先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

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隨著市場需求個性化與多樣化，未來先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化的方向發(fā)展。

在21世紀(jì)中，隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，隨著市場需求個性化與多樣化，未來先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化的方向發(fā)展。

當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢大致有以下幾個方面：

1、信息技術(shù)對先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展起著越來越重要的作用

信息化是當(dāng)今社會發(fā)展的趨勢，信息技術(shù)正在以人們想象不到的速度向前發(fā)展。信息技術(shù)也正在向制造技術(shù)注入和融合，促進(jìn)著制造技術(shù)的的不斷發(fā)展。可以說先進(jìn)制造技術(shù)的形成與發(fā)展，無不與信息技術(shù)的應(yīng)用與注入有關(guān)。它使制造技術(shù)的技術(shù)含量提高，使傳統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)生質(zhì)的變化。信息技術(shù)對制造技術(shù)發(fā)展的作用目前已占第一位。在21世紀(jì)對先進(jìn)制造技術(shù)的各方面發(fā)展將起著更重要的作用。

信息技術(shù)促進(jìn)著設(shè)計技術(shù)的現(xiàn)代化，加工制造的精密化、快速化，自動化技術(shù)的柔性化、智能化，整個制造過程的網(wǎng)絡(luò)化、全球化。各種先進(jìn)生產(chǎn)模式的發(fā)展，如CIMS、并行工程、精益生產(chǎn)、靈捷制造、虛擬企業(yè)與虛擬制造，也無不以信息技術(shù)的發(fā)展為支撐。

2、設(shè)計技術(shù)不斷現(xiàn)代化

產(chǎn)品設(shè)計是制造業(yè)的靈魂?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是：
（1）設(shè)計手段的計算機化
在實現(xiàn)了計算機計算、繪圖的基礎(chǔ)上，當(dāng)前突出反映在數(shù)值仿真或虛擬現(xiàn)實技術(shù)在設(shè)計中的應(yīng)用，以及現(xiàn)代產(chǎn)品建模理論的發(fā)展上，并且向智能化設(shè)計方向發(fā)展。

（2）新的設(shè)計思想和方法不斷出現(xiàn)
如并行設(shè)計、面向“X”的設(shè)計（Design For X－－DFX）、健壯設(shè)計（Robust Design）、優(yōu)化設(shè)計Optimal Design）、反求工程技術(shù)（Revese Engineering）等。

（3）向全壽命周期設(shè)計發(fā)展
傳統(tǒng)的設(shè)計只限于產(chǎn)品設(shè)計，全壽命周期設(shè)計則由簡單的、具體的、細(xì)節(jié)的設(shè)計轉(zhuǎn)向復(fù)雜的總體的設(shè)計和決策，要通盤考慮包括設(shè)計、制造、檢測、銷售、使用、維修、報廢等階段的產(chǎn)品的整個生命周期。

（4）設(shè)計過程由單純考慮技術(shù)因素轉(zhuǎn)向綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟和社會因素
設(shè)計不只是單純追求某項性能指標(biāo)的先進(jìn)和高低、而是注意考慮市場、價格、安全、美學(xué)、資源、環(huán)境等方面的影響。

3、成形及改進(jìn)制造技術(shù)向精密、精確、少能耗、無污染方向發(fā)展

成形制造技術(shù)是鑄造、塑性加工、連接、粉末冶金等單元技術(shù)的總稱。展望21世紀(jì)，成形制造技術(shù)正在從制造工件的毛坯、從接近零件形狀（ Near Net Shape Proccess）向直接制成工件精密成形或稱凈成形（ Net Shape Proccess）的方向發(fā)展。據(jù)國際機械加工技術(shù)協(xié)會預(yù)測，到下世紀(jì)初，塑性成形與磨削加工相結(jié)合，將取代大部分中小零件的切削加工。改性技術(shù)主要包括熱處理及表面工程各項技術(shù)。主要發(fā)展趨勢是通過各種新型精密熱處理和復(fù)全處理達(dá)到零件性能精確、形狀尺寸精密以及獲得各種特殊性能要求的表面（涂）層，同時大大減少能耗及完全消除對環(huán)境的污染。

