先進制造技術在制造業中的應用

劉春杰

（保定職業技術學院機電工程系，河北 保定 071000）

1 先進制造技術的含義

先進制造技術(Advanced Manufacturing Technolo?gy),是指集機械工程技術、電子技術、自動化技術、信息技術等多種技術為一體所產生的技術、設備和系統的總稱。人們往往用AMT來概括由于微電子技術、自動化技術、信息技術等給傳統制造技術帶來的種種變化與新型系統。先進制造技術主要包括計算機輔助設計、計算機輔助制造、集成制造系統等[1]。

2 先進制造技術的特點

與科學技術的發展和人類社會的進步相適應，先進制造技術的發展將具有以下三個特點。

2.1 制造科學理論體系不斷完善

現代制造正從技藝、技術走向科學，“數字化”將是建立制造科學理論體系的關鍵，它將貫穿包含設計、制造和控制等整個制造過程的數字化，如制造中從幾何量、控制量的數字化到物理量、知識、經驗的數字化等；“虛擬化”將在產品制造、制造系統運行全過程中廣泛應用，是使預測和評價科學化的重要手段；“集成化”將使制造技術和管理更加深入和廣泛的融合，其本質是知識與信息的集成；“網絡化”可為制造企業的設計、生產、管理與營銷等提供跨地域的運行環境，使制造業走向全球化、整體化和有序化；“智能化”將顯著提高制造企業、系統和單元（裝備）適應環境的能力，對海量和不完整信息的處理能力，相互間主動協調和協同能力。運作的自律性、組織結構的柔性、響應的敏捷性是智能化的典型特征，也是制造科學理論的重要特色。加工精度的“精密化”、加工尺度“細微化”、加工要求和條件的“極限化”都是當今制造科學與技術發展研究的焦點[2]。

2.2 先進制造技術與其他相關科學的交叉融合

制造科學與生命科學、生物學交叉的生物制造、仿生制造將得到較大的發展；精微制造的機理和控制技術將得益于與量子力學、材料科學、微電子科學等的深度融合；數字制造、智能制造的發展將更加依賴于與現代數學、系統科學、管理科學的綜合。

2.3 綠色制造將是先進制造技術發展的重點

人類社會的發展必將走向與自然界的和諧。制造必須充分保護自然環境，保護社會環境、生產環境和生產者的身心健康。制造必然要走“綠色”之路，這是實現國民經濟可持續發展的重要條件。

3 先進制造技術在機械制造業中的應用

在機械制造的整個過程中，無論是在產品的設計開發、還是在產品生產制造或是經營管理中都能充分利用先進制造技術。

3.1 企業生產方式發生重大變革

由于先進制造技術的應用，現代機械制造企業逐步改變了傳統觀念，在生產組織方式上發生了5個轉變：1）從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變；2）從金字塔式的多層次生產管理結構向扁平的網絡結構轉變；3）從按功能劃分部門的固定組織形式向動態、自主管理的小組工作組織形式轉變；4）從質量第一的競爭策略向快速響應市場的競爭策略轉變；5）從以技術為中心向以人為中心轉變。

3.2 先進制造工藝以及自動化技術的形成和發展

在整個機械制造的過程中，工藝過程是最主要的過程。由于機械制造業本身的需要，形成和發展了許多先進的制造工藝及自動化技術。從而充實、發展了整個先進制造技術群，帶動了其他制造業的發展。

3.2.1 毛坯制造工藝

毛坯制造是機械制造工藝的基礎和前提。近幾年，出現了許多先進的制造工藝及技術。鑄造方面出現了一套精密潔凈鑄造成形工藝，例如，外熱風沖天爐熔煉、處理、保護成套技術；鋼液精煉與保護技術；高效金屬型鑄造工藝及設備；氣化模鑄造工藝與設備等。鍛壓方面出現了精確高效塑性成型技術，主要有熱精鍛生產線成套技術，冷溫成型成套技術，輥鍛和楔橫軋成形技術，精密沖裁工藝及設備等，焊接與切割方面出現了新型焊接電源及控制技術，激光焊接技術，微連接技術，數控切割技術等。

3.2.2 機械加工工藝

機械加工是機械制造工藝過程的主要組成部分，在這方面的趨勢是向高效、高精度方向發展。主要有精密加工和超精密加工，高速切削與超高速磨削，復雜型面的數控加工，游離磨料的高效加工等。

3.2.3 自動化技術

制造自動化技術是在制造過程的所有環節采用自動化技術，實現制造全過程的自動化；是研究對制造過程的規劃、運作、管理、組織、控制與協調優化等的自動化的技術，以使產品制造過程實現高效、優質、低耗、及時和潔凈的目標。在機械制造過程中，除了發展應用先進制造工藝以外，自動化技術的發展與應用是另一大特征。這些自動化技術包括CAD，CAM集成、機床數控技術、工業機器人、柔性制造技術、傳感技術、計算機集成制造技術、自動檢測及信號識別技術等。

