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一、现代集成制造系统的含义与定位
现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacutring System)是计算机集成制造系统新的发展阶段,在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上,它不断吸收先进制造技术中相关思想的精华,从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展,在先进制造技术中处于核心地位。具体地说,它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机地结合,通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行。在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化,达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的,进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性,使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。
二、现代集成制造系统的技术构成
先进制造技术(AMT Advanced Manufacturing Technology)作为一个专有名词目前还没有准确的定义。通过对其内涵和特征的研究,目前共同的认识是:先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。其具有如下一些特点:
1、从以技术为中心向以人为中心转变,使技术的发展更加符合人类社会的需要;
2、从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变,使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥;
3、从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变,减少层次和中间环节;
4、从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变,缩短工作周期,提高工作质量;
5、从按照功能划分部门的固定组织形式向动态的自主管理的小组工作方式转变。
通过对先进制造技术的定义和特点的分析发现,现代集成制造系统拥有先进制造技术的绝大部分特点,只不过先进制造技术所涉及的范围要比现代集成制造系统大,现代集成制造系统在吸收计算机集成制造系统的优秀成果的基础上,继续推动并行工程、虚拟制造、敏捷制造和动态联盟的研究工作,并不断吸收先进制造技术中的成功经验和先进思想,将它们进行推广应用,由此使现代集成制造系统成为先进制造技术的核心。
(1)并行工程(CE Concurrent Engineering)并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素,包括质量、成本、进度计划和用户要求。为了达到并行的目的,必须建立高度集成的主模型,通过它来实现不同部门人员的协同工作;为了达到产品的一次设计成功,减少反复,它在许多部分应用了仿真技术;主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中,可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件,虚拟制造技术将是以并行工程为基础的,并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。同时,并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下,将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重迭,充分利用了原有技术,并吸收了当前迅速发展的计算机技术、网络技术的优秀成果,使其成为先进制造技术的基础。
(2)虚拟制造(VM Virtual Manufacturing)虚拟制造利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真,以发现制造中可能出现的问题,在产品实际生产前就采取预防措施,从而使产品一次性制造成功,达到降低成本、缩短产品开发周期,增强产品竞争力的目的。
(3)敏捷制造(AM Agile Manufacturing)敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础的,选择合作者组成虚拟公司,分工合作,为同一目标共同努力来增强整体竞争能力,对用户需求作出快速反应,以满足用户的需要。为了达到快速应变能力,虚拟企业的建立是关键技术,其核心是虚拟制造技术,即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是现代集成制造系统从信息集成发展到企业集成的必由之路,它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平,是现代集成制造系统的发展方向。
(4)绿色制造(GM Green Manufacturing)绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期中,对环境的影响(负作用)最小,资源的使用效率最高。绿色制造的提出是人们日益重视环境保护的必然选择,发展不能以环境污染为代价。国际制造业的实践表明,通过改进整个制造工艺来减少废弃物,要比处理工厂处理已经排放的废弃物大大节省开支。绿色制造的实现可以通过计算机仿真来达到目的,即它是虚拟制造的一部分。从可持续发展战略的观点看,绿色制造是必然选择,它将成为现代集成制造系统的一个重要的组成部分。
从以上的分析中我们可以看到:各种先进制造技术是相互关联、彼此交叉的,在先进制造技术的含义下,现代集成制造系统成为它的核心,并随着先进制造技术的不断发展而发展。
参考文献
中图分类号:TP29文献标识码:A文章编号:1671-1297(2008)08-129-01
一、现代集成制造系统的含义与定位
现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacutring System)是计算机集成制造系统新的发展阶段,在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上,它不断吸收先进制造技术中相关思想的精华,从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展,在先进制造技术中处于核心地位。具体地说,它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机地结合,通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行。在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化,达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的,进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性,使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。
二、现代集成制造系统的技术构成
先进制造技术(AMT Advanced Manufacturing Technology)作为一个专有名词目前还没有准确的定义。通过对其内涵和特征的研究,目前共同的认识是:先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。其具有如下一些特点:
1、从以技术为中心向以人为中心转变,使技术的发展更加符合人类社会的需要;
2、从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变,使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥;
3、从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变,减少层次和中间环节;
4、从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变,缩短工作周期,提高工作质量;
5、从按照功能划分部门的固定组织形式向动态的自主管理的小组工作方式转变。
通过对先进制造技术的定义和特点的分析发现,现代集成制造系统拥有先进制造技术的绝大部分特点,只不过先进制造技术所涉及的范围要比现代集成制造系统大,现代集成制造系统在吸收计算机集成制造系统的优秀成果的基础上,继续推动并行工程、虚拟制造、敏捷制造和动态联盟的研究工作,并不断吸收先进制造技术中的成功经验和先进思想,将它们进行推广应用,由此使现代集成制造系统成为先进制造技术的核心。
(1)并行工程(CE Concurrent Engineering)并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素,包括质量、成本、进度计划和用户要求。为了达到并行的目的,必须建立高度集成的主模型,通过它来实现不同部门人员的协同工作;为了达到产品的一次设计成功,减少反复,它在许多部分应用了仿真技术;主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中,可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件,虚拟制造技术将是以并行工程为基础的,并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。同时,并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下,将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重迭,充分利用了原有技术,并吸收了当前迅速发展的计算机技术、网络技术的优秀成果,使其成为先进制造技术的基础。
(2)虚拟制造(VM Virtual Manufacturing)虚拟制造利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真,以发现制造中可能出现的问题,在产品实际生产前就采取预防措施,从而使产品一次性制造成功,达到降低成本、缩短产品开发周期,增强产品竞争力的目的。
(3)敏捷制造(AM Agile Manufacturing)敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础的,选择合作者组成虚拟公司,分工合作,为同一目标共同努力来增强整体竞争能力,对用户需求作出快速反应,以满足用户的需要。为了达到快速应变能力,虚拟企业的建立是关键技术,其核心是虚拟制造技术,即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是现代集成制造系统从信息集成发展到企业集成的必由之路,它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平,是现代集成制造系统的发展方向。
(4)绿色制造(GM Green Manufacturing)绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期中,对环境的影响(负作用)最小,资源的使用效率最高。绿色制造的提出是人们日益重视环境保护的必然选择,发展不能以环境污染为代价。国际制造业的实践表明,通过改进整个制造工艺来减少废弃物,要比处理工厂处理已经排放的废弃物大大节省开支。绿色制造的实现可以通过计算机仿真来达到目的,即它是虚拟制造的一部分。从可持续发展战略的观点看,绿色制造是必然选择,它将成为现代集成制造系统的一个重要的组成部分。
从以上的分析中我们可以看到:各种先进制造技术是相互关联、彼此交叉的,在先进制造技术的含义下,现代集成制造系统成为它的核心,并随着先进制造技术的不断发展而发展。
参考文献
【Abstract】This paper presents the key feature of advanced manufacturing technology. The relationship of advanced manufacturing technology and digital technology were discussed. The status and development of the digital technology and advanced manufacturing technology were analyzed. Pointing out that digital manufacturing is the core technology of the advanced manufacturing technology. Several key technologies in the digital manufacturing system were specifically discussed.
