C]中山市科学技术协会、珠海市科学技术协会、江门市学术技术协会:,2011:关键词:模具,报价,综述摘要:对模具报价系统进行了简要的介绍。介绍了模具价格的组成及其特点,并且对国内外研究现状以及其发展进行了总结论述,讨论模具的发展趋势,为进一步研究和改进报价系统提供了依据。[3]李和平,吴霞现代模具行业现状与发展趋势综述[J]商场现代化,2007,03:关键词:现代模具设计制造,CAD/CAE/CAM机构: 井冈山学院工学院,井冈山学院工学院,摘要:本文介绍了当前模具行业模具设计与制造技术的现状,尤其是CAD/CAE/CAM集成技术,并对模具技术的发展趋势做出了分析。[4]宫敏利国内外模具钢生产现状及发展趋势综述[J]化学工程与装备,2008,02:64-关键词:模具钢,生产,发展趋势,综述机构:衡阳财经工业学院 衡阳 421008摘要:本文介绍了目前国内外模具钢生产现状,通过对国内外摸具用钢进行分析比较,提出我国模具钢生产存在的问题以及与国际模具钢水平的差距,并针对存在问题,对我国模具钢的生产发展提出建议。[5]赵丹阳,宋满仓,王敏杰模具现代制造技术综述[J]模具制造,2003,08:2-关键词:模具,现代制造技术,发展趋势机构:大连理工大学模具研究所,大连理工大学模具研究所,大连理工大学模具研究所 辽宁大连 116024 ,辽宁大连 116024 ,辽宁大连 116024摘要:对模具现代制造技术中的关键技术(高速铣削、绿色制造、软件技术、快速制模、检测技术等)的现状和发展趋势进行了综述和研究,指出了模具现代制造技术的作用和发展方向。[6]钟佩思 ,沈友徽 ,马静敏 ,王素玉模具先进制造技术发展趋势综述[J]模具制造,2005,03:1-关键词:模具制造,模具工业,模具CAD/CAE/CAM,逆向工程机构:山东科技大学,山东科技大学,山东科技大学,山东大学 (山东青岛266510),(山东青岛266510),(山东青岛266510)摘要:着重对模具CAD/CAE/CAM技术、先进模具制造加工技术、模具材料及表面工程技术、模具工业的逆向工程等进行了综述;分析探讨了模具工业新制造哲理与新模式。

1数控技术发展概况　　随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。　　长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。　　2数控技术发展趋势　　一、性能发展方向　　高速高精高效化　速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。　　柔性化　包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。　　工艺复合性和多轴化　以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。　　实时智能化　早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。　　二、　功能发展方向　　用户界面图形化　用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。　　科学计算可视化　科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。　　插补和补偿方式多样化　多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。　　内装高性能PLC　数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。　　多媒体技术应用　多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。　　三、　体系结构的发展　　集成化　采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。　　模块化　硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。　　网络化　机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。　　通用型开放式闭环控制模式　采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。