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關鍵詞:綠色技術;機械制造;自動化技術;運用分析
引言
機械設計與制造行業術語工業設計與制造的范疇,并且被人們所廣泛的知曉,對于現代生活和工作的各行各業均有巨大的影響。同時,在機械設計與制造技術之中使用的自然資源比較多,消耗量較大,故而也帶來了非常嚴重的環境問題。當前階段我國提倡建設環保社會、建設資源節約型社會,所以,有必要深入的對機械設計與制造技術進行全面的改革,同時對技術當中的不足之處、存在缺陷之處進行改進,在其中很好的引入現代化的綠色設計理念,最終確保機械設計與制造技術可以逐步的成熟和發展起來,營造出一種資源友好型的、現代化的綠色技術應用體系,更好的相應國家政策的號召,減少科學技術開發對環境帶來的污染與破壞。
1.綠色理念的概念分析
首先需要明確的就是綠色理念的基本意義和主要的概念。綠色理念指的是在現代化的科學技術應用之中加強對環境和自然資源的保護,按照自然環境的特點進行開發,有節制的開展各項研究活動,進而減少開發工作對環境帶來的污染與破壞。同時,由于傳統式的機械制造行業之中缺乏相應的環境保護意識觀念,對于資源的使用完全沒有目標和規劃,缺乏必要的處理手段,在理論方面也比較的缺乏、沒有實踐的工作經驗對工作提供支持,最終就造成了對環境的污染和損壞,這樣的現狀對于我國機械設計與制造發展尤為不利。所以在科學技術和新型手段高度發達的今天,越來越多的人們開始逐漸的意識到環境保護的重要性、意識到綠色理念在機械設計與制造之中應用的必要性。
綠色的設計理念是從機械設計的基本角度出發,為了能夠進一步的、更加合理與科學的保護自然資源環境,針對資源進行再利用而逐步發展起來的一種技術手段的指導理念。另外,在實踐的工作當中需要全面的減少排放物質,達到綠色理念的要求,通過加強排放系統的設計、改進廢物處理裝置等方式,來使得污染的排放降至最低,最終減少垃圾的排放量。與此同時,綠色的機械設計與制造技術,還需要盡可能的確保機械設備的高的更換頻率,減少由于設備的損壞而帶來的資源損耗,提升產品設計與建設的質量,達到現代化技術的要求。總而言之,綠色概念在機械設計與制造之中應用,不僅可以提升技術的水準,同時還可以提升對環境保護的水平,更好的建設起一個和諧健康的資源保護型社會。
2.綠色理念在機械設計與制造中的應用分析
根據上文針對綠色理念的詳細分析,可以對綠色理念在機械設計與制造技術之中應用的重要性與必要性有著全面的掌握。在實踐的工作當中要想進一步的推進綠色理念的應用層面,還需要針對設計的技術工藝和材料進行全面的調整,對設計的模式和理念進行革新,最終完成技術的改造。
對于機械設計與制造技術而言,要點在于前期的方案設計與組織規劃的編制,而對于現代化的綠色理念而言,更需要對前期的設計方案進行調整,運用先進的技術和全新的理論作為技術的依據和前提,追求可持續發展、追求自然資源的合理利用、減少對環境的損害。另外,還需要從綜合治理的角度著手,考慮設計技術方案的實用性、環境性以及經濟性等等多個方面的內容,為了更好的滿足綠色設計的要求,就需要對多個環節和多個工作項目進行改進。前期的成本分析、機械生產產品的再利用分析、產品裝置設備的可拆卸性分析以及綠色數據庫的建立等等,都對于整體工作有著巨大的影響。尤其是最后的機械設計與制造信息數據庫的建立,可以更好的對設計的方案進行分析,對各項數據進行記錄,進而為后期的工作積累寶貴而豐富的經驗。
同時還需要注重綠色的材料在機械設計與制造技術之中的應用。材料的選擇在整個制造工作當中占到了一個關鍵性的位置,首先要確保的就是材料的健康性與環保性。一些傳統的設計材料僅僅關注的是其性能和使用的功能,而對于環保性和安全性則比較忽視,在現代化的綠色機械設計與制造技術之中,除了關注基本使用功能之外,還需要對環境、社會效益等方面引起重視,諸如一些汞、鉛等材料,對于環境會造成極大的污染,所以還需要謹慎使用。
最后,綠色的機械設計與制造技術是建立在傳統的機械設計基礎之上的,所以對于設計工作而言要能夠最大限度的提升機械設計的基本功能,從基本的設計模式以及資源等角度出發,對產品的生命周期以及質量進行考慮,避免效率的地下以及質量的低劣,盡可能的做到低成本、高質量以及高度的可靠性,對機械行業的產品各項功能和各個細節進行完善與改進,最終滿足多方面的實際需求。
3.結束語
綜上所述,根據對綠色理念在機械設計與制造之中的應用進行全面分析,旨在更進一步的提升機械設計與制造技術的水準,為技術的發展提供理論基礎。
參考文獻:
[1]張也平.節約資源型機械制造工藝技術初探[J].企業技術開發,201l(5).
【關鍵詞】機械制造;精密加工;實際應用
引言
隨著傳統機械制造業的沒落,新型機械制造行業迅猛發展,精密加工以及高管技術的應用,使得經濟社會又向前邁進一步。所以,如何正確應用現代機械制造加工產品,是至關重要的問題。
1、現代機械制造工藝與精密加工技術的特點
1.1關聯密切。技術是加工行業的命脈,精密加工與現代機械制造科學融合是制造業的趨勢,包含多個層面,其中包括市場調研,設計方案思路,制造技術與設備統一,制造工藝只有經過精密加工才能成為占領市場的先鋒,提高兩者之間的默契度,精密與工藝并存,才能增強機械產品的質量。
1.2系統性特點突出。生產成本逐漸降低,制作工藝逐漸簡化,機器精密制造的產品成為市場銷售中的寵兒,而傳統手工低效率,做工粗糙,技術含量低的工業產品逐漸被淘汰。精密高端的現代制造工藝具有高技術含量的特點,要想保證市場占有份額,就必須加強各個專業的統一,比如機械制造,電子計算機技術,遙感技術,全自動化技術相互柔和成為加工制造業的系統,有了系統性,才能確保產品的質量。
1.3發展全球化。經濟全球化的趨勢日益加深,一種新型的制造工藝產品不再僅僅在地區范圍內推廣,而是走向世界市場,參與國際間的競爭。這種高壓的競爭環境中,對現代機械制造行業以及精密儀器的加工技術都提出了新的要求,只有提高產品的技術含量,才能在國際市場中占得一席之地,這就需要我們研發人員對世界經濟趨勢做出準確的判斷,為產品制造提供市場方向,輔助高端技術,屹立世界經濟發展的潮流中。
2、現代機械制造工藝與精密加工技藝的結合應用分析
2.1現代機械制造行業前景分析。機械制造的產品在生活中處處可見,車,鉗子,電焊等工藝制作產品,其中我們選取焊接作為例子,對現代制造工業與制造產品的應用進行分析。2.1.1氣體保護焊工藝技術的應用。氣體保護焊工藝是利用電弧作為制造熱源,被焊接物質以砌體作為介質相互焊接。工作原理是:在產品制作過程中,焊接產生的電弧會形成一層具有保護作用的氣體層,可以有效的隔絕溫度、有害氣體物質及輻射性物質,還可以分隔熔池、電弧等焊接過程中有害物質,保證人們身體健康。保護氣體中最常見的是二氧化碳,其隨處可得,無成本投入,是制造產品保護氣體的首選。2.1.2電阻焊工藝技術的應用。電阻焊工藝技術是指將電阻的正負極分別連接到不同的焊接物上,通電時電流經過的時候,產生大量的熱量,周圍接觸物與其接觸面之間的介質相熔化,冷卻之后,達到焊接作用的工藝。其焊接特點是簡單、易操作,焊接效果可受人為控制,成品率高,且其焊接時間短,并且噪音相對小,空氣污染小。弊端就在于不能大批量的制造產品,需要投入大量的人力,對于小型家電還可以應用,但對于大型制造機器就難以應用了,因此,應該根據生活中的實際情況,酌情使用。2.1.3埋弧焊工藝技術的應用。在傳統以及現代焊接工藝中,埋弧焊工藝技術的應用都十分廣泛,所謂的埋弧焊工藝是指在焊接時,焊接層底下的電弧被燃燒,從而達到焊接目的的操作工藝。埋弧焊工藝技術分為以下兩類。一是全自動化焊接:自定埋弧焊接技術是指利用小型工具的輔助,將焊絲與電弧相互接合,然后達到自動焊接的技術,該技術使用方便。二是半自動化焊接:半自動焊接需要人工的輔助才能完成,比如需要人工的推力將焊條推入,既耗費人力,也浪費了不少焊接資源,因此該工藝逐漸被市場所淘汰,已經無幾人使用了。現在常用的電渣壓力焊也是一種半自動化的買弧焊接技術,它具有成效高,產品質量好的特點,因此被廣泛應用。焊接技術的使用不僅僅是依靠優良的技術,同時還應注意選擇優質的焊條,并隨時觀察其堿度,這些細小的差別往往才是決定焊接產品質量到的關鍵。2.1.4攪拌摩擦焊工藝技術的應用。攪拌摩擦焊技術使用方便,操作簡單,其對基本的焊接工藝硬性材料沒有過多的要求,比如焊條等,僅僅需要焊接攪拌頭,就可以完成整個操作。攪拌摩擦焊接工藝的使用是在20世紀90年代初,當時工藝水平相對比較先進,輪船,鐵路的方面的應用也極為廣泛,所以該技術支撐起了焊接工藝的半邊天。2.1.5螺旋焊工藝技術的應用。螺旋焊工藝技術是指先將各部分零件進行組合和連接,再在其相互接觸的面積當中將兩者進行融化,達到焊接目的,黏合的零件有螺柱、板件等。該工藝可分為拉弧式和儲能式,拉弧式的應用主要在重型工業中,比如輪船制造業等,其焊接要求高;而儲能式主要應用于薄板之間的黏合,日常生活中比較多見。
