在21世紀,隨著電子、信息等高新流水線技術的不斷發展以及市場霈求個性化與多樣化,先進制造技術正朝著精密化、柔性化、集成化、網絡化、全球化、虛擬化、智能化和清潔化的方向發展。當前先進制造技術的發展趨勢大致有以下幾個方面:
(1)制造自動化流水線設備向縱深方向發展
制造自動化技術是制造企業提高生產率,降低生產成本,保證產品質量的重要手段,它始終是制造技術發展的一個主題?;仡欉^去,制造自動化經歷了剛性自動化、可編程自動化和綜合自動化三個發展過程。制造自動化技術發展到綜合自動化階段,其范圍大大擴展,其內涵更加豐富,涉及的領域更加廣泛。自動化是一個動態概念,目前它的研究主要表現在制造系統中的集成技術和系統技術、人機一休化制造系統、制造單元技術、制造過程的計劃和調度、柔性制詁技術和適應現代化牛產模式的制迨環境等方面。當前,信息技術的高速發展以及信息技術不斷,制造技術的注入和融合,使制造自動化技術向著縱深方向發展。具體有:
①集成化。集成是綜合自動化的一個重要特征,集成化符合系統工程的思想。集成化的發展使制造企業收各部門之間以及制造活動各階段之間的界限逐漸淡化,并最終向一體化的目標邁進。CAD/CAPP/CAM系統的出現,使設計、制造不再是截然分開的兩個階段;柔性制造單元(FMC)和柔性制造系統(FMS)的發展,使加工過?、檢測過程、控制工程、生產線設備、物流過程融為一體;汁算機集成制造(CTM)通過信息集成,把一個個動化孤島有機地聯系在一起,發揮史大的效益的作用:并行工程(CE>強調產品及其相關過程設計的集成,這是一個在更深層次上的集成。因此,制造自動化為集成化提供了有利條件,集成化是制造自動化深入發展的必然結果。
②柔性化。制造自動化系統從剛性自動化發展到可編程自動化,再發展到綜合自動化,使系統的柔性越來越大,它使工藝裝備與工藝路線能適用于生產各種產品,以及迅速更換產品和更換加工工藝的需要。
③網絡化。網絡通訊技術的迅速發展和普及,給企業的生產和經營活動帶來了革命性的變革。產品輯計、物料選擇、零件制造、市場?拓與產品銷隹都可以異地或跨越國界進行。 此外,網絡通訊技術的快速發展,加速了技術信息的交流、加強了產品開發的合作和經營管理的學習,推動了企業向著既競爭又合作的方向發展。計算機集成制造系統(CIMS)常常?用局域網,以實現企業內部的倍息傳輸?信息集成。Internet的出現,使跨區域企業之間的信息傳輸與信息組成以及異地制造成為可能。
④虛擬化。虛擬制造(VM)以系統建模技術和計算機仿真技術為基礎,集現代制造工藝、計算機圖形學、信息技術、并行工程、人工智能、多媒體技術等離新技術為體,是一項由多學科知識形成的綜合系統技術。虛擬制造將現實制造環境及制造過程通過建立系統模型映射到計算機及相關流水線技術所支持的虛擬環境中,在虛擬環境中模擬現實制造環境及制造過程的一切活動及產品制造全過程。從而對產品設計、制造過?及制造系統進行預測和評價。虛擬制造技術可以縮短產品的設計和制造煳期,提高產品設計成功率,降低產品開發成本,提高系統快速響應市場變化的能力。
⑤智能化。是柔性自動化的重要組成部分,它是柔性自動化的新發展和延伸。人類不僅要擺脫繁重的體力勞動,而且要從煩瑣的計算、分析等腦力勞動中解放出來,以便食更多的精力從事更高層次的創造性勞動,智能化促進柔性化,它使生產系統具有更完菩的判斷和適應能力。
(2)傳統制邊技術不斷改進,新型制造技術迅速發展
傳統制造技術的改進與新型制造技術的發展突出友現在產品設計和芩件制造兩個方面。
1)產品設計方面
產品設計是制造業的靈魂,現代設計技術的主要發展趨勢是:
a.設汁方法和手段的現代化,它突出反映在數值仿真或虛擬現實技術的發展,以及現代產品建模理論的發展上。
b.由于計算機輔助技術的迅速發展,出現許多新的設計思想和設計方法,包括并行設計、面向“X”的設計、健壯設計、優化設計、反求工程技術等,并已得到實際應用。現代設汁思想和設計方法的提出與發展,將會使傳統產品設計方法產生深刻的變革。
