先進位造技術

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更新時間: 2013-09-05

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先進位造技術(Advanced Manufactuing Technology),人們往往用AMT來概括由於微電子技術、自動化技術、信息技術等給傳統製造技術帶來的種種變化與新型系統。具體地說,就是指集機械工程技術、電子技術、自動化技術、信息技術等多種技術為一體所產生的技術、設備和系統的總稱。主要包括:計算機輔助設計、計算機輔助製造、集成製造系統等。

先進位造技術 -定義
先進位造技術先進位造技術

先進位造技術(Advanced Manufactuing Technology),人們往往用AMT來概括由於微電子技術、自動化技術、信息技術等給傳統製造技術帶來的種種變化與新型系統。具體地說,就是指集機械工程技術、電子技術、自動化技術、信息技術等多種技術為一體所產生的技術、設備和系統的總稱。主要包括:計算機輔助設計、計算機輔助製造、集成製造系統等。AMT是製造業企業取得競爭優勢的必要條件之一,但並非充分條件,其優勢還有賴於能充分發揮技術威力的組織管理,有賴於技術、管理和人力資源的有機協調和融合。

先進位造技術 -主要技術群
主體技術群主體技術群

這是製造技術的核心,它包括兩個基本部分:有關產品設計技術和工藝技術。
(1)面向製造的設計技術群
面向製造的設計技術群系指用於生產準備(製造準備)的工具群和技術群。設計技術對新產品開發生產費用、產品質量以及新產品上市時間都有很大影響。產品和製造工藝的設計可以採用一系列工具,例如計算機輔助設計(CAD)以及工藝過程建模和模擬等,生產設施、裝備和工具,甚至整個製造企業都可以採用先進技術更有效地進行設計。近幾年發展起來的產品和工藝的并行設計具有雙重目的,一是縮短新產品上市的周期,二是可以將生產過程中產生的廢物減少到最低程度,使最終產品成為可回收、可再利用的,因此對實現面向保護環境的製造而言是必不可少的。
(2)製造工藝技術群(加工和裝配技術群)
製造工藝技術群是指用於物質產品(物理實體產品)生產的過程及設備。例如,模塑成形、鑄造、衝壓、磨削等。隨著高新技術的不斷滲入,傳統的製造工藝和裝備正在產生質的變化。製造工藝技術群是有關加工和裝配的技術,也是製造技術或稱生產技術的傳統領域。

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先進位造技術 -支撐技術群

支撐技術群是指支持設計和製造工藝兩方面取得進步的基礎性的核心技術。基本的生產過程需要一系列的支撐技術,諸如:測試和檢驗、物料搬運、生產(作業)計劃的控制以及包裝等。它們也是用於保證和改善主體技術的協調運行所需的技術,是工具、手段和系統集成的基礎技術。支撐技術群包括:
(1)信息技術:介面和通信、資料庫技術、集成框架、軟體工程人工智慧、專家系統和神經網路、決策支持系統。
(2)標準和框架:數據標準、產品定義標準、工藝標準、檢驗標準、介面框架。
(3)機床和工具技術。
(4)感測器和控制技術:單機加工單元和過程的控制、執行機構、感測器和感測器組合、生產作業計劃。
(5)其它

先進位造技術 -製造技術基礎

製造技術基礎設施是指為了管理好各種適當的技術群的開發並鼓勵這些技術在整個國家工業(基地)內推廣應用而採取的各種方案和機制。由於技術只有應用適當地會產生效用,所以其技術基礎設施的各要素和基本技術本身同樣重要。這些要素包括了車間工人、工程技術人員和管理人員在各種先進生產技術和方案方面的培訓和教育,這些技術和方案將提高企業的生產競爭力。可以說,製造技術的基礎設施是使製造技術適應具體企業應用環境充分發揮其功能、取得最佳效益的一系列措施,是使先進的製造技術與企業組織管理體制和使用技術的人員協調工作的系統工程,是先進位造技術生長和壯大的土壤,因而是其不可分割的一個組成部分。先進位造技術是促進科技和經濟發展的基礎。

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先進位造技術 -提出及背景

1993年,美國政府批准了由聯邦科學、工程與技術協調委員會(FCCSET)主持實施的先進位造技術計劃(Advanced Manufacturing Technology-AMT)計劃。
先進位造技術計劃(Advanced Manufacturing Technology-AMT)是美國根據本國製造業面臨的挑戰和機遇,為增強製造業的競爭力和促進國家經濟增長,首先提出了先進位造技術(Advanced Manufacturing Technology)的概念。此後,歐洲各國、日本以及亞洲新興工業化國家如韓國等也相繼作出響應。