2.2精密儀器的加工技術。精密儀器的加工技術分為多個層面,不同應用方向有不同的選擇,比如超級精密研磨技術,納米技術,細微加工技術等,這里我們就前幾種加以分析。2.2.1超精密研磨技術。超精密研磨技術可將表面粗糙程度降到1至2mm。其傳統的使用技術有研磨,拋光等,然而對現在工藝的要求已經遠遠不夠,為了適應新時代的發展需求,超精密研磨技術應運而生,它的研磨程度更加精細,使加工產業對材料的要求得到滿足。2.2.2精密切削技術。切削技術操作簡單,因此對切削產品的要求也相對較多。切削表面粗糙程度要求細小,相對于機床的大型機器操作可以提高其精密程度,但受到溫度,機床高度,抗震性能等方面的影響,精密切削技術需要高速運轉,才能適應生產的需要,目前市場上的切削技術足夠滿足機床要求的精密程度,這為精密切削技術開辟了一片天空。2.2.3納米技術的應用。納米技術的概念為人們廣泛所熟悉,它是結合了物理技術和工程技術的現代化工藝產物,它實現了納米級的精細刻畫,在精密電子技術當中獲得殊榮,在未來的發展前途也很廣泛。納米材料,納米微生物等概念的普及,是人類進步的象征。
3、結束語
世界科技的高速發展,經濟全球化趨勢的加深,行業之間競爭日益激烈,全球化市場進一步拓展,這些都對現在機械制造工業以及精密加工制造行業提出了更嚴苛的要求,比如航天飛船等方面。精密加工技術是現代機械制造行業的基礎,所以,加強對現代機械制造行業的開發與研究,是實現工藝生產全球化的重要目標。
參考文獻
我國進入21世紀之后,現代化工業發展迅猛,機械制造行業間的競爭也日益激烈,機械制造業為了提高生產效率,爭相使用數控技術。數控技術是一種自動化技術,能夠有效促進生產力發展,現在已經廣泛地應用在機械制造行業中,為機械制造產量及質量提高做出了貢獻,也有效地推動了我國社會主義經濟建設及發展。本文將重點分析下數控技術概念及特征,探討機械制造中對數控技術的實際應用。
關鍵詞:機械制造;數控技術;實際應用
0引言
機械制造行業在我國社會經濟發展過程中具有重要作用,它是我國的基礎行業之一,關系著我國的國民經濟發展。隨著我國經濟及科學技術發展,機械制造的數量與質量也得到了較大提高,機械制造與人們的生活息息相關,而機械制造行業中關鍵組成部分是數控技術,這項技術推動了機械制造業的有序良好發展,下面我們將具體分析下數控技術概念及其特征和,使其更好地應用在機械制造中。
1數控技術概念及特征分析
1.1數控技術概念
數控技術是一種自動化技術,融合了計算機技術、通信技術及傳感監測技術等,通過發出數字命令信息指令,開展對機械二次加工并控制工作,這種技術的設備物質載體是數字化信息設備及控制運行設備,該項技術含量非常高,將其使用在機械制造領域中能夠有效提升生產制造效率,還能夠保證生產產品的質量與精確度。
1.2數控技術特征
數控技術還有一些特征,也是其優點,第一就是便利性,這個特點體現在多個方面,使用數控技術,能夠有效減少傳統機械制造業中繁復的工藝流程,具有較大便利性。另外,機械制造過程中使用數控技術,能夠改變機械制造中的加工工藝參數,從而進一步提升機械制造的便利性。第二是高效率,數控技術應用在機械制造中,在一次裝夾工作中能完成多道加工工序,有效減少輔助時間,但是同時也保證了加工精度;而且這種技術能夠完成復雜零件及曲面形狀零件的加工[1]。
2機械制造中對數控技術的實際應用
2.1工業生產對數控技術的應用
工業生產過程中對數控技術使用得非常廣泛,工業生產中的食品加工及造紙印刷是使用頻率最高的產業,而且這種數控技術對金屬冶煉及農藥工具加工等危險性操作中具有更重要的作用。數控技術使用在工業生產中,不僅有效地改善了工作環境、減低工作危險性,工業生產人員的工作效率也得到了極大提高,生產成本進一步降低,最終推動了工業生產的機械化與自動化。實際工業生產過程中,采用的數控技術主要是通過控制生產主體計算機來控制工業生產的流程與程序,因為計算機系統具有非常強大的感應功能,因此其能夠快速發現并及時處理錯誤,這樣就安全有效地保證了工業生產系統的穩定操作性。
2.2煤礦機械對數控技術的應用
煤礦是我們人類賴以生存及發展的能源基礎,在人們的生活及生產中具有重要作用,但是煤礦開采及運輸是一件非常危險的事情,煤礦技術人員及操作人員需要保持高度警惕性。煤礦開采過程中最常使用的工具是采煤機,煤礦開采環境比較惡劣、技術要求高而且采煤機的種類也非常繁多,因此采煤機最好是進行小批量生產。采煤機生產過程中一個重要環節就是完成機殼毛坯焊接,但是傳統的機械加工制造不能單獨完成一件的下料,而將數控技術應用其中實現了上述不可能的事情,有關技術人員發明研制了數控氣割,開展了數控化機械生產,它采用特殊數控程序,進行單一物件的下料,這樣的工作程序有效地節省了時間,提高了工作效率,也有效地優化了套料選用方法[2]。
2.3汽車行業對數控技術的應用
隨著我國社會經濟的日益發展,人們物質生活水平也隨之提高,人們對于出行交通工具有了更新更高要求,汽車已經成為了人們外出游玩的交通工具,也受到了越來越多人的喜愛,汽車購買數量及質量呈現出上升趨勢。汽車行業面對這種狀況,競爭也日益激烈,數控技術在汽車行業中的使用,有效地加快了汽車零部件的生產速度,提高了汽車生產及投入市場的效率,促進了汽車行業的快速健康發展[3]。汽車行業現在已經發展到了現代化水平,汽車生產流水線上更多使用到了高速控制機床及數控技術,這種數控技術下的控制機床,生產速度非常快,而且具有很好的靈活性,滿足了汽車生產者的需要。數控技術應用到汽車生產過程中后,能夠使生產流水線作業更加高效化、智能化,而且汽車從生產零件、組裝一直到后期的試運行的全過程都能夠被控制監測到,這樣很好地滿足了高質量及高產能的需求。
2.4機床設備對數控技術的應用
機械制造過程中具有關鍵作用的是機床設備,機床設備是機械制造的核心與靈魂,而數控技術應用在機床設備中,實現了機械及電子科技技術一體化的目標,將數控技術引入到機床設備中,并加入計算機技術及互聯網通信技術等,這樣能夠有效控制機床生產過程中每道工序參數、時間及規格,實現統一規范化生產操作,也使得機床設備在使用過程中更穩定、更安全,進而促進數控技術下的機床更加準確、更加精細地控制零件位置及操作冷卻泵等生產環節。
2.5航天工業對數控技術的應用
數控技術也能應用到航天工業中,航天工業中常常要使用到許多高精密度的零件,但是使用傳統機械制造并不能滿足航天技術在制造步驟上的精益求精需求,而將數控技術應用在航天工業中,能夠對小部件材質進行深度加工,這樣有效地節省了資源、防止了浪費能源。
3結語
目前,數控技術已經越來越廣泛地應用在機械制造業中,例如工業生產、煤礦機械以及機床設備等等,這項技術在這些產業中發揮著積極而重要的作用。隨著社會及科學技術發展進步,人們對于數控技術的要求也越來越高,相關人員在研發生產過程中不僅要使用好數控技術,還要做好研發工作,積極更新數控技術,改進現階段數控技術的不足與缺點,將其更好地應用于機械制造生產過程中,為我國的國民經濟發展貢獻力量。
參考文獻:
[1]劉從軍.數控技術在機械制造中的應用探討[J].科技展望,2015(07):52.
