先进制造技术现状与发展趋势1(13页).doc
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1、-先进制造技术现状与发展趋势1先进制造技术现状与发展趋势 学院:机械工程学院 专业:机械电子工程 年级:2009 作者:白华指导教师姓名及职称:管琪明 完成时间:2009年1月6日先进制造技术现状与发展趋势白华摘要 20世纪70年代以来,以计算机信息技术为基础的高新技术得到迅猛发展,这也为传统的制造业提供了新的发展机遇,意味着传统制造业将要更新换代。计算机技术、信息技术、自动化技术等与传统制造技术相结合,形成了先进制造技术概念,它已越来越受到世界各工业化国家的重视,人们对它的内涵的认识也越来越清晰关键词:技术概况;特点;发展与趋势;存在问题;对策引言一般认为,人类文明有三大物质支柱:材料、能源
2、和信息。这三大支柱都离不开人类的制造活动。没有“制造”,就没有人类。恩格斯在自然辩证法中讲道:“直立和劳动创造了人类,而劳动是从制造工具开始的。”可以形象地讲,人的历程是从制造第一把石刀开始的。制造业是“永远不落的太阳”,是现代文明的支柱之一。它是工业的主体,是提供生产工具、生活资料、科技手段、国防装备等的手段以及它们进步的依托,是现代化的动力源之一。制造业绝不是“夕阳产业”,但制造技术中确有“夕阳技术”,这些技术同信心化大潮格格不入,同高科技发展不相适应,缺乏市场竞争力,甚至还可能危害生态环境。而与制造技术中的“夕阳技术”相对应的“先进制造技术”,则是“制造技术”同“信息技术”、“管理科学”
3、等有关科学技术交融而形成的新型技术,可以说,它是高技术的载体,无一工业发达国家不予以高度重视. 论文1. 先进制造技术概况先进制造技术(Advanced Manufacturing Technique,缩写AMT),AMT是中国1995年列入为提高工业质量及效益的重点开发推广项目,该技术广涉信息、机械、电子、材料、能源、管理等方面. 1.2 AMT发展历程:人类漫长的历史发展中,使用工具、制造工具进行产品制造是基本生产活动之一。直到18世纪中叶产业革命以前,制造都是手工作业和作坊式生产。产业革命中诞生的能源机器(蒸汽机)、作业机器(纺织机)和工具机器(机床),为制造活动提供了能源和技术,并开拓
4、了新的产品市场。经过100多年的技术积累和市场开拓,到19世纪末制造业已初步形成。其主要生产方式是机械化加电气化的批量生产。20世纪上半叶,以机械技术和机电自动化技术为基础的制造业的生产空前发展。以大批量生产为主的机械制造业成为制造活动的主体。20世纪中叶(1946年)电子计算机问世。在计算机诞生2年后,由于飞机制造(飞机蒙皮壁板、梁架)的需要,在美国发明了数字控制(NC)机床。不久计算机又开始用于辅助编制NC机床的加工程序,推出了自动编程工具APT语言(Automatically Programmed tools),此后CNC、DNC、FMC、FMS、CAX、MIS、MRP、MRPII、ER
5、P、PDM、Web-M等数字化制造技术相继问世和应用。先进制造技术是一门综合性、交叉性前沿学科和技术,学科跨度大,内容广泛,涉及制造业生产与技术、经营管理、设计、制造、市场各个方面。先进制造技术就是在传统制造技术的基础上,利用计算机技术、网络技术、控制技术、传感技术与机、光、电一体化技术等方面的最新进展,不断发展完善。2 先进制造技术的特点 与科学技术和市场经济的发展相应,先进制造技术,特别是先进机械制造技术有如下8个方面的发展趋势与特色,现分述如下。“数”是发展的核心“数”就是“数字化”。“数字化”,数字地球,数字城市,数字工厂,数字制造,数字装备,狂澜巨浪,势不可当。“数字化”不仅是“信息
6、化”发展的核心,而且也是先进制造技术发展的核心。信息的“数字化”处理同“模拟化”处理相比,有着3个不可比拟的优点:信息精确,信息安全,信息容量大。数字化制造就是指制造领域的数字化,它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果,也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。它包含了三大部分:以设计为中心的数字制造,以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造。对制造设备而言,其控制参数均为数字化信号。对制造企业而言,各种信息(如图形、数据、知识、技能等等)均以数字形式,通过网络,在企业内传递,以便根据市场信息,迅速收集资料信息,在虚拟现实、快
