周寶華 姬慧勇 盛顯濤 裴平 來源：《煤礦機(jī)械》2006年
0 前言
目前，隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展及市場(chǎng)需求個(gè)性化與多樣化，世界各國(guó)都把機(jī)械制造技術(shù)的研究和開發(fā)作為國(guó)家的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先發(fā)展，將其他學(xué)科的高技術(shù)成果引入機(jī)械制造業(yè)中。
因此機(jī)械制造業(yè)的內(nèi)涵與水平已今非昔比，它是基于先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)代制造產(chǎn)業(yè)�？v觀現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的新發(fā)展，其重要特征主要體現(xiàn)在它的綠色制造、計(jì)算機(jī)集成制造、柔性制造、虛擬制造、智能制造、并行工程、敏捷制造和網(wǎng)絡(luò)制造等方面。
1 現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的特征
(1)機(jī)械制造科學(xué)是由機(jī)械、計(jì)算機(jī)、信息、材料、自動(dòng)化等學(xué)科有機(jī)結(jié)合而發(fā)展起來的一門跨學(xué)科的綜合科學(xué)，它隨不同對(duì)象和時(shí)間而改變功能結(jié)構(gòu)及信息系統(tǒng)。
(2)柔性、集成、并行工作。現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)具有多功能性和信息密集性，能夠制造生產(chǎn)成本與批量無關(guān)的產(chǎn)品，能按訂單制造，滿足產(chǎn)品的個(gè)性要求。
(3)制造智能化。能夠代替熟練工人的技藝，具有學(xué)習(xí)工程技術(shù)人員多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的能力，并用以解決生產(chǎn)實(shí)際問題。智能制造系統(tǒng)能發(fā)揮人的創(chuàng)造能力和具有人的智能和技能，強(qiáng)調(diào)以人為系統(tǒng)的主導(dǎo)者這一總的概念。在智能制造系統(tǒng)中，智能和集成并列，集成是智能的重要支撐，反過來智能又促進(jìn)集成水平的提高。
(4)設(shè)計(jì)與工藝一體化，傳統(tǒng)的制造工程設(shè)計(jì)和工藝分步實(shí)施，造成了工藝從屬于設(shè)計(jì)、工藝與設(shè)計(jì)脫離等現(xiàn)象，影響了制造技術(shù)的發(fā)展。產(chǎn)品設(shè)計(jì)往往受到工藝條件的制約，受到制造可靠性、加工精度、表面粗糙度、尺寸等限制。因此，設(shè)計(jì)與工藝必須密切結(jié)合，要以工藝為突破口，形成設(shè)計(jì)與工藝的一體化。
(5)精密加工技術(shù)是關(guān)鍵，精密和超精密加工技術(shù)是衡量先進(jìn)制造技術(shù)水平的重要指標(biāo)之一。當(dāng)前，納米加工技術(shù)代表了制造技術(shù)的最高精度水平。
(6)產(chǎn)品生命周期的全過程，現(xiàn)代制造技術(shù)是一個(gè)從產(chǎn)品概念開始，到產(chǎn)品形成、使用，一直到處理報(bào)廢的集成活動(dòng)和系統(tǒng)。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，不僅要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)，而且特別強(qiáng)調(diào)拆卸設(shè)計(jì)。使產(chǎn)品報(bào)廢處理時(shí)，能夠進(jìn)行材料的再循環(huán)。節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。
(7)人、組織、技術(shù)三結(jié)合，現(xiàn)代制造技術(shù)強(qiáng)調(diào)人的創(chuàng)造性和作用的永恒性；提出了由技術(shù)支撐轉(zhuǎn)變?yōu)槿�、組織、技術(shù)的集成；強(qiáng)調(diào)了經(jīng)營(yíng)管理、戰(zhàn)略決策的作用。在制造工業(yè)戰(zhàn)略決策中，提出了市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)、需求牽引的概念，強(qiáng)調(diào)用戶是核心，用戶的需求是企業(yè)成功的關(guān)鍵，并且強(qiáng)調(diào)快速響應(yīng)市場(chǎng)需求的重要性。
2 現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的內(nèi)容和發(fā)展方向
2．1 綠色制造GM
綠色制造是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。綠色制造是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的重要體現(xiàn)。其目標(biāo)是使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、裝配、運(yùn)輸、銷售及使用的整個(gè)過程中努力做到資源的優(yōu)化利用、清潔生產(chǎn)和廢棄物的最少化及綜合利用。要力求實(shí)現(xiàn)切削加工工藝的綠色化。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，這主要是因?yàn)榍邢饕杭任廴经h(huán)境和危害工人健康，又增加資源和能源的消耗。而干切削和干磨削一般是大氣氛圍中(氮?dú)庵�、冷風(fēng)中或采用干式靜電冷卻技術(shù))不使用切削液進(jìn)行的切削。不過對(duì)某些加工方式和工件組合，完全不使用切削液的干切削和干磨削在實(shí)際中很難實(shí)現(xiàn)，故又出現(xiàn)了使用極微量潤(rùn)滑(MQL)的準(zhǔn)干切削。目前，在歐洲的大批量機(jī)械加工中，已有10％一15％的加工使用了干切削和準(zhǔn)干切削。
2．2 計(jì)算機(jī)集成制造CIM