[2]戴玉翔.數控技術在機械制造中的發展與應用[J].科技創業家,2014(02):78.
摘要:文章闡述了機械制造發展的精密化、自動化、信息化、柔性化、清潔化、集成化和智能化趨勢,介紹了先進制造模式,并提出了我國目前存在的差距及發展策略。
隨著科學技術的飛速發展和市場競爭日益激烈,越來越多的制造企業開始將大量的人力、財力和物力投入到先進的制造技術和先進的制造模式的研究和實施策略之中。改革開放以來,我國制造科學技術有日新月異的變化和發展,確立了社會主義市場經濟體制,但與先進的國家相比仍有一定差距,為了迎接新的挑戰,必須認清制造技術的發展趨勢,縮短與先進國家的差距,使我國的產品上質量、上效率、上品種和上水平,以增強市場競爭力,因此,對制造技術及制造模式的研究和實施是擺在我們面前刻不容緩的重要任務,以實現我國機械制造業跨入世界先進行列。
一、機械制造業的發展趨勢
先進的制造業是將物料、能源、設備、資金、技術、信息和人力等制造資源通過先進的制造技術、先進的管理技術和先進的制造過程轉變成人類需求產品的行業。行業追求的目標是:高質量、高效率、高柔性、低成本、低勞動力、低消耗、品種多和規格全的產品,因此,21世紀的機械制造技術的發展趨勢體現在以下幾個方面:
(一)精密化
精密加工、特種加工、超精密加工技術、微型機械是現代化機械制造技術發展的方向之一。精密和超精密加工技術包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特種加工和復合加工(如機械化學研磨、超聲磨削和電解拋光等)三大領域。超精密加工技術己向納米(lnm=10-3μm)技術發展。納米技術己在納米機械學、納米電子學和納米材料技術得到了應用。因此,它促進了機械科學、光學科學、測量科學和電子科學的發展。
(二)自動化
自動化技術自20世紀初出現以后,經歷了由剛性自動化向柔性自動化的發展過程,自動化技術的成功應用,不但提高了效率,保證了產品質量,還可以代替人去完成危險場合的工作。對于批量較大的生產自動化,可通過機床自動化改裝、應用自動機床、專用組合機床、自動生產線來完成。小批量生產自動化可通過NC、MC、CAM、FMS、CIM、IMS等來完成。在未來的自動化技術實施過程中,將更加重視人在自動化系統中的作用。
(三)信息化
信息、物質和能量是制造系統的三要素。產品制造過程中的信息投入,己成為決定產品成本的主要因素。制造過程的實質是對制造過程中各種信息資源的采集、輸入、加工和處理過程,最終形成的產品可看作是信息的物質表現,因此可以把信息看作是一種產業,包括在制造之中。為此一些企業開始利用網絡技術、計算機聯網、信息高速公路、衛星傳遞數據等實現異地生產。使生產分散網絡化,以適應高柔性生產的需要。
(四)柔性化
隨著科學技術的飛速發展和人民生活水平不斷提高,促使產品更新換代的速度不斷加快,這就要求現代企業必須具備一定的生產柔性來滿足市場多變的需要。所謂柔性,是指一個制造系統適應各種生產條件變化的能力,它與系統方案、人員和設備有關。系統方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人員柔性是指操作人員能保證加工任務,完成數量和時間要求的適應能力。設備柔性是指機床能在短期內適應新零件的加工能力。
(五)集成化
集成是綜合自動化的一個重要特征。集成的作用是將原來獨立運行的多個單元系統集成一個能協調工作的和功能更強的新系統。集成不是簡單的連接,是經過統一規劃設計,分析原單元系統的作用和相互關系并進行優化重組而實現的。集成化的目的是實現制造企業的功能集成,功能集成要借助現代管理技術、計算機技術、自動化技術和信息技術實現技術集成,同時還要強調人的集成,由于系統中不可能沒有人,系統運行的效果與企業經營思想、運行機制、管理模式都與人有關,因此在技術上集成的同時,還應強調管理與人的集成。
(六)智能化
智能化是制造技術的發展趨勢之一。智能制造技術(IMT)是將人工智能融入制造過程的各個環節,在整個制造過程中貫徹智力活動,使系統柔性的方式集成起來,通過模擬人類專家的智能活動,取代或延伸制造系統中的部分腦力勞動,在制造過程中系統能自動監測其運行狀態,在受到外界干擾或內部激勵能自動調整其參數,以達到最佳狀態和具備自組織能力。
二、先進的制造模式
機械制造業發展趨勢表明,只有采用先進的制造技術并能實施在相匹配的制造模式中才能符合上述的趨勢。制造模式是指企業體制、經營、管理、生產組織和技術系統的形態和運作模式。
(一)精良生產(LP)與獨立制造島(AMI)
20世紀90年代美國麻省理工學院(MIT)提出精良生產(LP)概念。它的特征是:(1)重視客戶需求,以最快的速度和適宜的價格提供質量優良的適銷新產品去占領市場,并向客戶提供優質服務。(2)重視人的作用,強調一專多能,推行小組自治工作制,賦予每個工段有一定的獨立自,運行企業文化。(3)精簡一切生產中不創造價值的工作,減少管理層次,精簡組織結構,簡化產品開發過程和生產過程,減少非生產費用,強調一體化質量保證。(4)精益求精、持續不斷的改進生產、降低成本、零廢品、零庫存和產品品種多樣化。
獨立制造島是教授根據在引進先進技術的同時,必須改革生產組織的角度提出新的生產模式。獨立制造島的技術構思是:以GT為基礎,以NC機床為核心,強調信息流的自動化和以人為中心的生產模式,它的特征是:組織、人員和技術三者的有機集成,面向車間、權力下放、綜合治理,并以獲取經濟效益為主要目標。AMI是發展中國家走向工廠自動化的重要途徑,它的推廣對中國機械制造業轉向市場機制,參與國際競爭意義重大。
(二)敏捷制造與虛擬制造
美國通用汽車公司與里海大學于1988年提出了敏捷制造(AM),AM是在不可預測的持續變化的競爭環境中取得繁榮成長,并具有能對客戶需求的產品和服務驅動市場做出迅速響應的生產模式。AM的特征是:(1)制造資源的集成性,企業間聯作集成。充分發揮各企業的長處,針對限定市場的目標要求共同合作完成任務。(2)具有需求響應的快捷性和高度的制造柔性。制造柔性是指制造企業對市場要求迅速轉產和能實現產品多品種變批量的快速制造。(3)充分發揮人的作用,不斷提高企業職工素質和教育水平,優化人機功能分配。
虛擬制造(VM)是國際上提出的新概念。VM與AM聯系密切。VM的特征是:當市場新的機遇出現時,組織幾個有關公司聯作,把不同的公司,不同地點的工廠或車間重新組織協調工作。在運行之前必須分析組合是否最優,能否協調運行,以及投產后的效益和風險進行評估,這種聯作公司稱虛擬公司。虛擬公司在一定的環境和條件下通過虛擬制造系統運行,包括物理基礎、法律保障、社會環境和信息技術。因此研究開發虛擬制造技術(VMT)和虛擬制造系統(VMS)意義重大,美國稱AM為21世紀制造業發展戰略。
(三)集成制造與智能制造
美國哈林頓博士在“計算機和集成制造”一書中提出計算機和集成制造(CIM)的概念。集成制造的核心內容是:制造企業從市場預測、產品設計、加工制造、經營管理直至售后服務是一個不可分割的整體,需要統籌考慮。整個制造過程的實質是信息采集、傳遞和加工過程,最終生產的產品可看作是信息的物質表現。集成是CIM的核心,這種集成不僅是物的集成,更主要的是以信息集成為特征的技術集成和功能集成,計算機是集成的工具,計算機和輔助各單元技術是集成的基礎,信息交換是橋梁,信息共享是關鍵。集成的目的在于制造企業組織結構和運行方式的合理化和最優化,以提高企業對市場變化的動態響應速度,并追求最高整體效益和長期效益。
智能制造(IM)是美國出版研究IM和IMS書籍中首先提出的。它的特征是:在制造工業的各個環節的高度柔性與高度集成的方式,通過計算機和模擬人類專家的智能活動,進行分析、判斷、推理、構思和決策,旨在取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動,并對人類專家的制造智能進行收集、存儲、完善、共享、繼承與發展。
三、存在差距和實施策略
改革開放以來,通過技術改造和引進國外先進制造技術,使我國的制造工業有了長足的進步,但和先進國家相比還存在很大差距,表現在:技改投入相對不足,原有技術基礎和研究開發能力薄弱,制造業產品落后,技術水平低,信息含量少,更新換代慢,以及市場營銷、經營管理、人才素質相對落后,缺乏國際競爭能力。面對這樣形勢,發展先進制造技術、實施先進的制造模式已經到了刻不容緩的地步。為了使我國的制造業站在世界先進行列,必須采取相適應的措施和策略。
