先進制造技術及發展范文

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第1篇

【關鍵詞】先進制造技術；特點；發展趨勢

隨著計算機技術、自動化控制技術和現代科學技術的高速發展及交叉融合，產生了要求高精度、高速度、多功能、復合型、安全環保、智能化的先進制造技術理念，與傳統的機械制造技術相比，先進制造技術是綜合了機械制造技術、計算機技術、電子技術、智能技術、網絡技術等先進技術的總稱。

一、先進制造技術的特點

1.先進制造技術涉及到產品從市場調研、產品開發及工藝設計、生產準備、加工制造、售后服務等產品壽命周期的所有內容，它的目的是提高制造業的綜合經濟效益和社會效益，是面向工業應用的技術。

2.先進制造技術強調計算機技術、信息技術、傳感技術、自動化技術、新材料技術和現代系統管理技術在產品設計、制造和生產組織管理、銷售及售后服務等方面的應用。它駕馭生產過程的物質流、能量流和信息流，是生產過程的系統工程。

3.80年代以來，隨著全球市場競爭越來越激烈，先進制造技術要求具有世界先進水平，它的競爭已經從提高勞動生產率轉變為以時間為核心的時間、成本和質量的三要素的競爭，因此它是面向全球競爭的技術。

4.先進制造技術的最新發展階段保持了過去制造技術的有效要素，同時吸收各種高新技術成果，滲透到產品生產的所有領域及其全部過程，從而形成了一個完整的技術群，具有面向21世紀新的技術領域。

二、先進制造技術發展方向

近年來，計算機技術、自動控制理論、數控技術、機器人、CAD/CAM技術、CIM技術以及網絡通信技術等在內的信息自動化技術的迅猛發展，為先進制造技術的發展和應用提供了日益增多的高效能手段。

（一）工業應用的技術，機械、電子、信息、材料及能源技術成果，綜合應用于制造過程。

1.數控技術（Numerical Control），簡稱數控（NC），是用數字量及字符作為加工的指令，實現自動控制的技術。目前數控一般采用通用或專用計算機實現數字程序控制，因此也稱為計算機數控技術（Computer Numerical Control），簡稱CNC，數控技術在國外一般都稱為CNC。數控技術的核心是數字控制技術，用計算機來對輸入的指令進行存儲、譯碼、計算、邏輯運算，并將處理的信息轉換為相應的控制信號，控制運動精度較高的驅動元件，使之按編程人員設定的運動軌跡來高效加工，從而徹底克服了傳統機械加工的缺點。

2.計算機輔助設計與制造（CAD/CAM），是計算機輔助設計（Computer Aided Design）簡稱CAD，與計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing）簡稱CAM相結合而組成的系統，依托強大軟件來完成產品設計中的建模、解算、分析、虛擬模擬、加工模擬、制圖、數控編程、編制工藝文件等工作。

3.特種加工技術，傳統機械切削加工的本質為：刀具材料比工件更硬，用機械能把工件上多余的材料切除，零件的形狀由機床的成型運動產生。但是，隨著生產發展和科學實驗的需要，很多工業部門，要求尖端科學技術產品向高精度、高速度、耐高溫、小型化和結構復雜化等方向發展。尺寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求越來越高，工件材料越來越硬，加工表面越來越復雜，傳統的加工方法已不能滿足生產的需要，人們探索利用電、磁、聲、光、化學等能量或將多種能量組合施加在工件的被加工部位，實現材料去除、變形、改變性能或被鍍覆等非傳統加工方法，這些方法統稱為特種加工。

（二）制造業綜合自動化，信息技術、自動化技術、現代企業管理技術的有機結合。

1.機器人技術，計算機控制的可再編程的多功能操作器，又稱工業機器人。它能在三維空間內完成多種操作。機器人技術綜合了計算機、控制論、機構學、信息、傳感技術、人工智能和仿生學等多學科而形成的高新技術。

目前機器人大致分為兩大種，工業機器人（或稱機械手）是機器人的一種，它是由關節元件、末端執行器、機身和控制裝置所組成，具有類似人的動作的功能；另一種由于安裝有感覺元件和遙感元件，分析計算機及行走裝置，具有感覺、觸覺、分析、判斷、決策和行走的功能而稱為智能機器人。

2.成組技術，人們用大批量生產的組織形式以高效的生產設備、高效的工藝技術去制造單件小批的零件，降低生產成本，成組技術（Group Technology簡稱GT）就應運而生。成組技術就是應用相似性原理，在多品種產品的生產中將相似零件組織在一起進行生產，使組內零件近似為原來的單一品種的大批量，或者變單件、小批生產為批量生產，按照批量生產的生產組織、管理技術來進行生產。

