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第33章 附录二:(论机械制造技术的过去 现在和未来)

网上找的基础资料笔记,作者佚名

1、机械制造技术的定义

机械制造技术是机械制造过程中所涉及的技术的总称,它包括以金属材料成形为核心的金属与非金属材料成形的技术(铸造、焊接、冲压、注塑及热处理技术)、以切削加为核心的机械冷加工技术和机械装配技术(车削、铣削。磨削、装配工艺)以及其他特种加工技术(电火花、点解加工、超声波加工、激光加工、离子束加工等。)

2、先进制造技术产生的背景

2.1制造技术的发展

石器时代:天然石料

青铜器和铁器:手工作坊式。

18世纪70年代:蒸汽机改进,纺纱机的诞生和第一次工业革命以及机器生产。

19世纪中叶:电磁理论,发电机、电动机等技术的出现,使得机械制造技术进入了一个新的领域--电气化时代。

20世纪初:内燃机。

大批量生产时代(Mass Production):自动生产线,泰勒科学管理理论

汽车工业:自动化生产方式,通信技术、电子计算机和集成电路、运筹学、现代控制论、系统工程,数控机床是中小批量生产自动化成为可能。

主流生产方式:多品种、中小批量生产。

2.2先进制造技术的提出

20世纪70年代,美国一批学者不断鼓吹美国已进人“后工业化社会”,力图将经济发展的重点由制造业转向服务业等第三产业。把传统的制造产业视作“夕阳工业”,因而制造技术的发展受到极大的冷遇。这样做的结果,导致了70年代开始的美国科技优势和经济竞争力的衰退。而到了80年代后期,美国一些国会议员、政策咨询和研究机构纷纷要求政府出面组织、协调和支持产业技术的发展,以便使美国先进的技术能够更好地获得商业应用,为美国的经济发展做出贡献。所以在1991年,美国白宫科学技术政策办公室发表了《美国国家关键技术》的报告,标志着美国科技政策新时代的开始。在《美国国家关键技术》报告中,明确将柔性计算机集成制造、智能加工设备、微米级和毫米级制造以及系统管理技术等四项技术,作为制造技术领域,列人总数为22项的国家关键技术中。“先进制造技术”的提出充分显示了制造技术在国民经济发展中的重要地位与作用,也意味着制造技术的发展达到一个新的历史阶段。

三、先进制造技术的特点和发展趋势

3.1先进制造技术的特点

1 )21世纪先进制造技术是制造技术的最新发展阶段,是由传统的制造技术发展起来的,既保持了过去制造技术中的有效要素,又要不断吸收各种高新技术成果,并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。先进制造技术与现代高新技术相结合而产生了一个完整的技术群,它是具有明确范畴的新的技术领域,是面向21世纪的技术。

2 )在工业应用技术方面,先进制造技术并不限于制造过程本身,它涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容,并将它们结合成一个有机的整体。先进制造技术的应用特别注意产生最好的实际效果,其目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长。目的是要提高制造业的综合经济效益和社会效益。

3 )是驾驭生产过程的系统工程,先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合,使制造技术成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。

4 )是面向全球竞争的技术,20世纪 80年代以来,市场的全球化有了进一步的发展,发达国家通过金融、经济、科技手段争夺市场,倾销产品,输出资本。随着全球市场的形成,使得市场竞争变得越来越激烈,先进制造技术正是为适应这种激烈的市场竞争而出现的。因此,一个国家的先进制造技术,它的主体应该具有世界先进水平,应能支持该国制造业在全球市场的竞争力。

5 )是市场竞争三要素的统一,在20世纪 70年代以前,产品的技术相对比较简单,一个新产品上市,很快就会有相同功能的产品跟着上市。因此,市场竞争的核心是如何提高生产率。到了20世纪80年代以后,制造业要赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的矛盾。

3.2 先进机械制造技术的发展现状

1)管理方面。工业发达国家广泛采用计算机管理,重视组织和管理体制、生产模式的更新发展,推出了准时生产(JIT)、敏捷制造(AM)、精益生产(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理,多数小型企业仍处于经验管理阶段。

2)设计方面。工业发达国家不断更新设计数据和准则,采用新的设计方法,广泛采用计算机辅助设计技术(CAD/CAM),大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用CAD/CAM技术的比例较低。

3)制造工艺方面。工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高,尚在开发、掌握之中。

4)自动化技术方面。工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS),实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段,柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。

4、我国机械制造工业的现状与形势

作为国民经济的支柱产业,中国机械制造业经过几十年的努力已经具有相当的规模,积累了大量的技术和经验。近年来我国机械工业获得迅速发展,现在中国已是一个制造大国。中国制造业规模已达世界第四位,仅次于美国、日本和德国。