(一)人才是關鍵。發展和推廣先進的制造技術、實施先進的制造模式人才是關鍵。我國是社會主義市場經濟體制,研究先進制造技術和先進的生產模式其根本目的是制造出有競爭力的產品去占領國內市場和國際市場,科技人員必須強化市場意識,因此人才的培養要注意市場導向。要有產業觀念、企業觀念、信息觀念、競爭觀念和效益觀念。科技人員要懂得市場營銷、經營管理和經濟法。要拓寬學科領域,更新教育內容與方法,培養一支了解和掌握機械工程科學的前沿技術人才,加速先進制造技術的推廣和實施,為市場經濟服務。
(二)加強政策與法規建設,建立強有力的宏觀調控機制。在市場經濟環境下,國家仍應制訂科學的制造產業規劃和制造技術進步的總體規劃,以及相應的法規政策。避免重復建設、重復生產和重復引進的事情發生,要盡可能減少和避免市場盲目競爭造成的損失。
(三)發展適應我國國情的生產模式。對于一些先進的制造技術和先進的制造模式,要根據我國現實存在的技術水平和能力向前發展,避免盲目的追求目前實施有一定困難的理想的先進科學制造技術。目前要積極發展適應我國國情的制造模式。
(四)建立與發展我國自主的NC、MC、CAD、CAM、FMS、CAT、CIM、IMS等制造自動化單元技術,結合實際情況實現與現有成熟技術的有效結合。同時要有組織有計劃的引進先進制造技術進行消化和吸收。對于引進的并行工程(CE)、敏捷制造(AM)、精良生產(LP)、智能制造(IM)等先進制造模式要根據它們的技術構思和特征開發創新成適合我國國情的生產模式,(如獨立制造島)以使企業適應市場經濟的需要。
(五)提高制造業現代化管理水平。現代管理核心是信息管理、物質管理、質量管理、生產過程管理和市場信息管理、加強企業人才的培養同時與國際接軌,開展ISO9000系列管理體系認證,加快現代企業制度改革,為先進制造技術的發展奠定良好的基礎。
關鍵詞:機械;自動化;發展方向
機械設計制造及其自動化增強了機械設備的綜合性能,能夠把機械帶入到一個智能化、人性化的科技時代,對人們的生產和生活具有很重要的作用,從事相關職業的研究人員和學者也在不斷的進行改良和創新設計。機械設計制造機械自動化技術所面臨的關鍵技術門類很多,不同技術之間有著密切的聯系,有的技術是基于其他技術而存在的,多種技術互相滲透,共同找尋其發展的新方向。
1 機械制造的概念和特征
美國機械工程師協會于1984年為現代機械下了如下定義:現代機械是“由計算機信息網絡協調與控制的,用于完成包括機械力、運動和能量流動力學任務的機械和(或)機電部件相互聯系的系統[1]。”這一概念的引入,為當時機械設計和制造提供了一個非常貼切的總括,使機械理論雛形有了明確的意義。
機械設計制造及其自動化的特征也是極為明顯的,總結概括如下:機械自動化的設計制造是從系統的觀點出發,綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感檢測技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術,根據系統功能目標和優化組織結構目標,在多功能、高質量、高可靠性和低能耗的意義上實現特定功能價值并使整個系統最優化的系統工程技術[2]。
機械設計制造自動化可以滿足機器對于其功能的精細化要求,針對不同的產品要求設計出不同的機械產品。通過這一設計過程,使得產品可以實現從輸入端產生的輸出要求,完成其功能的完美呈現。機械設計始終圍繞著產品功能要求進行布局,制造過程也是嚴格按照設計要求進行生成,最終這一系列過程的完成,是要滿足機械生產的需要。機械設計制造在朝著機械自動化的發展方向穩步向前推進。
2 機械設計制造及其自動化的發展方向
我國從20世紀80年代初才開始機械設計制造及其自動化發展方向這方面的研究和應用工作,研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作,并取得了一定的成果[3]。但我國目前的情況與先進國家比,還有巨大的差距。學科的專業性質很強,技術要求也是極高的,單純的就其理論基礎來講,學科的發展和應用仍有很多漏洞亟待處理,但機械設計的未來發展方向是明確的。
2.1 機電一體化
機電一體化就是機械自動化的發展和延伸,傳統機械產品的更新換代是目前所面臨的問題,走機電一體化方向道路,對于機械工業發展來講是極為可行的。
2.2 智能化
智能化的發展對技術的要求比較高,也是新時代機械自動化的重要風向標,職能化講求的是機械在操作上具有一定的能動性,接受人為指令的同時能夠做出一定范圍和能力的判斷,這里面的學問涵蓋很多科目,例如:計算機科學、心理學、生理學和運籌學等等,讓機械自動化能夠模擬人工智能,解放人力資源,當然不可能完全替代人力,機械能夠簡單的進行模仿、推斷和進行部分決策的能力,這種智能化的發展,是整個人類社會拭目以待的技術,不僅對機械設計的發展有益,而且對未來應用機械的相關行業也有著相當大的實際意義。
2.3 模塊化
由于生產機械自動化產品的廠家很多,而且機械自動化產品本身的種類也是多樣化的,所以在設計和制造機械自動化產品單元時極其要仔細認真,注意繁雜接口的多項設計,例如標準機接口、電氣接口、環境接口等,可以利用標準單元開發出新型裝置,擴大生產規模。模塊化給機械設計制造及其自動化帶來良好的發展前景。
2.4 微型化
傳統的機械往往給人一種過大過笨重的印象,隨著技術的更新換代,機械設計制造呈現微型化的特點和趨勢,其產品本身個體小、耗能低、運動靈活等特點降低了制造成本,同時也使得機械能夠獲得廣泛應用,不再是笨重的代名詞。但在我國的很多高精尖領域仍未能廣泛應用,機械設計制造及其自動化在外形設計和內部環節上還存在一定的局限性。
2.5 網絡化
隨著計算機技術的普遍發展,各行各業都充斥著計算機技術。互聯網的應用給人們的日常生活和工作帶來了樂趣和提高了效率。網絡化的普及,使得人們應用了更多的遠程監控技術,把它應用到設計領域中有著強大的實際應用性能,例如:利用家庭網絡的建設,將家庭中的幾種常見的家用電器鏈接在一個系統中,做到遠程操控,能夠提高人們的生活品質,享受到高科技氛圍。
2.6 綠色化
往往工業的發展要伴隨著生態的破壞,當下人們早已意識到生態壞境一旦被破壞的嚴重性,所以對機械設計制造的要求也附帶著環保這一條。綠色化是時展的要求,也是人們渴望返璞歸真的美好愿景。機械設計制造本就是一項復雜專業化的工程,引入綠色這一概念讓機械設計本身充滿了靈性和人格魅力。我們在設計過程中,賦予其與自然界和諧相處的能力,綠色化是對生態壞境的尊重,這樣的設計理念,無疑是對機械制造的未來發展開了一個好頭。
3 結束語
由于現代機械自動化在設計和制造上具有多重要求,所以機械的設計、制造都是緊貼機械自動化的要求來設計的。一個優秀的現代化高質量機械設計要能夠囊括大量的技術科技才能滿足機械制造的生產要求。機械自動化系統就是機電一體化的產物,機電一體化的進步依賴機械自動化的進步。機械工業發展需要好技術、好設計、好制造的不斷涌現,對設計人員也是一種挑戰,從設計到制造聯手通力協作,機電一體化的發展格局定會呈現良好的態勢。
參考文獻
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注意:本文已經在《組合機床與自動化加工技術》(1999,10:1~5)雜志發表
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陳曉川 劉曉冰
(大連理工大學CIMS中心,大連,116023)
內容提要:近幾年新的先進制造技術模式和哲理層出不窮,本文結合我國國情,通過分析現代集成制造系統與其它先進制造技術的關系,論述了我國現代集成制造系統的技術構成和發展策略及途徑,希望為我國制造業的發展做些有益的探索。
關鍵詞:現代集成制造系統,并行工程,虛擬制造,分布式網絡化研究中心
引言
信息技術的發展引起的革命使我們進入了信息時代。信息革命不僅引起人們的思想觀念、生活方式的變化,而且導致了生產方式和制造哲理的巨大變化,可以說近十年來提出的新的制造哲理都離不開信息技術提供的支撐,以信息化制造技術為代表的先進制造技術正使制造業處于重要的歷史性變革時期。多年來,我國的綜合國力不斷增強,入關在即,市場競爭十分激烈,國內市場已從賣方市場轉化為買方市場,而且正在迅速成為國際市場的一部分,許多大中型企業在競爭中處于不利地位,甚至破產、倒閉。本文結合我國國情,通過分析現代集成制造系統與先進制造技術的關系,論述了我國現代集成制造系統的技術構成和發展策略及途徑,希望為我國制造業的發展做些有益的探索。
現代集成制造系統的含義與定位
