现代制造技术与装备

现代制造技术与装备

一、现代制造技术

现代制造技术，其内涵就是“制造技术”+“信息技术”+“管理科学”再加上相的科学技术交融而成的制造技术。具体表现在以下几个方面：

（1）信息化、数字化制造技术。信息化是指培育、发展以智能化工具为代表的新的生产力并使之造福于社会的历史过程。新的信息与通信技术普及应用导致的信息传递时空阻碍性的消失，在信息基础设施到达的地方信息可获得性趋同。也被理解为与此相伴随的社会组织之形式及其属性。数字化制造技术在数字化技术和制造技术融合的背景下]1[，并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。我们注意到这里说的是产品整个制造全过程，包括了产品的全生命周期]2[，即产品的研发设计周期，制造周期，产使用与维护周期和报废和回收周期。

（2）精密与超精密加工技术。包括超精密切削和金刚石刀具，精密和超精密磨削、研磨与抛光，精密和超精密机床，精加工中的测量技术和在线误差补偿，微细加工技术，精加工的支撑环境，纳米技术。

（3）柔性自动化技术。柔性自动化生产技术简称柔性制造技术，它以工艺设计为先导，以数控技术为核心，是自动化地完成企业多品种、多批量的加工、制造、装配、检测等过程的先进生产技术。它涉及到计算机、网络、控制、信息、监测、生产系统仿真、质量控制与生产管理等技术。其主要研究范围一般可分为：适用于柔性自动化生产的设备、自动化控制和管理技术、联线技术。

主要包括技术：

1、现代集成制造技术。现代集成制造技术包括技术的技术的集成、管理的集成、技术与管理的集成，本质是知识的集成。现代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组成。

2、网络化制造技术。网络化制造技术是指用计算机网络，灵活而快速地组织社会资源，将分散在各地的生产设备资源、智力资源和技术资源等，按资源优势互补的原则，迅速的整合成一种跨地域的、靠网络关系的、统一指挥的制造、运营实体—网络联盟，以实现网络化制造。

3、智能制造技术。智能制造技术是面向21世纪制造技术的发展趋势之一，它是将人工智能融入制造过程的各个环节，借助计算机模拟人类专家的智能活动，取代或延伸制造系统中的部分脑力劳动，在制造过程中系统能自动监测其运行状态，在受到外界干扰或内部激励时能自动调整其参数，以达到最佳状态和具备自组织能力。智能化是柔性自动化和集成自动化的新发展和重要组成部分。

4、可持续发展制造技术。可持续发展制造技术中的绿色制造技术就是从生产构思开始，到设计阶段、制造阶段、销售阶段、使用与维修阶段，直到回收阶段、再制造各阶段，都必须充分考虑环境保护。

二、现代制造工艺、现代制造装备、现代制造自动化、现代生产与控制、现代制造物流与控制、现代质量管理、现代制造模式。

（1）现代制造工艺。高速与超高速加工，高速加工是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。高能速与射流加工，要以较快的生产节拍进行加工，它是指刀具切削刃相对于零件表面的切削运动（或移动）速度超过普通切削的5~10倍，主要体现在道具快进、工进及快退三个环节上。干切削加工，干切削就是在加工过程中不用任何切削液的新的工艺方法。它是相对于采用切削液的传统湿式加工而言，是控制环境污染源头的清洁制造工艺。电化学加工，电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。精密与超精密加工，精密加工与超精密加工指的是在一定的发展时期，加工精度与表面质量达到较高程度和最高程度的工艺。快速原型制造,快速原型制造技术是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的技术总称。超声波加工,超声波加工是利用产生超声波震动的工具，带动工件和工具间的磨料悬浮液，冲击和抛磨工件的被加工部位，使其局部材料破坏而成为粉末，以进行穿孔、切割和研磨等加工。摩擦焊，是利用金属焊接表面摩擦加热的一种热压焊接方法。

（2）现代制造装备。自动化加工设备，有数控机床。加工中心，是适应现代制造业发展需求而迅速发展起来的自动换刀数控机床，具备省力、省时和节能的功能。五轴联动加工中心，对结构要求具备更高的静刚度，更小的热变形，运动件间的摩擦小并消除传动系统间隙，寿命高、精度保持性好，宜人性。工具系统，包含刀具系统与夹具系统。三坐标测量仪，是基于坐标测量原理，将被测物体置于三坐标测量仪的测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过数学运算，求出被测物体的几何尺寸、形状和位置。虚拟轴机床，由并联杆系构成，通过杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度

