先进制造技术先进制造技术(小论文)2647481.docx
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1、第1章 绪论1.1 先进制造技术的背景1.1.1 世界制造业及其格局的发展变化近年来,随着信信息产业的高高速发展,制制造技术中的的某些技术已已经不再适应应高科技的快快速发展,不不能很好地融融入信息化产产业的大潮,缺缺乏市场竞争争力,甚至还还可能危及生生态环境。许许多人认为制制造业已成为为“夕阳产业业”。制造技技术中确有“ 夕阳技术”,这些技术同同信息化大潮潮格格不入,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。面临剧烈的市场变化和技术竞争,许多工业国家迅速调整其技术政策,把提高市场竞争力和增强综合国力作为科技政策的核心。例如,历来重视产业技术的日本、澳大利亚和一些新兴工业化国
2、家。美、英等国过去一贯主张,产业技术的发展主要靠市场竞争,由企业自由发展,政府不必介入。 1.1.2 先先进制造技术术为制造业注注入活力随着科技进步特特别是计算机机技术的发展展,世界范围围内对制造业业进行了重新新的认识和定定位,先进制制造技术为制制造业注入新新的活力,使使制造业又重重新生机勃勃勃。制造业绝绝不是“ 夕夕阳产业” 和“ 夕阳阳技术”,先先进制造技术术是高技术的的载体,没有有哪个工业发发达国家不予予以高度关注注,先进制造造技术已经成成为全球制造造业争夺的市市场焦点。先先进制造技术术为制造业注注入新鲜血液液,是发展制制造业的基础础,它是传统统制造业不断断地吸收机械械、信息、电电子、材
3、料、能能源和现代管管理等方面的的最新技术成成果,并将其其综合应用于于产品开发与与设计、制造造、 检测、管管理和售后服服务的制造全全过程,实现现优质、高效效、低耗、清清洁和敏捷制制造,并取得得理想经济效效果的前沿制制造技术的总总称。从本质上上看,信息技技术传统制制造技术的发发展 自动动化技术现现代管理技术术就是先进制制造技术。1.2 国外先先进制造技术术的现状近些年来,世界界经济发展的的严峻事实使使美国政府意意识到,制造造业是美国工工业的基础,政政府必须介入入工业技术的的发展。200世纪80年代末期,美美国根据本国国制造业面临临的挑战和机机遇,为增强强制造业竞争争力和促进国国民经济增长长,采取了
4、一一系列措施,进进行了大规模模的21世纪制造业业的战略研究究,并首先提提出了先进制制造技术的理理念。其中,强强调要促进先先进制造技术术的发展,成成立各种层次次的先进制造造技术研究中中心,并提出出了一系列如如并行工程、精精益生产和敏敏捷制造等先先进制造技术术的新理论,收收效良好。紧紧接着,许多多工业国家如如日本、澳大大利亚、西欧欧各国以及一一些新兴的工工业化国家也也都迅速调整整其技术政策策,开始重视视研究和应用用先进制造技技术,将提高高市场竞争力力和增强综合合国力作为科科技决策的核核心。自从美美国提出先进进制造技术这这一概念以来来,很快在日日本、西欧各各国以及亚洲洲新兴工业国国家做出了响响应,纷
5、纷将将先进制造技技术列为国家家的高新技术术和优先发展展项目,世界界各国都已重重视研究、应应用先进制造造技术。1.2.1 制制造业在美国国经济的重要要性强大的制造基础础对国家的经经济和军事力力量是至关重重要的。一个国家只只有生产得好好,才能生活得得好。如美国21000万就业者者(占总劳动力力的17%)从事20%300%高报酬的的工作;雇佣了755%的科学家家和工程师进进行90%的的非军事性的的Reseaarch aand Deeveloppment研制与开发发 ;每100份份工作支持着着60个以上上的非制造业业职位;GNP的1/5(超过1兆美元)为其它经济济部门提供基基本产品 。1.2.2 发发
6、达国家先进进制造技术发发展战略工业发达国家都都把先进制造造技术作为国国家级关键技技术和优先发发展领域。尽管决定国国家综合竞争争力的因素有有多种,但制造业的的基础地位不不能忽视。220世纪90年代以来来,各发达国家家,如美国、日本、欧共体、德德国等都针对对先进制造技技术的研发提提出了国家级级发展计划,旨在提高本本国制造业的的国际竞争能能力。20世世纪90年代初,美国国政府提出“先先进制技术 ”计划 ,将基于信息息高速公路的的敏捷制造作作为美国211世纪的制造造战略。19991 年美美国里海大学学(Lehiigh Univeersityy)提出“美美国企业网”(FAN, Factory Ameri