3.柔性制造系統（FMS-Flexible Manufacturing System），是以計算機為控制中心實現自動完成工件的加工、裝卸、運輸、管理的系統。它具有在線編程、在線監測、修復、自動轉換加工產品品種的功能。一個柔性制造系統概括為以下三部分組成，即：加工系統、物料儲運系統和計算機控制的信息流系統。

柔性制造系統具有：高柔性，在線編程使計算機響應進行控制高自動化設備工作；高效率，合理控制設備的切削用量實現高效加工，減小輔助時間和準備、終結時間；高度自動化，工件的加工、裝配、檢驗、搬運、倉庫存取完全由自動化程度高的設備來完成；柔性化生產大大減少操作人員、機床數目，提高機床利用率，縮短生產周期、降低產品成本、降低庫存、減少流動資金、縮短資金流動周期，因此可取得較高的綜合經濟效益。

三、系統管理技術，制造業綜合自動化、過程工業綜合自動化、系統技術等綜合應用于制造全過程，實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，獲得理想技術經濟效果

1.并行工程（Concurrent Engineering），簡稱（CE）是對產品及其設計過程和制造過程進行并行、集成設計的一種系統化工作模式，這種模式使產品開發人員從一開始就考慮到從概念形成到產品報廢的全生產周期中的所有因素，包括加工的質量、成本、進度和產品的技術性能及使用性能需求等，減少加工制造中可能出現的問題，加速產品開發過程，縮短開發周期。并行工程的最大特點是利用計算機的仿真技術，用上、下游共同決策方式，在計算機上進行產品整個生命周期各個階段的設計。

2.虛擬制造（Virtual Manufacturing），簡稱（VM）利用計算機技術、建模技術、信息處理技術、仿真技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真模擬，以發現設計或制造中出現的問題，在產品實際生產前就改進完成，省略了產品的開發研制階段，達到降低設計和生產成本，縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。

3.計算機集成制造系統（Computer Integrated Manufacturing Systen），簡稱（CIMS）是在自動化技術、信息技術及制造技術的基礎之上，通過計算機網絡及數據庫，將分散的自動化系統有機的集成起來，完成從原材料采購到產品銷售的一系列生產過程的高效益、高柔性的先進制造系統。系統包含技術應用系統：工程設計與制造系統、管理信息系統、制造自動化系統、質量保證系統和支撐系統：數據庫系統、通訊網絡保障系統。

現階段我國先進制造技術與先進國家相比還有一定的差距，但隨著國家對先進制造技術加大扶持力度，我國制造技術會更加進步。

參考文獻

[1]韓秋實.機械制造技術基礎[M].機械工業出版社，2006

第2篇

2001年中國成為世貿組織成員，此后大量外商進入國內市場，對我國制造業的沖擊也是不言而喻。相對其他產業而言，我國的制造業是發展最快、國際競爭力較強的產業之一。隨著市場競爭的日趨激烈化，國內企業相繼以生產規模，成本、產品質量和產品快速交付為經營目標，為實現企業的經營目標，企業不得不提升自身的核心競爭力，正因為如此先進制造工藝應運而生。

1.先進制造工藝技術的定義、內涵、發展現狀

1.1定義

先進制造工藝技術是機械制造工藝不斷變化和發展后形成的工藝技術，包括常規工藝經優化后的工藝，以及不斷出現和發展的新型加工方法。

1.2內涵

主要技術體系由先進成型加工、現代表面工程等技術所構成，前者即是在成形學指導下研究與開發產品創造的技術、方法和程序。

1.3先進制造工藝技術發展現狀

因為先進制造工藝是在不斷變化和發展的傳統機械制造工藝基礎上逐漸形成的一種制造工藝技術。其發展主要表現在以下幾個方面：

（1）制造加工精度不斷提高；

（2）切削加工速度迅速提高；

（3）新型材料的應用促使了制造工藝的提升和變革；

（4）零件毛坯成形在向少無余量發展；

（5）優質清潔表面工程技術的形成和發展[3]。

2.先進制造工藝技術應用――壓力鑄造技術

2.1壓鑄技術

壓力鑄造是近代金屬加工工藝中，發展較快的一種先進的鑄造方法。當液態金屬或半固體金屬液在高速高壓作用下射入模具型腔內，通過模具保壓、冷卻結晶直至凝固，從而形成半成品或成品。它具有生產效率高、經濟性優良、產品尺寸精度高和互換性好等特點。在現代制造業得到廣泛應用和迅速的發展，壓鑄件已成為許多產品的重要組成部分。隨著國民經濟水平的提升，汽車、摩托車、手機通信、家用電器和五金等行業的進入飛速發展期，壓鑄件的功能和應用領域不斷擴大，壓鑄技術也在不斷發展，壓鑄合金品質不斷提高。