現代集成制造系統(Contemporary Integrated Manufacturing System)是計算機集成制造系統新的發展階段,在繼承計算機集成制造系統優秀成果的基礎上,它不斷吸收先進制造技術中的相關思想的精華,從信息集成、過程集成向企業集成方向迅速發展,在先進制造技術中處于核心地位。具體地說,它將傳統的制造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術進行有機的結合,通過計算機技術使企業產品在全生命周期中有關的組織、經營、管理和技術有機集成和優化運行,在企業產品全生命周期中實現信息化、智能化、集成優化,達到產品上市快、服務好、質量優、成本低的目的,進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性,使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。從集成的角度看,早期的計算機集成制造系統側重于信息集成,而現代集成制造系統的集成概念在廣度和深度上都有了極大的擴展,除了信息集成外還實現了企業產品全生命周期中的各種業務過程的整體優化,即過程集成,并發展到企業優勢互補的企業之間的集成階段。
現代集成制造系統的研究范圍應該介于國家攀登計劃和國家攻關計劃之間。與攀登計劃研究項目相比較,它更注重成果的應用性,盡可能將技術產業化,并推動我國制造業的現代化進程;與國家攻關計劃相比較,它更注重解決我國制造業發展中的關鍵的共性問題、前瞻性問題和示范性問題【1】。
現代集成制造系統的技術構成
圖1 現代集成制造系統的技術構成
先進制造技術(AMT-Advanced Manufacturing Technology)作為一個專有名詞至今還沒有一個明確的、一致公認的定義。通過對其內涵和特征的研究,目前共同的認識是:先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果,并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程,以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產,并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱【3】。它具有如下一些特點:
從以技術為中心向以人為中心轉變,使技術的發展更加符合人類社會的需要; 從強調專業化分工向模糊分工、一專多能轉變,使勞動者的聰明才智能夠得到充分發揮; 從金字塔的多層管理結構向扁平的網絡化結構轉變,減少層次和中間環節; 從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變,縮短工作周期,提高工作質量; 從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態的自主管理的小組工作方式轉變。 通過對先進制造技術的定義和特點的分析我們發現,現代集成制造系統擁有先進制造技術的絕大部分特點,只不過先進制造技術所涉及的的范圍要比現代集成制造系統大,因此通過對先進制造技術的綜合考察,我們提出了一個現代集成制造系統的技術構成模式。如圖1所示,即在先進制造技術中,現代集成制造系統在吸收計算機集成制造系統的優秀成果的基礎上,繼續推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態聯盟的研究工作深入進行,并不斷吸收先進制造技術中的成功經驗和先進思想,將它們進行推廣應用,由此使現代集成制造系統成為先進制造技術的核心,具體說明如下:
1、并行工程(CE-Concurrent Engineering):
并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程(包括制造過程和支持過程)的系統方法。它要求產品開發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素,包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。為了達到并行的目的,必須建立高度集成的主模型,通過它來實現不同部門人員的協同工作;為了達到產品的一次設計成功,減少反復,它在許多部分應用了仿真技術;主模型的建立、局部仿真的應用等都包含在虛擬制造技術中,可以說并行工程的發展為虛擬制造技術的誕生創造了條件,虛擬制造技術將是以并行工程為基礎的,并行工程的進一步發展就是虛擬制造技術。同時,并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術支持下,將原來分別進行的工作在時間和空間上交叉、重迭,充分利用了原有技術,并吸收了當前迅速發展的計算機技術、網絡技術的優秀成果,使其成為先進制造技術中的基礎。
雖然并行工程在我國進行的研究工作中屬于熱點,也取得了一些成果,但是目前還存在以下一些問題:
(1)研究的廣度和深度不夠:雖然并行工程的研究工作已經廣泛開展,但是無論從研究的內容上看,還是從研究的水平上說都明顯存在差距。如:并行工程在成本和質量上的應用才剛剛起步,與供應商的集成問題還沒有提上日程。
(2)與并行工程有關的技術實用化不夠:在實用技術研究方面,目前還沒有商品化軟件誕生,而國外公司已經推出商品化軟件(如:PTC的Pro-Engineering、CV的CADDS5)。
(3)并行工程的實施隊伍不夠:由于科研力量薄弱,在研究上還不能全面開花,并行工程的實施就更是難上加難了。而且,當前國內機械行業在激烈的市場競爭中經濟效益不好,CAD/CAM技術還有待普及,全面實施并行工程還缺乏基本的物質基礎。
由于并行工程所處的基礎性地位及我國研究工作的不足,就決定了必須將它作為現代集成制造系統的基礎性研究工作不斷深入地進行。
2、虛擬制造(VM-Virtual Manufacturing):
虛擬制造利用信息技術、仿真技術、計算機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,以發現制造中可能出現的問題,在產品實際生產前就采取預防措施,從而達到產品一次性制造成功,來達到降低成本、縮短產品開發周期,增強產品競爭力的目的【4】。
目前,虛擬制造技術已經在國外有所應用,例如:美國Boneing公司設計的一架VS-X虛擬飛機,可用頭盔顯示器和數據手套進行觀察與控制,使飛機設計人員身臨其境地觀察飛機設計的結果,并對其外觀、內部結構及使用性能進行考察;日本Matsushita公司開發的虛擬廚房設備制造系統,允許消費者在購買商品前,在虛擬的廚房環境中體驗不同設備的功能,按自己的喜好評價、選擇和重組這些設備,他們的選擇將被存儲并通過網絡送至生產部門進行生產;美國Coventry School of Art and Design開發的虛擬原型制作系統,設計者在設計的初始階段能夠在計算機中構造虛擬原型并對此原型進行評價【6】。
國內的研究剛剛起步,主要集中在三個方面【7】:
(1)產品虛擬設計技術:
主要包括虛擬產品開發平臺、虛擬測試、虛擬裝配以及機床、模具的虛擬設計實現等。其中清華大學利用美國國家儀器公司的Labview開發平臺實現了鎖相電路的虛擬,機械科學研究院采用C語言和OpenGL進行編程初步實現了立體停車庫的虛擬現實下的參數化設計,可以直觀地進行車庫的布局、設計、分析和運動模擬。
(2)產品虛擬制造技術
主要包括材料熱加工工藝模擬、加工過程仿真、板材成型模擬、模具制造仿真等。北航與一汽用OPTRIS開發的板料成型軟件已經基本能夠模擬類似車門的中等復雜程度的汽車覆蓋件和其他沖壓成型件的沖壓成型過程;沈陽鑄造研究所開發的電渣熔鑄工藝模擬軟件包ESRD3D已經應用于水輪發電機變曲面過流部件生產中,其產品在劉家峽、李家峽、天生橋、太平役等7個電站中使用;合肥工業大學研制的雙刀架數控車床加工過程模擬軟件已經在馬鞍山鋼鐵股份有限公司車輪輪箍廠應用,使數控程序現場調試時間由幾個班縮短到幾小時,并保證一次試切成功;北京機床研究所、機械科學研究院、東北大學、上海交大和長沙鐵道學院等單位也研制出一些這方面的仿真軟件。
(3)虛擬制造系統
主要包括虛擬制造技術的體系結構、技術支持、開發策略等。其中提出了比較成熟的思想并可能實現的是由上海同濟大學教授提出的分散網絡化生產系統和西安交通大學謝友柏院士組建的異地網絡化研究中心。
