传统制造技术与先进制造技术

传统制造技术与先进制造技术

摘要：机械制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志,也是国际间科技竞争的重点。本文对机械制造技术在世界历史上的发展作了简要陈述,对传统及先进机械制造技术的现状及技术特点进行概括介绍,并简述了未来机械制造技术的发展方向。

关键词：机械制造简史传统及先进机械制造技术特点发展趋势

Traditional and advanced manufacturing technology

（School of mechanical engineering changzhou institute of technology jiangsu:213002 zhang min）

Abstract:The mechanical manufacturing technology is not only the standard of the level of a national science and technology development ,but also the focus of competition between international science and technology. In this paper,it makes a brief statement about the mechanical manufacturing technology in the development of world historyand the traditional and advanced mechanical manufacturing technology of the present situation and features .In the end, it introduces the mechanical manufacturing technology of the future development direction. Keywords: brief machinery manufacturing history traditional and advanced mechanical manufacturing technology development trend

1．制造从人类的诞生就开始了。石器时代，使用减量法，把石块的多余部分敲打掉，制造了石斧、石刀。发展到原始社会，利用等量法制造土陶制品。原始社会后期和封建社会初期，冶金技术(metallurgy technology)的发展，使用增量法制造大量的金属制品。

2．而到了工业化时期，以英国人瓦特的蒸汽机(steam engine)为标志，解决了动力问题，推动制造业从手工制造发展为机械制造。无疑现在的机械工业是每个国家工业体系的核心，在发展国民经济中占主导地位。而在当时，制造方法的极大发展表现在各种加工、切削技术及零件的制造向更精、更细、更专业化、更大批量的方向发展。

3.到了80年代，随着世界经济和人们生活水平的提高，市场环境发生了巨大的变化。一方面，表现为消费者需求日趋主体化、个性化和多样化；另一方面则是市场竞争日趋全球化和激烈化。这一时期内，基于先进计算机技术和自动化

技术，发展各种先进的制造技术，从而优化制造业的T（Time,交货或新产品上市时间）、Q（Quality，产品质量）、C(Cost,产品成本)、S（Service,服务），成为制造业赢得竞争的主要手段。这些制造技术主要包括CAD（计算机辅助设计）、CAPP（计算机辅助工艺规划）、CAM（计算机辅助制造）、DNC（直接数字控制）、FMS（柔性制造系统）、ＭＲＰⅡ（制造资源计划）、ＧＴ（成组技术）等。

4．９０年代以来，信息技术，尤其是网络技术的发展给世界带来了巨大的变化，全球经济一体化进程打破了传统的地域经济发展模式，市场变得更加广阔。在这种时代背景下，快速响应瞬息万变的市场需求成为了制造系统赢得市场竞争的焦点。同时，世界正处于由资源消耗型的工业经济向信息知识为基础的知识经济转变的重要时期。知识经济在很大程度上由高知识附加值的产品来体现，产品创新是知识经济的一个重要标志。在这种情况下，组织结构相对固定、制造资源相对集中、以区域经济环境为主导、以面向产品为特征的传统的制造系统模式已与之不相适应，全球性的、以灵活敏捷的组织形态与控制机制，快速响应市场需求变化的新一代制造模式纷纷涌现并得到长足的发展。

5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。从本质上可以说，先进制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化(automate)技术和现代管理技术等的有机融合。先进制造技术是制造业21世纪发展的方向。

6先进制造技术的特点

6.1面向工业应用的技术。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。

6.2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。

6.3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。

6.4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。先进制造技术把这三个矛盾有机结合起来,使三者达到了统一。

7.传统制造技术向高效化、敏捷化、清洁化发展

7.1向高效方向发展

机械加工、铸造、锻压、焊接、热处理与表面改性(surface modified)等传统工艺技术在相当长的时间内仍将是量大面广、经济实用的制造技术，对其加以优化和革新具有重大技术经济效益。随着精度补偿、应用软件、传感器(sensing element)、自动控制、新材料和机电一体化等技术的发展，工艺装备在数控化的基础上进一步向生产自动化方向发展。例如，焊接生产已由单击控制发展到专机群控，进而发展到柔性生产及车间集中控制、大型焊接成套设备、多自由度焊接机器人和焊接工程专家系统；新一代装备制造技术也在不断发展，多轴联动加工中心，装配作业集成机床、虚拟轴机床、快速成型机等设备也在不断涌现；与工艺和装备发展相匹配的计量测试技术、工矿监测与故障诊断技术、装配技术、质量保证技术等也不断取得新的进展。