2.2壓鑄件的結構工藝性

（1）消除內側凹，保證醫鑄件從壓型中順利取出。

（2）可鑄出細小的螺紋、孔、齒和文字等，但有一定的限制。

（3）壓鑄件適宜的壁厚為：鋅合金為1～4mm，鋁合金為1.5～5mm，銅合金為2～5mm。

（4）對于復雜而無法取芯的鑄件或局部有特殊性能（如耐磨、導電、導磁和絕緣等）要求的鑄件，可采用嵌鑄法，把鑲嵌件先放在壓型內，然后和壓鑄件鑄合在一起[2]。

2.3壓力鑄造技術的特點

在壓力鑄造中，金屬液在高壓力下填充型腔，并在更高的壓力下結晶凝固，常見的壓力為15―50MPa。金屬液以高速充填型腔，通常在O.5～7米/秒，部分還可以超過8米/秒，充型時問僅為O.01～O.20 s。正是由于這種特殊充型方式及凝固方式，導致壓力鑄造具有自身獨特的特點。

（1）高壓和高速充型：可以得到薄壁、形狀復雜但輪廓清晰的鑄件。如鋁合金壓鑄件的最小壁厚可為0.5『ⅢD，最小鑄出孔直徑為0.7『ⅢD。鑄件的壁厚通常在1～6 m之間，小鑄件可以做得更薄，而大鑄件的壁可以更厚。

（2）鑄件精度高、尺寸穩定、加工余量少、表面光潔。加工余量一般在0.2～0.5 IIIII，表面粗糙度在R。3.2 uⅢ以下。一般只要對零件進行少量加工便可進行裝配，有的零件甚至無須機械加工就能直接裝配使用。

（3）鑄件組織致密、具有較好的力學性能。由于鑄件在壓力作用下凝固，所獲得的晶粒細小，所以鑄件組織十分致密，強度較高。由于激冷造成鑄件表面硬化，形成約0.3～O.5 IIIn的硬化層，鑄件表現出良好的耐磨性。

（4）生產效率高。壓力鑄造的生產周期短，一次操作的循環時間約5 s～3 min，可實現半自動化及自動化生產，壓力鑄造是所有鑄造方法中生產效率最高的。

（5）壓力鑄造采用鑲鑄法可以省去裝配工序并簡化制造工藝。鑲鑄的材料一般為鋼、鑄鐵、銅、絕緣材料等，鑲鑄體的形狀有圓形管狀、薄片等。利用鑲鑄法可制作出有特殊要求的鑄件[1]。 2.4壓力鑄造的應用 壓力鑄造應用廣泛，可用于生產鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅合金等鑄件。

應用壓鑄件最多的是汽車制造業，其次為儀表和電子儀器工業。此外，在農業機械、國防工業、計算機、醫療器械等制造業中，壓鑄件也用得較多。

2.5我國壓鑄技術展望

（1）新型壓射控制系統研發；如壓鑄機的實時控制系統，采用伺服閥與PLC相結合控制。保證壓射過程的穩定性和再現性

（2）發展新的壓鑄工藝：消除鑄件氣孔，如真空壓鑄

（3）開發新的壓鑄合金材料：如金屬基復合材料，鎂合金，高鋁鋅基合金。

（4）開發ChD/C～/CAM系統

3.先進制造工藝技術發展趨勢

（1）品質優良、生產高效、低能耗，操作靈捷、環境潔凈是機械制造業永恒的追求目標，也是先進制造工藝技術的發展目標。

（2）先進精密超精密加工技術、特種加工技術、超高速切削及超高速磨削技術、微型機械加工技術、新一代制造裝備技術及虛擬制造技術等。

（3）精密鑄造、精確塑性成形總體上向“凈成形”目標邁進。

（4）激光表面合金化和熔覆工藝日趨成熟。

（5）快速原型制造技術更加精密化。

（6）計算機模擬仿真、并行工程及虛擬制造技術為成形制造注入新的活力。

4.結束語

先進制造工藝技術是先進制造技術的核心和基礎，任何高級的自動控制系統都無法取代先進制造工藝技術的作用。可以說，制造工藝技術水平的高低在很大程度上決定了制造業的技術水平。制造企業只有跟上發展先進制造工藝技術的世界潮流，將其放在優先地位，并以足夠的力度予以實施，才能盡快縮小與發達國家的差距，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

5.參考文獻

[1]趙浩峰.現代壓力鑄造技術l M1.北京：中國標準出版社，2002.

