先進制造技術(shù)在制造業(yè)中的應用

劉春杰

（保定職業(yè)技術(shù)學院機電工程系，河北 保定 071000）

1 先進制造技術(shù)的含義

先進制造技術(shù)(Advanced Manufacturing Technolo?gy),是指集機械工程技術(shù)、電子技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體所產(chǎn)生的技術(shù)、設備和系統(tǒng)的總稱。人們往往用AMT來概括由于微電子技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)等給傳統(tǒng)制造技術(shù)帶來的種種變化與新型系統(tǒng)。先進制造技術(shù)主要包括計算機輔助設計、計算機輔助制造、集成制造系統(tǒng)等[1]。

2 先進制造技術(shù)的特點

與科學技術(shù)的發(fā)展和人類社會的進步相適應，先進制造技術(shù)的發(fā)展將具有以下三個特點。

2.1 制造科學理論體系不斷完善

現(xiàn)代制造正從技藝、技術(shù)走向科學，“數(shù)字化”將是建立制造科學理論體系的關(guān)鍵，它將貫穿包含設計、制造和控制等整個制造過程的數(shù)字化，如制造中從幾何量、控制量的數(shù)字化到物理量、知識、經(jīng)驗的數(shù)字化等；“虛擬化”將在產(chǎn)品制造、制造系統(tǒng)運行全過程中廣泛應用，是使預測和評價科學化的重要手段；“集成化”將使制造技術(shù)和管理更加深入和廣泛的融合，其本質(zhì)是知識與信息的集成；“網(wǎng)絡化”可為制造企業(yè)的設計、生產(chǎn)、管理與營銷等提供跨地域的運行環(huán)境，使制造業(yè)走向全球化、整體化和有序化；“智能化”將顯著提高制造企業(yè)、系統(tǒng)和單元（裝備）適應環(huán)境的能力，對海量和不完整信息的處理能力，相互間主動協(xié)調(diào)和協(xié)同能力。運作的自律性、組織結(jié)構(gòu)的柔性、響應的敏捷性是智能化的典型特征，也是制造科學理論的重要特色。加工精度的“精密化”、加工尺度“細微化”、加工要求和條件的“極限化”都是當今制造科學與技術(shù)發(fā)展研究的焦點[2]。

2.2 先進制造技術(shù)與其他相關(guān)科學的交叉融合

制造科學與生命科學、生物學交叉的生物制造、仿生制造將得到較大的發(fā)展；精微制造的機理和控制技術(shù)將得益于與量子力學、材料科學、微電子科學等的深度融合；數(shù)字制造、智能制造的發(fā)展將更加依賴于與現(xiàn)代數(shù)學、系統(tǒng)科學、管理科學的綜合。

2.3 綠色制造將是先進制造技術(shù)發(fā)展的重點

人類社會的發(fā)展必將走向與自然界的和諧。制造必須充分保護自然環(huán)境，保護社會環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)者的身心健康。制造必然要走“綠色”之路，這是實現(xiàn)國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要條件。

3 先進制造技術(shù)在機械制造業(yè)中的應用

在機械制造的整個過程中，無論是在產(chǎn)品的設計開發(fā)、還是在產(chǎn)品生產(chǎn)制造或是經(jīng)營管理中都能充分利用先進制造技術(shù)。

3.1 企業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)生重大變革

由于先進制造技術(shù)的應用，現(xiàn)代機械制造企業(yè)逐步改變了傳統(tǒng)觀念，在生產(chǎn)組織方式上發(fā)生了5個轉(zhuǎn)變：1）從傳統(tǒng)的順序工作方式向并行工作方式轉(zhuǎn)變；2）從金字塔式的多層次生產(chǎn)管理結(jié)構(gòu)向扁平的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變；3）從按功能劃分部門的固定組織形式向動態(tài)、自主管理的小組工作組織形式轉(zhuǎn)變；4）從質(zhì)量第一的競爭策略向快速響應市場的競爭策略轉(zhuǎn)變；5）從以技術(shù)為中心向以人為中心轉(zhuǎn)變。