4、加工制造技術(shù)向著超精密、超高速以及發(fā)展新一代制造裝備的方向發(fā)展

（1）超精密加工技術(shù)
目前加工精度達(dá)到0．025μm，表面粗糙度達(dá)0．0045μm，已進(jìn)入納米級加工時代。超精切削厚度由目前的紅外波段向可見光波段甚至更短波段近；超精加工機床向多功能模塊化方向發(fā)展；超精加工材料由金屬擴大到非金屬。

（2）超高速切削
目前鋁合金超高速切削的切削速度已超過1600m/min，鑄鐵為1500m/min，超耐熱鎳合金為300m/min，鈦合金200m/min。超高速切削的發(fā)展已轉(zhuǎn)移到一些難加工材料的切削加工。

（3）新一代制造裝備的發(fā)展
市場競爭和新產(chǎn)品、新技術(shù)、新材料的發(fā)展推動著新型加工設(shè)備的研究與開發(fā)，其中典型的例子是“并聯(lián)桁架式結(jié)構(gòu)數(shù)控機床”（或俗稱“六腿”機床）的發(fā)展。它突破了傳統(tǒng)機床的結(jié)構(gòu)方案，采用六個軸長短的變化，以實現(xiàn)刀具相對于工件的加工位姿的變化。

5、工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué)，工藝模擬技術(shù)得到迅速發(fā)展

先進(jìn)制造技術(shù)的一個重要發(fā)展趨勢是，工藝設(shè)計由經(jīng)驗判斷走向定量分析，加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué)。

熱加工過程的數(shù)值模擬與物理模擬是一個重要的發(fā)展方向，是使熱加工工藝由技藝走向科學(xué)的重要標(biāo)志。應(yīng)用數(shù)值模擬于鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等工藝設(shè)計中，并與物理模擬和專家系統(tǒng)相結(jié)合，來確定工藝參數(shù)，優(yōu)化工藝方案，預(yù)測加工過程中可能產(chǎn)生的缺陷及應(yīng)采取的防止措施，控制和保護(hù)加工工件的質(zhì)量。采用這種科學(xué)的模擬技術(shù)并與少量的實驗驗證結(jié)合，以代替過去一切都要通過大量重復(fù)實驗的方法，不僅可以節(jié)省大量的人和物力，而且還可以通過數(shù)值模擬來解決一些目前無法在實驗室進(jìn)行直接研究的復(fù)雜問題

工藝模擬也發(fā)展并應(yīng)用于金屬切削加工過程、產(chǎn)品設(shè)計過程。最新的進(jìn)展是在并行工程環(huán)境下，開展虛擬成形制造，使得在產(chǎn)品的設(shè)計完成時，成形制造的準(zhǔn)備工作（如鑄造）也同時完成。

6、專業(yè)、學(xué)科間的界限逐漸淡化、消失

先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，在冷熱加工之間，加工、檢測、物流、裝配過程之間，設(shè)計、材料應(yīng)用、加工制造之間，其界限均逐漸淡化，逐步走向一體化。例如，CAD、CAPP、CAM的出現(xiàn)，使設(shè)計、制造成為一體；精密成形技術(shù)的發(fā)展，使熱加工可能直接提供接近最終形狀、尺寸的零件，它與磨削加工相結(jié)合，有可能覆蓋大部分零件的加工，淡化了冷熱加工的界限；快速原型／零件制造（Rapid Prototyping/Parts Manufacturing－－RPM）技術(shù)的產(chǎn)生，是近20年制造領(lǐng)域的一個重大突破，它可以自動而迅速地將設(shè)計思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型或直接制造零件，淡化了設(shè)計、制造的界限；機器人加工工作站及FMS的出現(xiàn)，使加工過程、檢測過程、物流過程融為一體；現(xiàn)代制造系統(tǒng)使得自動化技術(shù)與傳統(tǒng)工藝密不可分；很多新材料的配制與成型是同時完成的，很難劃清材料應(yīng)用與制造技術(shù)的界限。這種趨勢表現(xiàn)在生產(chǎn)上是專業(yè)車間的概念逐漸淡化，將多種不同專業(yè)的技術(shù)集成在一臺設(shè)備、一條生產(chǎn)線、一個工段或車間里的生產(chǎn)方式逐漸增多。