4 先進制造技術的發展趨勢

4.1 精密化

精密加工、特種加工、超精密加工技術、微型機械是現代化機械制造技術發展的方向之一。精密和超精密加工技術包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特種加工和復合加工(如機械化學研磨、超聲磨削和電解拋光等)三大領域。超精密加工技術己向納米(l nm=10-3μm)技術發展。納米技術己在納米機械學、納米電子學和納米材料技術得到了應用。因此，它促進了機械科學、光學科學、測量科學和電子科學的發展[3]。

在現代超精密機械中，對精度要求極高，如人造衛星的儀表軸承，其圓度、圓柱度、表面粗糙度等均達納米級；基因操作機械，其移動距離為納米級，移動精度為0.1 nm。細微加工、納米加工技術可達納米以下的要求，如離子束加工可達納米級，借助于掃描隧道顯微鏡（STM）與原子力顯微鏡的加工，則可達0.1 nm。

4.2 自動化

自動化技術自20世紀初出現以后，經歷了由剛性自動化向柔性自動化的發展過程，自動化技術的成功應用，不但提高了效率，保證了產品質量，還可以代替人去完成危險場合的工作。對于批量較大的生產自動化，可通過機床自動化改裝、應用自動機床、專用組合機床、自動生產線來完成。小批量生產自動化可通過NC、MC、CAM、FMS、CIM、IMS等來完成。在未來的自動化技術實施過程中，將更加重視人在自動化系統中的作用。

4.3 信息化

信息、物質和能量是制造系統的三要素。產品制造過程中的信息投入，己成為決定產品成本的主要因素。制造過程的實質是對制造過程中各種信息資源的采集、輸入、加工和處理過程，最終形成的產品可看作是信息的物質表現，因此可以把信息看作是一種產業，包括在制造之中。為此，一些企業開始利用網絡技術、計算機聯網、信息高速公路、衛星傳遞數據等實現異地生產，使生產分散網絡化，以適應高柔性生產的需要[4]。

4.4 柔性化

隨著科學技術的飛速發展和人民生活水平不斷提高，促使產品更新換代的速度不斷加快，這就要求現代企業必須具備一定的生產柔性來滿足市場多變的需要。所謂柔性，是指一個制造系統適應各種生產條件變化的能力，它與系統方案、人員和設備有關。系統方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人員柔性是指操作人員能保證加工任務，完成數量和時間要求的適應能力。設備柔性是指機床能在短期內適應新零件的加工能力。

4.5 集成化

集成是綜合自動化的一個重要特征。集成的作用是將原來獨立運行的多個單元系統集成一個能協調工作的和功能更強的新系統。集成不是簡單的連接，是經過統一規劃設計，分析原單元系統的作用和相互關系并進行優化重組而實現的。集成化的目的是實現制造企業的功能集成，功能集成要借助現代管理技術、計算機技術、自動化技術和信息技術實現技術集成，同時還要強調人的集成，由于系統中不可能沒有人，系統運行的效果與企業經營思想、運行機制、管理模式都與人有關，因此在技術上集成的同時，還應強調管理與人的集成[5]。

4.6 智能化

智能化是制造技術的發展趨勢之一。智能制造技術(IMT)是將人工智能融入制造過程的各個環節，在整個制造過程中貫徹智力活動，使系統柔性的方式集成起來，通過模擬人類專家的智能活動，取代或延伸制造系統中的部分腦力勞動，在制造過程中系統能自動監測其運行狀態，在受到外界干擾或內部激勵能自動調整其參數，以達到最佳狀態和具備自組織能力。

5 結束語

制造業是國家經濟和綜合國力的基礎，被稱為“立國之本”。先進制造技術是現代制造業的關鍵技術，已經成為一個國家綜合實力和科技發展的重要標志，為提高一個國家的國際地位起著舉足輕重的作用。經過近幾年的發展，我國的制造工業己經取得了長足的進步，但和先進國家相比還存在很大差距。主要表現在：技術投入相對不足，原有技術基礎和研究開發能力薄弱，制造業產品落后，技術水平低，信息含量少，更新換代慢，以及市場營銷、經營管理、人才素質相對落后，缺乏國際竟爭能力等方面。

[1] 朱江峰，黎震.先進制造技術[M].北京：北京理工大學出版社，2007：1-5.

[2] 向大學.先進制造技術的研究現狀及發展方向[J].機電技術，2011(3)：171-173.

[3] 劉曉玲，董平.先進制造技術的發展趨勢及其關鍵技術[J].機械制造與自動化，2008，37(2)：1-3．

[4] 吳良芹.先進制造技術及其發展[J].機械制造與自動化，2009，38(1)：84-86．

[5] 王俊峰，張所地.先進制造技術的發展趨勢研究[J].山西財經大學學報，2009，31(1)：14-15．