现代机械制造技术结课论文

《现代机械制造技术》结课论文

题目：传感器技术在石油工程上的应用

现代机械制造技术的现状及发展趋势

1.现代机械制造技术的特点及重要性

机械制造业是国民经济的支柱产业，机械制造水平的高低反映了一个国家工业发展水平的高低，而先进制造技术更是直接体现出一个国家的工业化和现代化水平的高低。近年来，以美国为首的发达国家以全新的制造理念提出了许多先进的机械制造方法和制造系统，主要包括：数控加工、特种加工、超精密加工、柔性制造系统和快速成型技术。这些先进的制造技术都拥有如下共同特点：（1）综合性、一体化水平高，自动化程度高，生产效率高；（2）能够提高企业的整体制造水平提高企业的核心竞争力，促进机械制造业的发展，为机械制造业带来更高的经济效益；（3）现代机械制造技术融合了多种高新技术，并且与先进的生产管理系统融合，是一个完善的系统工程[1]，涵盖了产品研发、工艺设计、生产准备、加工制造和售后服务等一系列生产产品的流程，极大的提高了制造业的综合经济效益和社会效益。

2.现代机械制造技术的发展现状

2.1 国外先进制造技术发展现状

自上世纪90年代以来，美国根据本国制造业面临的挑战，为增强企业的竞争力、促进国家的经济增长，首先提出了先进制造技术（Advanced Manufacturing Technology，简称AMT）的概念，此后欧洲各国、日本及亚洲新兴工业化国家也相继作出响应，先进制造技术逐步蔓延开来[2]。

尽管先进制造技术并没有一个严格的定义，但国际上已经形成一个广泛的共识，即：传统制造技术不断的汲取计算机、机械设计、工艺技术、电子信息、自动化、新材料和现代化系统管理方面的科技成果，并将其综合应用于产品的研究开发、设计、生产管理和市场开拓、售后服务以取得显著社会经济效益的综合技术，统称为先进制造技术。经过二三十年的发展，先进制造技术主要包括一下几

个方面：

（1）数控加工

数控加工起源于航空工业的需要，起源于20世纪40年代，成熟于20世纪60年代，它泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程，以数控程序来规定加工工序和走刀轨迹，很好的解决了复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，它生产效率高，加工精度高，减少了人为因素对加工精度的影响，使得产品的质量更加稳定，减轻了人的劳动强度。但是数控加工的费用比较昂贵，不利于加工大批量零件，而且系统复杂，维修费用高，对工作环境要求较高。

（2）特种加工

特种加工是在20世纪40年代发展起来的一种用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等[3]。主要包括以下几种加工方法：激光加工、电火花加工、等离子加工、电化学加工等。这种加工方法有很多优点，它与加工对象的机械性能无关，可加工各种特殊性能的金属和非金属材料；而且是非接触加工，工具硬度可以低于工件硬度，工件表面质量高、不存在机械应变和热应变，尺寸稳定性高。但是有些特种加工的加工设备比较昂贵，投资大，费用高，如激光加工、离子束加工、电子束加工等，成本高，加工效率低，不能批量生产，且加工精度不高。而且有些特种加工，如电化学加工，会产生废气、废渣，如处理不当会污染环境。

（3）超精密加工

超精密加工是在20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的加工技术。超精密加工的精度比传统的精密加工提高了一个以上的数量级，达到了10纳米。超精密加工对工件材质、加工设备、工具、测量和环境等条件都有特殊的要求，需要综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统、计算机控制以及其他先进技术。超精密加工可以分为超精密切削加工和超精密特种加工。与传统加工方式相比，超精密加工有着很明显的优势：它的加工精度极高，从而使得工件质量稳定可靠，广泛应用于航空航天、军事工程等行业。但是超精密加工对工件材质、加工设备、工具、测量和环境条件等都有特殊的要求，工件材质必须极为细致均匀，加工设备要有极高

的运动精度，加工环境要求恒温，所以特种加工的成本非常高昂，效率不高，而且通常不能大规模批量生产。

（4）快速成型技术

快速成型技术（Rapid Prototyping/Parts Manufacturing，简称RPM）诞生于20世纪80年代末期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近二十年来制造领域的一个重大成果，它的基本原理是是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。按照加工机理可分为以下四种基本类型：①类固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA），其工艺流程是由激光束来照射液槽内的液态光敏树脂材料，使被照射到的材料固化，完成这一层的加工，然后向上移动工作台，加工下一层，直至整个零件造型完成。这种加工方法加工出的原型件精度高、硬度好；但是加工时需要支撑，零件需要烧结，所需材料价格昂贵，成本高，而且不利于环保。②分层实体制造工艺（Laminated Object Manufacturing，简称LOM），其基本原理和SLA相似，都是对工件进行一层一层的加工，但是LOM所用材料为纸质原料，比SLA加工方便、成本低、应用广泛，但是加工出的原型件力学性能差。③选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，简称SLS），采用金属、陶瓷、ABS塑料等材料的粉末作为材料，在计算机控制下，利用激光束有选择性的烧结金属粉末，被烧结部分固化成型，然后进行下一层，直至烧结完成。这种加工方法材料适应面广，加工出的原型件精度高、硬度高。④熔融沉积成型（Fused Deposition Manufacturing，简称FDM），以热塑性成形材料似为材料，材料丝与加热器相连，加热融化以后从喷嘴喷出，覆盖于工件表面，并迅速凝固，形成一层材料，如此反复，直至加工成型。这种加工方法操作简单，使用方便，成本低，速度快，没有污染。

