先进制造技术的发展(6)

先进制造技术的发展

自第一次工业革命后，英国等西方国家的工业迅速崛起，拉动了国内工业生产，同时也带动了世界范围内工业生产的发展。随着世界人口的增加，传统的制造技术已经不能满足庞大人口的需求，先进制造技术逐步兴起并日臻完善。

先进制造技术的核心是实现优质，高效，低耗，清洁，灵活生产的基础制造技术群，它的主体技术群包括产品的设计技术群和制造工艺技术群。而支持设计和制造工艺两个方面取得可持续性进步的基础性技术是支撑技术群。支撑技术群具体涉及信息技术，标准和框架，机床工具及传感器和控制技术。制造技术基础设施则是使先进制造技术适用于具体企业的应用环境及充分发挥其功能和取得最佳效益的一系列措施。

先进制造技术主要包括现代设计技术，先进制造工艺技术，制造自动化技术，现代生产管理技术以及先进制造生产模式。

先进制造技术的概念源于20世纪80年代。它是指在制造过程和制造系统中融合电子，信息和管理技术，以及新工艺，新材料等现代科学技术，使原材料转换为产品的过程更有效，成本更低，更及时满足市场需求的先进工程技术的总称。

几个有关制造业的基本概念：

⒈制造系统是由制造过程及其所涉及的硬件，软件和人员等组成的有机整体。这里所指的制造过程，是指产品的经营规划，开发研制，加工制造和控制管理的过程；所谓的硬件包括生产设备，工具和材料，能源以及各种辅助装置；而软件则包括制造理论，制造工艺和方法，以及各种制造信息等。

⒉制造业是所有与制造有关的企业机构的总称，是指以制造技术为主导技术进行产品制造的行业。它是将制造资源通过制造过程，转化为可供人们使用和利用的工业品与生活消费品的行业，涉及国民经济的许多部门，是国民经济和综合国力的支柱产业。

⒊制造技术是制造业为国民经济建设和人民生活生产各类必需物资使用的所有生产技术的总称，是将原材料和其他生产要素等经济，合理和高效地转化为可直接使用的具有高附加值的成品或半成品和技术服务的技术群。

纵观200多年的制造技术的发展历程，影响其发展的主要因素是技术推动和市场牵引。制造技术既是制造企业的技术支柱，又是可持续发展的根本动力。

回顾制造技术的发展，从蒸汽机出现至今，主要经历了两次革命性的转变：

①用机器代替手工和由作坊形成工厂；

②从单件生产方式发展成大量生产方式。

以大规模生产方式为主要特征的制造技术，在20世纪50年代逐渐进入鼎盛时期，制造业通过降低生产成本(主要是降低劳动力成本)和提高生产效率，形成了“规模效益”的工业化生产理念。大规模生产方式作为现代工业生产的一个重要特征，对人类社会的经济发展，社会结构，文化教育以及生活方式等，产生了极其深刻的影响。

先进制造技术的发展历程：

①20世纪60年代，随着市场竞争的加剧，大规模生产方式面临新的挑战，制造企业的生产方式开始向多品种，中小批量生产方式转变。

②进入20世纪80年代，一方面，市场环境发生了新的变化，消费者的需求日趋多样化和个性化，市场竞争日趋激烈；另一方面，科学技术的发展也进入了一个日新月异的时代，电子信息技术和自动化技术发展迅猛。

