先进制造技术的发展与应用

（机电工程系数控技术专业231011班  23101109）

摘要：

先进制造技术是传统制造业不断地吸收机械、信息、材料及现代管理技术等方面最新的成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程，是实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想技术经济效果的前沿制造技术的总称。

本文介绍了先进制造技术的特点、知识体系结构，重点阐述了先进制造技术、现代设计方法、先进制造工艺技术、制造自动化技术、先进制造模式等五部分内容。

关键词：  概述  设计  工艺  自动化  模式

一、先进制造技术概述 

先进制造技术源于20世纪80年代的美国，为提高制造业的竞争力和促进国家经济增长而提出。同时，以计算机为中心的新一代信息技术的发展，推动了制造技术的飞跃发展，逐步形成了先进制造技术的概念。先进制造技术是在现代制造战略的指导下，不断吸取计算机、信息、自动化、新材料和现在传统管理技术，将其综合应用于产品的研究与开发、设计、生产、管理和市场开发、售后服务，同时能取得社会经济效益的综合技术。近年来，随着科学技术的不断发展和学科间的相互融合，先进制造技术迅速发展，不断涌现出新技术、新概念。制造技术尤其是先进制造技术将主宰一个国家的命运，因而，各国都非常重视先进制造技术的研究和发展。

1、先进制造技术的发展现状

近年来，我国的制造业不断采用先进制造技术，但与工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。

1.1、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、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。

1.2、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。 

1.3、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。

1.4、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。

2、我国先进机械制造技术的发展趋势

2.1、全球化。国际和国内市场上的竞争激烈，网络通讯技术的快速发展已成为全球化制造业发展的动力，全球化制造的第一个技术基础是网络化，网络通讯技术使制造的全球化得以实现。

2.2、网络化。网络通讯技术的迅速发展和普及，给企业的生产和经营活动带来了性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行。

2.3、虚拟化。虚拟化的核心是计算机仿真，通过仿真软件来模拟真实系统，以保证产品设计和产品工艺的合理性，保证产品制造的成功和生产周期，发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。

2.4、自动化。自动化是一个动态概念，目前它的研究主要表现在制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造技术和适应现化生产模式的制造环境等方面。制造自动化技术的发展趋势是制造全球化、制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化。

2.5、绿色化。绿色制造则通过绿色生产过程 、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响，同时使原材料和能源的利用效率达到最高。

二、现代设计方法

先进制造技术的发展带动了现代设计方法的进步，现代设计方法多种多样，主要有优化设计，可靠性设计，计算机辅助设计，计算机辅助工程，人机工程设计，工业产品造型设计，智能设计，价值工程，机械动态设计，模块化设计，反求工程，有限元法，相似性设计，并行设计，模态设计等。

例如针对多头蜗杆在加工中，存在切削力过大，刀具磨损严重，对操作技术人员要求较高，而且加工质量难以保证等一系列问题。通过对螺纹车刀刀具的几何角度、蜗杆加工时的切削方法以及切削用量的选择进行了系统分析和优化设计，充分发挥数控机床的功能参数特点，将数控切削中普通螺纹加工的循环指令与制造工艺技术灵活运用，开发出适用于大螺距的各种类型的特殊螺纹加工方法的宏程序，极大地拓展了数控机床的加工范围，实现了数控机床的二次开发。

三、先进制造工艺技术

先进制造工艺技术旨在粗加工时获得高生产率，精加工时获得高精确度和高表面质量，它是实现优质、高效、低耗、清洁生产的基础。 

例如在数控加工中，对每一个零件进行编程，然后输入调试，会降低数控加工的效益。轴类零件具有相似的结构特征，按照成组工艺技术，对零件进行特征分析，构建复合零件，编制复合加工工艺，再按照复合工艺编制适合于复合零件的数控加工程序，存储于PC机，设计一个软件系统，在加工不同零件时，只要输入零件特征，系统会根据存储于PC机的复合加工程序，自动生成适合于加工该零件的程序，大大减轻编程工作量，可有效地提高生产率。开发的编程方法，经过实际应用，减少了编程、输入调试的时间，提高了工作效率，缩短生产周期，最大限度地发挥数控加工这一先进制造技术的优势，并可降低对操作员的技能要求，保证产品质量，减少培训投资。