7、can Net )计划,该计划的目的是研究如何利用信息高速公路,把美国的制造企业联系在一起。2008年1月,欧洲联盟公布了“第五框架计划(20082012)”,将虚拟网络企业列入研究主题2012年,欧盟提出了“第六框架计划 ”,选定了需要重点攻关的 7大领域 ,其中包括信息和网络技术。欧盟第六框架计划的目的是 ,通过各种方法刺激信息技术的快速发展,加强信息的产业化 ,使所有欧洲公民从以信息和网络为主体的知识社会和发展中获益。2012年,美国洛克希德-马丁公司提出了F-22 飞机研制的虚拟工厂概念 , 打通了从设计、生产到管理的全数字化信息流。总之,工业化国家大都把先进制造技术作为本国的科技优先
8、发展领域和高技术的实施重点;发展中国家也十分重视制造业信息化,都把信息技术作为改造传统企业和产业结构调整的主要战略;新兴工业化国家希望通过加快制造业信息化,跻身世界先进行列,众多发展中国家也希望以信息化推进工业化,以缩小与先进国家的差距 。1.3 我国先先进制造技术术的现状先进制造技术是是制造技术的的最新发展阶阶段,是由传传统的制造技技术发展起来来的,既保持持了过去制造造技术中的有有效要素,又又要不断吸收收各种高新技技术成果,并并渗透到产品品生产的所有有领域及其全全部过程。先先进制造技术术的应用特别别注意产生最最好的实际效效果,其目标标是为了提高高企业竞争和和促进国家经经济和综合实实力的增长。
9、目目的是要提高高制造业的综综合经济效益益和社会效益益。在20世世纪 70年年代以前,产产品的技术相相对比较简单单,一个新产产品上市,很很快就会有相相同功能的产产品跟着上市市。因此,市市场竞争的核核心是如何提提高生产率。到到了20世纪纪80年代以以后,制造业业要赢得市场场竞争的主要要矛盾已经从从提高劳动生生产率转变为为以时间为核核心的时间、成成本和质量的的三要素的矛矛盾。先进制制造技术把这这三个矛盾有有机结合起来来,使三者达达到了统一。1.3.1 我我国先进制造造技术的特点点先进制造技术是是制造技术加加信息技术和和管理科学,再加上有关关的科学技术术交融而形成成的制造技术术。它不局限限于制造工艺艺
10、,而是覆盖盖了市场分析析、产品设计计、加工和装装配、销售、维维修、服务,以及回收再再生的全过程程。其具有如如下特点:(11)全球化。221世纪是国国际化的大市市场,世界各各国市场竞相相向国外开放放,促成制造造业竞争的国国际化,主要要反映在使制制造业的资源源配置由一国国范围扩大到到世界范围,致致使制造业在在全球范围重重新分布、组组合和洗牌。(2)多样化。由于每个用户群的看法和观点不同,其提出的产品结构和形状也不尽相同,中小批量的产品越来越多,产品的多样化特征也越来越明显。(3)虚拟化。虚拟制造是指利用计算机模拟与仿真技术、人工智能技术、并行工程以CAD/CAPP/CAM/CAE等多种技术,模拟现
11、实制造环境或现实制造过程,呈现现实制造系统的运行状态或者现实产品性能的一种制造技术。(4)生产过程的高速化和柔性化。由于产品设计和制造周期的不断缩短,顾客要求的交货期也相应的越来越短;因此,高速生产技术得到了普遍应用,即要求实现生产过程的高速化。(5)集群化。为了提高自身抵抗风险的能力,各个小型制造企业开始纷纷联合组成集团公司,制造企业呈现越来越多的集中和并购,制造业的市场集中度也得到了进一步提高。(6)服务化。随着当前绿色制造和循环制造概念的提出,制造业应不仅考虑产品的设计和生产,还应考虑从市场调研开始到售后服务,再到产品报废回收,以及循环使用的产品整个生命周期或多个生命周期。1.3.2 我
12、我国的先进制制造技术与工工业发达国家家对比(1)管理方面面:工业发达达国家广泛采采用计算机管管理,重视组组织和管理体体制、生产模模式的更新发发展,推出了了准时生产(JJIT)、敏敏捷制造(AAM)、精益益生产(LPP)、并行工工程(CE)等等新的管理思思想和技术。我我国只有少数数大型企业局局部采用了计计算机辅助管管理,多数小小型企业仍处处于经验管理理阶段。 (2)设计方面面:工业发达达国家不断更更新设计数据据和准则,采采用新的设计计方法,广泛泛采用计算机机辅助设计技技术(CADD/CAM),大大型企业开始始无图纸的设设计和生产。我我国采用CAAD/CAMM技术的比例例较低。(3)制造工艺艺方面