③20世纪90年代以来，以Internet为代表的信息技术革命给世界带来了巨大的变化，

经济全球化进程也打破了传统的地域经济发展模式，市场变得更加开阔。

先进制造技术在我国政府的关怀下得到快速发展和重大突破。具体表现在以下几个方面：

①CAD技术普及化，

②快速原型制造技术由起步迈向成熟，应用初具规模，

③精密成型与加工的技术水平得到了显著的提高，在汽车的零部件和重大装配制造过程中获得了广泛的应用，

④热加工工艺模拟优化技术取得重要进展，使得材料加工由“技艺”走向“科学”，

⑤激光加工在基础研究和技术开发方面有实质性的进展，产业应用获得了经济效益，

⑥数控技术取得重要进展，国内市场占有率有所提高，

⑦微型机械研究进展迅速，标志着先进制造技术正向微观领域扩展，

⑧现代集成制造系统研究和应用取得突破，在国际上占有一席之地，

⑨新生产模式的研究和实践具有特色，推动了我国制造业的技术进步和管理现代化。

先进制造技术的发展趋势：

①现代设计技术进一步向纵深方向发展，

②各种先进加工技术不断发展，

③制造系统的柔性化，集成化，智能化程度不断提高，

④先进制造管理模式正在发生重大变化，

⑤绿色制造成为未来制造业的必然选择，

⑥制造全球化，综合化正在加速。

Ⅰ现代设计技术

现代设计技术主题包括机械强度与振动设计，摩擦学设计，防腐蚀设计，机械安全与可靠性设计，电气安全设计，设计新技术六个技术领域。

现代设计的方法：

①计算机辅助设计：主要包括交互技术，图形变换技术，实体造型技术。

②优化设计：一般来说，优化设计有以下几个步骤：

⑴设计问题分析，

⑵设计变量和设计约束条件的确定，

⑶建立优化设计数学模型，

⑷选择最优化算法，

⑸程序设计，

⑹制定目标要求，

⑺计算机自动筛选最优设计方案，

⑻优化结果分析。

③可靠性设计：可靠性设计是指根据可靠性理论与方法确定产品零部件以及整机的结构方案和有关参数的过程。可靠性设计的一个重要内容是可靠性预测，即利用所得的资料预测一个零件，部件或系统实际可能达到的可靠性，预测这些零部件或系统在规定的条件下和在规定时间内完成规定功能的概率。

④价值工程：是指以产品或作业的功能分析为核心，以提高产品或作业的价值为目的，力求以最低生命周期成本实现产品所要求的必要功能的一项有组织的创造性活动。

⑤绿色设计：绿色设计反映了人们对现代科技文化所引起的环境及生态破坏的反思，同时，也体现了设计师道德和社会责任心的回归。

Ⅱ先进制造工艺技术

先进材料成型技术包括：①精密洁净铸造成型技术

②精确高效材料塑性成型技术

③优质高效材料连接技术

④优质低耗洁净材料改性技术

⑤非金属材料的成形技术

快速原型制造技术的工业应用：①硅橡胶快速制模技术

②金属电弧喷涂快速制模技术

③精密铸造模具的快速制造技术

④模具电火花加工电极快速制造

超高速切削加工技术：超高速切削加工技术是指采用超硬刀具和磨具，利用能可靠实现高速运动的高精度，高自动化和高柔性的制造设备，以提高切削速度来达到提高材料去除率，加工精度和加工质量的先进加工技术。

高效率磨削加工技术：①高速，超高速磨削加工技术

②高效深切磨削

③快速点磨削

④缓进给磨削

⑤高速重负荷荒磨

★精密，超精密加工技术

现状：①精密，超精密加工精度越来越高，由微米级，亚微米级，纳米级，向原子级加工极限逼近；

②精密，超精密加工已进入国民经济和生活的各个领域，批量生产达到的精度也在不断提高。

加工方法：①传统超精密加工技术

②特种超精密加工技术

③复合超精密加工技术

特种加工技术：特种加工是一种非传统加工方法，是除常规切削，磨削加工以外的一些加工工艺方法的统称，材料成形不是直接利用机械能，而是主要利用光，电，声，热，化学，磁以及原子能等其他形式的能量进行加工的方法。

微纳米制造技术：微纳米制造技术就是通过大规模平行过程和自组装的方式来集成具有从纳米尺度到微米尺度的功能器件和系统，实现对功能性微纳米产品的可控生产。

Ⅲ制造自动化技术

回顾历史，制造自动化技术的生产模式经历了以下五个主要的发展阶段：

①刚性自动化，包括自动单机和刚性自动线。

②数控加工

③柔性制造

④计算机集成制造和计算机集成制造系统

⑤新的制造自动化模式