7.2向敏捷化方向发展

进入２１世纪以来，世界经济表现为竞争全球化、贸易自由化、需求多样化，产品生产朝多品种小批量方向发展，从而面对制造企业快速响应市场和产品一次制造成功的要求日益提高。基于此，现代的产品设计正由手工绘图方式向计算机自动绘图方式方向发展，由满足单个构件要求的设计向对整个制造系统的功能的综合设计、将设计与制造及相关因素进行系统综合的并行设计、基于网络的远程设计方向发展。面向制造、面向装配、面向检测的设计将利用并行工程的原理和方法，从一开始就考虑到从产品概念设计到报废处理的全生命周期的有关问题；在计算机建模仿真基础上扩展的虚拟制造技术，在产品设计阶段就适时地、并行地、协同地虚拟出产品未来的制造全过程及产品性能、可制造性等相关因素。因此，可以预测，面向并行工程(Concurrent Engineering)的设计、虚拟制造的设计、全寿命周期设计、CAD/CAM/CAPP一体化技术等敏捷设计制造技术与系统将在今后若干年内不断发展。

7.3向清洁化发展

发达国家及发展中国家正大力发展清洁绿色的精密成型(precise confectioning)与加工制造技术，能实现少甚至无切削的塑性成型技术、干净成型技术、粉末冶金技术等将成为21世纪优先发展的制造技术。随着可持续发展思想的深入人心，发达国家正通过立法的、经济的、政策的、舆论的手段加强了对制造业的环境监督与安全保护，对制造企业废弃物的排放标准日趋严格，制造工艺安全标准也不断提高。

8．放弃可能导致成本上涨

放弃传统制造技术可能会导致成本上涨，因此晶片公司通常都会尽力避免这种行为。波尔表示，使用新技术将导致英特尔的成品晶圆成本上涨2%至3%，每个晶圆都包含数百个晶片。美国市场研究公司Endpoint Technologies Associates市场研究员罗杰·凯(Roger Kay)说：“新的结构足以让该公司生产出大量可靠的22纳米芯片。”

其他企业今后也有望采用这种3D生产方法，但必须要等到生产工艺降到22纳米以下。从AMD剥离出来的晶片制造商Globalfoundries周三表示，将在今后

的20纳米工艺中使用传统的晶体管。该公司发言人称，在推出后续生产工艺前，没有必要使用3D晶体管(transistor)技术

9由此可见，传统制造技术不会被会被淘汰，至少近几年不会。而先进制造技术将趋于全球化、网络化、虚拟化、自动化、绿色化。

9.1 全球化。一方面由于国际和国内市场上的竞争越来越激烈。例如在机械制造业中,国内外已有不少企业,甚至是知名度很高的企业,在这种无情的竞争中纷纷落败,有的倒闭,有的被兼并,不少暂时还在国内市场上占有份额的企业,不得不扩展新的市场;另一方面,网络通讯技术的快速发展推动了企业向着既竞争又合作的方向发展,这种发展进一步激化了国际间市场的竞争。这两个原因的相互作用,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。

9.2 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革命性的变革。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。此外,网络通讯技术的快速发展,加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习,推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。

9.3 虚拟化。制造过程中的虚拟技术是指面向产品生产过程的模拟和检验。检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性,以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标,进行生产过程计划、组织管理、车间调度(workshop dispatcher)、供应链及物流设计的建模和仿真。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。

9.4 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。

9.5 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。

10.我国正处于经济发展的关键时期,机械制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上发展先进机械制造技术的世界潮流,将其放在战略优先地位,并以足够的力度予以实施,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。

参考文献

［1］杨叔子，吴波.先进制造技术及其发展趋势.机械工程学报2003

［2］李敏贤，面向21世纪的先进制造技术.机械工业自动化2009

［3］王先逵,现代制造技术手册.北京：国防工业出版社,2001

［4］何汉武,先进制造技术与系统简介.机械与电子,1996

亮点：传统制造技术和先进制造技术相辅相成，互补互利，在不同领域发挥各自的作用，谁也不能取代谁。人类能做的便是找寻更节能，更环保的方式满足当今社会的物质需求。

对《机械工程概论》这门课的建议及感悟：本课程概述介绍了有关机械方面的基础知识及机械制造方面的有关内容。本课程重在增加了解，培养兴趣，使学生对自己的专业有大致的了解，有利于学生更细化选择专业的侧重点。建议老师多放些课带领同学参观机械结构模型、传动装置等。有关书本上的内容可以介绍的快一点。