13、:工业业发达国家较较广泛的采用用高精密加工工、精细加工工、微细加工工、微型机械械和微米/纳纳米技术、激激光加工技术术、电磁加工工技术、超塑塑加工技术以以及复合加工工技术等新型型加工方法。我我国普及率不不高,尚在开开发、掌握之之中。(4)自动化技技术方面:工工业发达国家家普遍采用数数控机床、加加工中心及柔柔性制造单元元(FMC)、柔柔性制造系统统(FMS)、计计算机集成制制造系统(CCIMS),实实现了柔性自自动化、知识识智能化、集集成化。我国国尚处在单机机自动化、刚刚性自动化阶阶段,柔性制制造单元和系系统仅在少数数企业使用。1.3.3 我我国对先进制制造的重视随着美国政府采采取一系列措措施进行
14、大规规模的21世世纪制造业战战略的研究。我我国政府和企企业界投入巨巨资,组织大大量专家进行行研究和分析析,得出的结结论是振兴中中国经济的出出路在于振兴兴美国的制造造业,经济竞竞争归根到底底是制造技术术和制造能力力的竞争。因因而,我国提提出要促进先先进制造技术术的发展,成成立国家级、地地区级、大学学、企业等各各种层次的先先进制造技术术协调、推广广、应用研究究中心。这些些措施收到了了良好的效果果,使制造水水平大幅度提提高。通过先先进制造技术术,让企业适适应多变的市市场需求我国国制造业市场场具有很大的的潜力,使得得我国的制造造技术水平和和工业发达国国家的差距进进一步缩小。1.4 先进制制造技术的发发
15、展趋势1.4.1 数数字化制造技技术数字化制造技术术是支持信息息化和知识化化制造业的技技术,是先进进制造技术发发展的核心, 包括以设计计为中心、以以控制为中心心和以管理为为中心的数字字制造。应用用数字化制造造技术,将会会使全球制造造网络环境下下的产品异地地设计与制造造成为21世世纪的重要制制造模式,促促使制造技术术和制造产业业发生革命性性的变革。对对全球制造业业而言,在数数字制造环境境下,用户借借助网络发布布信息,各类类企业通过电电子商务实现现优势互补,形形成动态联盟盟,迅速协同同设计并制造造出相应的产产品。1.4.2 精精密化是发展展的关键现代超精密机械械对精度要求求极高,如借借助于扫描隧隧
16、道显微镜与与原子力显微微镜,加工精精度可 达00.1;而基于操作作机械的移动动距离为纳米米级,移动精精度可达0.1。显显然,没有先先进制造技术术就没有先进进电子技术装装备。先进制制造技术与先先进信息技术术是相互渗透透、相互促进进和紧密结合合的,精密化化是当前先进进制造技术发发展的关键所所在。1.4.3 网网络化是发展展的道路随着网络化的进进一步普及,各各种网上销售售和网上购物物正在悄然进进入人们的生生活当中,网网络化已经成成为先进制造造技术发展的的必由之路,这这必将导致新新的制造模式式,即虚拟制制造组织,形形成动态的虚虚拟企业或企企业联盟。此此时,各企业业致力于其核核心业务,实实现优势互补补和
17、资源优化化动态组合与与共享,如美美国的“日不不落计划”正正是基于这一一点。1.4.4 绿绿色化是发展展的方向绿色制造是一个个综合考虑环环境影响因素素和资源效率率的现代化制制造模式,当当前日趋严格格的环境与资资源的约束使使绿色制造业业显得越来越越重要,绿色色制造技术也也将获得快速速的发展。其其要求产品、制制造、使用、维维修及回收全全部绿色化,主主要体现在:)绿色产产品设计技术术;)绿色色制造技术;)产品的的回收和循环环再制造。1.4.5 智智能化是发展展的前景以智能机器人和和人类专家共共同组成的人人机一体化智智能系统,使使制造系统具具有自适应能能力、自学习习能力和自组组织能力,能能极大地提高高系
18、统的响应应速度和决策策水平。与传传统制造相比比,智能制造造系统的突出出之处在于制制造诸环节中中以一种高度度柔性与集成成的方式,借借助计算机模模拟人类专家家的智能活动动,取代或延延伸制造环境境中人的部分分脑力劳动;同时,收集集、存储、处处理、完善、共共享、继承和和发展人类专专家的制造智智能。在不久久的将来,为为应对大量复复杂信息的处处理、瞬息万万变的市场需需求和激烈的的市场竞争,智智能制造会越越来越受到重重视。1.4.6 集集成化是发展展的方法集成化主要指现现代技术、加加工技术和企企业等的集成成,其使专业业和学科间的的界 限逐渐渐淡化和消失失。先进制造造技术的不断断发展,使得得冷、热加工工之间,