【Keywords】Digital technology; Advanced Manufactories Technology; Mechanical Manufacture; Informatization
1 先进制造技术的含义
先进制造技术AMT(Advanced Manufactories Technology)是指以提高制造企业综合效益为目的,综合利用信息、能源、环保等高新技术以及现代系统管理技术,对传统制造过程中及产品的整个寿命周期中的使用、维护、回收、利用等有关环节进行研究并发行的所有适用技术的总称[1-2]。
相对传统制造技术,数字化制造技术是一项融合数字化技术和制造技术,且以制造工程科学为理论基础的重大的制造技术革新,是先进制造技术的核心。数字化先进制造是在计算机和网络技术与制造技术的不断融合、发展和广泛应用的基础上诞生的。它是对制造过程进行数字化的描述,将制造信息采用数字化的表征、存储、处理、传递和加工,从而在数字空间中完成产品的制造过程[3-6]。
2 数字化是先进制造技术的基础
2.1 先进制造技术的基本特征
先进制造技术包括以下五个基本特征。
(1)先进性。制造工艺作为先进制造技术的基础,必须是经过优化的先进工艺。先进制造技术的基础必须是优质、高效、低耗、清洁工艺,它从传统制造工艺发展起来,并与新技术实现了局部或系统集成。
(2)通用性。先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节,它覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、销售使用、维修服务,甚至回收整个过程。
(3)系统性。随着微电子、信息技术的引入,先进制造技术的驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。先进制造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。
(4)集成性。先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合,界限逐渐淡化甚至消失,技术趋于系统化、集成化,已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴交叉学科。
(5)技术与管理的更紧密结合。对市场变化做出更敏捷的反应及对最佳技术经济效益的追求,使先进制造技术十分重视生产过程组织管理体制的合理化和最佳化。
2.2 基于数字化的先进制造技术
数字化制造技术符合先进制造技术的上述五个基本特征。先进制造技术时代是数字化信息的时代,数字化技术是数字的生产、采集、存贮、变换、传递、处理及广泛利用的新兴科技领域。制造业从50年代数控机床的发明,标志着机械制造业向着数字化走出了第一步,随后制造信息化沿着三个方面推进,一是现场生产方面,如:NC/CNC/DNC/PLC/FMS/AC等;二是产品和工艺设计方面,如APT/CAD/CAM/CAE等;三是生产管理和集成方面,如MRP/PDM/ERP/CIMS等。可以说信息技术改变了当代制造业的面貌。
3 数字化是先进制造技术发展的核心
3.1 数字化先进制造的核心技术
数字化是先进制造技术的核心,它是在计算机和网络技术与制造技术的不断融合、发展和广泛应用的基础上诞生的。数字化先进制造主要包括以下几个核心技术[4,6]:
(1)制造过程的建模与仿真。制造过程的建模与仿真是在一台计算机上用解析或数值的方法表达或建模制造过程,建模通常基于制造工艺本身的物理和化学知识,并为实验所验证。
(2)网络化敏捷设计与制造。利用快速发展的网络技术,改善企业对市场的响应性。我国企业向国际接轨就必须在此领域开展研究,尽快掌握并赶上国外先进水平。
(3)虚拟产品开发。虚拟产品开发有四个核心要素:数字化产品和过程模型、产品信息管理、高性能计算与通讯和组织、管理的改变。
3.2 数字化对先进制造技术的实现
(1)数字制造的全球实现―网络制造。随着数字化技术、计算机网络技术及交通运输事业的迅速发展,这些企业可利用协同工作技术,在一定的时间、一定的空间内,利用计算机网络,小组成员共享通过数字网络在企业内部传递的知识与信息。
(2)数字制造的动态联盟―敏捷制造。为实现高增值、高产品质量及优质服务,只有借助于高性能计算机和高速网络,在数字化环境中,充分利用其他企业制造过程的信息流和数据库等有用的数字化资源,才能对变化市场做出快速的响应。对于某些产品一个企业不可能快速、经济地独立开发和制造其全部,必须根据任务,由一个公司的某些部门或不同公司按资源、技术和人员的最优配置。于是,一种以数字制造为平台的先进制造技术即数字制造的动态联盟―敏捷制造崭露头角。
(3)数字制造的计算机实现―虚拟制造。数字化表征与传递、建模与仿真是数字制造的核心科学问题。这种能实现制造形状与过程的数字化表征、非符号化制造知识的表征、制造信息的可靠获取及其传递的、由整个制造信息形成的数字空间,为计算机和计算机网络的应用提供了用武之地。
(4)数字制造的快速实现―快速原型制造。制造业面临两个重要的挑战:一是要大大减少开发时间,二是产品的个性化。虽然计算机辅助设计和制造(CAD和CAM)已在很大程度上改善了传统的产品设计和制造方法,但在计算机辅助设计和计算机辅助制造集成实践过程中仍有许多障碍。
虚拟制造技术在计算机上实现了产品实际的制造过程,对缩短产品开发的周期、减少开发费用、提高市场竞争能力做出了重大贡献。通过长期的探索与实践,催生了制造技术上的又一次新的变革―快速成型制造技术。
(5)数字制造的环保化实现―绿色设计与制造。制造业为人类的繁荣昌盛做出了巨大贡献的同时,每年产生了近55亿吨的无害废品和7亿吨的有害废品。因此,为了有效地保护环境,一定要在制造的各个阶段进行污染控制。有必要使用能在各个阶段评估环境被影响的后果的工具和方法学来支持设计和制造,一种具有意识的先进制造技术―绿色设计与制造ECD&M (EnvironmentallyConscious Design and Manufacturing )。
4 数字化是先进制造技术发展的未来
目前,计算机和网络已成为制造业企业的基础环境和重要手段,目前世界500强企业无一例外地建立了内部网。制造业在知识经济到来时呈现明显的信息化趋势,可以说信息技术在促进当代制造业发展过程中的作用是第一位的,信息技术将在更深层次上渗透和改造传统制造业。
当前,数字化制造正在深入发展,其主要趋势呈以下四点:
(1)由二维向三维的转变―形成以MBD/MBI(Model Based Definition,MBD 基于模型的定义/Model-BasedInstructions,MBI基于模型的作业指导书)为核心的设计与制造。MBD是用集成的三维实体模型来完整的表达产品生命周期各阶段的产品定义技术标准,为设计人员服务,解决的是要制造什么的问题;MBI是以三维模型表达的车间工作规范和方法,为加工、装配、检测人员服务,解决的是怎么制造的问题。MBD/MBI技术将使工程技术人员从繁琐的二维图纸和表格文化中解放出来,可将更多精力转移到需求分析和产品创新研发上。
(2)真正并行和协同的实现-数字化制造中的直观可视化工作环境以及建模和仿真技术,为并行和协同工作提供了友好的协同工作环境及有效的实验验证手段和评估优化工具。数字化制造是制造业信息化发展的新阶段,也是目前制造业的重要发展方向,如精密化、智能化、网络化、极端化等,无一不与数字化制造技术的发展密切相关。
(3)数字化装配与维修的应用―装配是产品生命周期中的重要环节。虚拟现实技术(VR, Virtual Reality)的发展为解决装配序列规划和装配性能仿真提供新的思路和方法,虚拟装配技术可在无物理样机的情况下对产品可装配性、可拆卸性、可维修性和装配过程中的装配精度、装配性能等进行分析、预测和验证,并支持面向生产现场的装配工艺过程的动态仿真、规划与优化。目前虚拟装配技术已从简单的几何装配正朝着考虑精度、物性、过程、环境等多方面因素的装配技术方向发展,这是推进虚拟装配技术实用化发展的重要一步。
(4)数字化车间与数字化工厂―数字化工厂是数字化制造技术在车间和和工厂集成应用和高效运营的全新生产模式。它在三维工艺过程、工艺装备、生产线布局和生产管理综合优化和集成的基础上,实现产品在工厂、车间和生产线上由设计到制造的数字化执行、管理和控制问题,是实现企业挖潜和增效的最有效形式。目前,生产线建模仿真技术和车间布局规划已日益受到重视,它为高效物流实施以及精益生产、可重构制造、单元化制造等先进制造模式提供科学分析工具,尤其对多品种、变批量和混线生产等复杂生产模式具有重要指导意义。
5 结束语
先进制造技术是改造传统制造业的有效手段,为了有效地在我国利用先进制造技术改造传统制造业,需要明确研究、开发和应用先进制造技术的重点。综观以上先进制造技术的现状和发展,可以看出数字制造实为先进制造技术的核心技术,是实施其他先进制造技术的平台。
数字化先进制造技术是席卷全球的数字化浪潮中的重要一环,其本质是支持数字化或信息化制造业的技术。充分运用当代数字化技术,大力发展数字化先进制造技术符合本世纪制造业的发展趋势。
【参考文献】
[1]杨叔子,吴波,李斌. 再论先进制造技术及其发展趋势[J].机械工程学报,2006,42(1):5-8.
[2]江征风,吴华春.以数字制造为基础的先进制造技术[J].组合机床与自动化加工技术,2005,6:5-7.