的运动。超高速机床，要求主轴要有高转速、大功率和大扭矩，进给速度要提高，以保证刀具没齿进给量基本不变。机械手与工业机器人，机械手也称自动手。它能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

（3）现代制造自动化。CAD/CAE/CAPP/CAM，数字化设计与制造，PDM/PLM，虚拟制造，柔性制造系统，现代集成制造系统，分散化与网络化制造。

（4）现代生产与控制。企业生产管理概述，经营规划和生产规划，主生产规划，需求计划，制造资源计划，企业资源计划，制造执行系统。

（5）现代制造物流与控制。现代制造物流系统，物料搬运与存储装备，供应链管理。

（6）现代质量管理。全面质量管理，质量保证体系，ISO 9000系列标准和国际质量。

（7）现代制造模式。现代制造企业与先进制造模式，现代制造模式的新发展。

三、关于柔性自动化技术

（一）概述

柔性自动化生产技术简称柔性制造技术，它以工艺设计为先导，以数控技术为核心，是自动化地完成企业多品种、多批量的加工、制造、装配、检测等过程的先进生产技术。它涉及到计算机、网络、控制、信息、监测、生产系统仿真、质量控制与生产管理等技术。其主要研究范围一般可分为：

1.适用于柔性自动化生产的设备

包括数控机床、辅机、传输装置、机器人、存储装置、柔性自动装夹具、检具、交换装置及更换装置、接口等。

2.自动化控制和管理技术

包括分布式数字控制技术、质量统计和管理信息集成技术、生产规则和动态调度控制技术、计算机技术、网络技术、通讯技术、生产系统仿真技术等。

3.联线技术

根据工艺设计，将各种设备联线，形成一个自动化生产的有机整体，既具有一定范围的适用性，又具有较好的可变性。包括FMC、FMS、FML、FA等。（二）选择依据

柔性自动化生产技术的高效性、灵活性和缩短投产准备时间等特性使其成为实施灵捷制造、并行工程、精益生产和智能制造等先进制造系统的基础。

柔性自动化生产技术起源于切削加工，至今已遍及到机械制造业的各个领域，包括：电花火加工、激光加工、板材剪切和折弯、冲压加工、水喷射加工、焊接及自动化装配等，甚至还应用到测量、热处理和喷漆涂覆等领域。

柔性自动化生产技术是当前机械制造业适应市场动态需求及产品不断迅速更新的主要手段，是先进制造技术的基础技术。实践证明，应用由不同柔性自动化水平构成的制造系统可提高生产率1-4倍，新产品试制周期和费用减少1/3-1/2。从而可缩短制造周期和交货期，加快产品更新换代，大幅度降低成本，提高企业对市场变化的应变能力和竞争能力，给企业带来明显的经济效益。

为了提高我国在国际市场上的竞争能力和振兴机械制造业，采用先进制造技术势在必行，但FMC、FMS、FML、FA……等是附加值高的高科技产品，依靠进口则费用高昂，而且制造系统包含着技术、管理和人文意识，故必须我国自行研制，才能结合国情，达到先进而适用，且能节约大量外汇，取得巨大的经济效益。

（三）现状及国内外发展趋势

美、日、德三国分别于68年、70年和71年开发了首套FMS。到90年代全世界拥有1200套左右FMS，其中日本拥有400套，美国150套，德国100套。自85年到90年FMS的年平均增长率为28.7%。而同期FMC的年平均增长率为72.8%，即FMC的增长率是FMS的2.54倍。这是由于FMS是根据加工的零件族的工艺选用合适数控机床的品种和数量组成的制造系统，因而系统较复杂，虽然生产效率高，但投资较大，资金回收期长，也就承担较大的风险。而FMC由于是采用模块化设计，数控机床品种单一，系统结构比较稳定，可靠性高，且可根据需要扩展组成FMS，有更好的柔性，较少的投资，调整周期短，见较快，经济效益高些，故自80年代中期以来FMC已成为柔性制造系统中主要发展的工程产品。