從以上的論述中可以看到國內外研究水平差距是很大的,而且由于虛擬制造技術既是并行工程的發展方向又是敏捷制造的核心,這就決定我們必須以它作為現代集成制造系統的中心技術,以帶動相關技術的研究工作的進行,并使它們協同一致順利地發展。
3、敏捷制造(AM-Agile Manufacturing):
敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎,選擇合作者組成虛擬公司,分工合作,為同一目標共同努力來增強整體競爭能力,對用戶需求作出快速反應,以滿足用戶的需要。為了達到快速應變能力,虛擬企業的建立是關鍵技術,其核心是虛擬制造技術,即敏捷制造是以虛擬制造技術為基礎的。敏捷制造是現代集成制造系統從信息集成發展到企業集成的必由之路,它的發展水平代表了現代集成制造系統的發展水平,是現代集成制造系統的發展方向。
自從1991年美國提出敏捷制造的思想后,美國政府就贊助許多研究單位開發實現敏捷制造的基礎結構和工具,并鼓勵在不同行業進行示范應用,目前已經取得了一定進展。例如:在遙測裝置生產的敏捷制造示范項目中,它聯合了加利福尼亞的圣地亞國家實驗室、聯合信號公司堪薩斯城分部和新墨西哥的圣地亞國家實驗室以及機械主箱、印刷電路板供應商。通過聯合彌補了單一企業資源不足的弱點,這一聯盟的生產時間比單一企業的生產時間減少了50%,生產率提高顯著。現在美國的很多大公司都參加了這一研究計劃,在歐洲和日本等發達國家也紛紛成立了相應的機構,進行相應的研究和實施工作。我國專家從1993年就開始對敏捷制造進行跟蹤研究,主要包括:實施敏捷制造的技術基礎;虛擬公司的建立步驟及其體系結構和運行模式;虛擬公司的組織與應用等。與國外相比,這些研究工作只能算原則性的研究工作,距離實用還需要走很長的一段路。因此,在我國企業目前還不可能實現敏捷制造,但是從科學研究的角度看,我們認為需要在合適的條件下建立一個研究性的虛擬企業,加深我們對虛擬企業在實際應用中所遇難題的理解,即在實踐中吸取有益的經驗,為今后的發展作一定的技術儲備。
4、綠色制造(GM-Green Manufacturing):
綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式,其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢的整個產品生命周期中,對環境的影響(負作用)最小,資源的使用效率最高。綠色制造的提出是人們日益重視環境保護的必然選擇,發展不能以環境污染為代價,國際制造業的實踐表明,通過改進整個制造工藝來減少廢棄物,要比處理工廠處理已經排放的廢棄物大大節省開支。綠色制造的實現可以通過計算機仿真來達到目的,即它是虛擬制造的一部分。從可持續發展戰略的觀點看,綠色制造是必然選擇,它將成為現代集成制造系統的一個重要的組成部分。
從以上的分析中我們可以看到:各種先進制造技術是相互關聯、彼此交叉的,在先進制造技術這一大廈下,現代集成制造系統成為它的核心,并隨著先進制造技術的不斷發展而發展,即現代集成制造系統應該是一個動態的概念。
我國現代集成制造系統的發展策略
在市場競爭的推動下,先進制造技術發展十分迅速,新思想、新概念層出不窮,通過對現代集成制造系統與先進制造技術關系的分析,我們認為在制定我國現代集成制造系統的發展策略時,應該注重以人為本的思想,運用并行工程的哲理,使各種先進制造技術相互銜接、協調發展,并不斷吸收先進制造技術的成熟成果,為先進制造技術在我國的廣泛應用起到促進的作用。
目前,在美國并行工程已到了推廣應用階段,在虛擬制造方面也有商品化軟件投入市場,在這方面我們存在巨大的差距,主要表現在:從研究工作方面看,科研經費緊缺,科研力量分散,科研成果難以推廣應用,人才流失嚴重;從企業方面看,企業的整體素質不高,管理工作落后,科研能力薄弱,當面臨國際競爭時大多難以為繼,很難在現代集成制造系統方面花費過多,而且受企業人員素質的制約,一些先進的技術還不易取得立竿見影的實際效果,這些都影響了企業應用先進制造技術的熱情;從國家政策方面看,雖然國家對制造業十分重視,但是,由于我國當前正處在改革過程中,多種機制同時運行,多方利益難以協調,在資金使用上往往顧此失彼,而且國家財政困難,也難以使用重金支持現代集成制造系統的研究。針對上述實際情況,我們提出下列解決方案:
(1)以企業需求為出發點,以“甩圖板”工程為契機,大力普及CAD技術,幫助企業進行人員培訓,提高企業人員的素質(其中包括技術水平、勞動態度、道德水平等),不斷提高企業的管理水平,在計算機集成制造系統成功示范企業中及時推廣并行工程,并適當宣傳虛擬制造、敏捷制造等思想和技術,為企業的進一步發展提供堅實的基礎。
(2)在政府方面,應發揮政府的協調職能,組織企業和科研部門進行多方面、多層次的合作,加強科研成果的應用推廣,而且應組織多學科、跨地區的科研力量共同攻關;從宏觀上加強對現代集成制造系統的指導,集中大家的智慧制定出符合我國國情的發展計劃,并將計劃的執行落到實處。
(3)在技術的先進性方面,不要過度追求世界領先,應該根據企業實際要求,解決實際問題,力爭盡快創造效益,以此取得企業的支持并獲得資金上的幫助,以便形成良性循環,促進研究工作的進一步開展。同時,應該參與國際合作,跟蹤國際研究動態,當然,也可以適當引進一些關鍵的、有發展潛力的技術,進行消化和創新,縮短我國與世界先進水平的差距,保持一定的技術領先性。
(4)針對我國科研力量分散的弱點,仿照分散網絡化生產的思想,利用計算機網絡,開展合作研究,建立分布式網絡化研究中心,協調一致進行科技攻關。所謂分布式網絡化研究中心就是利用信息技術、網絡技術、計算機技術對現實研究活動中的人、物、信息及研究過程進行全面的集成,在一定時期內為了共同的目標以最佳的人員和單位組合來開展科學研究工作,調動各方面的積極性通過協同工作達到研究工作的廣泛開展和深入進行,縮短科研周期,增強科技成果的競爭力,也可以說分布式網絡化研究中心是將現實的研究機構的職能在網絡中的映射,是一種“虛擬”的工作模式【9】。
綜上所述,發展我國的現代集成制造系統應該以企業的需求為動力,通過政府的政策和計劃的協調,繼續深入開展并行工程、虛擬制造、敏捷制造和綠色制造的研究與應用,并利用分布式網絡化研究中心,組織各地區的科研力量集中突破與現代集成制造系統密切相關的如STEP標準的應用、CORBA規范的推廣、企業過程重構理論的研究等具有重大戰略意義的理論研究工作,逐步使現代集成制造系統成為我國制造業的靈魂。
參考文獻
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Chen Xiao-Chuan, Liu Xiao-Bing
(Dalian University of Technology, CIMS Centre,Dalian,116023)
Abstract: Recent years the new advanced manufacturing technologies(AMTs) are developed rapidly. In this paper, we analyzed contemporary integrated manufacturing system(CIMS) technology and the relation between CIMS and the other AMTs according to Chinese conditions. We proposed the system frame and some developing strategies of CIMS that will be beneficial to our manufacturing sector for development of AMT in China.
關鍵詞:先進制造技術;教學內容;考核方式
【中圖分類號】G712
制造業是國民經濟中重要的支柱產業,制造技術的水平和制造業的實力反映一個國家的生產力水平,決定著國家的經濟競爭力和綜合國力的強弱。由于傳統的以大批量生產為特征的制造技術和制造模式已無法適應現代市場環境的嚴峻挑戰,從而引發了制造技術、制造模式和管理技術的劇烈變革,先進制造技術就是在這樣的環境下提出來的新觀點。先進制造技術是制造業在不斷吸收信息技術及現代化管理技術等方面的成果,并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務直至回收的制造全過程,以實現優質、高效、低耗、清潔、敏捷的生產,從而提高企業市場競爭力的制造技術的總稱。