[3]张训杰,童伟国,陈林静,胡金泽.先进制造技术与数字化制造[J].装备制造技术,2007,11:106-107.
随着科学技术的飞速发展和市场竞争日益激烈,越来越多的制造企业开始将大量的人力、财力和物力投入到先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实施策略之中。改革开放以来,我国机械制造业有日新月异的变化和发展,确立了社会主义市场经济体制,但与发达国家相比仍有很大差距,为了迎接新的挑战,必须认清制造技术的发展趋势,缩短与发达国家的差距,使我国的产品在质量上、效率上、品种上得到全面提升,以增强市场竞争力,因此,对制造技术及制造模式的研究和实施是摆在我们面前刻不容缓的重要任务,以实现我国机械制造业跨入世界先进行列。
1 机械制造业的发展趋势
先进的制造业是将物料、能源、设备、资金、技术、信息和人力等制造资源通过先进的制造技术、先进的管理技术和先进的制造过程转变成人类需求产品的行业。行业追求的目标是:高质量、高效率、高柔性、低成本、低劳动力、低消耗、品种多和规格全的产品,因此, 21世纪的机械制造技术的发展趋势体现在以下几个方面:
(1)精密化。机械制造新工艺趋向精密化现代化机械制造技术发展的方向之一是特种加工、精密加工、超精密加工技术、微型机械。纳米技术己在纳米机械学、纳米电子学和纳米材料技术得到了应用。 (2)自动化。自动化技术自20世纪初出现以后,经历了由刚性自动化向柔性自动化的发展过程,自动化技术的成功应用,不但提高了效率,也保证了产品质量,还代替了人去完成危险场合的工作。对于批量较大的生产自动化,可通过机床自动化改装、应用自动机床、专用组合机床、自动生产线来完成。在未来的自动化技术实施过程中,将更加重视人在自动化系统中的作用。(3)信息化。信息、物质与能量是制造系统的三要素。产品制造过程中的信息投入,己成为决定产品成本的主要因素。制造过程的实质是对制造过程中各种信息资源的采集、输入、加工和处理过程,最终形成的产品可看作是信息的物质表现.(4)集成化。计算机集成制造(CIMS)被认为是21世纪制造企业的主要生产方式。CIMS作为一个由若干个相互联系的部分(分系统)组成,通常可划分为5部分:①工程技术信息分系统包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程分析(CAE)、计算机辅助工艺过程设计(CAPP)、计算机辅助工装设计(CATD)数控程序编制(NCP)等。②管理信息分系统(MIS)包括经营管理(BM)、生产管理(PM)、物料管理(MM)、人事管理(LM)、财务管理(FM)等。③制造自动化分系统(MAS)包括各种自动化设备和系统,如计算机数控(CNC)、加工中心(MC)、柔性制造单元(FMS)、工业机器人(Robot)、自动装配(AA)等。④质量信息分系统包括计算机辅助检测(CAI)、计算机辅助测试(CAT)、计算机辅助质量控制(CAQC)、三坐标测量机(CMM)等。(5)智能化。由于科学技术的迅猛发展,智能化是21世纪机械自动化技术发展的一个重要发展方向。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心里学、生理学和混饨动力学等新思想、新方法、模拟人类智能,使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力,以求得更高的控制目标。诚然,使机械自动化产品具有低级智能或人的部分智能,则是完全可能而又必要的。(6)人格化。未来的机械自动化更加注重产品与人的关系,机械自动化的人格化有两层含义。一层是机械自动化产品的最终使用对象是人,如何赋予机械自动化的智能、情感、人性显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化,另一层是模仿生物机理、研制各种机械自动化产品,实事上,许多机械自动化产品都是受动物的启发研制出来的。
2 先进的制造模式
机械制造业发展趋势表明,只有采用先进的制造技术并能实施在相匹配的制造模式中才能符合上述的趋势。制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作模式。
2.1 精良生产(LP)与独立制造岛(AMI)
20世纪90年代美国麻省理工学院(MIT)提出精良生产(LP)概念。它的特征是:(1)重视客户需求,以最快的速度和适宜的价格提供质量优良的适销新产品去占领市场,并向客户提供优质服务。(2)重视人的作用,强调一专多能,推行小组自治工作制,赋予每个工段有一定的独立自,运行企业文化。(3)精简一切生产中不创造价值的工作,减少管理层次,精简组织结构,简化产品开发过程和生产过程,减少非生产费用,强调一体化质量保证。(4)精益求精、持续不断的改进生产、降低成本、零废品、零库存和产品品种多样化。
独立制造岛是教授根据在引进先进技术的同时,必须改革生产组织的角度提出新的生产模式。独立制造岛的技术构思是:以GT为基础,以NC机床为核心,强调信息流的自动化和以人为中心的生产模式,它的特征是:组织、人员和技术三者的有机集成,面向车间、权力下放、综合治理,并以获取经济效益为主要目标。AMI是发展中国家走向工厂自动化的重要途径,它的推广对中国机械制造业转向市场机制,参与国际竞争意义重大。
2.2 集成制造与智能制造
美国哈林顿博士在“计算机和集成制造”一书中提出计算机和集成制造(CIM)的概念。集成制造的核心内容是:制造企业从市场预测、产品设计、加工制造、经营管理直至售后服务是一个不可分割的整体,需要统筹考虑。整个制造过程的实质是信息采集、传递和加工过程,最终生产的产品可看作是信息的物质表现。集成是CIM的核心,这种集成不仅是物的集成,更主要的是以信息集成为特征的技术集成和功能集成,计算机是集成的工具,计算机和辅助各单元技术是集成的基础,信息交换是桥梁,信息共享是关键。集成的目的在于制造企业组织结构和运行方式的合理化和最优化,以提高企业对市场变化的动态响应速度,并追求最高整体效益和长期效益。
智能制造(IM)是美国出版研究IM和IMS书籍中首先提出的。它的特征是:在制造工业的各个环节的高度柔性与高度集成的方式,通过计算机和模拟人类专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动,并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承与发展。
3 存在差距和实施策略
改革开放以来,我国制造科技术有日新月异的变化,通过技术改造和引进国外先进制造技术,使我国的制造工业有了长足的进步,与先进国家相比有很大差距,其表现:技改投入相对不足,原有技术基础和研究开发能力薄弱,制造业产品落后,技术水平低,信息含量少,更新换代慢,以及市场营销、经营管理、人才素质相对落后,缺乏国际竞争能力。面对这样形势,发展先进制造技术、实施先进的制造模式已经到了刻不容缓的地步。为了使我国的制造业站在世界先进行列,必须采取相适应的措施和策略。
(1)培养人才是关键。发展和推广先进的制造技术、实施先进的制造模式人才是关键。我国是社会主义市场经济体制,研究先进制造技术和先进的生产模式其根本目的是制造出有竞争力的产品去占领国内市场和国际市场,科技人员必须强化市场意识。科技人员要懂得市场营销、经营管理和经济法。要开发学科领域,及时更新教育内容和方法,培养一支了解和掌握机械工程科学的前沿技术人才,加速先进制造技术的推广和实施,为市场经济服务。 (2)加强政策与法规建设,建立强有力的宏观调控机制。在市场经济环境下,国家应该制订科学的制造产业规划和制造技术进步的总体规划,以及相应的法规政策。(3)发展适应我国国情的生产模式。相对于某些先进的制造技术和先进的制造模式,要根据我国现实存在的技术水平和能力向前发展,避免盲目的追求目前实施有一定困难的理想的先进科学制造技术。目前要积极发展适应我国国情的制造模式。(4)实用机械自动化技术结合生产实际注重实用发展机械自动化技术。同时要有组织有计划的引进先进制造技术进行消化和吸收。对引进的并行工程(CE)、敏捷制造(AM)、精良生产(LP)、智能制造( IM)等先进制造模式要根据它们的技术构思和特征开发创新成适合我国国情的生产模式,以便企业适应市场经济的需要。(5)提高制造业现代化管理水平。现代管理核心是信息管理、物质管理、质量管理、生产过程管理和市场信息管理、加强企业人才的培养同时与国际接轨,开展ISO9000系列管理体系认证,加快现代企业制度改革,为先进制造技术的发展奠定良好的基础。
参考文献:
[1]杨永良.先进制造技术与先进制造模式.商品与质量.