[2]賴華清.壓鑄工藝及模具l M1.北京：機械工業出版社，2004.

[3]李長河.先進制造工藝技術l M1.科學出版社有限責任公司，2011.

第3篇

關鍵詞：CAE；集成化；發展

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A

文章編號：1009-0118（2012）04-0210-02

計算機輔助工程（CAE)軟件是迅速發展中的計算力學、計算數學、相關的工程科學、工程管理學與現代計算機科學和技術相結合，而形成的一種綜合性、知識密集型信息產品。CAE與CAD/CAM／CAPP／PDM/ERP軟件一起，已經成為企業家和工程師們實現工程/產品創新的得力助手和有效工具。同時，也已成為專家、教授進行研究重要手段。

一、CAE的發展

CAE的理論基礎起源于20世紀40年代，1943年數學家首先涉及有限元分析領域，但由于手工計算的限制，直到1960年以后，隨著電子計算機的廣泛應用和發展，有限元技術依靠數值計算方法，才迅速發展起來。

隨著計算機的迅猛發展，70年代到80年代初，國外的CAE技術得以蓬勃發展。有限元分析技術在結構分析和場分析領域獲得了很大的成功，出現了許多著名的分析軟件如Nastran，I-DEAS等，此時的CAE主要在航空、航天、軍事等幾個領域中被使用。上世紀90年代是CAE技術的成熟壯大時期。大量的CAE軟件的涌現，使CAE技術幾乎遍及所有的制造業，CAE已經成為支持工程行業和制造企業信息化的重要技術。

CAE在提高工程/產品的設計質量，降低研究開發成本，縮短開發周期方面發揮了重要作用，成為實現工程/產品創新的支撐技術。主要體現在：

（一）CAE功能不斷擴充，實現多結構耦合析，實現多物理場耦合分析，多尺度耦合分析，以及結構、構件及其材料的一體化設計計算與模擬仿真。

（二）基于Internet/Intranet的CAD（計算機輔助設計）／CAE（計算機輔助工程）／CAM（計算機輔助制造）/CAPP（計算機輔助工藝設計）／PDM（產品數據管理）/ERP（企業資源計劃）的集成化、網絡化、智能化。

所謂CAD/CAM集成是指在CAD、CAE、CAPP、CAM各模塊之間有關信息的自動傳遞和轉換。集成化的CAD／CAM系統借助于公共的工程數據庫、網絡通信技術、以及標準格式的中性文件接口，把分散于機型各異的計算機中的CAD／CAM模塊高效地集成起來，實現軟、硬件資源共享，保證系統內信息的流動暢通無阻。

二、CAE應用中存在的問題

目前，在CAE應用中存在以下亟待解決的問題：

（一）標準化

俗話說，國有國法，行有行規。在這個工業時代，標準化就是工業生產的行規。而隨著CAE技術在我國各行各業普及和應用的發展，確保CAE技術應用的標準化和規范化，便成為了迫在眉睫的事情。目前CAE的管理存在著以下幾個不足，其主要表現在：

1、軟件方面近年來，CAE軟件開發成為商家的一塊新蛋糕，市場上CAE軟件各式各樣，其性能的優劣卻是參差不齊。多數企業在應用CAE技術方面面對林林總總的軟件無從選擇，急需規范CAE軟件上市的準入門檻。

2、缺乏對CAE技術人才的培訓和從業資格的認證。各行各業都有自己的資格認證考試，以此來規范和引導從業人員掌握相關技術及規范知識。建筑行業有建造師、監理工程師，學校有教師資格證，打官司要有律師，可是像CAE這樣跨行業的新型學科卻沒有相關的規定，企業只能是跟著感覺走。

3、缺乏對不同行業CAE技術正確合理應用的技術指導。總之，隨著CAE技術的普及與發展，制定CAE行業標準也迫在眉睫。不可否認，由于CAE技術應用的多樣化與復雜化，要制定適用于所有行業的CAE技術應用標準規范是有一定難度的，甚至是不可能的。但是，如果分散開來，依據不同的行業特點，制定具體行業的CAE標準規范，如重機制造行業、汽車行業、建筑行業等等，這樣操作起來應該比較容易，也會比較有針對性。

