1.发展过程
机械制造有着悠久的历史,我国秦朝的铜车马已有带锥度的铜轴和铜轴承,说明在公元前210年以前就可能有了磨削加工。从1775年英国J.Wilkinson为了加工瓦特蒸汽机的气缸研制成功镗床开始,到1860年,车、铣、刨、插、齿轮加工等机床相继出现。1898年,人们发明了高速钢,使切削速度提高了2~4倍。1927年德国首先研制出硬质合金刀具,切削速度比高速钢刀具提高了2~5倍。为了适应硬质合金刀具高速切削的需求,金属切削机床的结构发生了较明显的改进,从带传动改为齿轮传动,机床的速度、功率和刚度也随之提高。至今,仍然广泛使用着各种各样的采用齿轮传动的金属切削机床,但这些金属切削机床在结构、传动方式等方面,尤其是在控制方面有了极大的改进。
加工精度可以反映机械制造技术的发展状况。1910年时的加工精度大致是10μm(一般加工),1930年提高到1μm(精密加工),1950年提高到0.1 μm(超精密加工),1970年提高到0.01 μm,而目前已提高到0.001 μm(纳米加工)。
20世纪80年代末期,美国为提高制造业的竞争力和促进国家的经济增长,首先提出了先进制造技术(advanced manufacturing technology,AMT)的概念,并得到欧洲各国、日本以及其他一些新兴工业化国家的响应。在先进制造技术提出的初期,主要发展集中在与计算机和信息技术直接相关的技术领域方面,该领域成为世界各国制造工业的研究热点,取得了迅猛的发展和应用。这方面的主要成就如下。
(1)计算机辅助设计(computer aided design,CAD)技术:可完成产品设计、材料选择、制造要求分析、优化产品性能,以及通用零部件、工艺装备和机械设备的设计与仿真等工作。
(2)计算机辅助制造(computer aided manufacturing,CAM)技术:以计算机数控(computer numeric control,CNC)机床、加工中心(machining center,MC)、柔性制造系统(flexible manufacturing system,FMS)为基础,借助计算机辅助工艺设计(computer aided process planing,CAPP)、成组技术(group technology,GT)和自动编程工具(automatically programmed tool,APT)而形成,可实现零件加工的柔性自动化。
(3)计算机集成制造系统(computer integrated manufacturing system,CIMS):把工厂生产的全部活动,包括市场信息、产品开发、生产准备、组织管理以及产品的制造、装配、检验和产品的销售等,都用计算机系统有机地集成为一个整体。
在实践过程中,人们逐渐认识到制造技术各方面必须协调发展。如果仅仅局限于系统技术和软件设计,忽视对制造工艺等主体技术的研究,脱离实际地强调无人化生产,必将导致制造技术各领域发展的严重失衡,以致不能充分发挥效益。1994年,美国联邦科学、工程和技术协调委员会(FCCSET)下属的工业和技术委员会先进制造技术工作组,系统说明了先进制造技术的技术群内容:第一,主体技术群,包括面向制造的设计技术群(包括产品设计、工艺过程设计和工厂设计等)和制造工艺技术群(主要涉及产品制造与装配工艺过程及其工艺装备);第二,支撑技术群(主要包括理论、标准、信息、机床、工具、检测、传感与控制等各方面的技术);第三,制造基础设施(是指为管理上述技术群的开发并激励推广应用而采取的各种方案与机制,它的要素主要是工人、工程技术人员和管理人员的培训与教育)。
近几十年来,随着科学技术的发展和社会与环境因素的改变,世界制造业进入巨大变革时期。这一变革的主要特点如下。
(1)先进技术的出现正急剧地改变着现代机械制造业的产业结构和生产过程。
(2)传统的、相对稳定的市场已经变成了动态的、多变的市场,产品周期缩短,更新快,品种增多,批量缩小。目前市场对产品的需求不仅是价廉物美,而且还要交货期短,售后服务好,乃至还要求具有深刻的文化内涵和良好的环境适应性。
(3)传统的管理模式、劳动方式、组织结构和决策准则都在经历着新的变革。
(4)包括资本与信息在内的生产能力在世界范围内迅速提高和扩散,形成了全球性的激烈竞争格局,市场经济化的潮流正在将越来越多的国家带进世界经济一体化之中。随着生产力的国际性扩散,产业间和产业内的国际分工已成为一股不可抗拒的发展潮流。
2.发展趋势
