机械制造技术的特点及发展现状

1、 引言 现代机械制造技术不仅在它的信息处理与控制等方面运用了电子技术、计算机技术、激 光加工技术，而且在加工机理、切削过程乃至所用的刀具、模具，无不融入了高新技术。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。它 是国民经济最重要的基础产业之一, 而机械制造技术的不断创新则是机械工业发展的技术 基础和动力。随着社会经济的快速发展，我国正处于经济发展的关键时期，制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上 先进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。 一、先进机械制造技术的发展现

2、状 制造技术是当代科学技术发展最为重要的领域之一，是产品更新、生产发展、市场竞争的重要手段，各发达国家纷纷把先进制造技术列为国家的高新关键技术和优先发展项目，给予了极大的关注。在我国，机械制造业是国民经济的支柱产业，也是其它各种产业的基础和支柱，各种产业的发展都有赖于制造业提高水平的专用和通用设备，从一定意义上讲，机械制造技术的发展水平决定着其它产业的发展水平。在国际国内的经济竞争中，具有适应市场要求的快速响应能力并能为市场提供优质的产品，对于增强市场竞争能力是非常重要的，而快速响应能力和产品质量的提高，主要取决于先进机械制造技术水平。一个国家的经济独立性和工业自力更生能力也在很大程度上取决于

3、先进机械制造技术水平。 建国以来，我国的机械制造业取得了很大的成就。在解放时几乎空白的工业基础上，建立起了初步完善的制造业体系，生产出了我国的第一辆汽车、第一台机床、第一架飞机、第一颗人造地球卫星等，为我国的国民经济建设和科技进步提供有力的基础支持。为满足人民群众的日益增长物质生活需要做出了很大的贡献。“八五”计划以来，我国机械工业努力追赶世界制造技术的先进水平，积极开发新产品、研究推广先进机械制造技术，尤其是从二十世纪九十年代以来，我国的机械制造技术水平在引进国外先进技术的基础上有了飞速的发展。从近几年的中国国际机床博览会可以看出我国的机床产品取得了长足的进步，为航天、国防、大型设备制造等重

4、要行业提供了一批高质量的数控机床和柔性制造单元，为大批量生产行业提供了可靠性高、精度保持性好的柔性生产线，已经可以供应实现网络制造的设备，各种精度高的机床已走向实用化。同时也必须认识到：近年来,我国的制造业不断采用先进机械制造技术,但与国际先进技术水平相比，仍然存在不小的差距。近些年来，工业发达国家广泛采用计算机管理, 重视组织和管理体制、生产模式的更新 发展, 推动了准时生产、敏捷制造、精益生产、并行工程等新的管理思想和技术.在产品设 计方面, 普遍采用计算机辅助产品设计(CAD)、计算机辅助工程分析(CAE)和计算机仿真技术; 在加工技术方面, 已实现了底层(车间层) 的自动化,包括广泛地

5、采用加工中心（或数控技 术)、自动引导小车(A GV)等。近10余年来,发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自 动化方面寻找出路, 提出了一系列新的制造系统, 如计算机集成制造系统、智能制造系统、 并行工程、敏捷制造等。 1. 管理方面 工业发达国家广泛采用计算机管理,重视组织和管理体制、生产模式的更新发展, 推出了准时生产 JIT 、敏捷制造 AM 、精益生产 LP 、并行工程 CE 等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理,多数小型企业仍处于经验管理阶段。 2. 设计方面 工业发达国家不断更新设计数据和准则,采用新的设计方法,广泛采用计算机辅助设计技术 CAD

6、/CAM ,大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用C A D / C A M 技术的比例较低。 3. 制造工艺方面 工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高。 自动化技术方面 工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元 FMC 、柔性制造系统 FMS 、计算机集成制造系统 CIMS ,实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段, 柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。 二、我国机械制造技术发展的现状分析 机械制造技术是研究产品

7、设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃 至回收再生的整个过程的工程学科，是以提高质量、效益、竞争力为目标，包 含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。 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。20 世纪80 年代以后，随着市场全球化的进 一步发展，市场竞争变得越来越激烈。 20 世纪90 年代初，随着CIMS 技术的大力推广应用，包括有CIMS 实验工 程中心和7 个开放实验室的研究环境已建成。在全国范围内，部署了CIMS 的若 干研究项目，诸如CIMS 软件工程与标准化、开放式系统结构与发展战略，CIMS 总体与集成技术、产

