先进制造技术的发展状况

先进制造技术的发展状况内容摘要：

供货期短、售后服务好的产品。 作为 “ 绿色 ” 制造，产品还必须在一 定程度上是艺术品，以与用户的生产、工作、生活环境相适应，给人以高尚的精神享受，体现着物质文明、精神文明与环境文明的高度交融。 每发展与采用一项新技术时，应站在哲学高度，慎思 “ 塞翁得马，安知非祸 ” ，即必须充分考虑可持续发展，计及环境文明。 现代设计技术 先进制造技术（ AMT）可以理解成是一个专业，也可以理解为是一个主干课程，在社会上的应用几乎遍及制造业所有角落，因 AMT本身就是内容比较广泛，涉及到先进的加工技术（精密加工等）、先进的设计方法学（有限元法、逆向工程、模块化设计 等）、交叉领域的技术（绿色制造、生物制造等）、先进的制造管理技术（创新管理法、现代管理方法）等等多个方面。 具体例子如汽车行业的柔性制造技术和超精密加工技术，电脑等行业的模块化设计技术，现代制造企业内部的“零库存”管理技术，生物行业的微电子技术和生物制造技术，能泉州轻工 学 院 毕业设计（论文）任务书 18 源行业的绿色制造技术等等。 现代设计技术是先进制造技术的一个组成部分，是制造技术的第一个环节。 根据德国工程师协会文件 VDI2225 的调查分析，产品设计成本约占产品成本的 5% 7%，但却决定了产品制造成本的 75% 80%。 为此，世界各国都非常重视产品 的设计问题。 而现代设计技术在机械设计技术中的地位同样重要。 机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算，并将其转化为具体的描述以人为制造依据的工作过程。 机械设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要的因素。 现代设计技术受产品功能需求和市场竞争的影响。 又应用现代科学技术知识．再加上设计人员的创造性思维过程。 设计出可以制造的方案。 并使这个可行的方案付诸于实践。 现代设计技术是交叉性很强的技术．具有创造性、优化性、 和综合性、系统性特点。 机械产品开发的现代设计技术是对传统设计技术的革新，传统设计方法中，有人工计算速度慢，产品开发周期长，设计的形象形比较差等缺点．比如传统设计主要是在大量的经验数据的基础上使用直觉法、类比法设计。 在现代设计技术领域将设计法提升到逻辑的。 理性的高度。 机械产品开发应用现代设计技术，是市场竞争的需要，可以提高产品质量，降低成本。 常规设计技术是以经验总结为基础，运用力学和数学形成的公式、泉州轻工 学 院 毕业设计（论文）任务书 19 图表、手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计，是一种直觉设计、经验设计和静态设计，它 目前已经远远不能满足产品的功能和市场需求。 现代设计技术是以电子计算机为手段，以网络为基础，建立在现代管理技术之上，运用工程设计的新理论和新方法，实现计算结果最优化，设计过程高效化和自动化的设计技术。 它是一种定量的、动态的和科学的设计技术。 现代制造技术的特点包括以下几点：（ 1）系统性 现代设计技术是逻辑系统的设计技术，强调用系统工程处理技术系统问题。 同时考虑技术系统与外界的联系，即人 机 环境的大系统关系。 （ 2）创造性 突出人的创造性，发挥集体智慧，力求探寻更多突破性方案，开发创新产品。 （ 3）社会性 现 代设计技术开发新产品的整个过程，从产品的概念形成到报废处理的全生命周期的所有问题，都要以面向社会、面向市场为指导思想全面考虑解决。 （ 4）最优化 现代设计技术重视综合集成，在性能、技术、经济、制造工艺、使用、环境等各种约束条件下，通过计算机以高效率寻求最优方案和参数。 （ 5）动态化 现代设计技术在静态分析的基础上，考虑载荷谱、负载率等随机变量，根据概率论和统计学方法，进行动态多变量最优化设计。 （ 6）宜人性 现代设计技术强调产品内在质量的实用性，外观质量的美观性、艺术性、时代性，在保证产品功能的前提下，要求对用户 产生新颖、舒畅等精神功能。 （ 7）智能化 现代设计技术坚持“ 以人为本”的指导思想，充分发挥人的主观能动性。 同时通过计算机模仿人的智能活动，从而力求设计泉州轻工 学 院 毕业设计（论文）任务书 20 出高智能化的产品。 （ 8） CA 化 现代设计技术广泛使用计算机，应用各种功能强大的软件，使设计 计算 绘图 制造 改进一体化，从而提高了设计的精度、稳定性和效率。 现代设计技术的前景依旧乐观。 这主要是由于企业要在不断变化的产品需求和激烈的市场竞争中立于不败之地，就要不断的改进设计理念，使用先进设计制造技术，提高产品质量，降低成本，提高生产率，生产出符合用户 需求的高科技产品，这也是现代设计技术的发展方向。 具体来说现代设计技术的发展趋势主要有：①设计将从作为企业产品质量成本第一的竞争策略转向企业快速响应市场的竞争策略；②从满足产品功能属性向同时满足生态与环境属性发展；③从需求时面向制造和经营管理发展；④从传统的串行向并行工作模式、协同工作方式发展；⑤使人们从设计过程数字化中逐步确立主动地位，激发主动创造性。 21 世纪是“设计的世纪”，这是著名华裔物理学家杨振宁博士和德国哲学家沃尔冈韦尔施不约而同对设计者的提醒。 世界各国都十分清楚美国人所提出的“ 为竞争的优势 而设计”的口号的重要意义。 面对全球化的竞争，我国要想从一个制造业大国变成制造业强国，关键是要大力发展推广先进制造技术。 而作为先进制造技术的核心环节——— 现代设计技术更要快速超前发展。 为此，深入研究现代设计技术，大力发展现代设计技术，是制造业在市场中立于不败之地的关键所在，也是科技工作者当前最主要的工作。 泉州轻工 学 院 毕业设计（论文）任务书 21 第二章 先进制造工艺的技术发展趋势 ，优化工艺设计 成形、改性与加工是机械制造工艺的主要工序，是将原材料（主要是金属材料）制造加工成毛坯或零部件的过程。 这些工艺过程特别是热加工过 程是极其复杂的高温、动态、瞬时过程，其间发生一系列复杂的物理、化学、冶金变化，这些变化不仅不能直接观察，间接测试也十分困难，因而多年来，热加工工艺设计只能凭 “经验 ”。 近年来，应用计算机技术及现代测试技术形成的热加工工艺模拟及优化设计技术风靡全球，成为热加工各个学科最为热门的研究热点和跨世纪的技术前沿。 应用模拟技术，可以虚拟显示材料热加工（铸造、锻压、焊接、热处理、注塑等）的工艺过程，预测工艺结果（组织性能质量），并通过不同参数比较以优化工艺设计，确保大件一次制造成功；确保成批件一次试模成功。 模拟技术同样已开始应用于机械加工、特种加工及装配过程，并已向拟实制造成形的方向发展，成为分散网络化制造、数字化制造及制造全球化的技术基础。 毛坯和零件的成形是机械制造的第一道工序。 金属毛坯和零件的成形一般有铸造、锻造、冲压、焊接和轧材下料五类方法。 随着毛坯精密成形工艺的发展，零件成形的型成形的形状尺寸精度正从近净成形泉州轻工 学 院 毕业设计（论文）任务书 22 （ Near Net Shape Forming）向净成形（ Net ShapeForming）即近无余量成形方向发展。 “毛坯 ”与 “零件 ”的界限越来越小。 有的毛坯成形后，已接近或达到零件的最终形状和尺寸，磨削后即可装配。 主要方法有多种形式的精铸、精锻、精冲、冷温挤压、精密焊接及切割。 如在汽车生产中， “接近零余量的敏捷及精密冲压系统 ”及 “智能电阻焊系统 ”正在研究开发中。 3. 成形质量向近无 “缺陷 ”方向发展 毛坯和零件成形质量高低的一另一指标是缺陷的多少、大小和危害程度。 由于热加工过程十分复杂，因素多变，所以很难避免缺陷的产生。 近年来热加工界提出了 “向近无 “缺陷 ”方向发展 ”的目标，这个 “缺陷 ”是指不致引起早期失效的 临界缺陷概念。 采取的主要措施有：采用先进工艺，净化熔融金属薄板，增大合金组织的致密度，为得到健全的铸件、锻件奠定基础；采用模拟技术，优化工艺设计，实现一次成形及试模成功；加强工艺过程监控及无损检测，及时发现超标零件；通过零件安全可靠性能研究及评估，确定临界缺陷量值等。 、超高速方向发展 超精密加工技术目前已进入纳米加工时代，加工精度达 ，表面粗糙度达。 精切削加工技术由目前的红处波段向加工可见光波段或不可见紫外线和 X 射线波段趋近；超精加 工机床向多功能模块化方向发展；超精加工材料由金属扩大到非金属。 目前起高速切削铝合金的切削已超过 1600m/min；铸铁为泉州轻工 学 院 毕业设计（论文）任务书 23 1500m/min；超高速切削已成为解决一些难加工材料加工问题的一条途径。 