中国的制造业大而不强,中国是制造大国而不是制造强国。例如钢铁年产量超过2亿吨,我们大量出口低价钢材而进口高附加值的合金钢。机床也是出口价的简单机床,而进口昂贵的数控和精密机床。中国制造业的劳动生产率,仅是美国的1/25,日本的1/26。中国很多机械产品价虽,而质量也低,突出的例子,如钻头,价格是国外的1/10,而寿命也是国外的1/10。在世界企业的500强中,中国的制造业仅有两家。中国不仅不是一个制造强国,而且是一个制造水平很低的国家。只是由于中国劳动力工资很低,因而在中国大量生产的只是劳动密集型产品,而高水平高质量的产品,如精密和数控机床,飞机,精密仪器,精密微电子设备,还都需要大量进口,一些重要精密尖端产品还自己不能生产,受制于外国。

中国制造工业存在的问题主要有:机械工业产品落后,国外已是新的机电一体化产品,并且产品不断更新,而我国生产的往往是老的产品,产品更新很慢;不掌握产品核心技术,引进的机电产品很多使用外国的专利,核心技术没有自己的知识产权;机床装备数量虽多,但设备总体构成十分落后;制造技术落后,制造技术工艺落后,加工度低,工作效率和生产效率低;生产周期长,新产品试制周期长,流动资金占用多;管理落后,非生产人员比例大;研究费用及人力投入少,技术创新少。

5、现代机械制造技术的发展趋势

现代先进制造技术是制造技术的最新发展阶段,是由传统的制造技术发展起来的,既保持了过去制造技术中的有效要素,又要不断吸收各种高新技术成果,并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。随着宇航、电子、激光等现代科学技术的发展,对机械加工技术提出了越来越高的要求。现代机械制造技术的发展主要表现在两个方向上:一是精密工程技术,以超精密加工的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表,将步入微型机械电子技术和微型机器人的时代;二是机械制造的高度自动化,以CIMS和敏捷制造等的进一步发展为代表。具体来说,现代机械制造技术的发展趋势有:

1)精密制造技术。精密制造技术包括精密加工和超精密加工技术、微细加工和超微细加工技术、微型机械等。精密加工和超精密加工的主要方法是精密切削和精密磨削技术等,其加工精度已由微米级(μm)向纳米级(nm)发展。目前,已研制成功纳米管、极小的微电机系统、微型机器人等。在精密制造技术中,纳米技术是目前最先进的技术,它对于21世纪科学的发展提供了一个新的技术基础。微细加工和超微细加工是一种特殊的精密加工,不仅精度高,而且尺寸十分微小,其主要工艺方法是光刻(蚀)、沉淀、扩散、离子注入等。微型机械是机械技术和电子技术在纳米级水平上相融合的产物,它将是21世纪的核心技术。

2)制造系统的自动化、柔性化、集成化和智能化。现代制造技术的发展,使高质量和高效率成为可能。现代制造系统的发展是:NC(数控)→FMS(柔性制造系统)→CIMS(计算机集成制造系统)→IMS(智能制造系统)。计算机集成制造系统是一个工厂全盘集成制造系统,它借助计算机将经营决策、产品设计、生产准备、零件加工、产品装配、检查和销售等各个自动化子系统有机地综合集成起来,成为高效益、高柔韧性自动化、智能化的生产系统。先进工业国的柔性制造系统已相当广泛。我国起步晚,但数控技术和柔性制造技术也已得到较广泛的应用。CIMS(计算机集成制造系统)的研究已取得了相当的成就,并开始在全国进行试点、推广,取得了良好的效果和效益。

3)特种加工技术。随着社会发展的需要,很多机械设备都有高温、高压、高速和高精度的要求,因而不断产用了一些新材料来制造零件,如淬火钢、耐热合金、硬质合金、硅、锗、宝石和金刚石等难加工材料。同时很多零件的形状也越来越复杂,如小孔、深孔、型孔、窄缝、弯孔和型腔等。用通常的金属切削加工方法来加工这些零件已十分困难,有的就无法加工。这就需要探索新的加工工艺方法;特种加工技术是一种直接利用电能、热能、光能、化学能、声能、电化学能来进行加工的方法。它可以加工高强度、高硬度、高脆性、耐高温等难切削材料,以及精密细小和复杂形状的零件。

6、结束语

随着科学技术的发展和社会进步,人们对产品的要求会更高,现代设计方法进一步完善,而新的设计方法也会不断出现,设计手段会进一步提高和丰富。因此应用动态的、开放的观点来理解现代设计理论体系,并不断将其融合,使得设计过程全面和完善。了解现代设计方法的内容、特点和发展趋势,不断应用现代科技进行产品的开发和企业的不断创新,使之在市场竞争中保持持久的竞争力。

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