機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀研究

引言：簡(jiǎn)述了機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展歷程，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的現(xiàn)狀及最新成就與進(jìn)展，我國(guó)在發(fā)展現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的基本情況、差距及動(dòng)向。

一、機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展歷程

機(jī)械制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，而機(jī)械制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新則是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)和動(dòng)力。機(jī)械制造業(yè)發(fā)展至今，按其生產(chǎn)方式的變化可劃分為：

（一）設(shè)備密集型生產(chǎn)方式。這是一種隨著運(yùn)輸機(jī)械、施工機(jī)械和機(jī)床等大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的出現(xiàn)而產(chǎn)生的生產(chǎn)方式。汽車、拖拉機(jī)、軸承等大批量生產(chǎn)中的剛性生產(chǎn)流水線均屬于這種生產(chǎn)方式。

（二）勞動(dòng)密集型生產(chǎn)方式。手工制作及早期的工業(yè)生產(chǎn)均屬于這種方式。

（三）知識(shí)密集型生產(chǎn)方式。這種生產(chǎn)方式是制造理念的飛躍，把單向的產(chǎn)品制造鏈組成為有機(jī)的制造系統(tǒng)，其中的物流系統(tǒng)、信息流系統(tǒng)、能量流系統(tǒng)等相互依賴、相互作用、相互協(xié)調(diào)。這種制造系統(tǒng)不單能與人進(jìn)行信息交流，而且本身具有專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等必要的解決問(wèn)題的知識(shí)，使其能在獲取較少信息的情況下完成加工要求。

（四）信息密集型生產(chǎn)方式。從20世紀(jì)初期開(kāi)始出現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床、加工中心等新型機(jī)電一體化加工設(shè)備。它實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器設(shè)備之間的信息交流，機(jī)器設(shè)備可通過(guò)獲得的信息，快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)加工，繼而產(chǎn)生了使用這些典型設(shè)備的生產(chǎn)方式。

二、現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的現(xiàn)狀

（一）國(guó)內(nèi)情況

我國(guó)機(jī)械制造技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還非常低，大約落后20年。近十幾年來(lái)，我國(guó)大力推廣應(yīng)用CIMS技術(shù)， 20世紀(jì)90年代初期已建成研究環(huán)境，包括有CIMS實(shí)驗(yàn)工程中心和7個(gè)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室。在全國(guó)范圍內(nèi)，部署了CIMS的若干研究項(xiàng)目，諸如CIMS軟件工程與標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與發(fā)展戰(zhàn)略， CIMS總體與集成技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)化、工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化、柔性制造技術(shù)、管理與決策信息系統(tǒng)、質(zhì)量保證技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及系統(tǒng)理論和方法等專題。各項(xiàng)研究均取得了豐碩成果，獲得不同程度的進(jìn)展。但大部分大型機(jī)械制造企業(yè)和絕大部分中小型機(jī)械制造企業(yè)主要限于CAD和管理信息系統(tǒng)，因底層（車間層）基礎(chǔ)自動(dòng)化還十分薄弱，數(shù)控機(jī)床由于編程復(fù)雜，還沒(méi)有真正發(fā)揮作用。加工中心無(wú)論是數(shù)量還是利用率都很低?？删幊炭刂破鞯氖褂貌⒉黄占?，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用還很有限。因此，做好基礎(chǔ)自動(dòng)化的工作仍是我國(guó)制造企業(yè)一項(xiàng)十分緊迫而艱巨的任務(wù)。我們?cè)诳吹絿?guó)際上制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的同時(shí)，還要立足于我國(guó)的實(shí)際情況，扎扎實(shí)實(shí)地把基礎(chǔ)自動(dòng)化工作搞上去，才能在穩(wěn)步前進(jìn)的基礎(chǔ)上開(kāi)展制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用。

（二）國(guó)外情況

在制造業(yè)自動(dòng)化發(fā)展方面，發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)械制造技術(shù)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)水平，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造系統(tǒng)自動(dòng)化。產(chǎn)品設(shè)計(jì)普遍采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品工程（CAE）和計(jì)算機(jī)仿真等手段，企業(yè)管理采用了科學(xué)的規(guī)范化的管理方法和手段，在加工技術(shù)方面也已實(shí)現(xiàn)了底層的自動(dòng)化，包括廣泛地采用加工中心、自動(dòng)引導(dǎo)小車等。因此，多年來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家主要從具有全新制造理念的制造系統(tǒng)自動(dòng)化方面尋找出路，提出了一系列新的制造系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、敏捷制造、并行工程等。