CIM就是通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)信息集成，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)制造，求得企業(yè)的總體效益，使企業(yè)能夠持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，計(jì)算機(jī)集成制造已成為規(guī)模生產(chǎn)的主要科技，企業(yè)從市場(chǎng)預(yù)測(cè)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、經(jīng)營(yíng)管理直至售后服務(wù)是一個(gè)不可分割的整體，需要統(tǒng)籌考慮，集成制造主要指：
(1)人員集成，管理者、設(shè)計(jì)者、制造者、保障者(負(fù)責(zé)質(zhì)量、銷售、采購(gòu)、服務(wù)等的人員)以及用戶應(yīng)集成為一個(gè)協(xié)調(diào)整體。
(2)信息集成，產(chǎn)品生命周期中各類信息的獲取、表示、處理和操作工具集成為一體，組成統(tǒng)一的管理控制系統(tǒng)。特別是產(chǎn)品信息模型(PIM：Product Information Model)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM：Product Data Management)在系統(tǒng)中應(yīng)得到一體化的處理。
(3)功能集成，產(chǎn)品生命周期中企業(yè)各部門功能集成以及產(chǎn)品開發(fā)與外部協(xié)作企業(yè)間功能的集成。
(4)技術(shù)集成，產(chǎn)品開發(fā)全過程中涉及的多學(xué)科知識(shí)以及各種技術(shù)、方法的集成，形成集成的知識(shí)庫(kù)和方法庫(kù)，以利CIMS的實(shí)施。
2．3 柔性制造FM
柔性制造系統(tǒng)(FMS)是由統(tǒng)一的控制系統(tǒng)(信息流)、物料(工件、刀具)和輸送系統(tǒng)(物料流)連接起來的一組加工設(shè)備，能在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)多品種、小批量零件的加工，并具有一定管理功能的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。柔性制造技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國(guó)制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。數(shù)控技術(shù)的成熟及單臺(tái)數(shù)控設(shè)備的問世，使許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家開始了柔性制造系統(tǒng)的研究。FMS包括許多個(gè)柔性制造單元，它能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量的生產(chǎn)。著重突破了成批生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益一定大于單件生產(chǎn)的傳統(tǒng)觀念。FMS是在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，將以往企業(yè)中相互獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造及經(jīng)營(yíng)管理等過程，在計(jì)算機(jī)及軟件的支撐下構(gòu)成一個(gè)覆蓋整個(gè)企業(yè)的完整而有機(jī)的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全局動(dòng)態(tài)最優(yōu)化，總體高效益、高柔性，并進(jìn)而贏得競(jìng)爭(zhēng)全勝的智能制造系統(tǒng)。
2．4 虛擬制造VM
虛擬制造主要就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和裝備產(chǎn)生一個(gè)虛擬環(huán)境，應(yīng)用人類知識(shí)、技術(shù)和感知能力，與虛擬對(duì)象進(jìn)行交互作用，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造活動(dòng)進(jìn)行全面的建模和仿真。虛擬制造技術(shù)從根本上改變了設(shè)計(jì)、試制、修改設(shè)計(jì)和規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制造以前，首先在虛擬制造環(huán)境中生產(chǎn)軟產(chǎn)品原形(Soft Prototype)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品(Hard Prototype)，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的合理性、產(chǎn)品性能和制造周期等，從而使產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)周期最短、成本最低、質(zhì)量最優(yōu)，最終提高快速響應(yīng)市場(chǎng)多變的能力。
2．5 智能制造IM
智能制造技術(shù)作為一種模式，通過知識(shí)工程、軟件制造系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)，對(duì)工人的技能和專家知識(shí)進(jìn)行建模，能夠在無人干預(yù)的情況下進(jìn)行小批量的生產(chǎn)。它的突出之處就是將人工智能融入制造過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，借助模擬專家的智能活動(dòng)進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中的部分腦力勞動(dòng)，同時(shí)收集、存儲(chǔ)、處理、完善、共享、繼承和發(fā)展人類專家的制造智能。
2．6 并行工程CE