8、品设计自动化、工艺设计自动化、柔性制造技术、管理与 决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术以及系统理论和方法等均取 得了丰硕成果，获得不同程度的进展。但因大部分大型机械制造企业和绝大部 分中小型机械制造企业主要限于CAD 和管理信息系统，底层基础自动化还十分 薄弱，数控机床由于编程复杂，还没有真正发挥作用。因此，与工业发达国家 相比，我国的制造业仍然存在一个阶段性的整体上的差距。主要表现在以下四个方面：1.管理方面 工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产JIT、敏捷制造AM、精益生产LP、并行工程CE等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企

9、业局部采用了计算机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。2. 设计方面 工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术CADCAM，大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用 CADCAM 技术的比例较低。 3. 制造工艺方面 工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高，尚在开发、掌握之中。 4. 自动化技术方面 工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元FMC、柔性制造系统FMS、计算机集成制造系统CIMS，实现了柔性自动化

10、、知识智能化、 6集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔件制造单元和系统仅在少数企业使用。 从总体上看，我国机械工业技术开发能力和技术基础薄弱，发展后劲不足，技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化吸收仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。目前，我国已加入 WTO，机械制造业面临着巨大的挑战与新的机遇。因此， 我国机械制造业不能单纯的沿着20 世纪凸轮及其机构为基础采用专用机床、专 用夹具、专用刀具组成的流水式生产线刚性自动化发展。而是要全面拓展， 面向五化发展，即全球化、网络化、虚拟化、自动化、绿色化

11、。 三、机械制造技术的特点 做好基础自动化的工作仍是我国制造企业一项十分紧迫而艰巨的任务。但 加工中心无论是数量还是利用率都很低。可编程控制器的使用并不普及，工业 机器人的应用还很有限。因此，我们要立足于我国的实际情况，在看到国际上 制造业发展趋势的同时扎扎实实地做好基础工作。 1、机械制造技术是一个系统工程 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。 2、机械制造技

12、术是一个综合性技术 先进制造技术应用的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。因此，它并不限于制造过程本身，它涉及产品从市场调研、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。以便提高制造业的综合经济效益和社会效益。 3、机械制造技术是市场竞争要素的统一体 市场竞争的核心是如何提高生产率。随着市场全球化的进一步发展，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。 4、机械制造技

13、术是一个世界性技术 20 世纪80 年代以来，随着全球市场的形成，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，使得市场竞争变得越来越激烈，为 适应这种激烈的市场竞争，一个国家的先进制造技术应具有世界先进水平，应 能支持该国制造业在全球市场的竞争力。同时，机械制造技术是面向21 世纪的 技术，应与现代高新技术相结合，应是有明确范畴的新的技术领域。 5、先进机械制造技术是面向未来的技术 先进机械制造技术是制造技术的最新发展阶段,是由传统的制造技术发展起来的,既保持了过去制造技术中的有效要素,又要不断吸收各种高新技术成果,并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。先进机械制造技术与

14、现代高新技术相结合而产生了一个完整的技术群,它是具有明确范畴的新的技术领域,是面向新世纪的技术。 6、机械制造技术是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,它涉及到产品寿命周期的所有内容,并将各阶段结合成有机整体。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。 7、机械制造机技术是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

15、过程的物流、能量流和信息流的系统工程。8、先进机械制造技术是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。四、我国机械制造业的差距 1、产品结构的差距 中国机械制造业的快速发展，主要依靠技术引进和赶超型发展战略，加之中国劳动力丰富而资金相对短缺，致使机械制造业的科技开发明显滞后。虽然中国机械制造

16、业的产品数量已经位居世界前列，但主要是劳动密集型产品，具有自主知识产权的高、精、 尖产品比较少。2000 年，中国汽车生产超 过200 万辆，但是关键技术都来源于国外大型汽车公司，很多关键部件国内尚不能生产，需要依靠进口。 我国械制造业产品的质量虽然有了很大程度的提高，但大量的机电产品的质量可 靠性、外观设计、内在性能还有很大差距。 比如数控机床和精密机床的可靠性差、质量问题严重，轴承、液压件、密封件等基础件 产品水平低、品种少、满足度低、质量不稳定。工程机械目前只能生产中小型产品，大型工程机械、大型火电设备的技术能力十分薄弱。 2、生产投入结构的差距 机械制造业作为一般竞争性行业，其竞争状况

