先進(jìn)制造技術(shù)的最新發(fā)展
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1 先進(jìn)制造技術(shù)的概述
制造業(yè)是現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)和綜合國力的重要支柱，其創(chuàng)造了國民生產(chǎn)總值的1/3，工業(yè)生產(chǎn)總值的4/5，提供了國家財(cái)政收人的1/3。由此可見，制造技術(shù)的水平將對一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技發(fā)展的水平產(chǎn)生重要的影響。制造技術(shù)尤其是先進(jìn)制造技術(shù)將主宰一個(gè)國家的命運(yùn)，因而，各國政府都非常重視先進(jìn)制造技術(shù)的研究和發(fā)展。
先進(jìn)制造技術(shù)源于20世紀(jì)80年代的美國，為提高制造業(yè)的競爭力和促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)增長而提出。同時(shí)，以計(jì)算機(jī)為中心的新一代信息技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了制造技術(shù)的飛躍發(fā)展，逐步形成了先進(jìn)制造技術(shù)的概念。先進(jìn)制造技術(shù)是在現(xiàn)代制造戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，不斷吸取計(jì)算機(jī)、信息、自動(dòng)化、新材料和現(xiàn)在傳統(tǒng)管理技術(shù)，將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品的研究與開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理和市場開發(fā)、售后服務(wù)，同時(shí)能取得社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的綜合技術(shù)。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和學(xué)科間的相互融合，先進(jìn)制造技術(shù)迅速發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出新技術(shù)、新概念。例如：成組技術(shù)(GT)、精益生產(chǎn)(LP)、并行工程(CE)、敏捷制造(AM)、快速成型技術(shù)(RPM)、虛擬制造技術(shù)(VMT)等。
2 先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展方向
2.1 制造過程的綠色化、快速化和高效化
制造過程的綠色化是從環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，在制造的各個(gè)階段都要充分考慮到環(huán)境保護(hù)。這里的環(huán)境不僅是自然環(huán)境，還包括社會(huì)環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境，要做到可持續(xù)發(fā)展，走向人類社會(huì)和自然界的和諧。
制造過程的快速化是指對市場的快速響應(yīng)和對生產(chǎn)的快速重組，它要求生產(chǎn)模式有高度的柔性和敏捷性。否則，就不能以最快的速度應(yīng)對市場變化，最終將被淘汰。所以，制造過程的快速化是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的“動(dòng)力”。
制造過程的高效化要求單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量多。社會(huì)的進(jìn)步是由生產(chǎn)力的發(fā)展所推動(dòng)的，而生產(chǎn)力的發(fā)展則是由生產(chǎn)率的提高所推動(dòng)。因此，制造過程的高效化是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的“追求”。
2.2 制造方法的數(shù)字化、集成化和智能化
數(shù)字化是制造的核心，起決定性作用。制造方法的數(shù)字化是制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和管理科學(xué)的交叉、融合、發(fā)展與應(yīng)用的結(jié)果，也是制造企業(yè)、制造系統(tǒng)與生產(chǎn)過程、生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。
集成化包含技術(shù)集成、管理集成、技術(shù)與管理集成。目前集成化主要是指：現(xiàn)在技術(shù)的集成；加工技術(shù)的集成；企業(yè)集成，即管理集成，包括生產(chǎn)信息、功能、過程的集成。
智能化是制造技術(shù)發(fā)展的前景。智能化制造模式的基礎(chǔ)是智能制造系統(tǒng)，它是智能和技術(shù)的集成而形成的應(yīng)用環(huán)境，也是智能制造模式的載體。它突出了在制造諸環(huán)節(jié)中，以一種高度柔性與集成的方式，借助計(jì)算機(jī)模擬的人類專家的智能活動(dòng)，進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)，同時(shí)，收集、存儲、處理、完善、共享、繼承和發(fā)展人類專家的制造智能。
3 先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)
3.1 成組技術(shù)(GT)
成組技術(shù)(GT)揭示和利用事物間的相似性，按照一定的準(zhǔn)則分類成組，同組事物采用同一方法進(jìn)行處理，以便提高效益的技術(shù)，稱為成組技術(shù)。在機(jī)械制造工程中，成組技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助制造的基礎(chǔ)，將成組哲理用于設(shè)計(jì)、制造和管理等整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，改變多品種小批量生產(chǎn)方式，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
成組技術(shù)的核心是成組工藝，它是將結(jié)構(gòu)、材料、工藝相近似的零件組成一個(gè)零件族(組)，按零件族制定工藝進(jìn)行加工，擴(kuò)大批量、減少品種、便于采用高效方法、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。零件的相似性是廣義的，在幾何形狀、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性為基本相似性，以基本相似性為基礎(chǔ)，在制造、裝配等生產(chǎn)、經(jīng)營、管理等方面所導(dǎo)出的相似性，稱為二次相似性或派生相似性。
3.2 敏捷制造(AM)