7、綠色制造將成為21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征

日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源的約束，使綠色制造業(yè)顯得越來越重要，它將是21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征，與此相應(yīng)，綠色制造技術(shù)也將獲得快速的發(fā)展。主要體現(xiàn)在：
（1）綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù) 使產(chǎn)品在生命周期符合環(huán)保、人類健康、能耗低、資源利用率高的要求。
（2）綠色制造技術(shù) 在整個制造過程，使得對環(huán)境負(fù)面影響最小，廢棄物和有害物質(zhì)的排放最小，資源利用效率最高。綠色制造技術(shù)主要包含了綠色資源、綠色生產(chǎn)過程和綠色產(chǎn)品三方面的內(nèi)容。
（3）產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造 例如，汽車等產(chǎn)品的拆卸和回收技術(shù)，以及生態(tài)工廠的循環(huán)式制造技術(shù)。它主要包括生產(chǎn)系統(tǒng)工廠－－致力于產(chǎn)品設(shè)計和材料處理、加工及裝配等階段，恢復(fù)系統(tǒng)工廠－－主要對產(chǎn)品（材料使用）生命周期結(jié)束時的材料處理循環(huán)。

8、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在制造業(yè)中獲得越來越多的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality Technology）主要包括虛擬制造技術(shù)和虛擬企業(yè)兩個部分。

虛擬制造技術(shù)將從根本上改變了設(shè)計、試制、修改設(shè)計、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型（Soft Prototype）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品（Hard Prototype）進(jìn)行試驗，對其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測和評價，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場變化的能力。

虛擬企業(yè)是為了快速響應(yīng)某一市場需求，通過信息高速公路，將產(chǎn)品涉及到的不同企業(yè)臨時組建成為一個沒有圍墻、超越空間約束、靠計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、統(tǒng)一指揮的合作經(jīng)濟實體。虛擬企業(yè)的特點是企業(yè)的功能上的不完整、地域上的分散性和組織結(jié)構(gòu)上的非永久性，即功能的虛擬化、組織的虛擬化、地域的虛擬化。

9、信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合，先進(jìn)制造生產(chǎn)模式獲得不斷發(fā)展

制造業(yè)在經(jīng)歷了少品種小批量－－少品種大批量、－－多品種小批量生產(chǎn)模式的過渡后，70年代、80年代開始采用計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）進(jìn)行制造的柔性生產(chǎn)的模式，并逐步向智能制造技術(shù)（IMT）和智能制造系統(tǒng)（IMS）的方向發(fā)展。精益生產(chǎn)（LP）、靈捷制造（AM）等先進(jìn)制造模式相繼出現(xiàn)，預(yù)計21世紀(jì)初，先進(jìn)制造模式必將獲得不斷發(fā)展。

上述幾種先進(jìn)制造生產(chǎn)模式的進(jìn)展，主要體現(xiàn)了以下五個轉(zhuǎn)變：

1）從以技術(shù)為中心向以人為中心轉(zhuǎn)變；
2）從金字塔式的多層次生產(chǎn)向扁平的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變；
3）從傳統(tǒng)的順序工作方式向并行工作方式轉(zhuǎn)變；
4）從按功能劃分部門的固定組織形式向動態(tài)的、自主管理的小組工作組織形式轉(zhuǎn)變；
5）從質(zhì)量第一的競爭策略向快速響市場的競爭策略轉(zhuǎn)變。

來源：中國機械網(wǎng)