先进制造技术与先进制造模式
发布于:2009-10-29 已被阅读: 次 

先进制造技术与先进制造模式
来源:万方数据库

随着信息时代的到来,全球经济的一体化和统一市场的形成,作为国民经济支柱产业的制造业面临更加激烈的竞争。2l世纪的制造业不断经历新的技术革命,通过持续变革、快速响应、加强产品全生命周期内的品质、功能、服务和注重环保等增强市场竞争力,因此,采用高度集成、敏捷、智能和绿色的制造技术是不可逆转的趋势。

1 先进制造技术的发展趋势

    先进制造技术是美国在20世纪80年代末,根据制造业面临日本的挑战,为增强制造业的竞争能力和振兴美国经济提出的,它是以信息技术为支撑,研究并改造作用于产品整个生命周期的所有技术的总称,它综合了机械、电子、信息生物、光学、材料、能源、环保、管理等领域的最新成果,目的是获得优质、高效、低耗、清洁的产品。2l世纪先进制造技术的发展趋势体现在以下几个方面:

    a)精密化:20世纪60年代,一般加工精度为100μm,精密加工精度为lμm,超精密加工精度为0.1μm;到20世纪末,一般加工精度1μm,精密加工精度为0.01μm,超精密加工精度为0.00lμm。在现代超精密机械中,对精度要求极高,如人造卫星的仪表轴承,其圆度、圆柱度、表面粗糙度等均达纳米级。譬如,电子制造中所要求的控制精度趋于纳米级、加工精度趋于亚纳米级。

    精密和超精密加工技术包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特种加工和复合加工(如机械化学研磨、超声磨削和电解抛光等)三大领域。超精密加工技术已向纳米技术发展,近年来纳米技术的出现,促使超精密加工向其极限加工精度一原子级加工进行挑战。纳米技术促进了机械科学、材料科学、光学科学、测量科学和电子科学的发展。

    b)自动化:自动化技术自20世纪初出现以后,经历了由适合于单一品种大批量生产的刚性自动化、到多品种小批量的柔性自动化、多品种变批量的综合自动化的发展过程,自动化技术的成功应用,极大地提高了产品的生产率,有效地向用户提供优质产品,同时还可以完成高危工作环境的任务。对于像汽车、发动机这样生产批量较大的行业的自动化,可通过机床自动化改造、使用自动机床、组合机床、自动生产线来完成。小批量生产自动化可通过NC,IMS,MC,CAM,FMS,CIM,IMS等来完成。未来的自动化将更多的考虑“人一机一环境”等的协调关系。

    c)网络化:制造过程中的市场开发、原料采购、产品设计、零件加工、机器装配、成品销售等环节,已不局限于一个企业、一个集团或者是一个国家,借助网络技术,特别是Internet,跨越不同的企业之间存在的空间差距,组织、管理和利用分散在各地的制造资源,建立灵活有效、互惠互利的异地、跨国界动态企业联盟,通过企业之间的信息集成、业务过程集成、资源共享,对企业开展异地协同的设计制造,网络营销、供应链管理等提供技术支撑环境和手段,实现产品商务的协同、产品设计的协同、产品制造的和供应链的协同,极大地缩短了产品的研制周期,降低了研制费用,提高整个产业链和制造群体的竞争力。

    d)集成化:随着时间的推移,在传统制造工艺技术不断发展的基础上,将计算机技术、信息技术、新材料技术和管理技术等有机融合于产品生命周期中去,形成多专业学科的交叉渗透的技术综合体,先进制造技术其内涵跨越了传统制造技术和企业及加工车间的边界,它是一个包含从市场需求、创新设计、工艺技术到生产过程组织与监控、市场信息反馈、企业文化在内的工程系统;是以先进制造工艺、计算机应用技术为核心的信息、设计方法、工艺技术、能源工程及相应的工程管理技术集成的现代制造工程。

    e)智能化:信息时代借助机器实现人的脑力劳动部分机械化和自动化,使人摆脱繁琐的计算和分析,有更多的精力从事创造性劳动。智能化是制造技术的发展趋势之一,智能化促进了制造系统的柔性化,使它具有更为完善的判断与适应能力,保证制造系统以最佳的状态在运行过程。

    f)绿色化:绿色制造是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现,绿色制造主要涉及到资源的优化利用、清洁生产和废弃物的最少化和利用,对产品而言,绿色制造覆盖产品的设计、生产、包装、运输、流通、消费及报废等整个产品生命周期。

    在绿色设计方面,选择绿色无毒、无污染、易回收、可再用或易降解的材料;提高产品的可拆卸性能,产品只有通过拆卸和分类才能较彻底地进行材料的回收和零部件的再循环利用;设计时充分考虑产品的各种材料组分的回收利用的可能性、回收处理方法及工艺、回收费用等与产品有关的一系列问题,从而达到简化回收处理过程、减少资源浪费、对环境无污染或少污染的目的。