19、加工工、检测、物物流和装配过过程之间,设设计、材料应应用和加工制制造之间的界界限也逐渐淡淡 化,逐步步走向一体化化。例如,CCAD/CAAPP和CAAM的出现、精精密成形技术术的发展、 快速原型件件制造技术的的产生、机器器人加工工作作站及FMSS的出现。很很多新材料的的配制和成型型是同时完成成的,很难划划清材料应用用与制造技术术的界限。1.5 对我国国先进制造技技术的思考我国制造业市场场的巨大潜力力,为先进制制造技术发展展提供了广阔阔的市场空间间。但是与制制造业发达国国家和地区相相比,国内的的先进制造技技术的研发与与市场拓展还还不均衡。纵纵观国际制造造业的竞争与与发展,面对对国际、国内内个制造
20、业业市场的日渐渐融合,如何何立足国内制制造 业的市市场需求,整整合分散的科科研与企业资资源,尽快形形成自身在先先进制造产业业竞争中的技技术优势,已已经是摆在我我国制造业面面前的迫在眉眉睫的课题。发发展先进制造造技术要结合合国情,突出出重点,在吸吸收世界各国国经验的基础础上,走一条条具有自身特特点的道路。(1)高度重视,全面规划。对涉及面广、技术难度大的技术,其研究及推广应用需要投入大量的力、物力及资金。(2)加强人员培养和培训工作。人是技术的主体,没有高素质的人才,再好的技术也会被束之高阁。(3)严格论证,科学管理。拟实施和上马的项目必须根据企业总体规划进行严格论证。论证时应吸收有关各方人员参
21、与,集思广益,使实施计划更趋于完善。(4)发展我国先进制造技术的关键前沿技术。利用自身优势,大力发展一些关键前沿技术,比如新一代材料成型技术、快速原型制造、智能制造等。第2章 先进进制造技术与与新工业革命命2.1 先进制制造技术的概概念、内涵及及主要内容先进制造技术(aadvancced maanufaccturinng tecchnoloogy简称AAMT)是美美国在20世世纪80年代代末提出的概概念,是作用用于产品整个个寿命周期的的所有实用技技术的总称,主主要是指在当当今技术条件件下能显著提提高企业的设设计、加工、检检测、物料储储运、营销和和生产管理等等方面能力的的设备,计算算机软硬件和和
22、管理方法,其其涉及制造技技术的各个方方面,包括工工程设计、制制造自动化、制制造工艺技术术、现代管理理技术以及相相关的支持环环境和条件。先先进制造技术术在不同时代代具有不同的的含义, 当当前各种新出出现的、先进进的机械加工工技术(纳米米加工、激光光切割、增材材制制造等)、精精益生产、并并行工程、柔柔性制造、虚虚拟制造、敏敏捷制造和现现代集成制造造模式等,都都属于AMTT的研究之列列。图1 先进制造技术的内涵、层次及技术构成从制造系统的观观点看,AMMT是一个三三层次的技术术群,如图11所示:第一一个层次(内内层)为基础础制造技术,主主要指优质、高高效、低耗、清清洁的通用共共性技术;第第二层(中层
23、层)是新型制制造单元技术术,由制造技技术与信息技技术、新型材材料加工技术术、清洁能源源、环境科学学等结合而成成,涉及多学学科交叉、集集成与融合,对对应于先进制制造技术中的的主体技术和和管理技术;第三层(外外层)为先进进制造模式系统(集成成技术),是是由先进制造造单元技术和和组织管理等等融合而成的的现代集成制制造模式,强强调技术系统统和社会系统统的协同与融融合。2.2先进制造造工艺技术(1)高效精密密、超精密加加工技术,包包括精密、超超精密磨削、车车削,细微加加工技术,纳纳米加工技术术。超高速切切削。精密加加工一般指加加工精度在1100.11m(相当当于IT5级级精度和ITT5级以上精精度),表
24、面面粗糙度Raa值在0.11m以下的的加工方法,如如金刚车、金金刚镗、研磨磨、珩磨、超超精研、砂带带磨、镜面磨磨削和冷压加加工等。超精精密加工是指指被加工零件件的尺寸公差差为0.10.01m数量级,表表面粗糙度RRa值为0.001mm数量级的加加工方法。此此外,精密加加工与特种加加工 一般都都是计算机控控制的自动化化加工。(2) 精密成成型制造技术术,包括高效效、精密、洁洁净铸造、锻锻造、冲压、焊焊接及热处理理与表面处理理技术。(3)现代特种种加工技术,包包括高能束流流(主要是激激光束、以及及电子束、离离子束等)加加工,电解加加工与电火花花(成型与线线切割)加工工、超声波加加工、高压水水加工等
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