解决新型材料的加工和表面改性难题 激光、电子束、离子束、分子束、等离子体、微波、超声波、电液、电磁、高压水射流等新型能源或能源载体的引入，形成了多咱崭新的特种加工及高密度能切割、焊接、熔炼、锻压、热处理、表面保护等加工工艺或复合工艺。 其中以多种形式的激 光加工发展最为迅速。 这些新工艺不仅提高了加工效率和质量，同时还解决了超硬材料、高分子材料、复合材料、工程陶瓷等新型材料的加工难题。 ，实现工艺过程的优化控制 微电子、计算机、自动化技术与工艺设备相结合，形成了从单机到系统，从刚性到柔性，从简单到复杂等不同档次的多种自动化成形加工技术，使工艺过程控制方式发生质的变化，其发展历程及趋势为： 1）应用集成电路、可编程序控制器、微机等新型控制元件、装置实现工艺设备的单机、生产线或系统的自动化控制。 2） 应用新型传感、无损检测、理化检验及计算机、微电子技术，实时测量并监控工艺过程的温度、压力、形状、尺寸、位移、应力、应变、振动、声、像、电、磁及合金与气体的成分、组织结构等参数，实现在线测量、测试技术的电子化、数字化、计算机及工艺参数的闭环控制，进而实现自适应控制。 泉州轻工 学 院 毕业设计（论文）任务书 24 3）将计算机辅助工艺编程（ CAPP）、数控、 CAD/CAM、机器人、自动化搬运仓储、管理信息系统（ MIS）等自动化单元技术综合用于工艺设计、加工及物流过程，形成不同档次的柔性自动化系统；数控加工、加工中心（ MC）、柔性制造单元（ FMC）、柔性制造岛（ FMI）、柔性制造系统（ FMS）和柔性生产线（ FTL），及至形成计算机集成制造系统（ CIMS）和智能制造系统（ IMS）。 、实现清洁生产 机械加工过程产生大量废水、废渣、废气、噪声、振动、热辐射等，劳动条件繁重危险，已不适应当代清洁生产的要求。 近年来清洁生产成为加工过程的一个新的目标，除搞好三废治理外，重在从源头抓起，杜绝污染的产生。 其途径之一为：一是采用清洁能源，如用电加热代替燃煤加热锻坯，用电熔化代替焦炭冲天炉熔化铁液；二是采用清洁的工艺材料 开发新的工艺方法，如在锻造生产中采用非石墨型润滑材料，在砂型铸造中采用非煤粉型砂；三是采用新结构，减少设备的噪声和振动。 如在铸造生产中，噪声极大的震击式造型机已被射压、静压造型机所取代。 在模锻生产中，噪声大且耗能多的模锻锤，已逐渐被电液传动的曲柄热模锻压力机、高能螺旋压力机所取代。 在清洁生产基础上，满足产品从设计、生产到使用乃至回收和废弃处理的整个周期都符合特定的环境要求的 “绿色制造 ”将成为 21世纪制造业的重要特征。 ，并趋向集成及一体化。 泉州轻工 学 院 毕业设计（论文）任务书 25 CAD/CAM、 FMS、 CIMS、并行工程、快速原型等先进制造技术及哲理的出现，使加工与设计之间的界限逐渐淡化，并走向一体化。 同时冷热加工之间，加工过程、检测过程、物流过程、装配过程之间的界限亦趋向谈化，、消失，而集成于统一的制造系统之中。 、管理技术紧密结合，先进制造生产模式获得不断发展 先进制造技术系统是一个由技术、人和组织构成的集成体系，三者有效集成才能取得满意的效果。 因而先进制造工艺只有通过和信息、管理技术紧密结合，不断探索适应需求的新型生产模式，才能提高先进制造工艺的使用效果。 先 进制造生产模式主要有：柔性生产、准时生产、精益生产、敏捷制造、并行工程、分散网络化制造等。 这些先进制造模式是制造工艺与信息、管理技术紧密结合的结果，反过来它也影响并促进制造工艺的不断革新与发展。 精密成形技术发展前沿 1 精密成形技术的内涵及作用 内涵 精密成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工（近净成形技术， near shape technique；或净成形技术， shape technique），就可用作机械构件的成形技术。 它 是建立在新材料、新能源、信息技术 、自动化技术等多学科高新技术成果的基础上，改造了 传统的毛坯成形技术，使之由粗糙成形变为优质、高效、高精度、泉州轻工 学 院 毕业设计（论文）任务书 26 轻量化、低成本、无公害 的成形。 它使得成形的机械构件具有精确的外形、高的尺寸精度和形位精度、好的表面粗糙 度。 该项技术包括近净形铸造成形、精确塑性成形、精确连接、精密热处理、表面改性等专 业领域，是新工艺、新材料、新装备以及各项新技术成果的综合集成。