3.2 先進制造工藝以及自動化技術(shù)的形成和發(fā)展

在整個機械制造的過程中，工藝過程是最主要的過程。由于機械制造業(yè)本身的需要，形成和發(fā)展了許多先進的制造工藝及自動化技術(shù)。從而充實、發(fā)展了整個先進制造技術(shù)群，帶動了其他制造業(yè)的發(fā)展。

3.2.1 毛坯制造工藝

毛坯制造是機械制造工藝的基礎和前提。近幾年，出現(xiàn)了許多先進的制造工藝及技術(shù)。鑄造方面出現(xiàn)了一套精密潔凈鑄造成形工藝，例如，外熱風沖天爐熔煉、處理、保護成套技術(shù)；鋼液精煉與保護技術(shù)；高效金屬型鑄造工藝及設備；氣化模鑄造工藝與設備等。鍛壓方面出現(xiàn)了精確高效塑性成型技術(shù)，主要有熱精鍛生產(chǎn)線成套技術(shù)，冷溫成型成套技術(shù)，輥鍛和楔橫軋成形技術(shù)，精密沖裁工藝及設備等，焊接與切割方面出現(xiàn)了新型焊接電源及控制技術(shù)，激光焊接技術(shù)，微連接技術(shù)，數(shù)控切割技術(shù)等。

3.2.2 機械加工工藝

機械加工是機械制造工藝過程的主要組成部分，在這方面的趨勢是向高效、高精度方向發(fā)展。主要有精密加工和超精密加工，高速切削與超高速磨削，復雜型面的數(shù)控加工，游離磨料的高效加工等。

3.2.3 自動化技術(shù)

制造自動化技術(shù)是在制造過程的所有環(huán)節(jié)采用自動化技術(shù)，實現(xiàn)制造全過程的自動化；是研究對制造過程的規(guī)劃、運作、管理、組織、控制與協(xié)調(diào)優(yōu)化等的自動化的技術(shù)，以使產(chǎn)品制造過程實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、及時和潔凈的目標。在機械制造過程中，除了發(fā)展應用先進制造工藝以外，自動化技術(shù)的發(fā)展與應用是另一大特征。這些自動化技術(shù)包括CAD，CAM集成、機床數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機器人、柔性制造技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機集成制造技術(shù)、自動檢測及信號識別技術(shù)等。

4 先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 精密化

精密加工、特種加工、超精密加工技術(shù)、微型機械是現(xiàn)代化機械制造技術(shù)發(fā)展的方向之一。精密和超精密加工技術(shù)包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特種加工和復合加工(如機械化學研磨、超聲磨削和電解拋光等)三大領域。超精密加工技術(shù)己向納米(l nm=10-3μm)技術(shù)發(fā)展。納米技術(shù)己在納米機械學、納米電子學和納米材料技術(shù)得到了應用。因此，它促進了機械科學、光學科學、測量科學和電子科學的發(fā)展[3]。

在現(xiàn)代超精密機械中，對精度要求極高，如人造衛(wèi)星的儀表軸承，其圓度、圓柱度、表面粗糙度等均達納米級；基因操作機械，其移動距離為納米級，移動精度為0.1 nm。細微加工、納米加工技術(shù)可達納米以下的要求，如離子束加工可達納米級，借助于掃描隧道顯微鏡（STM）與原子力顯微鏡的加工，則可達0.1 nm。

4.2 自動化

自動化技術(shù)自20世紀初出現(xiàn)以后，經(jīng)歷了由剛性自動化向柔性自動化的發(fā)展過程，自動化技術(shù)的成功應用，不但提高了效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，還可以代替人去完成危險場合的工作。對于批量較大的生產(chǎn)自動化，可通過機床自動化改裝、應用自動機床、專用組合機床、自動生產(chǎn)線來完成。小批量生產(chǎn)自動化可通過NC、MC、CAM、FMS、CIM、IMS等來完成。在未來的自動化技術(shù)實施過程中，將更加重視人在自動化系統(tǒng)中的作用。