先進位造技術 -特點
先進位造技術先進位造技術

(1)先進位造技術是製造技術的最新發展階段,是面向21世紀的技術製造業是社會物質文明的保證,是與人類社會一起動態發展的,因此,製造技術必然也將隨著科技進步而不斷更新。先進位造技術是製造技術的最新發展階段,是由傳統的製造技術發展而來,保持了過去製造技術中的有效要素;但隨著高新技術的滲入和製造環境的變化,已經產生了質了變化,先進位造技術是製造技術與現代高新技術結合而產生的一個完整的技術群,是一類具有明確範疇的新的技術領域,是面向21世紀的技術。
(2)先進位造技術是面向工業應用的技術先進位造技術應能適合於在工業企業推廣並可取得很好的經濟效益,先進位造技術的發展往往是針對某一具體的製造業(如汽車工業、電子工業)的需求而發展起來的適用的先進位造技術,有明顯的需求導向的特徵。先進位造技術不是以追求技術的高新度為目的,而是注重產生最好的實踐效果,以提高企業的競爭力和促進國家經濟增長和綜合實力為目標。
(3)先進位造技術是面向全球競爭的目前每一國家都處於全球化市場中。一個國家的先進位造技術是支持該國製造業在全球範圍市場的競爭力。因此,先進位造技術的主體應具有世界水平。但是,每個國家的國情也將影響到從現有的製造技術水平向先進位造技術的過渡戰略和措施。中國正在以前所未有的速度進入全球化的國際市場,開發和應用適合國情的先進位造技術勢在必行。

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先進位造技術 -美國AMT計劃

美國AMT計劃目標是:研究開發世界領先的先進位造技術,以滿足美國製造業對先進位造技術的需求,提高製造業的競爭力;通過教育與培訓計劃提高勞動力素質;促進具有環境意識的製造等。
美國AMT計劃中的項目包括:
(1)設計技術 製造準備階段所需的設計工具與技術;
(2)製造技術 實際生產過程中所需的加工工藝和設備;
(3)支持技術 為前兩類開發項目提供所需的基礎核心技術;
(4)製造技術基礎設施 為有效地管理項目的開發,以及推動將這些項目應用於生產實踐中的方法與機制。
AMT計劃的集成創新重點領域有:
(1)下一代智能製造單元與設備;
(2)適用於快速而有效地設計新產品、工藝、設備及企業集成化設計工具;
(3)確保企業能廣泛了解和應用先進位造技術而進行的基礎設施建設。

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先進位造技術 -應用
先進位造技術應用先進位造技術應用

機械製造業是現代國民經濟和綜合國力的重要支柱,其生產總值一般佔一個國家國內生產總值的20%一55%。在一個國家的企業生產力構成中,機械製造技術的作用一般佔60%左右。世界上各個國家經濟實力的競爭,主要是先進位造技術的競爭,其競爭能力最終體現在所生產產品的市場佔有率上。
現如今,先進位造技術發展已經成為一個龐大的技術群。在機械製造的整個過程中,無論是在產品的設計開發,還是在產品生產製造或是經營管理中,都能充分利用先進位造技術。也正是先進位造技術的快速發展,促進了機械製造業產生了根本性的變化,主要表現在以下幾個方面。
a.企業生產方式發生重大變革
由於先進位造技術的應用,現代機械製造企業逐步改變了傳統觀念,在生產組織方式上發生了5個轉變:從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變;從金字塔式的多層次生產管理結構向扁平的網路結構轉變;從按功能劃分部門的固定組織形式向動態、自主管理的小組工作組織形式轉變;從質量第一的競爭策略向快速響應市場的競爭策略轉變;從以技術為中心向以人為中心轉變。
b.產品設計開發應用了現代設計技術的最新成果
現代設計的方法和技術主要有:
1.綠色設計。綠色技術就是為了減輕環境污染或減少原材料、自然資源使用的技術、工藝或產品的總稱。綠色設計的目的是克服傳統設計的不足,使產品滿足環保的要求。它包括產品從概念形成到生產製造、使用乃至廢棄后的回收、重用及處理等各個階段。綠色設計從根本上防止了污染,節約了資源和能源。因此,綠色設計也是現代機械製造業進行產品設計開發的一個重要原則。
2.并行工程。并行工程是現代設計的一個重要方法。
傳統的順序工程設計,是先進勝需求分析,然後進行產品設計,再進行生產製造,最後是產品上市。這種設計方法,信息是單向依次地傳遞。採用并行工程方法,則將各個工程設計過程與其後續過程并行進行設計,而且上下過程之間的信息交流是雙向的,並據此作出決策。這意味著,採用并行工程方法,從一開始就要考慮產品整個生命周期中的所有因素,如用戶要求概念形成、成本質量、報廢處理等。這就有利於提高產品質量、降低成本、縮短研製周期。
3.計算機輔助設計。計算機輔助設計是以計算機為工具,幫助設計人員進行設計的適用技術的總稱。在設計過程中,人們可以進行創造性思維活動,完成設計方案構思、工作原理擬定,並將設計思想和設計方法經過綜合、分析,轉換成計算機可以處理的數學模型和解析這些模型的程序。在程序運行過程中,人們可以評價設計結果,控制設計過程,計算機則可以發揮其分析和存儲信息的能力,完成信息管理、繪圖、模擬、優化和其他數值分析任務。計算機輔助設計包括的內容很多,如概念設計、優化設計、有限元分析、計算機模擬、計算機繪圖等。
4.虛擬技術得到廣泛應用。虛擬技術是以計算機支持的模擬技術為前提,對設計、加工、裝配等工序統一建模,形成虛擬的環境、虛擬的過程、虛擬的產品以及虛擬的企業。面對新的挑戰和競爭,過去那種大而全的企業已越來越沒有優勢,各種開放式的合作開發、生產與銷售與日俱增。用戶訂貨、產品創意設計、零部件生產、總成裝配、銷售及售後服務等各個環節都可分別由不同地域的企業按某種契約進行互利合作。通過國際互聯網、區域網和企業網,世界上任何地方的用戶都可訂貨,還能進行異地設計、異地製造,然後在最接近用戶的地方交貨。