    海湾战争期间,美国陆军支援大队在短短3个月时间内,利用再制造技术恢复了战区70%的损坏装备,日本富士施乐公司对可再利用的零部件进行修复和处理后循环再使用,利用率达到50%以上,拥有旧零部件的复印机产量达到总产量的25%。美国对钢铁材料报废产品的再制造已经取得显著效果;节省能源47%~74%,减少大气污染86%,减少水污染76%,减少固体废料97%,节省水量40%。

    为减少切削加工过程中切削液对环境的污染,出现了最小量润滑切削、干切削、低温喷射液氮磨削、气体射流冷却切削等绿色切削和磨削加工技术,切削加工过程中没有或只有微量的切削液。与传统的湿切削相比,降低了加工成本,避免了废液的处理。

2 先进生产制造模式

    在社会经济快速发展和市场竞争日益激烈的今天,制造企业仅仅依靠改进工艺、提高装备水平是满足不了上述要求的,必须从总体策略、组织结构、管理模式等方面适应市场的要求,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。

    a)精益生产(LP):1990年美国麻省理工学院詹姆斯等花了5年时间考察全球近百家汽车制造厂,在《The Machine That Changed the world》一书中提出精益生产概念。并依此来描述日本丰田汽车公司生产方式,认为日本20世纪80年代成功的原因在于采用了新型的生产模式。

    精益生产的的特点是:1)以人为本,调动所有员工的积极性和创造性;2)重视顾客需要,按顾客的需要提供适销对路的产品,并提供优质服务;3)精打细算,消除制造过程中一切冗余的人、物、活动、岗位、时间、空间,要求工人一专多能,实现完美生产;4)精益求精,追求制造过程中各个环节和全过程的不断完善,及时解决问题,实现零废品、零库存和产品的多样化。

    b)敏捷制造(AM)与虚拟企业(VE):20世纪80年代,为了恢复美国制造业在全球的领导地位,由美国国防部组织了里海大学和通用汽车公司等13家大公司为核心的有100多家公司参与的联合研究组,最终于1991年完成了《21世纪制造业发展战略》报告并提交美国国会,此报告提出了“敏捷制造”的概念。

    敏捷制造的特点:1)需求响应的快捷性,快速响应市场当前和未来可预知需求,开发、生产符合用户设计或订货要求的产品;2)制造资源的集成性,不仅是企业内部的资源共享与信息集成,还包括企业间的各种资源集成起来,实现技术、管理和人的集成,从而在产品的生命周期内,最大限度地满足用户的需要;3)组织形式的动态性,为赢得机遇性市场竞争,利用信息技术和网络技术,实现不同组织和企业间的动态组织,它随任务的产生而产生,并随任务的结束而结束,这种超越审问的互利互惠、协同作战、资源互补的联合组织,被称为虚拟企业,又称为动态联盟。

    1993年,美国圣地亚国家实验室、联合信号公司联合实施了遥测装置敏捷制造示范项目,在13个月内设计和制造了新型集成遥测处理器,项目成本比预算降低了30%多,生产时间比以前的生产方式减少50%,生产效益提高好几倍。

    2000年2月,通用汽车公司、福特汽车和戴姆勒一克莱斯勒终止各自的零部件采购计划,转向共同建立零部件采购的电子商务市场(采购环节的动态联盟),同年4月,雷诺一日产公司决定加盟该电子商务市场,交易处理成本由原来的每笔100~150美元降低到5美元,每台汽车的制造成本至少可以降低1200美元。

    C)集成制造(CIM)与智能制造(IM):1974年,美国的哈林顿博士在《Computer Integrated Manufacturing)一书中提出计算机集成制造(CIM)的概念。集成制造的两个基本观点是:1)系统观,企业的各个经营环节,从市场、产品的开发、加工制造、管理、销售及服务都是一个不可分割的整体,需要统筹考虑;2)制造信息观,企业整个生产经营过程,实际上是信息采集、传递和加工处理的过程。

    CIM是企业组织、管理和实现现代化生产的新模式,它将企业的人、技术、管理三要素以及信息流、物料流、价值流有机地集成在一起,逐步实现企业全过程的计算机化综合,它能使企业在总体优化的前提下,寻求局部优化并达到全局优化运行,以获得最大效益。

    IM是在20世纪80年代人工智能技术广泛应用的基础上产生的,它的特点是:制造的各个环节的高度柔性化、高度集成化和智能化,通过计算机来模拟人类专家的智能活动,对制造问题进行分析、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,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 结语

    近年来,中国先进制造技术在政府的引导和扶持下,得到快速的发展和重大突破。计算机辅助设计技术(CAD)在制造业普遍应用,我国开发了一批性能优异的三维CAD,CAPP和CAM系统,数控机床和柔性制造系统也取得了丰硕的成果。基础技术和系统技术方面的发展,极大地推动了制造业的现代化。发展和推广先进的制造技术要站在信息技术科技革命、纳米科技革命和生物科技革命的高度,充分认识先进制造技术需要的是创新型人才,实施先进制造模式的人才建设是关键。

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