7、速原型、数据库、多媒体等多种数字化技术的支持下,对产品信息、工艺信息与资源信息进行分析、规划与重组,实现对产品设计和产品功能的仿真,对加工过程与生产组织过程的仿真,或完成原型制造,从而实现生产过程的快速重组与对市场的快速响应,以满足客户化要求。对全球制造业而言,用户借助网络发布信息,各类企业通过网络,根据需求,应用电子商务,实现优势互补,形成动态联盟,迅速协同设计与制造出相应的产品。这样,在数字制造环境下,在广泛领域乃至跨地区、跨国界形成一个数字化组成的网,企业、车间、设备、员工、经销商乃至有关市场均可成为网上的一个“结点”,在研究、设计、制造、销售、服务的过程中,彼此交互,围绕产品所赋予的数
8、字信息,成为驱动制造业活动的最活跃的因素。在此还应着重指出,制造知识(包括技能、经验)的获取、表达、存储、推理乃至系统化、公理化等,这是使制造技术发展到制造科学的关键,而这又与数字化不可分开。“精”是发展的关键 “精”是“精密化”。它一方面是指对产品、零件的精度要求越来越高,另一方面是指对产品、零件的加工精度要求越来越高。有了前者,才要求有后者;有了后者,才促使前者得以发展。“精”是指加工精度及其发展,精密加工,细微加工,纳米加工,如此等等。20世纪初,超精密加工的误差是10微米,30年代达1微米,50年代达微米,70至80年代达微米,至今达微米,即1纳米。从海湾战争,到科索沃战争,到阿富汗战
9、争,到伊拉克战争,武器的命中率越来越高,就是武器越来越“精”,可以说,关键就是打“精度”战争。再由以下一组数据可以看到微电子产品对加工精度的依赖程度,电子元件制造误差为,一般晶体管50微米,一般磁盘5微米,一般磁头磁鼓微米,集成电路微米,超大型集成电路达微米,而合成半导体为1纳米。在现代超精密机械中,对精度要求极高,如人造卫星的仪表轴承,其圆度、圆柱度、表面粗糙度等均达纳米级;基因操作机械,其移动距离为纳米级,移动精度为纳米。细微加工、纳米加工技术可达纳米以下的要求,如离子束加工可达纳米级,借助于扫描隧道显微镜(STM)与原子力显微镜的加工,则可达纳米。至于微电子芯片的制造,有所谓的“三超”:
10、1、超净,加工车间尘埃颗粒直径小于1微米,颗粒数少于每立方英尺个;2、超纯,芯片材料有害杂质,其含量小于1ppb,即十亿分之一;3、超精,加工精度达纳米级。显然,没有先进制造技术,就没有先进电子技术装备;而没有先进电子技术与信息技术,也就没有先进制造装备。“极”是发展的焦点“极”就是极端条件,就是指在极端条件下工作的或者有极端要求的产品,从而也是指这类产品的制造技术有“极”的要求。在高温、高压、高湿、强磁场、强腐蚀等等条件下工作的,或有高硬度、大弹性等等要求的,或在几何形体上极大、极小、极厚、极薄、奇形怪状的。显然,这些产品都是科技前沿的产品。其中之一就是“微机电系统(MEMS)”。可以说,“
11、极”是前沿科技或前沿科技产品发展的一个焦点。例如,在信息领域中,分子存储器、原子存储器、量子阱光电子器件、芯片加工设备;生命领域中,克隆技术、基因操作系统、蛋白质追踪系统,小生理器官处理技术、分子组件装配技术;军事武器中,精确制导技术,精确打击技术,微型惯性平台,微光学设备;航空航天领域中,微型飞机,微型卫星,“纳米”卫星(公斤以内);微型机器人领域中,脑科手术,清除脑血栓,管道内操作,窃听与收集情报,发现并杀死癌细胞;微型测试仪器,微传感器,微显微镜,微温度计,微仪器等等。MEMS可以完成特种动作与实现特种功能,乃至可以沟通微观世界与宏观世界,其深远意义难于估量。2002年,美国伯克利大学不