17、与效益状况直接受生产投入结构的影响。企业之间的竞争，实际上是科学技 术实力和创新能力的竞争，而科技实力和技术创新能力在很大程度上取决于科研与开 发的投入。发达国家为了保持机械制造业的市场竞争力，加大了科技投入的力度。一些大企业的科技开发费用占到其销售额的4% 8%，甚至10%以上。这种高投入，使其本 来就远远领先的科技优势进一步扩大，使企 业从完全竞争的局面转变为“ 垄断竞争”， 在许多关键领域占据了战略性优势地位。日 本、美国、德国、法国机械制造业企业的人 均研究开发经费，分别为21.54 万美元/年、 15.76 万美元/年、19.99 万美元/年、25.94 万美元/年，是中国企业的几十

18、倍。与科技开发相类似，国外机械制造业企业非常重视 设备更新。美国制造业企业设备的平均役龄 逐步缩短，由1975 年的6.98 年，下降到 1990 年的6.70 年，其中电制造机械和精密 机械的设备役龄分别为5.5 年和4.9 年。中国机电行业的设备更新比较缓慢，而且呈现下降趋势。1994年与1985年相比，机械行 业的设备更新度系数下降了5.73 个百分点，1995 年与1990 年相比下降了2.4 个百分点。设备更新度系数偏低成为机械制造业各行业普遍存在的问题。企业科研人员占职工的比重，可以反映出企业的人力资本状况 与发展潜力。国外大型机械制造业企业研究开发人员占职工人数的比重为5%10%

19、，中国仅为1% 。正是科技投入、人员素质、设备投入等方面的巨大差距，使中国机械制造业企业的设计与生产方法落后，自主开发能力差，产品开发周期长，更新慢，新产品产值率低，产品质量难以得到保证。 3、产业组织结构的差距 中国机械制造业之所以在投入结构上难以加大科技开发投入，直接根源是产业组织结构不合理，企业规模小，布局分散，大中小企业之间难以形成合理的专业化分工协作体系；深层原因是体制约束，条块分割导致的地区雷同与“分散化”倾向，有悖于世界机械制造业日益资本密集化、生产全球 化、机电一体化、市场集中化的发展趋势。 机械制造业是竞争性产业，整体产业集中度要求较高。国外大型企业一般在行业中占主导地位，并

20、形成层次分明的专业化分工协作体系，在大企业周围，形成数量众多的专门化的中小企业。企业尤其是大型企业投巨资进行科技开发。中国机械制造业在改革以来出现了分散化趋势，甚至出现小企业排挤大企业的现象。受管理体制、投资体制、采购体制的影响，中国没有形成具有国际竞争力的大型企业或企业集团，企业“大而全、小 而全”的状况依然严重，中小企业与大型企业进行专业化协作的产业组织结构还没有形成。目前还有相当数量的企业仍以“全能 式”结构为主，除汽车、拖拉机、内燃机少数大批量生产企业外协率达到50%左右外， 其他企业多数低于30%。中国机械制造业的技术进步速度与对产值增长的贡献率，总体上略高于全国的技术进步速度及其对

21、GDP 增长的贡献率。但是，与发达国家相比，中国机械制造业技术进步速度与贡献率偏低。 1998 年，中国机械制造业技术进步对产值增长速度的贡献率只有34%，西方国家一般都在60以上；新产品产值率不到30%，西方国家在50%以上；机床产值数控化率，中国只有25%左右，日本已达70%；中国机械制造业技术开发经费占销售收入的比重为 1.78%，技术开发人员占职工比重，也明显低于发达国家。机械制造业整体设计和制造技术落后，产品多为中低档次。 4、中国机械制造业的现代化水平指数 根据我们确定的“中国制造业现代化水平指数”衡量机械制造业的现代化水平，可以看到，我国与发达国家的先进制造业相比 差距还是非常大

22、的。机械制造业人均生产率只有美国的3%，增加值率为发达国家的60% 左右，整体效率指数约为23.5%。从结构指数衡量，中国机械制造业的设备更新度约为发达国家的60%，先进机械产品的贸易竞争指数由-10%降到-25%，费用和技术贡献率仅为发达国家的50%60%，产业组织结构指数更低一些，协作水平大约为日本的 25%。机械制造业由于生产厂点多、批量小， 耗能耗材多，污染量大。机械制造业污染物排放量占到全国工业的1/6。近年来环保水平有所提高，但也只是部分具有一定规模的企业能达到机械制造业生产的逐步清洁化、 绿色化，与发达国家相比差距很大，若能达到发达国家的50%60%左右的水平就是一个相当理想的水