1990年全球FMS的销售额超过了20亿美元，FMC销售额逾40亿美元，两者约占当年世界机床总销售额的15%，约占数控机床销售额的30%以上。包括各类数控机床在内的柔性制造机床和系统的产值约占90年世界机床总产值465亿美元的55%，其中日本和联邦德国分别高达75%和70%，并呈逐年增加的趋势。因而适用于柔性自动化生产的机床和系统已成为机床工业的主导产品。

1958年清华大学与北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床，虽与日本研制数控车床和数控铣床的时间接近，但由于数控系统和相关的电、液元件未得到相应的发展，所以并没有能形成数控机床产业。直到“六五”期间由北京机床研究所引进日本FANUC数控和伺服系统技术，并经“七五”、“八五”在引进数

控技术的基础上消化吸收，才从80年代起逐步形成了我国完整的数控机床产业；同时开发了在CNC单机基础上配置工件自动输送和托盘交换装置的FMC，自主研制了以国产设备为主组成的箱体加工FMS和板材冲压成型FMS等，并为国内汽车行业和摩托车行业研制了柔性自动化生产线，发展了基于DNC的独立制造岛和车间集成信息管理系统等。

但总体而言，无论在柔性自动化生产设备的应用广泛性方面，还是满足国内市场需要方面，与工业发达国家相比有明显不足，至于作为工程系统的FMC、FMS和FML等更还处于初步发展阶段。国内机械制造业使用的为数不多的FMC、FMS和FML也大多自国外引进。

从目前来看，国外柔性自动化生产技术总的发展趋势可归为3F和3S。所谓3F为：柔性化（Flexibility）、联盟化(Federalization)、新颖化(Fashion)。所谓3S为：系统化（System）、软件化（Software）、特效化（Speciality）。具体来说，大致有下列四个方面：

（1) 创制新一代数控机床，根据应用场合，既有适合自动化的简约型高速数控机床，又有用于模具加工的超高速精密加工中心，复杂零件加工的多功能复合机床以及新颖的并联机构机床（虚拟轴机床）等。

（2) 发展适用于大批量、短节拍的由数控机床组成的自动生产线，达到具有年产量超过30万件、多品种分批生产的经济性。

（3) 进一步提高制造系统的生产规划和控制软件的面向对象的特性，以增强其柔性和信息集成性，适应构建CIMS等更高层次柔性自动化生产系统的需要。（4) 研制灵捷制造单元，使其具有高度的自律性和良好的重组性，成为分布式网络集成的智能体，作为实现动态联盟企业实施异地远程协调制造的基础。

国内柔性自动化生产技术的发展总趋势仍是遵循着3F和3S的方向，但又有其特点：

（1) 发展适用、可靠和有价格竞争力的数控机床，开发市场急需的高效、精密和缺门产品，不断地提高其功能、性能，更好地适应柔性自动化生产的需求。（2) 大力推进分布式数字控制和管理（DNC）的制造系统，应用DNC技术有效地提高数控机床的利用率和自动化程度。

（3) 研制以提高系统的可靠性和实用化为前提，加强物流和信息集成的柔性自动化生产线，以适应我国汽车、电机、家电等行业的大批、高效和多品种生产的需要。

（4) 研究适应灵捷制造，并能充分利用现有资源响应市场需要的分布式网络集成制造系统和快速重组制造系统，以提高我国机械制造业的市场竞争能力和快速

响应能力。

四、课程总结

通过对本课程的学习，了解了本书主要讲了一系列先进的现代制造技术与装备，主要有制造工艺，制造装备，制造自动化技术，物流与控制，质量管理，制造模式等。制造业是国民经济的基础产业，制造业的最终目的是创造全新的物质文明和精神文明，它的发展水平反映了一个国家的生产水平和综合国力。

制造业是紧随着人类社会的产生而产生和发展的，经历了原始制造、手工作坊生产、机器生产、机械化生产、流水线生产、自动化生产，并发展到当今的柔性制造、智能制造等模式。

我国作为发展中国家，目前制造业水平与发达国家相比还有差距，发展制造业特别是装备制造业已成为增强我国经济实力的重要内容。

学习了本课程，我了解并掌握了现代制造技术如同掌握其先进技术一样，必须以人为本，离开人文文化，先进技术就难以造福人类。学习本课程，使我们进一步掌握了机械制造的先进技术装备，为将来走上工作岗位打下良好而坚实的基础。

参考文献:

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[7] 刘飞. CIMS 制造自动化[M ]. 北京: 机械工业出版社.

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