12、仅制造了直径为300微米的镜头,配以微米级探针的微米级显微镜,可深入植物细胞内观察,而且正在开发直径为500纳米的镜头的纳米级显微镜。2002年美国康纳尔大学还宣布研制出原子级纳米“晶体管”,可以说,由单个原子输送电流的“晶体管”这还是首次,被我国科技专家评为2002年世界十大科技新闻之一。“自”是发展的条件“自”就是自动化。就是减轻人的劳动,强化、延伸、取代人的有关劳动的技术或手段。自动化总是伴随有关机械或工具来实现的。可以说,机械是一切技术的载体,也是自动化技术的载体。第一次工业革命,以机械化这种形式的自动化来减轻、延伸或取代人的有关体力劳动,第二次工业革命,电气化进一步促进了自动化的发展
13、。据统计,从1870年至1980年,加工过程的效率提高为20倍,即体力劳动得到了有效的解放;但管理效率只提高为至倍,设计效率只提高倍,这表明脑力劳动远没有得到有效的解放。即使在美国,1984年,CAD在福特公司只占40,通用公司34,Chrysler也不过67;此后,CAD发展极为迅速。今天在我国大量设计单位已“甩图板”了,CAD已十分普及了。信息化、计算机化与网络化,不但极大地解放了人的体力劳动,而且更为关键的是有效地提高了脑力劳动自动化的水平,解放了人的部分的脑力劳动。“自动化”从自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展到自学习、自组织、自维护、自修复等更高的自动化水平;而且今天自动控
14、制的内涵与水平已远非昔比,从控制理论、控制技术、控制系统、控制元件,都有着极大的发展。自动化是先进制造技术发展的前提条件。“集”是发展的方法“集”就是集成化。它一是技术的集成,二是管理的集成,三是技术与管理的集成;其本质是知识的集成,亦即知识表现形式的集成。已如前所述,先进制造技术就是制造技术、信息技术、管理科学与有关科学技术的集成。“集成”就是“交叉”,就是“杂交”,就是取人之长,补己之短,这是发展的一大方法。目前,“集”主要指:1、现代技术的集成。机电一体化是个典型,它是高技术装备的基础,如微电子制造装备,信息化、网络化产品及配套设备,仪器、仪表、医疗、生物、环保等高技术设备。显然,在机电
15、一体化技术中,关键往往是:检测传感技术;信息处理技术;自动控制技术;伺服传动技术;精密机械技术;系统总体技术。而这些技术又同许多学科有关,又是一个“集”。2、加工技术的集成、特种加工技术及其装备是个典型,如增材制造(即快速原型)、激光加工、高能束加工、电加工等等;当然,加工技术的集成只是现代技术集成的一个特殊部分。3、企业集成,即管理的集成,包括生产信息、功能、过程的集成;包括生产过程的集成。全寿命周期过程的集成;也包括企业内部的集成,企业外部的集成。如并行工程、敏捷制造、精益生产、CIMS等等都是“集”的典型表现。当然,管理的集成不可能不包含管理与技术的集成。从长远看,还有一点很值得注意,即
16、由生物技术与制造技术集成的“微制造的生物方法”,或所谓的“生物制造”;即依据生物是由内部生长而成“器件”,而非同一般制造技术那样由外加作用以增减材料而成“器件”。可以预期,这是一个崭新的充满着活力的领域,作用难以估量。“网”是发展的道路“网”就是网络化。应该讲,制造技术的网络化是先进制造技术发展的必由之路,制造业走向整体化、有序化,这同人类社会发展是同步的。制造技术的网络化是由两个因素决定的:一是生产组织变革的需要,二是生产技术发展的可能。这是因为制造业在市场竞争中,面临多方的压力:采购成本不断提高,产品更新速度加快,市场需求不断变化,客户定单生产方式迅速发展,全球制造所带来的冲击日益加强等等
17、;企业要避免传统生产组织所带来的一系列问题,必须在生产组织上实行某种深刻的变革。这个变革体现在两方面:一方面利用网络,在产品设计、制造与生产管理等活动乃至企业整个业务流程中充分享用有关资源,即快速调集、有机整合与高效利用有关制造资源;与此同时,这必然导致制造过程与组织的分散化网络化,企业要抛弃传统的“小而全”与“大而全”这类“夕阳技术”,而集中力量在自己最有竞争力的核心业务上。一个企业有无自己最有竞争力的核心业务,这是关键,“山不在高,有仙则名;水不在深,有龙则灵。”科学技术特别是计算机技术、网络技术的发展,使得生产技术发展到可以使这种变革的需要成为可能。在制造技术网络化中,值得关注的是电子商
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