从以上的分析中可以看出，快速成型技术和传统加工方式不同，是一种添加材料的加工，材料利用率高，成型快，非常适合新产品的开发研制。但是缺点也很明显：不能批量生产，工件力学性能不如传统加工方法。通过对上述几种快速成型技术的分析我们可以发现，它们的原理基本类似，都是通过每一层的固化来使工件成型，但是每一种方法都对前面几种有了一些小的改进，应用效果很好。这对我们做研究、开发新产品有很大的启迪。

（5）先进生产管理系统

传统的生产管理模式仅仅局限于制造过程，生产管理以提高劳动生产率为核心，而降低成本的途径主要考虑节约原材料和节约工时。而先进的生产管理范围大为扩展，生产管理模式也在不断更新，主要包括以下几个方面：

①准时生产（Just In Time）

这种生产方式是日本丰田公司于20世纪60年代末期开始实行的一种生产方式，这种生产方式只将必要的零件以必要的数量在必要的时间送到生产线，并且只将所需要的零件、只以所需要的数量、只在正好需要的时间送到生产线，所以又称为零库存生产方式。这种生产方式能够使资源有效合理的得以利用，生产效率很高，极大的提高了企业的市场竞争力。

②敏捷制造（AM）

敏捷制造的核心思想是要提高企业对市场变化的快速反应能力，满足顾客的要求。除了充分利用企业内部资源外，还可以充分利用其他企业乃至社会的资源来组织生产。它包含三个要素：生产技术，组织方式和管理手段。从产品开发的整个生产周期内都是为满足客户的需求的，采用多变的动态的组织结构，能够最大限度的调动、发挥人的作用，能够使企业获得长期的经济效益。

③并行工程(Concurrent Engineering)

并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术。它要求产品开发人员从一开始就考虑到产品全生命周期（从概念形成到产品报废）内各阶段的因素（如功能、制造、装配、作业调度、质量、成本、维护与用户需求等等），并强调各部门的协同工作，通过建立各决策者之间的有效的信息交流与通讯机制，综合考虑各相关因素的影响，使后续环节中可能出现的问题在设计的早期阶段就被发现，并得到解决，从而使产品在设计阶段便具有良好的可制造性、可装配性、可维护性及回收再生等方面的特性，最大限度地减少设计反复，缩短设计、生产准备和制造时间。

2.2 国内先进制造技术研究现状

近年来，我国制造业不断引进世界先进制造技术，并加大各领域的技术研究，形成了一定特色的制造新气象，但是，对于高精尖端的领域，与欧美等一些工业发达国家相比，仍然存在很大一段差距，主要表现在如下几个方面：

（1）自动化装备

由于国外对现代机械制造技术的研究较早，起步较早，许多国家都非常重视发展先进制造与自动化技术，自动化装备比较发达[4]。而我国起步较晚，与国外先进自动化装备差距还很大，很多生产流水线还要依靠人力，这样不仅生产效率低而且成本高，最典型的表现就是石油钻井方面：国外先进钻井队每个队只需两三个操作工人即可，基本上全是自动化装备，而国内大部分钻井队则基本靠人力，每个钻井队几十甚至上百人，生产效率很低，成本却很高。

（2）制造工艺

超精细加工、特种加工、快速成型技术等先进生产技术在国外应用比较广泛，但国内普及率并不高，而且大部分技术仍然在研制、掌握之中。此外，对计算机辅助设计软件的应用也不如国外普及，应该加强推广与应用。

（3）生产管理

工业发达强国在管理中广泛采用计算机技术，推出了准时生产（JIT）、精益生产（LP）、敏捷制造（AM）、并行工程（CE）等新的管理思想和技术，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展[5]。我国多数小型企业却采用经验管理方法，只有少数大型企业采用了计算机辅助管理技术。应该在这方面加强研制，并通过少数企业试验来加强推广，这样不仅可以降低成本，还可以提高生产率，使企业获得长期效益。

3.现代机械制造技术发展趋势

机械制造技术是不断向前发展的，未来的机械制造将向着以下几个趋势发展：

（1）就产品生产过程来说，将向着高度自动化方向发展

未来的机械加工过程将主要由高度自动化的生产流水线完成；自动化技术在制造系统中主要表现在集成技术、系统技术、柔性制造技术、人机一体化等各个方面，自动化技术向高科技方向纵深是制造业的发展趋势所在。

（2）就零件加工过程来说，将向着精密工程方向发展

目前已有的超精密加工、特种加工和快速成型技术加工精度很高，而且能加

工非常复杂的零件，有些加工过程甚至与零件的复杂程度没有任何关系，生产效率很高，周期很短。但是这些加工方法有一个弊端，那就是加工出的零件机械强度不够，力学性能差。未来的机械加工将会着力解决这一问题，向着精密工程方向发展，制造出的零件不仅精度极高，而且机械性能非常稳定。

（3）就产品销售过程来说，将向着全球化和网络化方向发展

二十一世纪是个全球化的世纪，各国之间的距离变得越来越小，全球贸易往来更加密切。未来的产品销售将会在精益生产的基础上加强国家与国家之间的合作，此外，网络通讯技术的快速发展将会给制造行业带来巨大优势，在未来的发展中将会极大促进产品的全球化销售。

参考文献：

[1]张春林，余毅.现代机械制造技术及其发展趋势[J].湖南农机，2013,40（9）：107-108

[2]张春林.中美先进制造技术应用比较研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2006:4-5

[3]陈思.现代机械制造技术的现状及发展方向[J].民营科技，2011,11:57-57

[4]李子轩.我国现代机械制造技术工艺的发展趋势[J].科技风，2011,03

[5]刘堂根.我国现代机械制造技术现状及发展趋势浅析[J].中国高新技术企业，2012,33/36