隨著我國制造業的迅猛發展,先進制造技術和現代管理方法在生產中的應用越來越多,我院機械類專業開設了《先進制造技術》課程,目的是拓寬學生專業視野,掌握制造技術最新發展。由于先進制造技術課程涉及的內容多,哲理深奧,覆蓋面廣等原因,使得學生在學習的過程中理解和掌握比較困難,學生的感性認識欠缺,對學習的興趣不高,普遍感到枯燥難懂,學習注意力難以持久,因而學習效果不好。怎樣使學生在有限的時間內學到更多的知識,培養良好的職業素養和創新能力,對先進制造技術課程進行教學內容和教學手段的改革就顯得十分重要。
一、《先進制造技術》課程的特點
1.課程的內容多,覆蓋面廣
《先進制造技術》課程的內容十分繁雜,覆蓋面廣,包括柔性制造系統、計算機集成制造系統、快速成型技術、先進生產管理技術、特種加工技術、超精加工技術、納米加工技術、生物加工技術和綠色制造等先進的制造工藝技術和成組技術、并行工程、精益生產、準時生產、敏捷制造、虛擬制造、可重構制造、網絡制造、智能制造等先進的制造模式,以及現代生產管理信息系統、企業供應鏈管理和產品數據管理等先進的管理技術等。
2.課程內容上既繼承又發展,具有動態性
《先進制造技術》課程所講授的內容中有很多的先進技術是既繼承又發展的。如在物料需求計劃的基礎上,將企業的經營、銷售、財務、成本管理納入,則發展為制造資源計劃,而制造資源計劃經過擴充和進一步完善則發展成為企業資源計劃。同時,隨著時間的推移,各種先進制造技術不斷吸收各種最新技術成果,并不斷發展和創新。故本課程的內容也具有動態性,需要不斷地更新。
3.教材內容的滯后性
先進制造技術發展迅速,而教材的內容大多是已經成熟或即將成熟的知識,與相關學科的最新進展相比存在一定的滯后性。因此,授課教師必須及時檢索、查閱相關技術的最新研究成果,并補充到教學內容中,使學生能夠掌握制造技術的最新知識。
4.教材內容的概述性
由于該課程涉及的內容多、課時少(一般為40課時),對于每一種先進制造技術,本課程都不能進行深入、詳細的講解,而只介紹其基本原理、特點、應用和發展趨勢等。
二、教學改革
1.教學內容
作為高等教育的重要組成部分,高等職業教育以造就新型工業化需要的能力強、素質高的高端技能型人才為目標,不僅要培養大量能夠勝任現場操作的高技能人才,而且要為潛在的未來能夠擔當企業推動技術創新和實現科技成果轉化的高端技能人才營造訓練環境。未來先進制造技術要求從業者既有較強的實踐動手能力,又有一定的理論知識和智力技能,必須具有較強的自主學習能力和創新能力,具有對新知識、新技術的快速學習、吸收和創造性的應用能力,能夠把高新技術和設計成果迅速轉化為實踐、產品,促進制造企業的產品創新和技術創新。先進制造技術作為一種動態技術,不斷吸收各種最新的技術成果,那么作為介紹先進制造技術的《先進制造技術》課程也應該是一門動態的課程,隨著新科技、新理念的不斷出現而不斷更新、充實和發展。另外,由于先進制造技術涉及產品的整個生命周期,從市場調研、產品設計、工藝設計、加工制造、生產管理、售前售后服務到產品的回收等方方面面的內容,因此先進制造技術課程的內容十分龐雜,涉及許多其它學科的知識,如管理科學、電子科學、材料科學、信息科學等,在短時間內全部掌握是不可能的。對于教學內容的安排就顯得尤為重要,先進制造技術包含的內容非常廣泛,教學課時內不能全部介紹,課堂教學只能選擇有限的部分內容講解。重點介紹現代設計技術、先進成形制造技術、先進制造工藝技術、制造自動化、先進制造的模式與管理技術等核心內容。同時,教師應注意收集各種先進制造技術最新的研究成果,及時補充教學內容,確保教學內容的前瞻性。
2.課堂教學方式
如何增加學生學習的動力,激發學生學習新知識和新技術的興趣。要轉變傳統的教師觀與學生觀,教師不能只單純地傳授知識,為人師表,把學生當作被動受教育的客體。在課堂教學中,從以教師為中心向以教師為主導,學生為主體的轉變,從單一的專業教育向綜合素質教育和通識教育的轉變,從以傳授知識為主向全面地培養能力為主的轉變,從單一的培養模式向多層次、多方位的立體培養和因材施教的轉變,從封閉式教學向開放式教學轉變。經過一段時間的學習,確立引導學生自主學、激勵學生合作學、培養學生創造學三個學習目標。
(1)教師應引導學生自主學習
知識更新速度的加快,知識總量急劇增加,教育的重點要從傳授知識轉變為著重培養能力,特別是學習能力和思維能力。教師在教學過程中,要充分發揮學生的主觀能動作用,引導和啟發學生主動認知、質疑問題,重點掌握研究和解決問題的思路和方法。注意指導學生對所學知識的思考、歸納、總結、應用,從而了解學習過程,認識學習規律,尋找和總結適合自己的、靈活而高效的學習方法,發展學生的自主學習能力,為學生的再學習和繼續發展奠定基礎。教學中引導學生明確想學什么和應該知道什么,然后讓學生選擇自己感興趣的部分內容自主學習,在課余的時候收集相關的新知識和新技術,在課堂中給予學生機會講解。學生選擇學習內容,掌握了學習的主動權,激發了學習興趣。同時應及時修訂和充實教學的內容,擴大課程教學資源,提高課堂教學的柔性。
(2)在課堂上引入案例教學法
通過企業生產實例提出需要解決的問題,然后介紹解決問題的方法,最后總結必要的結論和概念,避免傳統的提出概念、解釋概念、舉例說明這一知識學習的三段論,這樣可以讓學生從死啃理論教學和書本中走出來。在課堂上中通過給定的問題情景,鼓勵學生以小組活動的形式運用已學的知識,模擬解決問題的方法,通過討論共同找出結論。學習能力弱的同學碰到自己解決不好的問題時,可以由能力較強的小組成員討論解決,也可以在其他小組同學的幫助下完成。小組討論既可以讓學生互補知識,同時也鍛煉了學生團隊合作精神。
(3)合理應用多媒體教學課件
那種以教師為中心、課堂為中心、書本為中心的教學模式已經不能適應現代課堂的需要,而多媒體教學課件能較好地將文字、圖像、聲音、動畫和視頻信息等眾多媒體的信息集于一體,給學生提供一個生動逼真、內容豐富、交互性好的人機界面,使學生的各個感官能夠同時接受到大量的教學信息和豐富的知識,能培養學生的想象能力、創新思維和創新意識。雖然計算機輔助教學帶來了許多新的變化,但多媒體只不過是學習和教學的-種工具,也不是所有的內容都適合應用多媒體,教師需要適時地講解難點和提醒學生在演示過程中注意觀察重點,并及時加以引導、啟發、歸納和總結。
(4)培養創新意識和創新能力
創新能力是21世紀從業者的基本要素。要從授課指導思想、學習環境、課程評估、學習氣氛等多種因素考慮,把課堂教育中的不同教學環節、教學方法、課外活動的作用結合起來,激發學生的創新動機和創新精神。教師應注意給學生營造不同智力要求又有挑戰性的問題情景,讓學生通過自己一系列思維的加工,發展自己的創新思維和能力;給學生以主動探究、自主學習的空間,通過各種途徑、形式搜集、整理資料,通過質疑、思考、論證、解決問題,得出結論;采用啟發式、討論式等多種教學類型和組織形式,注意激發學生多方面的思維,使其智力活動多樣化、豐富化;給學生以心理安全的教學氣氛,鼓勵和尊重學生的提出的各種問題和想法,讓學生知道他們的觀點是有價值的,并從因果關系上展開評價。
3.考核方法
考核方法主要表現在考核內容和考核形式兩個方面。在考核內容上盡量涉及先進制造技術的各個方面,知識覆蓋面寬,考核內容全面,同時要抓住重點,選擇那些廣泛應用于我國生產實際的先進制造技術,如數控技術、激光技術等。在考核形式上可以采取上課討論、平時查閱文獻、課后布置作業、實踐環節、小論文等多種形式,變考知識為考能力,按照一定比例權重來決定本課程的最終成績,這樣可以改變過去"一張試卷定終身"的局面。同時給學生在學習本課程時很大的自由度,鍛煉學生的查閱文獻、信息獲取,論文寫作、實踐和操作等方面的能力。另外,可以采用合適的方式讓學生對本課程進行評價,一方面對教師的教學方法、教學效果提出一些建設性的意見,以便教師根據反饋意見進行改進;同時可以根據課程評價內容反映學生對本課程的參與程度,將其作為考核學生的一種輔助方式。
三、小結
先進制造技術具有先進性、廣泛性、實用性、系統集成性和動態性等特點,是在傳統制造技術、信息技術、自動化技術、現代管理技術等相互滲透、融合而形成的。《先進制造技術》這門課程也要隨著先進制造技術的發展而與時俱進,從教學內容、教學方法、考核方法等方面進行改革。使課堂教學質量得到變革性的提高,從而培養出具備更強創新能力、綜合能力、能適應環境變化的高端技能型型人才。
參考文獻:
[1]賈晨輝,馬文鎖,任小中.先進制造技術課程教學方法研究[J].科技資訊,2009.