4.3 信息化

信息、物質(zhì)和能量是制造系統(tǒng)的三要素。產(chǎn)品制造過程中的信息投入，己成為決定產(chǎn)品成本的主要因素。制造過程的實質(zhì)是對制造過程中各種信息資源的采集、輸入、加工和處理過程，最終形成的產(chǎn)品可看作是信息的物質(zhì)表現(xiàn)，因此可以把信息看作是一種產(chǎn)業(yè)，包括在制造之中。為此，一些企業(yè)開始利用網(wǎng)絡技術(shù)、計算機聯(lián)網(wǎng)、信息高速公路、衛(wèi)星傳遞數(shù)據(jù)等實現(xiàn)異地生產(chǎn)，使生產(chǎn)分散網(wǎng)絡化，以適應高柔性生產(chǎn)的需要[4]。

4.4 柔性化

隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，促使產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度不斷加快，這就要求現(xiàn)代企業(yè)必須具備一定的生產(chǎn)柔性來滿足市場多變的需要。所謂柔性，是指一個制造系統(tǒng)適應各種生產(chǎn)條件變化的能力，它與系統(tǒng)方案、人員和設備有關(guān)。系統(tǒng)方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人員柔性是指操作人員能保證加工任務，完成數(shù)量和時間要求的適應能力。設備柔性是指機床能在短期內(nèi)適應新零件的加工能力。

4.5 集成化

集成是綜合自動化的一個重要特征。集成的作用是將原來獨立運行的多個單元系統(tǒng)集成一個能協(xié)調(diào)工作的和功能更強的新系統(tǒng)。集成不是簡單的連接，是經(jīng)過統(tǒng)一規(guī)劃設計，分析原單元系統(tǒng)的作用和相互關(guān)系并進行優(yōu)化重組而實現(xiàn)的。集成化的目的是實現(xiàn)制造企業(yè)的功能集成，功能集成要借助現(xiàn)代管理技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和信息技術(shù)實現(xiàn)技術(shù)集成，同時還要強調(diào)人的集成，由于系統(tǒng)中不可能沒有人，系統(tǒng)運行的效果與企業(yè)經(jīng)營思想、運行機制、管理模式都與人有關(guān)，因此在技術(shù)上集成的同時，還應強調(diào)管理與人的集成[5]。

4.6 智能化

智能化是制造技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。智能制造技術(shù)(IMT)是將人工智能融入制造過程的各個環(huán)節(jié)，在整個制造過程中貫徹智力活動，使系統(tǒng)柔性的方式集成起來，通過模擬人類專家的智能活動，取代或延伸制造系統(tǒng)中的部分腦力勞動，在制造過程中系統(tǒng)能自動監(jiān)測其運行狀態(tài)，在受到外界干擾或內(nèi)部激勵能自動調(diào)整其參數(shù)，以達到最佳狀態(tài)和具備自組織能力。

5 結(jié)束語

制造業(yè)是國家經(jīng)濟和綜合國力的基礎，被稱為“立國之本”。先進制造技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)成為一個國家綜合實力和科技發(fā)展的重要標志，為提高一個國家的國際地位起著舉足輕重的作用。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，我國的制造工業(yè)己經(jīng)取得了長足的進步，但和先進國家相比還存在很大差距。主要表現(xiàn)在：技術(shù)投入相對不足，原有技術(shù)基礎和研究開發(fā)能力薄弱，制造業(yè)產(chǎn)品落后，技術(shù)水平低，信息含量少，更新?lián)Q代慢，以及市場營銷、經(jīng)營管理、人才素質(zhì)相對落后，缺乏國際竟爭能力等方面。

[1] 朱江峰，黎震.先進制造技術(shù)[M].北京：北京理工大學出版社，2007：1-5.

[2] 向大學.先進制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].機電技術(shù)，2011(3)：171-173.

[3] 劉曉玲，董平.先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢及其關(guān)鍵技術(shù)[J].機械制造與自動化，2008，37(2)：1-3．

[4] 吳良芹.先進制造技術(shù)及其發(fā)展[J].機械制造與自動化，2009，38(1)：84-86．

[5] 王俊峰，張所地.先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢研究[J].山西財經(jīng)大學學報，2009，31(1)：14-15．