中图分类号:TH122 文献标识码:A 文章编号:
现代制造技术是20世纪80年代提出的,但它的工业基础已有办个多世纪。最初的制造是靠手工,以后出现机械代替手工,从而达到提高产品质量和生产效率的目标,同时也为了解放劳动力和克服繁重体力劳动,因此出现了机械制造技术。它有两方面的含义:一时指用机械、机器来加工零件的技术,也就是通常所说的用机床来加工;另一方面是指制造某种机械的技术,例如汽车、电机产品等。其后,经过发展,制造加工方法有了更大的提高,突破传统意义上加工外出现电加工、化学加工、光学加工等等非机械加工方法。因此,原本被叫做机械制造技术则被改叫为制造技术。但是,不可否认的是,机械制造仍为其主体和重要部分。
1、现代制造技术的重要性
1.1 制造技术和社会发展休戚相关
现代制造技术是当今世界各国研究和发展的统一命题,在全球市场经济的竞争大潮中,它更是显得格外重要。
人类的发展史也就是生产制造史。人类初期,为了生存和自然界抗争,制造处石器,而后有出现陶器、青铜器、铁器并出现了简单机械,如:战争防卫用的刀、剑、弓箭,农作使用的犁、水车、碾磨等。这些都是简单的制造过程,随着社会进一步发展,制造技术也在不停提高。它的发展体现在广度和宽度的拓展,特别是蒸汽机的发明带来了工业革命和大工业生产,内燃机制造技术的出现和发展形成现在汽车、火车等制造技术并进一步促进了喷气式飞机和超音速飞机的发展,集成电路制造技术的进步左右了现代计算机的水平,纳米技术的出现更开创了微型机械的先河。因此,制造技术和人类社会发展密切相关,人类活动的水平也受到制造水平的极大约束。
1.2制造技术是所有工业基础
制造技术是国民经济的基石,在国民经济中具有十分重要的地位和作用。无论是传统产业还是新兴产业都离不开制造技术的强有力支持,因此,制造业是个支柱产业,不同的历史时期有不同的发展重点,但需要制造技术的支持是永恒的。制造技术的规模和水平更是反应国民经济实力和科学技术水平的重要标志。因而,世界各国都把提高制造技术水平当做振兴和发展国民经济的战略重点来抓,可见制造技术是如何的重要了。
1.3制造技术是科学技术转化的基础
从设想到现实,从精神到物质,都是靠制造来转化实现的,制造是科学技术向现实转化的基础,科学技术的发展反过来又促进制造水平的提高。因此,它们体现为相互作用,相互促进。信息技术的发展和引入是制造技术产生了革命性的变化,出现了制造系统和制造科学,从此制造就以系统的新概念重新定义,并以物质流、能量流和信息流组成,物质流是本质,能量流是动力,信息流则是控制,制造技术和系统论、方法论、信息论、控制论和协同论相结合造就了新的制造学科---制造系统工程学。
1.4制造技术是增强国防和国力的保障
一个国家的国力主要体现为政治势力、经济实力、军事实力。经济和军事实力依托于制造技术的基础上,只有制造技术上是强国才能是军事上的强国,一个国家不能总是靠购买别国军事装备来保卫自己,必须有自己的军事工业。国力的强盛才能凸显政治实力,才能立足于世界强国之林。二战以后,日本、德国正是高度重视制造技术,大力恢复发展制造业,因为,国力也很快得以恢复,经济实力也一直处于世界前列。而原先一直处于制造技术领先的美国则由于未能重视它则每况愈下。克林顿执政后,迅速把制造技术提到重要日程上,决心重新夺回霸主地位,期间推行很多先进制造技术和理念,促进先进制造技术的发展,并对美国经济的复苏产生巨大影响。
2、加工制造工艺
加工制造工艺是指产品实现过程中,人、机、料、法、环各相关要素的总称。它是在深入了解和实践的基础上,利用各类基础理论知识,经过实事求是的对比分析,找出客观规律解决面临的制造加工问题的学科。
加工制造工艺涉及行业众多,产品品种也成千上万,但是做好工艺工作通常可归纳为:质量、效率和经济性三类。
2.1保证提高产品质量。产品质量包括整机的装配精度、使用性能、使用寿命和可靠性,深入探究更加表现为零件的加工精度和加工表面质量。近代,由于航天、精密机械、电子工业和军工的需要,对零件的精度和表面质量的要求也越来越高,各种新工艺新材料层出不穷,加工精度更有精密加工、超精密加工和微细加工。
2.2提高制造生产效率。中国是人口大国,有较多的劳动力资源,但随着人口老年化加剧,同是也面临着社会发展人力成本的不断提高这两方面的压力,加工制造过程中也越来越看重生产效率的提高。提高生产效率的办法:一是提高切削用量,采用高速切削,高速磨削和重磨削。今年来出现得聚晶金刚石和聚晶氮化硼等新型刀具材料,其切削速度可达900m/min,高速磨削速度可达200 m/min。重磨削也是高效磨削的方向,包括大切深缓进给、大进给等磨削。二是改进工艺方法、创新工艺。例如,利用锻压设备实现快速成型和少切削加工,创新使用高效设备,如无心磨床、双端面磨床,使用粉末冶金技术直接获得零件成品等。三是提高自动化程度,实现高度自动化。如采用数控机床、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)和用机器人组建实现无人化车间或工厂等。
2.3合理经济性分析。对整个加工制造过程不断的进行经济性分析,把降低成本作为持续改进的目标,节省和合理的选择原材料并不断研制新材料,合理使用和改进现有设备,不断研制新型高效设备。
先进制造工艺可大大节省原材料消耗,降低能源的消耗,提高了对日益枯竭的自然资源的利用率。应用先进制造工艺可做到零排放或少排放,生产过程不污染环境,符合广大人民群众日益增长的环境保护要求,更加是担负起社会责任的具体表现。
3、精密加工技术
先进制造技术是当前世界各国国民经济的主攻方向和战略决策,同时又是一个国家独立自主、繁荣昌盛、经济上持续稳定发展、科学上保持先进的长远大计。精密加工技术是先进制造技术中最具有实质性的重要组成部分,它是先进制造技术的基础和关键,是一个国家制造工业水平的重要标志之一。
3.1 精密切削技术。用直接切削来得到高精度仍是常用的方法,然而,要想得到高水平和高精度的产品,必须尽可能的减少材料、刀具、机床和工件等因素的影响。如要求材料的切削加工性能要好,材料的硬度不能太高,鉴于服务过程中要长久保持高的精度,材料的耐磨性、耐腐蚀性要好。机床具有高刚度、小热变形和抗震性能,就必须有更先进的技术,如机床床身采用花岗岩、使用精密控制技术、空气静压轴承、全闭环技术等,此外,提高刀具的切削速度增加机床转速进行高速切削也是有效的办法,当前的超精密加工机床早已提高到每分钟几万转。
3.2特种加工技术。特种加工是相对于常规加工而言的,它是指利用力、热、声、光、电、磁、院子、化学等能源的物理的、化学的非传统加工方法。从材料加工成型原理来分析,特种加工又可分为去除加工、结合加工和变形加工。
特种加工中,工具的硬度和强度可以低于工件的,因为它不是靠机械力来切削,适于加工高硬度材料、脆性材料等难加工材料,也适于加工精密微细零件、波比零件、弹性零件等易变形零件。又由于工具损耗小,甚至不损耗,可加工复杂成形表面、型腔等。当前特种加工已向精密加工方向发展,出现了精密特种加工,许多特种加工方法同时又是精密加工方法、微细加工方法,如电子束加工、离子束加工、激光束加工等。精密电火花加工的精度可达微米级(0.5~1μm),表面粗糙度可达镜面(Ra0.02~0.012)。