并行工程的實(shí)質(zhì)是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就充分地預(yù)報(bào)該產(chǎn)品的制造、裝配、銷售、使用、售后服務(wù)以及報(bào)廢、回收等環(huán)節(jié)中的“表現(xiàn)”，發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，及時(shí)地進(jìn)行修改與優(yōu)化。并行工程的目的是減少產(chǎn)品開發(fā)中的彎路與反復(fù)，縮短產(chǎn)品的周期，甚至做到產(chǎn)品開發(fā)一次成功。在傳統(tǒng)的串行開發(fā)過程中，設(shè)計(jì)中的問題或不足，要分別在加工、裝配或售
后服務(wù)中才能被發(fā)現(xiàn)，然后蔣回過頭來修改設(shè)計(jì)，改進(jìn)加工、裝配或售后服務(wù)(包括維修服務(wù))。而并行工程就是將設(shè)計(jì)、工藝和制造結(jié)合在一起，利用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)并行作業(yè)，大大縮短生產(chǎn)周期。
2．7 敏捷制造AM
制造自動(dòng)化系統(tǒng)的生存能力和競(jìng)爭(zhēng)能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內(nèi)生產(chǎn)出低成本、高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力，從而去面對(duì)市場(chǎng)的挑戰(zhàn)。敏捷制造是將柔性生產(chǎn)技術(shù)、熟練掌握生產(chǎn)技能的勞動(dòng)力，與促進(jìn)企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間相互合作的靈活管理集成在一起，通過所建立的共同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，對(duì)迅速改變或無法預(yù)見的市場(chǎng)作出快速反應(yīng)。它旨在不可預(yù)測(cè)的持續(xù)變化的環(huán)境中使企業(yè)具有卓越的自適應(yīng)能力，從而占據(jù)主導(dǎo)地位的總體戰(zhàn)略，同時(shí)也是對(duì)市場(chǎng)需求做出快速響應(yīng)、快速重組的生產(chǎn)模式；敏捷制造是一種哲理或管理哲學(xué)，是企業(yè)管理的戰(zhàn)略性變革。其特征是：制造柔性和成員合作，制造柔性是敏捷制造的組成部分，包括人員、設(shè)備和軟件3方面的柔性。提高從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和銷售全過程的整體柔性，進(jìn)而保證敏捷制造系統(tǒng)快速響應(yīng)、快速重組的能力。目前，敏捷制造在西方國(guó)家已初見成效。
2．8 網(wǎng)絡(luò)制造NM
隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化制造作為一種現(xiàn)代制造新模式，正日益成為制造業(yè)研究和實(shí)踐的熱門領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)制造業(yè)將給現(xiàn)代制造業(yè)帶來一場(chǎng)深刻的變革。網(wǎng)絡(luò)化制造應(yīng)用服務(wù)(MASP，Manufacturing Application Service Provider)可為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程提供服務(wù)和優(yōu)化，并且可以進(jìn)行虛擬的工藝仿真作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝制定的參考。通過網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用服務(wù)中心進(jìn)行產(chǎn)品及其制造工藝的模擬仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)和協(xié)同制造，能夠大大節(jié)省企業(yè)的投資并提高生產(chǎn)效率。另外企業(yè)的技術(shù)人員也可以由客戶端直接在遠(yuǎn)程服務(wù)器上進(jìn)行產(chǎn)品與工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)或模擬仿真。
3 結(jié)語(yǔ)
我國(guó)是世界上使用與發(fā)展機(jī)械最早的國(guó)家之一。機(jī)械制造具有悠久的歷史。解放以來，我國(guó)機(jī)械工業(yè)有了很大的發(fā)展，已經(jīng)成為工業(yè)產(chǎn)業(yè)中門類比較齊全、具有相當(dāng)規(guī)模和一定技術(shù)基礎(chǔ)的部門之一。
改革開放以來，機(jī)械工業(yè)充分利用國(guó)內(nèi)外的技術(shù)資源，進(jìn)行技術(shù)改造，依靠科技進(jìn)步，已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。但與世界先進(jìn)水平相比，我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品在功能、質(zhì)量等方面還有較大的差距，產(chǎn)品構(gòu)成落后，精度保持性差、科研開發(fā)能力較薄弱、人員技術(shù)素質(zhì)還跟不上現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)飛速發(fā)展的需要。因此，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)必須不斷增強(qiáng)技術(shù)力量，培養(yǎng)高水平的人才和提高現(xiàn)有人員的素質(zhì)，學(xué)習(xí)和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，使我國(guó)的機(jī)械制造工業(yè)早日趕上世界先進(jìn)水平。
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