c.由簡單的、具體的、細節的設計轉向復雜的總體設計和決策,要通盤考慮包括設計、制造、檢測、銷售、使用、維修、報廢等階段的產品的整個生命周期。
d.由單純考慮技術因素轉向綜合考慮技術、經濟和社會因素。設計不是單純迅求某項性能指標的先進和高低,而注意綜合考慮市場、價格、安全、美學、資源、環境等方面的影響。
2)零件制造方面
傳統的零件制造方法是毛坯成形和機械加工,這種方法仍是目前乃至今后相當長時間內零件的主要制造方法。毛坯成形(包括鑄造、壓力加工、連接、粉末冶金等)技術 的改進主要集中在提高成形精度上。展望21世紀,成形制造技術正在使毛坯的制造,從接近零件形狀向育接制成工件的方向發展。應用的主要技術包括:精密鑄造技術、精密塑性成形技術、精密連接技術。
據國際機械加工技術協會預測,21世紀,塑性成形與磨削加工相結合,將取代大部分中小零件的切削加工。零件機械加工技術的改進主要表現在強力切削/磨削與高速切削/磨削技術的發展。特別是高速切削與超高速切削技術的發展可以實現“以切代磨”,這不僅可以提高生產效率,而且可以獲得較高加工精度,還能實現難加工材料的切削加工。目前,鋁合金超高速切削的切削速度己超過2000m/tnin、結構鋼已超過1200m/min、鈦合金也達到了 300ra/min。超高速加工技術主要包括:超高速切削與磨削機理;超高速主軸單元與進給單元制造技術;超高速加工用刀具制造技術:超高速加工在線自動檢測與控制包裝流水線等。
(3)精密制造技術、新一代制造裝備的迅速發展
1)精密制造技術
精密制造技術包括精密與超精密加工、微細與超微細加工以及微型機械等。精密與超精密加工指在一定的發展時期,加工精度和表面質量達到較高與最高程度的加工工藝。精密加工與超精密加工技術是一個國家制造業水平的重要標志,它不僅為其他高新技術產業提供精密裝備,同時它本身也是高新技術的一個重要生長點。各工業發達國家均投入巨額資金發展該項技術。目前超精密加工的尺寸精度已達到0.025jim,表面粗糙度達到0.005nm,所用機床定位精度達進入納米級加工時代,超精切削加工技術,其切削厚度由目前的紅外波段,正向著可見光波段趨近,超精加工機床向多功能模塊化方向發展;超精加工材料由金?擴大到非金屬。
2)新一代制造裝備的發展
市場競爭和新產品、新技術、新材料的發展,推動著新型加工生產線設備的研究與?發。其中典型的例子是“并聯朽架式結構數控機床”(俗稱“六腿”機床)的發展,它突破了傳統機床結構方案,采用通過六個軸長短的變化以實現刀具相對于工件的加工位置的變化。
(4)綠色制造將成為21世紀制造業的重要特征
日趨嚴格的環境與資源的約束,使綠色制造越來越重要。中國的資源、環境問題尤為突出,制造業不僅要解決生產過程的污染和資源浪費問題,更重要的是要為社會提供在全生命周期內沒有污染、節約資源的產品,綠色制造應運而生。
綠色制造是指在保證產品的功能、質量、成本的前提下,綜合考慮環境影響和資源效率的一種現代制造模式。對于制造過程而言,綠色制造要求滲透到從原材料投入到產出成品的全過程,包括節約原材料和能源,替代有?材料,將一切排放物的數量與毒性削減在離開生產過程之前。對于產品而言,綠色制造覆蓋構成產品整個生命周期的各個階段,即從原材料的提取到產品的最終處置,包括產品的設計、生產、包裝、運輸、流通、消費及報廢等,減少對人類和環境的不利影響。綠色的設計理念、綠色的技術、綠色的汁劃、綠色產品是人類發展的必然需要,綠色制造成為21世紀制造技術的重要特征,必將得到迅速的發展。
制造技術不僅是衡量個國家科技發展水平的重要標志,也是國際間科技競爭的重點。 我國正處于經濟發展的關鍵時期,制造技術是我們的薄弱環節。只有跟上發展先進制造技術的世界潮流,將其放在戰略優先地位,并以足夠的力度予以實施,才能盡快縮小與發達國家的差距,在激烈的市場競爭中立于不敗之地。