（二）與CAD協同，消除數據交換障礙

長久以來CAD軟件、CAE軟件都是單兵作戰，數據交換障礙很難得到消除。我們希望能在一個統一的環境下直接讀入各種CAD軟件的零件模型，并在這一環境下實現任意模型裝配和CAE分析，整合相同或不同CAD軟件模型數據就能得到CAE分析用的CAD模型庫，這些模型庫中保留了CAD中的設計參數，并通過連接技術實現與CAD軟件之間的共享，其優點是任何CAD和CAE人員對設計的改變都能立即反映到對方軟件環境中，從而實現設計-仿真的同步協調。只有真正消除了數據間的交換障礙，才能真正發揮出CAE軟件的強大功能。

（三）網絡化

計算機支持的協同工作的出現，為異地協同設計提供了環境支持，傳統的CAD/CAE/CAM技術也在向網絡化方向發展。隨著產品設計的復雜化及互聯網通信技術的日趨成熟，傳統的順序設計方式顯然已經過時，很難適應市場快速產品更新的競爭需求，企業各部門之間交互合作及數據共享，構建企業內部甚至企業之間的數字化設計交互虛擬平臺已不再只是概念化的問題，如何高效實現數據的同步及信息交互對提高產品的設計質量，縮短設計周期具有重要的現實意義。

（四）開放性

眾所周知，由于CAD技術和CAE技術的并行發展，使得在傳統意義上的CAD技術并不能實現和CAE技術的無縫對接。同時，根據虛擬仿真的對象、計算方法、物理場、應用行業等不同維度，CAE技術可以細分出很多單元技術。許多單元技術應用于特定行業、特定問題的CAE產品，各個領域的虛擬仿真結果得出了局部的性能仿真和改進建議，但是，單元的CAE產品無法實現產品整體性能提升，只能解決局部優化問題，無法解決全局優化問題。這就需要新開發的CAE軟件必須具有開放性，要為其他軟件提供開放的平臺。

（五）數據和系統兼容性

對產品進行虛擬仿真涉及到十分復雜的流程，而應用單元的CAE產品，需要手工管理仿真流程，導致虛擬仿真的效率不高。同時，數據的接收和系統的兼容成為了CAE技術發展的一個瓶頸。如何實現虛擬仿真流程的自動化，創建完整的仿真流程模板，并且能夠根據各個學科仿真的需求動態調整網格模型，提供統一的接口，這對于提升CAE技術的使用效率和質量非常關鍵。

（六）良好的數據管理機制

在這個信息大爆炸的年代，如何在海量的信息中找到自己有用的信息成為一個難題。同樣，在CAE虛擬仿真的過程中，生成了大量的、不同類型的仿真文檔和數據。例如：同樣的產品模型，應用同樣的CAE軟件，但不同的分析工程師，由于知識和經驗的差異，給出不同的參數，就會產生不同的數據，從而分析出來的結果差異會很大。因此，如何有效管理仿真文檔，如何建立分析文檔與產品模型的對應關系，如何建立虛擬仿真規范和知識庫，實現對虛擬仿真知識的捕捉和重用，是CAE技術深化應用必須解決的問題。

三、現代集成制造系統

現代集成制造系統（CIMS）的內涵是借助計算機，把企業中與制造有關的各種技術系統地集成起來，進而提高企業適應市場競爭的能力。這個概念強調了兩個方面：

（一）企業的各個生產環節是不可分割的，需要統一安排組織

（二）產品制造過程實質上是信息采集、傳遞、加工處理的過程

CIMS是一種先進的制造思想，但是由于當時技術水平的限制，直到80年代初，這個思想才被制造領域重視并采用。近十余年來，在市場競爭的激勵與相關技術進步的推動下，CIMS在實踐中被不斷充實、完善與發展。從這個概念出發，經歷了信息集成、過程集成和企業集成的研究和實踐，我們提出了現代集成制造系統(ContemporaryIntegratedManufacturingSystem，CIMS)的概念。四、我國的CIMS計劃

（一）信息集成

在企業內部實現信息正確、高速的共享和交換，是改善企業技術和管理水平必須首先解決的問題。信息集成對于提高企業的市場競爭力是有效的，但是直到現在實施信息集成的手段還比較落后。這使得企業CIMS應用工程開發周期長，質量不易得到保證。所以，信息集成在今后仍然是企業信息化的主要內容，也是實施諸如并行工程技術的基礎。在我國以信息集成為主要內容的CIMS應用工程，將仍是今后大多數企業信息化過程中必然要經歷的。

（二）過程集成

傳統串行作業的設計、開發過程，往往會造成產品開發過程中出現反復，使產品開發周期長、成本增加。如果把產品設計中的各個串行過程盡可能多地轉變為并行工程，在設計時考慮到下面工序中的可制造性、可裝配性，則可以減少反復，縮短開發時間。并行工程便是基于這一思想的一種先進制造模式。

（三）企業集成