四、制造自动化技术

自动化是一个动态概念，目前它的研究主要表现在制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造技术和适应现化生产模式的制造环境等方面。制造自动化技术的发展趋势是制造全球化、制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化。

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。

例如数控机床是利用计算机通过数字信息来自动控制机械加工，即通过数字(代码)指令来自动完成机床各个坐标的协调运动，正确地控制机床运动部件的位移量，并且按加工的动作顺序要求自动控制机床各个部件的动作。

五、先进制造模式

先进制造生产模式是从传统的制造生产模式中发展、深化和逐步创新的过程而来。工业化时代的福特大批量生产模式是以提供廉价的产品为主要目的；信息化时代的柔性生产模式、精益生产模式、敏捷制造模式等是以快速满足顾客的多样化需求为主要目的；未来发展趋势是知识化时代的绿色制造生产模式，它是以产品的整个生命周期中有利于环境保护减少能源消耗为主要目的。 

1、柔性生产模式由英国莫林斯公司首次提出的，在20世纪70年代末得到推广应用。该模式主要依靠有高度柔性的以计算机数控机床为主的制造设备来实现多品种小批量的生产，以增强制造业的灵活性和应变能力，可缩短产品生产周期，提高设备使用效率和员工劳动生产率且改进产品质量。  

2、精益生产模式是由1990年美国麻省理工学院在总结第二次世界大战后以丰田汽车为代表的日本制造工业的经验时提出的。这种模式以改革企业生产管理为特点，其基本要求是企业在生产过程中要同时获得极高的生产率、最好的产品质量和极大的生产柔性，使所生产出的产品具有精益特点。 

3、敏捷制造模式产生于20世纪80年代后期，该模式是将柔性制造的先进技术、熟练掌握的生产技能、有素质的劳动力，以及促进企业内部和企业之间的灵活管理三者集成在一起，利用信息技术对千变万化的市场机遇做出快速响应，最大限度地满足顾客的要求。 

4、虚拟制造生产模式是利用制造过程计算机模拟和仿真来实现产品的设计和研制的模式，即在计算机中实现的制造技术。在产品真正制造出来之前，首先在虚拟制造环境中完成软产品原型代替传统的硬样品进行试验，对其性能进行了预测和评估，从而大大缩短产品设计与制造周期、降低产品开发成本，提高其快速响应市场变化的能力，以便更可靠地决策产品研制，更经济地投入、更有效地组织生产，从而实现制造系统全面最优的制造生产模式。  

5、绿色制造模式是综合运用生物技术、“绿色化学”、信息技术和环境科学等方面的成果，使制造过程中没有或极少产生废料和污染物的工艺或制造系统的综合集成生态型制造技术。绿色制造模式是实现制造业可持续长远发展的制造模式。

总结：

数控技术是先进制造技术下衍生出来的一个典型代表，作为一个以先进制造技术为基础的数控技术专业的学生，我们不可避免的会触碰到甚至应用到先进制造技术，本学期选修的先进制造技术课程为我们了解先进制造技术提供了一个很好的平台。

随着社会的发展,人们对产品的要求也发生了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好……要满足人们越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。我国正处于经济发展的关键时期,制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上发展先进制造技术的世界潮流,才能尽快缩小与发达国家的差距,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。

再过不到一年的时间，我们便要走上工作岗位，并且很有可能从事先进制造行业，我们现在能做的只有更多的了解、学习先进制造技术，才能在不久的将来更好的胜任工作，才能在我国由世界制造大国逐步转变为世界制造强国的道路上作出自己的贡献。

参考文献

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