先进制造技术发展趋势

1、先进制造技术发展趋势 一、制造战略的变迁 近年来，由于市场竞争的冲击和信息技术的推动，制造企业正经历着一场重大变革，制造企业的战略也发生了很大的变化。图1描绘了美国制造企业的经营战略从20世纪50年代和60年代的“规模效益第一”，经过70年代和80年代“价格竞争第一”和“质量竞争第一”，发展到90年代的“市场响应速度第一”。 图1美国制造战略的变迁 今天，每一个企业都企图以高科技含量、高质量和快速开发能力使自己的产品具有竞争能力。在激烈的市场竞争中，任何一个企业要想获胜，取得较大的市场占有率，必须具备以下4种能力：时间竞争能力(timet)，产品上市快，生产周期短，交货及时；质量竞争能力(qu

2、alityq)产品不仅可靠，而且使用户在各方面都满意；价格竞争能力(costc)，产品的生产成本低，价格适中；创新竞争能力(creationc)，产品有特点，生产有柔性，竞争有策略。 其中最重要的能力是创新能力，企业创新不仅是指产品设计上的创新，更重要的是制造观念的更新、组织的重构，经营方式的重组才能保证产品的创新得以很快地实现，迅速进入市场。目前市场的特点是“瞬息万变，很难预测”，这将是未来惟一不变的法则。一种产品、一种工艺方法沿用十几年的时代已经一去不复返了。为了适应市场的多变，企业不仅要具备技术上的柔性，还要具备管理上的柔性以及人员和组织上的柔性。 现阶段成功企业的制造战略特征可归纳为：

3、 同时注意提高产品的质量、降低生产成本和及时交货；与消费者保持密切的联系，及时获得市场信息，对市场作出快速响应；与供应商建立更密切的联系，以压缩产品库存，降低生产成本；为质量利益而利用先进制造技术；在组织上纵向减少层次，横向减少部门；新的人力资源政策，要让工人理解全部生产过程，意识到自己与企业利益相关，命运与共，应吸收职工参与决策，分享利润，并给予职工保障；先进制造技术系统的设计和运行充分考虑到了人的特点，从而使企业中各类人员都有机会充分展示自己的才华。 未来企业制造战略的发展趋势，主要将从下面一些方面表现出来： (1)产品价格进一步降低。 (2)边际成本减少。 (3)调整费用降低。 (4)生

4、产调整时间缩短。 (5)发货速度加快。 (6)更频繁的产品改进。 (7)产品设计成本减少。 (8)与客户的联系更迅速，定单处理更快。 (9)产品制造周期缩短。 (10)并行工作时间增加。 (11)调整次数增加，批量减少，成本和在制品库存水平降低，待发货定单减少。 二、21世纪对先进制造技术的挑战 制造技术要适应21世纪社会发展的需求，面临以下挑战： (1)信息时代的挑战人类社会自20世纪90年代已开始进入信息时代，信息产业成为21世纪全球经济中最宠大、最具活力的产业。信息将给21世纪世界经济和社会带来革命性的变化。 21世纪的制造业正在从以机器为特征的传统技术时代向着以信息为特征的系统技术时代

5、迈进。制造技术的发展也必然与信息技术的发展密不可分。 (2)有限的资源与日益增长的环保压力的挑战地球作为宇宙中的一个村落已日益变得更小，环境污染正威胁着人类的生存，而有限的资源正威胁着人类的继续发展。因而如何实现可持续发展已是21世纪人类的一个重要课题。绿色制造是21世纪制造技术的一个重要特征。绿色设计技术、汽车的拆卸与回收技术、生态工厂的循环式制造技术将得到迅速发展。 (3)制造全球化和贸易自由化的挑战随着世界自由贸易体制的进一步完善以及全球交通运输体系和通信网络的建立，国际经济合作与交往日趋紧密，全球产业界进入结构大调整的重要时期，世界正在形成一个统一的大市场。制造业的全球化与一体化的格局

6、已经初步形成。制造技术的发展必须与此适应，新的先进制造生产模式必将是全球化的生产模式。 (4)消费观念变革的挑战21世纪消费者的行为更加具有选择性，“客户化、小批量、快速交货”的要求不断增加，批量生产的产品逐渐为个性化、多样化的产品所取代，产品的生产和服务的界限越来越模糊，市场的动态多变性迫使制造业改变策略。 三、先进制造技术发展趋势 为适应21世纪对制造技术的需要，未来先进制造技术的总趋势是向系统化、集成化、智能化方向发展。 1设计技术不断现代化 产品设计是制造业的灵魂。现代设计技术的主要发展趋势是： (1)设计方法和手段的现代化，它突出反映在数值仿真或虚拟现实技术的发展，以及现代产品建模理