1、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。它是在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)和制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)及軟件，將制造廠全部生產(chǎn)活動(dòng)有關(guān)的各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來(lái)，并適合于多品種、中小批量生產(chǎn)的總體高效率、高柔性的制造系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)在概念上，主要強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：首先在功能上，它包含了一個(gè)工廠的全部生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，即從市場(chǎng)預(yù)測(cè)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工工藝、制造、管理至售后服務(wù)以及報(bào)廢處理的全部活動(dòng)。因此它比傳統(tǒng)的工廠自動(dòng)化的范圍要大得多，是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，是工廠自動(dòng)化的發(fā)展方向。其次，在集成上，它涉及的自動(dòng)化不是工廠各個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化的簡(jiǎn)單疊加，而是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)支持下的有機(jī)集成。這種集成主要體現(xiàn)在以信息和功能為特征的技術(shù)集成，即信息集成和功能集成，以便縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、提高質(zhì)量、降低成本。計(jì)算機(jī)集成制造是一種概念、一種哲理，是指導(dǎo)制造業(yè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)走向更高階段的一種思想方法、技術(shù)途徑和生產(chǎn)模式，它代表了當(dāng)代制造技術(shù)的最高水平。

2、智能制造系統(tǒng)。是指將專家系統(tǒng)、模糊推理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)應(yīng)用到制造系統(tǒng)中，以解決復(fù)雜的決策問(wèn)題，提高制造系統(tǒng)的水平和實(shí)用性。人工智能的作用是要代替熟練工人的技藝，學(xué)習(xí)工程技術(shù)人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，并用于解決生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題，從而將工人、工程技術(shù)人員多年來(lái)積累起來(lái)的豐富而又寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)保存下來(lái)，在實(shí)際的生產(chǎn)中長(zhǎng)期發(fā)揮作用。智能制造系統(tǒng)的核心技術(shù)是具有人工智能，柔性制造—集成制造—智能制造是現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段。

3、并行工程。又稱同步工程或同期工程，是針對(duì)傳統(tǒng)的產(chǎn)品串行開(kāi)發(fā)過(guò)程而提出的一個(gè)概念、一種哲理和方法。并行工程是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)各種過(guò)程的系統(tǒng)方法，該方法要求開(kāi)發(fā)人員在設(shè)計(jì)開(kāi)始就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中，從概念的形成到產(chǎn)品報(bào)廢處理的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶要求。并行工程通過(guò)組成多學(xué)科的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)群組協(xié)同工作，利用各種計(jì)算機(jī)輔助工具等手段，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段，既有一定的時(shí)序又能并行，同時(shí)采用上、下游的各種因素共同決策產(chǎn)品開(kāi)發(fā)各階段工作的方式，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程中的問(wèn)題，從而縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力，并行工程強(qiáng)調(diào)在集成環(huán)境下的并行工作，因此，它是CIMS進(jìn)一步發(fā)展的方向。

4、敏捷制造。又稱靈捷制造、迅速制造和靈活制造等，它是將柔性生產(chǎn)技術(shù)、熟練掌握生產(chǎn)技能和有知識(shí)的勞動(dòng)力與促進(jìn)企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間相互合作的靈活管理集成在一起，通過(guò)所建立的共同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，對(duì)迅速改變或無(wú)法預(yù)見(jiàn)的消費(fèi)者需求和市場(chǎng)時(shí)機(jī)作出快速響應(yīng)。市場(chǎng)的快速響應(yīng)是敏捷制造的核心。敏捷制造的基本原理是采用標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以分布式結(jié)構(gòu)連接各類企業(yè)，構(gòu)成虛擬制造環(huán)境，以競(jìng)爭(zhēng)合作為原則，在虛擬制造環(huán)境內(nèi)動(dòng)態(tài)選擇合作伙伴，并通過(guò)組成虛擬企業(yè)來(lái)適應(yīng)持續(xù)多變、無(wú)法預(yù)料的市場(chǎng)變化。

（作者單位：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院）

作者簡(jiǎn)介

楊宗秋（1989.4-），男，黑龍江省雙城人，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)。