3.3 光整加工。光整加工是指精加工后,从工件上不切除或只切除极薄材料层,泳衣降低工件表面粗糙度或强化其表面的加工方法。光整加工可以获得比一般机械加工更高的加工精度和表面质量。
按照工具类型进行分类,光整加工课分为以下两种:
(1)固结磨料加工,加工时,磨粒和微粉与结合剂粘结在一起,具有一定的形状和强度。固结磨料加工时对提高形位精度和尺寸精度有较高效率,常见的有研磨、珩磨加工等。
(2)游离磨料加工,加工时,磨粒和为分成游离状态,如研磨时的研磨剂、抛光时的抛光液。游离磨料加工的典型方法有研磨和抛光等。近年来,这些传统工艺的基础上出现许多新的工艺方法,如喷射磨料加工、弹性发射加工、磁流体抛光等。
3.4 纳米技术。纳米科学是涉及到多个学科的科学,是先进工程技术与现代物理学相结合的产品。几年来,纳米机械技术取得了快速的发展,能够在硅片上刻画纳米宽的线,这充分表明信息存储的密度提高了若干个数量级。同时,纳米技术在传动、材料、密封等方面更取得了颠覆传统的辉煌成绩,随着深入的研究,纳米技术必将会越来越更好的为机械制造服务。
通常意义上讲我们所涉及的机械制造技术是对产品的设计、加工、出售、使用、维修以及回收等整个过程进行研究的学科。当今大量应用先进机械制造技术的最终目的是迎合社会发展,提高产品质量以及企业竞争力。技术的革新极大程度上提高了我们技术的进步,人民群众对其要求也是越来越高,不仅要求外形美观,质量高档,价格合理,使用方便,还要求有多样的品种,快捷的更新,满意的服务以及高程度的自动化。为了迎合社会的发展,满足当代人越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。
1、机械制造技术现状及特点
(1)我们的机械制造技术近些年来得到了迅猛的发展,日益受到经济管理部门关注,取得了一系列的突破:
近年来,更是取得了明显进步,尤其是在自主开发创新能力方面以及行业整体技术水平方面显著提高。虽然我国也在不断开发,引进及采用现今的机械制造技术,但与发达国家相比,仍然存在诸多问题,主要体现在设计,工艺,自动化以及管理等方面。
(2)机械制造技术的特点先进的机械制造技术具有与时俱进性,系统性,市场性及全球性等特点。先进的机械制造技术,既保持了过去制造技术中的有效要素,又要不断吸收各种高新技术成果,并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程,与时俱进,不断更新;先进制造技术并不限于制造过程本身,它涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容,并将它们结合成一个有机的整体,是一个系统工程;20世纪80年代以后,机械制造业赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变为时间、成本和质量的三要素的矛盾,先进的机械制造技术把这三个矛盾有机结合起来,是市场竞争三要素的统一;随着全球市场的形成,使得市场竞争变得越来越激烈,先进制造技术正是为适应这种激烈的市场竞争而出现的。
2、机械制造技术发展趋势
(1)科技新时代的到来,尤其是网络新时代的到来,标志着机械制造技术也必将朝着信息化方向发展。网络通讯技术的迅速发展和普及,给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行此外,网络通讯技术的快速发展,加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习,推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。所谓机械制造技术信息化是指机械制造业以信息为主导,借助于物质和能量的力量生产出价值,而不同于以往以物质和能量为主导,借助于信息的力量生产出价值。不久的将来,信息产业和智力产业将成为社会的主导产业。
(2)自动化和智能化在我们国家的技术革新中占据了重要的地位,这要求我们在这容易领域,实现重要的突破,这就是在机械制造业中主要表现在制造系统中的集成技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、柔性制造技术和适应现代化生产模式的制造环境等方面。智能化是柔性自动化的重要组成部分。随着社会的发展,人类早已从繁重的体力劳动中解放出来,然而生活水平的提高促使人类不满足于此,如今我们还要从繁琐的计算、分析等脑力劳动中解放出来,以便有更多的精力从事高层次的创造性劳动,智能化促进柔性化的发展,它使生产系统具有更完善的判断与适应能力。智能制造将作为一种模式,是集自动化、柔性化、集成化和智能化于一身,并不断向纵深发展的高技术含量和高技术水平的先进制造系统,也是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统,它突出了在制造诸环节中,以一种高度柔性与集成的方式,借助计算机模拟的人类专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。
(3)技术和管理柔性化实现机械制造的柔性化是为了更好的适应多变的市场和产品需求,柔性化包括技术柔性化和管理柔性化。我们这里所谈论到的所谓技术柔性化也就是我们在施工过程中所使用装备和技术路线不受工艺及产品种类的约束,这样的技术就会使我们的工艺得到更大的提升。我们需要在工作中重视管理的柔性,这就是要求我们需要了解管理柔性化的优势,在我们的实际管理中需要重视组织和管理体制、生产模式的更新发展,推出如准时生产、敏捷制造、精益生产、并行工程等新的管理思想和技术。在整个的流程中我们的人为因素发挥了重要的作用,为了就会使我们整个制造生产系统无论在技术、管理或是人员、组织上都具备充分的柔性必须进行柔性化管理。柔性化管理必须重视人性化管理,尊重人性,从而增强员工的责任感和自主精神,充分调动员工积极性,在日益强调环保的今天,绿色制造技术的出现,赋予柔性化更深的含义。
(4)灵活化和绿色化实现机械制造灵活化也就是尽可能地缩短从设计生产到出售使用的时间,使机械制造厂的机制能灵活转向。未来的市场是具有高度不确定性的,为了迎合多变的不可预期的市场,机械制造必须具有高度的灵活性。随着环保意识的增强,绿色制造应运而生并得到高度关注。所谓绿色化是指产品的设计,加工,及出售等整个过程都是绿色无污染的,所用的材料,设备是绿色无污染的,所得的产品自然是绿色产品,产品使用完以后再通过绿色处理加以回收利用。
3、结语
在技术飞速发展的今天,我们越来越能发现机械制造行业的重要性。我们国家近些年来逐渐将机械制造业发展成为我国工业中的核心,其在国民经济的发展中有着不可替代的作用,对于提高我国的综合技术实力有着十分关键的作用。这就是要求我们从业人员不断加强机械制造技术水平,掌握好相关的发展方向,也就能在最终实现提高产品质量及企业效益的目标,保证我国在激烈的市场竞争中处于不败之地。
参考文献
[1]谭学深.浅谈我国机械制造技术的现状及发展方向[J].中国科技信息,2008(15):117-119.