23、平。五、机械制造技术未来发展趋势1、制造技术自动化 自动化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。如采用自动送料装置的冷冲压模具，加工精度和生产效率均较高，而且 期效益明显。 2、纳米制造科技 纳米制造技术作为纳米技术的中心之一，是融合其它各种学科的基本“艺术”， 它不仅为纳米科学各个领域的研究和拓展提供强有力的支撑，而且是未来纳米产业的支柱。他的其中一个研究方面就是研究和发展极限紫外光刻技术。他有可能使线宽小于20纳米，由此将现有的半导体CMOS 工艺推进至材料的极。 3、生物制

24、造与仿生机械的科学与技术模仿生物的形态、结构和控制原理设计制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械。他是对传统制造技术理念上的突破和创造。 4、绿色制造技术 其目的是使产品在设计、制造、装配、 运输、销售及使用的整个过程中做到资源的优化利用、清洁生产和废弃物的最少化及综合利用。其中的重要组成部分就是实现切削加工的绿色化。其核心则是在加工中不使用切削液，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康。目前，在欧洲的大批量机械加工中，有10、15的加工使用干切削和准干切削。 结论 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，也是国际中科技竞争的重点。我国正处于经济发展的关键时期，机械

25、制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上机械制造技术的世界发展潮流，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。总之，我国研究发展最前沿的机械制造技术势在必行。六、我国机械制造技术的发展方向 先进制造技术是制造技术的最新发展阶段，是由传统的制造技术发展起来 的，既保持了过去制造技术中的有效要素，又要不断吸收各种高新技术成果， 并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。 20 世纪80 年代，随着扫描显微镜的发明和使用，人类认识世界和改造世 界的能力进入纳米尺度，纳米技术是指实现纳米级精度，是一种在纳米尺度上 研究原子和分子结构，物质特

26、性及相互作用与运动，并运用这种技术为人类服 务的高新技术，纳米技术对制造业产生了很大的影响，其应用范围将非常广泛， 包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米装配技术和纳米测量技术等。 超精密加工的加工精度在2000 年已达到纳米级，在21 世纪初开发的分子 束生长技术、离子注入技术和材料合成、扫描隧道工程（STE）可使加工精度达 到0.00030.0001 m，现在精密工程 正向其终极目标原子级精度的加 工逼近，也就是说，可以做到移动原子级别的加工。 现代机械制造技术的发展主要表现在两个方向上：一是精密工程技术，以超精密加工的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表，将进入微型机械电子技 术和微型机器人

27、的时代；二是机械制造的高度自动化，以CIMS 和敏捷制造等的 进一步发展为代表。 1. 精密成形技术成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等。精密成形技术包括：精密铸造（湿膜精密成形铸造、刚型精密成形铸造、高精度造芯）、 精密锻压（冷湿精密成形、精密冲裁）、精密热塑性成形、精密焊接与切割等。 2.无切削液加工无切削液加工的主要应用领域是机械加工行业，无切削液加工简化了工艺、减少了成本并消除了冷却液带来的一系列问题，如废液排放 和回收等等。 3.快速成形技术快速原型零件制造技术（RPM），其设计突破了传统加工技 术所采用的材料去除的原则，而采用添加、累积的原理。其代表性技术有分层 实体制造（LOM

28、），熔化沉积制造（FDM）等等。随着技术、经济、信息、营销的全球化，我国加入 WTO，纵观 21 世纪的制造业的发展趋势，可用两化来概括，即全球化、虚拟化： 1、全球化 制造的全球化可以说是 21 世纪机械制造业自动化最重要的发展趋势。近年来，在各种工业领域中，国际化经营不仅成为大公司而且已是中小规模企业取得成功的重要因素。这一方面，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，由于网络通讯技术的快速发展，提供了技术信息交

29、流、产品开发和经营管理的国际化手段，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、标准化和集成化。 由于网络通讯技术的迅速发展和普及， 正在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 10地或跨越国界进行，实现制造的全球化。第二个技术基础是集成化与标准化。异地制造实际上是实现产品信息集成、功能集成、过程集成和企业集成。实现集成的基础与关键是标准化，可以说没有标准化就没有全球化。 2、虚拟化 虚拟化是指设计过程中的拟实技术和制造过程中的虚拟技术。 虚拟化可以大大加快产品的开发速度和减少开发的风险。 产品设计中的拟实技术指面向产品的结构和性能分析技术， 以优化产品本身性能和成本为目标，包括产品的运动仿真和干涉检验、动力学分析、造型设计、人机工程学分析、强度和刚度有限元计算等。制造过程中的虚拟技术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、