機電一體化又稱機械電子學,最早出現在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上,隨著機電一體化技術的快速發展,機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用,機電一體化技術獲得前所未有的發展。現在的機電一體化技術,是機械和微電子技術緊密集合的一門技術,他的發展使冷冰冰的機器有了人性化,智能化。
1.1機電一體化技術的組成要求與原則
五大組成要素:一個機電一體化系統中一般由結構組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、職能組成要素五大組成要素有機結合而成。
四大原則:構成機電一體化系統的五大組成要素其內部及相互之間都必須遵循結構耦合、運動傳遞、信息控制與能量轉換四大原則。
1.2機電一體化技術的具體內容
(1)機械技術 機械技術是機電一體化的基礎,機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應,利用其它高、新技術來更新概念,實現結構上、材料上、性能上的變更,滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統制造過程中,經典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術,同時采用人工智能與專家系統等,形成新一代的機械制造技術。
(2)計算機與信息技術
其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。
(3)系統技術
系統技術即以整體的概念組織應用各種相關技術,從全局角度和系統目標出發,將總體分解成相互關聯的若干功能單元,接口技術是系統技術中一個重要方面,它是實現系統各部分有機連接的保證。
(4)自動控制技術
其范圍很廣,在控制理論指導下,進行系統設計,設計后的系統仿真,現場調試,控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。
(5)傳感檢測技術
傳感檢測技術是系統的感受器官,是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強,系統的自動化程序就越高。現代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境的考驗,它是機電一體化系統達到高水平的保證。
(6)伺服傳動技術 包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置,伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。
2、機電一體化技術的應用
機電一體化是從系統的觀點出發,綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、光學技術、電力電子技術、接口技術等群體技術,合理配置各功能單元,在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值,并使整個系統最優化的系統工程技術,它使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。
2.1 在現代機械制造業中的應用 傳統機械制造業是建立在規模經濟的基礎上,靠企業規模、生產批量、產品結構和重復性來獲得競爭優勢的,它強調資源的有效利用,以低成本獲得高質量和高效率,其生產盈利是靠機器取代人力,靠復雜的專業加工取代人的技能來獲取的。先進的機械制造業是以信息為主導,采用先進生產模式、先進制造系統、先進制造技術和先進組織管理形式的全新的機械制造業,其特征是全球化、網絡化、虛擬化、智能化以及環保協調的綠色制造。現代制造業集成了現代科學技術的發展,充分利用電子計算機技術,使制造技術提高到新的高度。近年來,制造工程領域的新技術相繼誕生,如計算機數字控制、現代集成制造系統、柔性制造技術、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等。
2.2 在飲料行業中的應用 機電一體化技術是當今發展最快、應用前景最為廣泛的技術之一。機電一體化技術在食品、飲料包裝機械的開發、設計和制造過程中的應用。不僅使單機的自動化程度大大提高,而且使整條包裝生產線的自動化控制水平、生產能力得到很大提高,使其競爭能力遠遠超過傳統的機械控制的同類設備。可以大大改善食品飲料包裝生產設備產品的質量,提高其國內、國際競爭能力。
2.3 在鋼鐵企業中的應用
2.3.1 計算機集成制造系統(CIMS) 鋼鐵企業的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體,用以實現從原料進廠,生產加工到產品發貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。
2.3.2 現場總線技術(FBT) 現場總線技術是連接設置在現場的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場總線技術取代現行的信號傳輸技術就能使更多的信息在智能化現場儀表裝置與更高一級的控制系統之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。
2.3.3 交流傳動技術 隨著電力電子技術和微電子技術的發展,交流調速技術的發展非常迅速。由于交流傳動的優越性,電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動,數字技術的發展,使復雜的矢量控制技術實用化得以實現,交流調速系統的調速性能已達到和超過直流調速水平。交流傳動系統在軋鋼生產中一出現就受到用戶的歡迎,應用不斷擴大。
2.3.4 開放式控制系統 “開放”意味著對一種標準的信息交換規程的共識和支持,按此標準設計的系統,可以實現不同廠家產品的兼容和互換,且資源共享。開放控制系統通過工業通信網絡使各種控制設備、管理計算機互聯,實現控制與經營、管理、決策的集成,通過現場總線使現場儀表與控制室的控制設備互聯,實現測量與控制一體化。
2.3.5 分布式控制系統(DCS) 分布式控制系統采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現場測控計算機和智能控制單元。利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制。分布式控制系統與集中型控制系統相比,其功能更強,具有更高的安全性,是當前大型機電一體化系統的主要潮流。
3、機電一體化技術的發展趨勢
3.1 智能化 智能化即要求機電產品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數控機床上增加人機對話功能,設置智能I/O接口和智能工藝數據庫,會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊數學、神經網絡、灰色理論、心理學、生理學和混沌動力學等人工智能技術的進步與發展,為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。
3.2 數字化 微控制器和接口技術的發展奠定了機電產品數字化的基礎,如不斷發展的數控機床和機器人;而計算機網絡的迅速崛起,為數字化設計與制造鋪平了道路,如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、通用性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程控制操作、診斷和修復。
3.3綠色化 工業發達給人們的生活帶來巨大變化,在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態環境惡化的后果,所以綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環保和人類健康的要求,機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態環境,產品壽命結束時,產品可分解和再生利用。
關鍵詞:模塊化造船技術 發展研究 概念與原因 現狀
中圖分類號:U6 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0745(2013)06-0334-01
一、對模塊化造船技術的闡述
所謂模塊化造船技術,主要指的是在造船的過程當中通過采用一些獨立的單元件或者標準件來組裝建造,繼而形成具有一定功能的集成模塊且將之組合成整體來取代其相對獨立的狀態。從另一程度上來看,模塊化造船一般需要遵循在設備制造廠把設備組裝成標準化模塊并試驗合格,需要在造船廠完成各個模塊上船安裝工作且對各個模塊的標準化連接口進行結合的基本流程,這在很大程度上能夠有效提高船舶建造速率。
從另一層面上來講,相對于傳統的分段造船方式而言,模塊化造船一般包涵諸如模塊具有標準化的構造、標準件和可選部件以及可組裝性的預制件等特點。而從近些年以來模塊化造船技術快速發展的原因來看,往往由于模塊化造船能夠有效縮短建造周期與有效降低建造成本,往往由于模塊化造船可以有效提高設備的維修和改裝,往往由于模塊化造船有利于實現規模經濟的發展,繼而能夠有效提高企業競爭力,因而當前模塊化造船技術在世界各國船舶建造中普遍采用。同時,模塊化造船常常會存在著諸如總體性能較差、運營費用較高以及更換或維修所造成的損失更大等缺陷,這些問題都是此后模塊化造船技術發展過程中所要切實解決的問題。
二、模塊化造船技術的現狀
從當前國內外模塊化造船技術的現狀來看,世界各國正處于模塊化造船的第四個階段,并且正形成更高水平的造船技術。現階段,我國正朝敏捷制造技術結合船舶生產的模式分階段進行研發,因而目前我國正處于以殼舾涂一體化的中間產品導向型階段向以設計制造一體化的產品導向型階段的過渡期。自2009年開始,我國所承接的新船訂單早已趕超韓國位列世界第一,并且在中國所承接的新船訂單中主要是以三大主流船型散貨船、油船和集裝箱船為主,這對我國模塊化造船的發展帶來了機遇。
而另一方面,近兩年來國內絕大多數船廠面臨著新接訂單減少、用工成本升高、資金困難以及技術壁壘等一系列問題,因而對于模塊化船舶的思想主要是體現在總體布置中貫徹模塊化技術以及設備系統采用集裝箱功能模塊兩個方面。同時,由于受到傳統船舶建造思想的禁錮,當前普遍存在著設計思想僵化以及存在一定滯后性,這使得諸如不能正確處理總裝造船與單元、模塊化設計造船的關系,理論研究薄弱而迫切需要尋找恰當的造船方法,以及傳統的生產組織形式受外界因素與相互之間的影響很大等各種各樣問題的出現,因而施工單位需要切實將模塊化造船理念貫穿與船舶設計、開發、建造以及管理等整個過程之中,亦需要在形成船舶設計與建造一體化的基礎上及時更新設計理念,從而才能實現模塊化造船的目的。
三、探析模塊化造船技術的發展趨勢
從一定程度上來看,當前模塊化造船技術的發展與現代造船技術的發展是相輔相成的,并且伴隨著科技信息水平的快速提高與廣泛應用,伴隨著造船精度控制技術以及船舶工程管理技術的不斷完善,當前模塊化造船不斷朝著集成化方向發展的。并且從另一角度上來看,由于現代化信息技術成果的廣泛應用,模塊化造船技術的發展必然離不開新技術。因而伴隨著計算機技術、人工智能技術以及機器人技術研究工作的不斷深入,未來的模塊化造船方式必然隨之發生重大改變。
同時,先進制造模式在模塊化造船中的廣泛應用必定是未來的另一發展趨勢。通過將當前信息化網絡技術成果應用到模塊化造船工作當中來,能夠在很大程度上實現異地設計與制造管理,從而大大方便了模塊化造船設計與管理工作的開展,進而持續創造出企業經濟效益、提高企業競爭力。而從企業的角度上來分析,未來造船模式主要指的是計算機集成制造系統。這與上文所介紹是大致相同的。企業通過依靠集成一體化機制的深入發展,通過依靠信息高速公路或者信息數字化與網絡化將各地的模塊工廠、材料以及設備制造廠與企業自身有機鏈接,能夠隨時、可視地進行異地聯合生產,進而形成以產品為導向的動態無縫整合建造系統。這種系統亦是當前徹底模塊化造船的主要依托。
而作為當前逐漸興起的生產中心造船模式,這種新型的模式能夠建造專門的分段并展開相應的預舾裝工作形成模塊產品,或制造專門的功能單元模塊,或進行總裝工程形成終端產品。因而根據中心的設置位置和體系結構,可以簡單分為實體中心和虛擬中心。并且對于虛擬中心而言,虛擬中心實際是一個能夠充分發揮承接造船訂單、船臺以及試航交船等眾多功能的虛擬企業,在信息技術與智能技術運用的前提下采用新型的控制方式來達到聯動控制,繼而能夠提高生產效率以及降低船舶制造成本。所以造船企業未來采用的模式必然是生產中心造船模式。
結束語
綜上所述,我們不難得出現代船舶企業在模塊化造船技術的發展過程中必然會遇到各種各樣的問題,這就需要船舶企業在發展過程中切實利用當前信息化高新技術成果來武裝自己,并且在采用生產中心造船模式的基礎上形成企業獨特的社會競爭力,從而才能夠有效降低生產成本以及提高生產效率,進而才能夠在真正意義上達到發展模塊化造船技術的本質目的。
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