先进制造技术是以提高综合效益为目的,以人为主体,以计算机技术为支柱,综合应用信息、材料、能源、环保等高新技术以及现代系统管理技术,研究并改造传统制造过程作用于产品整个寿命周期的所有实用技术的总称。先进制造技术有如下特点:1.先进制造技术不是一成不变的,而是个动态技术。它要不断吸收各种高新技术成果,将其渗透到产品的设计、制造、生产管理及市场营销的所有领域及其全部过程。2.先进制造技术并不摒弃传统技术,而是不断用新技术、新手段去研究它,并运用科技新成果去改造它,充实它。3.先进制造技术特别强调计算机作用和人的主体作用,强调人、技术、管理三者的有机结合。4.先进制造技术不是一项具体技术,它是利用系统工程技术将各种相关技术集成为一个有机整体,强调各专业学科之间的相互渗透和融合。先进制造技术的体系结构包括三大主体技术群和一个支撑技术群。三大主体技术群为现代制造系统管理技术群、面向制造的工程设计技术群和物流技术群。支撑技术群包括大、中、小型计算机及其网络通信系统、工程数据库、专家系统以及各种应用软件等。
二、并行工程技术
并行工程技术是现代制造系统管理技术群的主要组成部分。长期以来,新产品的开发和投资已经形成一套固定的模式。产品开发的各个阶段呈顺序方式:市场调研、产品计划、产品设计、试制样机、修改设计、工艺准备、正式投产。在这种开发模式中,在产品计划和产品设计阶段,尽管设计人员也考虑到产品的制造问题,但这种考虑是零碎的,不系统的。设计人员考虑的主要是如何满足产品的功能问题。尽管实践证明,对于批量较大、市场寿命较长的产品而言,这是一种行之有效的开发模式。但对于批量不大,更新换代又快的产品,这种模式就远远不能满足要求了。于是,在八十年代末期,人们提出并行工程的概念。所谓并行工程,就是集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程的一种系统方法。这种方法要求产品开发人员与其他人员共同工作,在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素,包括质量、成本、进度计划和用户的要求。并行工程具有如下特点:1.强调团队工作精神和工作方式一个人的能力总是有限的,他不可能同时精通产品从设计到售后服务各个方面的知识,少也不可能掌握各个方面的最新情报。因此,为了设计出便于加工、便于装配、便于维修、便于回收、便于使用的产品,就必须将产品寿命循环各个方面的专家集中起来,形成专门的工作小组,大家共同工作,随时对设计出的产品和零件从各个方面进行审查,力求设计出便于加工、便于装配、便于维修、便于运送、便于使用的产品。在计算机及网络通信技术高度发达的今天,工作小组完全可以通过计算机网络来工作。2.强调设计过程的并行性并行性有两方面的含义:其一是在设计过程中通过专家把关,同时考虑产品寿命循环的各个方面;其二是在设计阶段就可同时进行工艺(包括加工工艺、装配工艺和检验工艺)过程设计,并对工艺设计的结果进行计算机仿真,直至用快速原形法产生出产品的样件。这种方式与传统的设计在设计部门进行,工艺在工艺部门进行已大不相同。3。强调设计过程的系统性设计、制造、管理过程不再是一些相互独立的单元,而是将它们纳人一个系统来考虑。设计过程不仅出图纸和其他设计资料,还要进行质量控制、成本换算等。4.强调设计过程的快速“短”反馈并行工程强调对设计结果及时进行审查,并及时反馈给设计人员。这样可以大大缩短设计时间,可以将错误消灭在萌芽状态。先进的管理技术和设计方法一定会带来巨大的经济效益,并行工程技术正是如此。并行工程技术可从以下几点为企业带来经济效益:(l)降低成本并行工程可在三个方面降低成本。首先,它可以将错误限制在设计阶段。众所周知,错误发现得愈晚,造成的损失就愈大。其次,并行工程不同于传统的“反复试制样机”的作法,强调“一次性达到目的”。这种一次性达到目的是靠软件仿真和快速样件生成实现的,省去了昂贵的样机试制。其三,由于在设计时就考虑到加工、装配、检验、维修等因素,产品在丧市前的成本将会降低,同时,在上市后的运行费用也会降低。(2)提高质量采用并行工程技术,尽可能将所有质量问题消灭在设计阶段,使所设计的产品便于制造、易于维护。这就为产品的“零缺陷”提供了基础,使得制造出来的产品甚至用不着检验就可上市。因为,根据现代质量控制理论,质量首先是设计出来的,其次才是制造出来的,而不是检验出来的。检验只能去除废品,而不能提高质量。(3)保证了功能的实用性由于在设计过程中,同时有销售人员参加,有时甚至还包括顾客,这样的设计方法反映了用户的要求,能保证去除冗余功能,降低设备的复杂性,提高产品的可靠性和实用性。(4)缩短产品投放市场的时间并行工程技术的主要特点就是可以大大缩短产品开发和生产准备时间,使新产品从设计到投人市场的时间大大缩短,增强产品的市场竞争能力。
三、并行工程技术的应用
产业革命在目前产业发展的现状和趋势下,被赋予了更多的含义,它不仅包括科学技术的革新,还包括产业结构的调整和新型发展路径的形成等一系列会对产业发展形成重大深远影响的变革。当前,河南产业结构调整剧烈、新兴产业迅猛发展以及产业间的趋同发展效应明显,具体表现为以下两个方面:
(一)以先进制造业为首的传统工业的转型升级
产业革命的发生通常最先是以工业的技术革新为标志,作为传统工业的重要组成部分,制造业一般都是最先进行技术革命的,而先进制造业作为未来制造业的发展趋势,越来越广泛的被制造业企业使用。先进制造业相对传统制造业而言,具有巨大的优势,主要体现在以下五个方面:
1.信息化:先进制造业主要采用电子计算机和互联网等设备第一时间接收外部最新产业发展方向和行业产品信息,反馈给设计研发中心,对产品的外观、功能、功耗等方面进行实时改进,将信息传输给生产线,实现产品及时的更新换代。
2.自动化:先进制造业的生产线大多采用自动生产机器人来辅助人力生产,生产机器人已广泛应用于汽车、机械、造船、航天等领域,生产自动化可大幅度地提高生产效率,保障生产安全,解决生产劳动力不足的问题。
3.智能化:以智能机床和3D打印机为代表的智能化设备已经占据了制造企业厂房的重要位置,随着这些设备在生产当中的大规模普及,企业可以为消费者制造出他们想要的个性化产品,从而进一步扩大消费群体,取得更高的收益。
4.柔性化:柔性生产,是指主要依靠有高度柔性的以计算机数控机床为主的制造设备来实现多品种、小批量的生产方式。柔性生产线可以根据市场供求关系的变化实时作出针对性的调整,实现小批量精准生产,为企业获得最大收益。可以实现“供—产—销”一条龙的高效流畅的供应链体系,达到全产业链的高效运行。
5.生态化:相对于传统制造业,先进制造业由于采用了更加环保和高效的生产设备,降低了长时间持续性的环境污染,做到了工业生产和自然环境的共同发展,实现了人与自然的和谐统一。河南目前大多数工业企业仍然处于传统制造业阶段,先进制造业发展水平较低,工信部公布的2015年智能制造专项项目中,河南仅有宇通客车、许继电器两家企业入围。
(二)大力发展以新型服务业为代表的新兴产业
新的产业革命使原有在产业内部发展的下属子产业由于获得了技术和管理上的巨大进步,逐渐发展壮大并最终成为独立的新兴产业,使现有的产业布局发生重大变化,显著改变了产业未来的发展趋势和走向。以生产业为例,生产业是指为保持工业生产过程的连续性、促进工业技术进步、产业升级和提高生产效率提供保障服务的服务行业。河南生产业虽起步较晚,但近年来发展迅速,生产业增加值和占第三产业增加值比重逐年提高,2013年全省生产业增加值为5830.52亿元,2014年已经增加到了6687.43亿元,不考虑价格因素比上年增长14.7%,而生产业增加值占第三产业增加值的比重呈现出逐年稳步提高的态势,2013年生产业增加值占第三产业增加值的50.81%,2014年上升到了51.59%,增加了0.78个百分点。除生产业外,生物医药、3D打印、光伏制造等新兴产业不仅更加丰富了现有产业的组成,同时也提升了产业的核心竞争力和可持续发展性。
二、企业在新一轮产业革命背景下的管理创新研究
以往历次产业革命都无一例外地引发了企业管理方式的革新,而新一轮产业革命同样影响着企业管理体系和管理模式。外部整体产业发展和市场经营的大环境发生重大变化,企业原有的管理体系逐渐表现出水平滞后、效率低下等缺点,已不能完全适应新的产业发展趋势,在这种情况下,只有在原有的管理体系上进行创新,创造出新型的、能够更加适应产业发展环境的管理方式,才能在本轮产业革命中立足。本文从组织结构设计和管理机制两方面提出三种新型的管理模式进行探讨。
(一)嵌入式组织结构管理体系
相对于产业间频繁的互动发展,企业之间由于生产流程、管理体系之间有较大差异,加之保密等因素的存在,致使企业的运行相对外界仍然是封闭的,依然是以单独个体的形式存在,即使是有亲密合作关系的企业之间也仅限于较浅层面的交流,导致企业间的合作发展效率低下,阻碍了共同发展的进程。在这种情况下,针对企业间互动发展的嵌入式组织结构管理体系应运而生。嵌入式组织结构管理体系应用于企业的管理体系中,特别是有合作关系的企业之间的互动发展,很好地解决了由于管理体系的封闭性带来的阻隔问题,嵌入式组织结构可以是事业部、职能部门甚至是整个管理层的嵌入模式的多种方式,形式多样、灵活多变,可以实现一个企业直接地对合作企业管理体系的监管、调整、重组等一系列活动,这种互动发展的模式可以使生产业企业更好地与生产企业母体进行对接,消除彼此之间的差异和磨合,实现高效的生产。目前,嵌入式组织结构管理体系主要应用于联系紧密的产业,如生产业与制造业的互动发展、食品行业的全产业链生产等领域,今后还会逐步向更多的产业推进,形成产业互动发展的未来趋势。
(二)自适应式柔性管理体系
柔性管理是从企业的经营方面出发,对事业部、职能部门进行柔性化改革,实现各部门对企业整体战略调整的自动适应。以事业部为例,事业部制组织结构最早起源于美国通用汽车公司,是由通用汽车公司总裁艾尔弗雷德•斯隆于1924年提出,故被称为“斯隆模型”,又称“联邦分权化”,是一种高度(层)集权下的分权管理体制。事业部制,就是按照企业的主营业务包括按产品、地区、市场等来划分部门,设立若干个事业部。事业部是在企业宏观的领导下,拥有完全经营自,实行独立经营、独立核算的部门,既是具有利润生产和经营管理职能的受公司控制的利润中心,同时也是产品责任单位或市场责任单位,对产品设计、生产制造及销售活动负有统一领导的职权。经过数十年的发展,事业部已经在传统工业领域的管理体系中占据统治地位,进入了发展的稳定期,但随着新一轮的产业革命特别是先进制造业的异军突起,传统的事业部体系受到强烈的冲击,事业部一成不变的规模和流程客观上阻碍了以适应市场需求为导向的灵活应变的生产方式,事业部制也急需像先进制造业一样采用柔性化的管理体系。柔性事业部可以通过自身的调整自动适应整体的管理体系,不仅能与管理层实现同步发展,自身的战略调整甚至还可以反向引导管理层进行相应的调整,产生促使管理层进行调整的“外溢改革效应”,企业整体互动发展,以实现企业的最终发展目标。柔性事业部与先进制造业在形态、路径和机理等方面高度相似,已率先应用到了先进制造业企业的管理体系当中,今后还会扩张到其他行业和领域,发挥其应有作用。