敏捷制造(AM)是指企業(yè)實(shí)現(xiàn)敏捷生產(chǎn)經(jīng)營的一種制造哲理和生產(chǎn)模式。敏捷制造包括產(chǎn)品制造機(jī)械系統(tǒng)的柔性、員工授權(quán)、制造商和供應(yīng)商關(guān)系、總體品質(zhì)管理及企業(yè)重構(gòu)。敏捷制造是借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，構(gòu)造有多個(gè)企業(yè)參加的“VM”環(huán)境，以競爭合作的原則，在虛擬制造環(huán)境下動(dòng)態(tài)選擇合作伙伴，組成面向任務(wù)的虛擬公司，進(jìn)行快速和最佳生產(chǎn)。
3.3 并行工程(CE)
并行工程(CE)是對產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括制造過程和支持過程)進(jìn)行并行、一體化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)化的工作模式。在傳統(tǒng)的串行開發(fā)過程中，設(shè)計(jì)中的問題或不足，要分別在加工、裝配或售后服務(wù)中才能被發(fā)現(xiàn)，然后再修改設(shè)計(jì)，改進(jìn)加工、裝配或售后服務(wù)(包括維修服務(wù))。而并行工程就是將設(shè)計(jì)、工藝和制造結(jié)合在一起，利用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)并行作業(yè)，大大縮短生產(chǎn)周期。
3.4 快速成型技術(shù)(RPM)
快速成型技術(shù)(RPM)是集CAD/CAM技術(shù)、激光加工技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和新材料等技術(shù)領(lǐng)域的最新成果于一體的零件原型制造技術(shù)。它不同于傳統(tǒng)的用材料去除方式制造零件的方法，而是用材料一層一層積累的方式構(gòu)造零件模型。它利用所要制造零件的三維CAD模型數(shù)據(jù)直接生成產(chǎn)品原型，并且可以方便地修改CAD模型后重新制造產(chǎn)品原型。由于該技術(shù)不像傳統(tǒng)的零件制造方法需要制作木模、塑料模和陶瓷模等，可以把零件原型的制造時(shí)間減少為幾天、幾小時(shí)，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，減少了開發(fā)成本。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的決速發(fā)展和三維CAD軟件應(yīng)用的不斷推廣，越來越多的產(chǎn)品基于三維CAD設(shè)計(jì)開發(fā)，使得快速成型技術(shù)的廣泛應(yīng)用成為可能。快速成形技術(shù)已廣泛應(yīng)用于宇航、航空、汽車、通訊、醫(yī)療、電子、家電、玩具、軍事裝備、工業(yè)造型(雕刻)、建筑模型、機(jī)械行業(yè)等領(lǐng)域。
3.5 虛擬制造技術(shù)(VMT)
虛擬制造技術(shù)(VMT)以計(jì)算機(jī)支持的建模、仿真技術(shù)為前提，對設(shè)計(jì)、加工制造、裝配等全過程進(jìn)行統(tǒng)一建模，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，實(shí)時(shí)并行模擬出產(chǎn)品未來制造全過程及其對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測出產(chǎn)品的性能、產(chǎn)品的制造技術(shù)、產(chǎn)品的可制造性與可裝配性，從而更有效地、更經(jīng)濟(jì)地靈活組織生產(chǎn)，使工廠和車間的設(shè)計(jì)布局更合理、有效，以達(dá)到產(chǎn)品開發(fā)周期和成本最小化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最高化。虛擬制造技術(shù)填補(bǔ)了CAD/ CAM技術(shù)與生產(chǎn)全過程、企業(yè)管理之間的技術(shù)缺口，把產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)、作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、制造過程、庫存管理、成本核算、零部件采購等企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)在產(chǎn)品投入之前就在計(jì)算機(jī)上加以顯示和評價(jià)，使設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員在產(chǎn)品真實(shí)制造之前，通過計(jì)算機(jī)虛擬產(chǎn)品來預(yù)見可能發(fā)生的問題和后果。虛擬制造系統(tǒng)的關(guān)鍵是建模，即將現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的物理系統(tǒng)映射為計(jì)算機(jī)環(huán)境下的虛擬系統(tǒng)。虛擬制造系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品是虛擬產(chǎn)品，但具有真實(shí)產(chǎn)品所具有的一切特征。
3.6 智能制造(IM)
智能制造(IM)是制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程與人工智能等學(xué)科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術(shù)。其具體表現(xiàn)為：智能設(shè)計(jì)、智能加工、機(jī)器人操作、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調(diào)度與管理、智能裝配、智能測量與診斷等。它強(qiáng)調(diào)通過“智能設(shè)備”和“自治控制”來構(gòu)造新一代的智能制造系統(tǒng)模式。
智能制造系統(tǒng)具有自律能力、自組織能力、自學(xué)習(xí)與自我優(yōu)化能力、自修復(fù)能力，因而適應(yīng)性極強(qiáng)，而且由于采用VR技術(shù)，人機(jī)界面更加友好。因此，智能制造技術(shù)的研究開發(fā)對于提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)、降低成本，提高制造業(yè)市場應(yīng)變能力、國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和國民生活水準(zhǔn)，具有重要意義。
4 結(jié)語
先進(jìn)制造技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)成為一個(gè)國家綜合實(shí)力和科技發(fā)展的重要標(biāo)志，為提高一個(gè)國家的國際地位起著舉足輕重的作用。因此，我國對先進(jìn)制造技術(shù)已引起高度的重視，大力發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，培養(yǎng)專業(yè)人才，使我國由世界制造大國逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槭澜缰圃鞆?qiáng)國。