7、论的发展上。 (2)新的设计思想和方法不断出现，如并行设计，面向“x”的设计dfx(design for x)，健壮设计(robust design)；优化设计(optimal design)，反求工程技术(reverse engineering)。 (3)由简单的、具体的、细节的设计转向复杂的总体设计和决策，要通盘考虑包括设计、制造、检测、销售、使用、维修、报废等阶段的产品的整个生命周期。 (4)由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素。设计时不单纯追求某项性能指标的先进和高低，而注意考虑市场、价格、安全、美学、资源、环境等方面影响。 2成形制造技术向精密成形或称净成形的方向发展

8、成形制造技术是铸造、塑性加工、连接、热处理、粉末冶金等单元技术的总称。展望21世纪，成形制造技术正在从接近零件形状(near net shape process)向直接制成工件即精密成形或称净成形(net shape process)的方向发展。有代表性的精密成形制造技术是： (1)精密铸造技术。 (2)精密塑性成形技术。 (3)精密连接技术。 3加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展 (1)超精密加工技术一般认为加工精度为303 m的加工称为精密加工，加工精度达03003 m时就称为超精密加工，而加精度高于003 m(30纳米)称之为纳米加工。 (2)超高速切削目前认

9、为超高速切削的范围是：车削速度7007 000 m/min；铣削为3006 000 m/min；磨削为5 00010 000 m/min。 (3)新一代制造装备的发展市场竞争和新产品、新技术、新材料的发展推动着新型加工设备的研究与开发，其中典型的例子是“并联桁架结构式数控机床”(或俗称“六腿”机床)的发展。它突破了传统机床结构方案，采用6个轴长短的变化以实现刀具相对于工件的加工位置的变化。 4制造技术专业、学科的界限逐步淡化、消失，新型制造技术不断得到发展先进制造技术的不断发展 在制造技术内部，冷热加工之间，加工、检测、物流、装配过程之间，设计、材料应用、加工制造之间，其界限均逐步淡化、逐步走

10、向一体化。如cad，capp，cam的出现，使设计、制造成为一体。 一个典型的例子是快速原型零件制造(rp)技术的产生，是近20年制造领域的一个重大突破，它可以自动而迅速地将设计思想物化为具有一定结构的功能的原型或直接制造零件，淡化了设计、制造的界限。rp技术突破了传统加工技术采用材料“去除的”原则，而采用“添加、累积”的原理。目前的主要方法有：立体印刷(sla)，采用紫外线光源逐层对光敏树脂扫描而成形；分层实体制造(lom)，对纸进行逐层切割并粘接而成形；选择性激光烧结(sls)；熔化沉积制造(fdm)，采用蜡丝等材料逐层喷射并凝固成形。 5虚拟现实技术在制造业中获得越来越多的应用 虚拟现实

11、技术(virtual reality technology)是20世纪90年代才提出的新概念，虚拟现实技术已开始在制造业中得到应用，主要包括虚拟制造技术和虚拟企业两个部分。 虚拟制造技术将在产品真正制造出之前，首先在虚拟制造环境中生成软产品原型(softprototype)代替传统的硬样品(hardprototype)进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高系统快速响应市场变化能力。 虚拟企业、动态联盟、虚拟组织机构或虚拟公司(virtual company)是相同的概念。其含义是：为了快速响应某一市场需求，通过信息高速公路，将产品涉及

12、到不同公司临时组建成为一个没有围墙、超越空间的约束、靠计算机网络联系、统一指挥的合作经济实体。 目前正在着手组织的“分散网络化制造”(dnm)，就是虚拟企业的一种模式，它的目标是在中国内地和香港的2 000家制造企业之间，采用国际互联网建立制造资源信息网络实施敏捷制造。dnm既比较符合我国国情，又比笼统地称虚拟企业更加切合实际，为人们理解和接受。 6信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，先进制造生产模式获得不断发展 先进的制造技术必须在与之相匹配的制造模式里才能充分发挥作用。21世纪先进制造技术发展的重要趋势是先进制造生产模式获得不断发展。 制造业在经历了少品种小批量少品种大批量多品种小批量生

13、产模式的过渡后，20世纪七八十年代开始了以采用计算机集成制造系统(cims)进行制造的柔性生产模式。初期的cims以较高的自动化程度为特征，在实验过程遇到困难。cims的第二阶段是并行工程，它强调的不仅是信息集成，而是人的集成问题。预计21世纪的cims将是智能制造系统，它体现了制造系统化、自动化、智能化综合发展。 精益生产(lp)是1990年提出的制造生产模式。它的基本原则是“消灭一切浪费”和“不断改善”，其主要支柱是准时制作业(jit)、全面质量管理(tqc)、成组技术(gt)、弹性作业人数和尊重人性。日本丰田公司采用这种方式，使自动化程度不高的工厂取得了良好的效益。 敏捷制造(am)是1991年提出的，1992年美国政府将其作为“21世纪制造企业的战略”。敏捷制