(三)基于业务流程的管理控制体系
现代企业以事业部制为主体的组织结构设计虽然较之前的职能制组织结构在管理效率上有了很大的提高,但是仍然存在一些缺陷,其中对企业发展影响最大的就是各事业部内部由于有自己的职能部门,可以以一个独立的、封闭式的体系运行,久而久之容易形成各自为政的局面,对其他事业部的协调性下降,甚至对领导层的指令的执行力也有所下降,企业内部体系松散,整体性和凝聚力差,导致企业运行效率下降。究其根本原因,并非事业部这种形态的结构性缺陷,而是在宏观层面上缺少根据将各事业部以及事业部与领导层之间衔接起来的纽带,加强各部门之间的联系和沟通,提高部门间的协调性,而企业基于业务流程的管控体系的出现可以较好地解决这一问题。以制造业企业为例,业务流程从最高级别的董事会开始,将分属各事业部当中的职能部门如研发部门、营销部门通过流程指令串联起来,并严格按照从最初战略的制定到最终产品的销售这一流程的先后顺序来执行,涵盖了战略流程、经营流程和保障流程,而同时也将公司级流程、部门级流程和岗位级流程串联起来,由于各事业部之间的职能部门已经通过流程紧密的联接在一起,事业部之间的协调也顺理成章地通畅了,大大提高了沟通效率,减少了无谓损耗,最终为企业创造了更多价值。基于业务流程的管理控制系统目前已经在制造业企业特别是高端制造业企业中开始采用,今后会有更多的企业采用这一先进的管控体系。
Abstract: in the field of mechanical engineering, electronic and computer technology because of the rapid development and to the penetration of mechanical industry by the formation of the electromechanical integration, the mechanical industry technical structure, mechanical products, function and composition, production methods and management system changed, that industrial production by "mechanical electrification" entered the "mechanical and electrical integration" feature stage of development.
Keywords: mechanical and electrical integration; Electronic technology; Automatic control; Development trend
中图分类号:U415.6 文献标识码:A文章编号:
1、概要
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也己成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不断发展,还将被赋予新的内容但其基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术,根据系统功能目标和优化组织目标,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值,并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此,“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是,机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术,而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化,仍属传统机械,其主要功能依然是代替和放大的体力但是发展到机电一体化后,其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还能赋予许多新的功能加自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的眼神,具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
2、机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为3 个阶段。20 世纪60 年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能特别是在第二次世界大战期间,战争刺激了机械产品与电子技术的结合,这些机电结合的军用技术,战后转为民用,对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,己经开发的产品也无法大量推广。
20 世纪70 ~80 年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础这个时期的特点是:mechatronics 一词首先在日本被普遍接受,大约到20 世纪80 年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认,机电一体化技术和产品得到了极大发展,各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。
20 世纪90 年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,进入深入发展时期。一方面,光学、通信技术等进入了机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头角,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支;另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法,机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步,为机电一体化技术的发展开辟了广阔天地。这些研究,将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
我国是从20 世纪80 年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列入“863 计划”中。在制定“九五”规划和2010 年发展纲要时,充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作,并取得了一定成果,但与日本等先进国家相比仍有相当差距。3、机电一体化的关键技术 机电一体化技术是一个技术群体的总称。其关键技术有:传感与检测技术信息处理技术、先进制造技术、伺服驱动技术、自动控制技术、系统总体技术等。 3.1传感与检测技术传感与检测技术关键元件就是传感器。传感器是整个机电一体化系统(或产品)的环境接口,是自动化、信息化以及智能化应用和发展的关键技术。传感器的水映了一个国家的科技发达程度,特别是新型高科技传感器的研究和开发世界各国都非常重视,比如多功能集成传感器、智能传感器、仿生传感器等。多功能集成传感器就是具有“一器多感”技术特点的传感器。智能传感器就是带有微处理器的,具有信息自我处理功能的传感器。仿生传感器就是模拟人的感觉器官的传感器,是机器人技术发展的核心。3.2信息处理技术信息处理技术包括信息的交换、传递、存储和处理,主要工具就是计算机。计算机及信息处理系统是整个系统(或产品)的信息处理中心,充分利用计算机超强的信息处理能力以及丰富的软件资源,增强了系统的功能,提高了系统的柔性、可靠性,使系统具有了一定的智能。3.3 先进制造技术先进制造技术是机电一体化发展的必然产物,是机电一体化技术的基础。先进制造技术保障系统(或产品)构造功能的最优化。先进制造技术采用具有柔性操作的先进制造设备:机械加工中心、机床、工业机器人等机电一体化产品,实行先进的组织管理,组成柔性制造单元和柔性制造系统,提高制造作业及制造系统的柔性和生产率,以满足机电一体化系统(或产品)的需要,满足社会发展的需要。 3.4 伺服驱动技术 伺服驱动技术是系统直接执行操作的技术,其目的是从动力学角度分析系统行为,保证系统整体运行的最优化。伺服驱动装置包括电动、气动、液压等各种类型,按照控制指令将电信号转换成流体能或机械能驱动运功机构,对整个系统的动态特性、控制质量和功能具有决定性的影响。 3.5自动控制技术自动控制技术是在自动控制原理的指导下,结合计算机技术对具体的控制装置和控制系统进行设计、仿真、调试,最终实现机电一体化系统的整体性能最优化20 世纪80 年代以来,如模糊控制,专家系统和人工神经元网络等人工智能控制技术,得到快速发展并被广泛应用。 3.6 系统总体技术系统总体技术包括系统的总体设计和接口技术,是用跨学科的思维能力来进行综合集成的技术。系统总体设计是以系统整体的概念组织应用各种相关技术,从全局角度和系统目标出发,将系统整体分解成相互联系的若干功能单元,再对功能单元进行二次分解,最终确定一个可行的技术方案。接口技术的实质是机械技术和电子技术的具体应用,是各要素或子系统之间的联系条件。在某种意义上说,机电一体化系统设计归根结底就是接口设计。