21世纪是知识经济来临的世纪。所谓知识经济,是一种以知识而不是以物质资源作为其主要支柱的经济。知识经济的发展在极大程度上依赖于知识的创造、传输和利用。近几十年来,美国蓝领工人的人数占劳动人口的比例下降幅度很大,即产生了劳动力从工业向信息业和服务业的转移。世界各发达国家都在加速发展教育,尤其是高等教育和职业教育。在这样的大趋势下,可以预见,机械制造业需要加以调整和改造。(www.xing528.com)
机械制造业的主要发展趋势如下。
1)现代机械制造业的信息化趋势
物质、能量和信息是构成制造系统的三大要素。前两者在历史上曾经占据主导地位,受到重视、研究、开发和利用。随着知识经济的到来,信息这一要素正在迅速上升成为制造系统的主导因素,并对制造业产生实质性的影响。现代产品是在其制造过程中所投入的知识和信息的物化与集成,这些知识和信息被物化在产品中,影响着产品的生产成本。产品信息的质(内容)规范产品的使用价值,而产品信息的量量度产品的交换价值。另外,信息技术的水平对于制造业的组织结构和运行模式有着决定性的影响。机械制造业从手工模式,发展到泰勒模式,直到现代模式,而制约与促进这一发展的基本因素是信息技术的水平。适应知识经济条件下的信息技术水平的制造业的组织结构和运行模式一定会在探索中形成。
2)现代机械制造业的服务化趋势
今天的制造业正在演变为某种意义上的服务业。工业经济时代大批量生产条件下的“以产品为中心”正在转变为“以顾客为中心”。“顾客化大生产”(mass customized manufacturing)模式正在确立。在这种模式下,借助于分布式、网络化的制造系统,以大批量生产条件生产各个顾客不同需求的产品,既可以满足顾客的个性化要求,又能实现高效率和高效益生产,实现高质量、低价格目标。今天,制造业所考虑和所操作的不止产品的设计与生产,而是包括市场调查、产品开发或改进、生产制造、销售、售后服务,直到产品的报废、解体与回收的全过程,虑及产品的整个生命周期,体现了制造业全方位地为顾客服务、为社会服务的宗旨。
3)现代机械制造业的高技术化趋势
促进机械制造业发展的有信息技术、自动化技术、管理科学、计算机科学、系统科学、经济学、物理学、数学、生物学等,机械制造业发展的方向主要如下。
(1)切削加工技术的研究。
切削加工是机械制造的基础方法,切削加工约占机械加工总量的95%。目前的水平是:陶瓷轴承主轴的转速已达15000~50000 r/min,采用直流电动机的数控进给速度可达每分钟数十米,高速磨削的切削速度可达100~150 m/s。要研究新的刀具材料,提高刀具的可靠性和切削效率,研制柔性自动化用的刀具系统和刀具在线监测系统等,还要进行切(磨)削机理的研究。
(2)精密、超精密加工技术和纳米加工技术的研究。
精密、超精密加工技术在高科技领域和现代武器制造中占有非常重要的地位。目前的情况是:日本大阪大学和美国LLL实验室合作研究超精密切削时,成功地实现了1 nm切削厚度的稳定切削;中小型超精密机床的发展已经比较成熟和稳定,美、英等国还研制出了几台有代表性的大型超精密机床,可完成超精密车削、磨削和坐标测量等工作,机床的分辨力可达0.7 nm,代表了现代机床的最高水平。这方面的研究工作主要有微细加工技术、电子束加工技术、纳米表面的加工技术(原子搬迁、去除和重组)、纳米级表面形貌和表层物理力学性能检测、纳米级微传感器和控制电路、纳米材料以及超微型机械等。
(3)先进制造技术的研究。
先进制造技术是机械制造最重要的发展方向之一。目前,计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)技术、柔性自动化制造技术,包括数控机床、加工中心、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)等,在各发达国家已经得到生产应用,而计算机集成制造系统(CIMS)正处于研究和试用阶段。最近,人们还提出了有关生产组织管理的指导性的“精益生产(lean production)”模式以及敏捷制造(agile manufacturing)技术。后者是基于Internet网络技术而实施的基层单位计算机管理和自动化、计算机仿真和制造过程的虚拟技术,以及异地设计、异地制造和异地装配等。先进制造技术的研究已经取得显著成效,今后必将在原有基础上迅速发展和推广应用。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。