4、机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此,机电一体化的主要发展方向如下:4.1智能化智能化就是要求机电产品具有一定的智能,使其具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。如果人类社会的发展和进步体现在人脑的智能上,那么机电一体化的发展和进步就体现在其产品的智能上。智能化是机电一体化技术与传统自动化技术的主要区别之一,也是21 世纪机电一体化技术发展的主要方向。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步和发展,为机电一体化技术的发展开辟了广阔天地。4.2 模块化模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元,以及各种能完成典型操作的机械装置。这样,可利用标准单元迅速开发出新产品,同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准,以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突,近期很难制定国际或国内这方面的标准,但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然,从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定,无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业,规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。
4.3网络化
20 世纪90 年代,计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片,企业间的竞争也将全球化机电一体化新产品一旦研制出来,只要其功能独到,质量可靠,很快就会畅销全球。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,利用现场总线和局域网技术使家用电器网络化己成大势,家庭网络(h o menet )就是将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系(compute , Integrated Appliancesystem , CIAS) , 使人们在家里享受科技带来的便利与快乐。因此,机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。4.4 微型化微型化是指机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电一体化(Micro Mechatronics)是机电一体化的一个重要分支,国外称其微型电子机械系统 (Micro Electro MechanicalSystems).它泛指几何尺寸不超过1cm 的机电一体化产品,并向着微米、纳米级发展。采用精细加工技术加工生产微机电一体化产品,其体积小、耗能少、运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。4.5集成化机电一体化的集成是从全局角度和系统目标出发,将总体功能分解成相互有机联系的若干子功能,再将系统分解成若干个功能单一的功能单元,然后通过软、硬件将各个功能单元有机地联系起来,使其性能最优功能最强。集成是机电一体化发展的内在动力,它是一种创新性的过程,正是由于这种创新性,将机、电、信息、控制等各种相关技术有机结合,实现系统整体最优,促使机电一体化领域的不断拓展。4.6 系统化系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强,一般除Rs232 外,还有Rs485 、DCs 人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义。一层是机电一体化产品的最终使用对象是人,如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理,研制各种机电一体化产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。
4.7 人性化
机电一体化产品的使用对象和服务对象都是人。所以对于未来的机电一体化产品,一方面必须加强它们与生命机体的相似性,给产品赋予人的智能、情感和人性;另一方面充分协调产品与人和环境的关系,使产品更关注人的生理、心理特性和极限,更适宜人的使用与操作。 4.8绿色化工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。于是,人们呼吁保护环境资源.回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中,符合特定的环境保护和人类健康的要求,对生态环境无害或危害极少,资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前途机电一体化产品的绿色化主要是指,使用时不污染生态环境服废后能回收利用。
摘要:近年来中国的现代化在飞速的发展中,其中自动化机械制造是近年来发展中速度与更新都是较为突出的,尤其在数控技术加入后,二者的相互融合,促使了自动化机械制造有着进一步的提升。
关键词:数控技术;自动化机械制造;运用
在近年来,自动化机械制造有着突飞猛进的提升,为了将提升最大化,大多数企业都渐渐的把数控技术融入到其中。但在全世界的总体来看,我国的技术水平还是相对落后的,这一领域还等待我国近一步开发,这也是我国现在所要突破的关键。本文主要在阐述数控技术相关的含义与特点、现阶段我国自动化机械制造发展的状况、现阶段数控技术在自动化机械制造中的运用,来总结未来数控技术在自动化机械制造中的运用更好的发展,为我国经济化建设作出更大的贡献。
1数控技术相关含义与特性
(1)数控技术的含义。数控技术其主要指采用电脑程序控制机器的方法,按工作人员事先编好的程序对机械零件进行加工的过程。数控技术是发展我国现代化的重要基础。数控技术可以将程序与机械充分的融合。数控技术能使得我国大部分的机械制造都存在着技术的支持,这种情况下我国的机械制造产业才能更加稳固的持久的发展和壮大,为我国现代化建设作出了巨大贡献。
(2)数控技术的应用特性。数控技术的应用在现在很多领域都有所涉及,这是数控技术的应用所独有的特性所决定的,数控技术的应用特性主要变现在:
1)数控技术具有着更强大的效率和时效。数控技术加入后,可大范围的减少人工操作。只要设定好程序的编写,就可以通过机器取代人工,这种情况下可大幅度的提高操作效率,还可以加入复杂的加工程序、缩小生产时间、减少投入成本和增加所出产品的时效性。从安全性考虑,不用人工的加入,就可以减少一些因为操作不当引起的安全事故,更加大大降低了机器使用安全隐患的发生。
2)数控技术具有更强大的简洁性。数控技术在加入后,大部分的操作流程都可以简洁化,大大的减低了操作程序。许多需要繁琐的流程,在加入数控技术后都可变成机器化操作,这样的简洁性大大的提高了生产的效益,减少一些不必要的流程。整体来看,数控技术进入到自动化机械制造中是必然现象,只有把二者相互融合,才提高在把自动化机械制造的企业整体效益。
2现阶段自动化机械制造的应用
(1)自动化机械制造逐渐占据主导地位。现当代我国,现代化建设在飞速发展着,机械制造在逐渐的取代传统老工业。随着我国经济飞速的发展,人们的需求量逐渐的加大。在发展的过程中,逐渐的传统制造业已经远远满足不了人们的需求量,人们开始研究自动化机械制造,开始把生产品批量化,更好的满足人们的需求。自动化机械不单单的把生产流程提速,提高了生产效率,而且还丰富产品系列,使得人们的对新鲜感需求大大的得到了满足,这也说明了自动化机械制造刚刚出现就受到众多企业的认可。
(2)自动化机械制造相比较落后。随着中国现代化发展加快,自动化机械制造也在不断的发展中,自动化机械制造的不断的发展和扩大,也使得自动化机械制造也不断的更新中。但由于我国自动化机械制造发展的时间过于短暂,许多技术相对于国外而言还是趋于落后,我们很多技术在与国外相比较还是面临着:事故易多发、工艺相对毛糙、使用年限过短、功率效益较低等等一系列问题,这些问题的出现,就证明我国自动化机械制造还有充足的发展空间,这也需要我国技术人员不断的努力创新。
3现阶段数控技术在自动化机械制造中的运用
数控技术在自动化机械制造中在我国方方面面都有着巨大的运用,比如说:工业生产上、汽车的制造等等重大企业都有着重大帮助。
(1)数控技术自动化机械在工业生产上的作用。我国近年来工业生产有着巨大的进步,但是随着进步,人民所担心的问题也逐渐出现,最大的问题则是安全问题,在早期我国的工业生产中最主要的形式还是在流水生产线上的人为操控,这种情况下,不单单人们要忍受低劣环境,还要注意安全操控;但现在数控技术的加入,主要在于把人与机器的分离。人们只需要操控机械就可以进行着生产与加工,这种情况下就不用担心,低劣的环境与安全问题所给人们带来的安全隐患。
(2)数控技术自动化机械在汽车的制造的作用。我国近年来,随着人们生活水平有所提高,汽车市场的需求量骤然增加,这样给汽车制造企业带来了巨大的压力,在这种压力下,汽车制造的企业迅速接受了数控技术,数控技术自动化机械在汽车零件加工和汽车组装都起到巨大的效果。数控技术自动化机械飞速的提高了汽车生产速度和质量。更加能满足汽车市场的需求量,并且减少汽车出厂的时间,进而将汽车利益最大化。
4数控技术在自动化机械制造中的运用更好的发展
数控技术在自动化机械制造中的运用,虽在在我国有着巨大的发展,但还是远远不足的,想要数控技术在自动化机械制造中的运用更好的发展必须做到:要依据我国国情,合理的引进先进的技术,将本国的数控自动化水平提高;把数控技术在自动化机械制造中的运用范围扩大化,把各产业的经济效益最大化;随着时代的更新,将数控技术随之更新;培养更多技术型人才,将数控技术在自动化机械制造中运用到实处。
5结束语
近年来,数控技术在自动化机械制造中在各个方面都有着充分的应用,这也说明数控技术在自动化机械制造中更拥有着宏达的发展前途,现在的我们要在使用数控技术自动化机械的过程中发现问题的原因、正式问题的出现、找到解决问题的方案,让数控技术在自动化机械制造中的运用更加贴切,为我国经济发展做出更加突出的贡献。