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先進位造工廠先進位造工廠

c.先進位造工藝以及自動化技術在整個機械製造的過程中,工藝過程是最主要的過程。
由於機械製造業本身的需要,形成和發展了許多先進的製造工藝及自動化技術,從而充實、發展了整個先進位造技術群,帶動了其他製造業的發展。這些先進位造工藝及自動化技術主要包括以下幾個方面。
1.毛坯製造工藝。毛坯製造是機械製造工藝的基礎和前提。近幾年,出現了許多先進的製造工藝及技術。鑄造方面出現了一套精密潔凈鑄造成形工藝,例如,外熱風衝天爐熔煉、處理、保護成套技術;鋼液精鍊與保護技術;高效金屬型鑄造工藝及設備;氣化模鑄造工藝與設備等。
鍛壓方面出現了精確高效塑性成型技術,主要有熱精鍛生產線成套技術;冷溫成型成套技術;輥鍛和楔橫軋成形技術;精密沖裁工藝及設備等。焊接與切割方面出現了新型焊接電源及控制技術;激光焊接技術;微連接技術;數控切割技術等。
2.機械加工工藝。機械加工是機械製造工藝過程的主要組成部分,在這方面的趨勢是向高效、高精度方向發展。主要有精密加工和超精密加工;高速切削與高速磨削;複雜型面的數控加工;遊離磨料的高效加工等。
3.表面處理。隨著機械產品表面質量的要求越來越高,出現了許多表面處理工程新技術,包括化學鍍非晶態合金技術;新型節能表面塗裝技術;高速燃氣噴塗技術;等離子體化學氣相沉積技術;離子束輔助鍍膜技術等。
4.熱處理。熱處理工藝近幾年出現了可控氣氛熱處理、真空熱處理、離子化學熱處理、激光表面合金化等先進技術。
5.自動化技術。在機械製造過程中,除了發展應用先進位造工藝以外,自動化技術的發展與應用是另一大特徵。這些自動化技術包括機床數控技術、工業機器人、柔性製造技術、感測技術、集成製造技術、自動檢測及信號識別技術等。

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先進位造技術 -AMT發展歷程

人類漫長的歷史發展中,使用工具、製造工具進行產品製造是基本生產活動之一。直到18世紀中葉產業革命以前,製造都是手工作業和作坊式生產。

產業革命中誕生的能源機器(蒸汽機)、作業機器(紡織機)和工具機器(機床),為製造活動提供了能源和技術,並開拓了新的產品市場。

經過100多年的技術積累和市場開拓,到19世紀末製造業已初步形成。其主要生產方式是機械化加電氣化的批量生產。

20世紀上半葉,以機械技術和機電自動化技術為基礎的製造業的生產空前發展。以大批量生產為主的機械製造業成為製造活動的主體。

20世紀中葉(1946年)電子計算機問世。

在計算機誕生2年後,由於飛機製造(飛機蒙皮壁板、梁架)的需要,在美國發明了數字控制(NC)機床。不久計算機又開始用於輔助編製NC機床的加工程序,推出了自動編程工具APT語言(Automatically Programmed tools),此後CNC、DNC、FMC、FMS、CAX、MIS、MRP、MRPII、ERP、PDM、Web-M等數字化製造技術相繼問世和應用。

先進位造技術是一門綜合性、交叉性前沿學科和技術,學科跨度大,內容廣泛,涉及製造業生產與技術、經營管理、設計、製造、市場各個方面。先進位造技術就是在傳統製造技術的基礎上,利用計算機技術、網路技術、控制技術、感測技術與機、光、電一體化技術等方面的最新進展,不斷發展完善。

先進位造技術 -先進位造技術發展中的關鍵技術

1 成組技術(GT)

成組技術(GT)揭示和利用事物間的相似性,按照一定的準則分類成組,同組事物採用同一方法進行處理,以便提高效益的技術,稱為成組技術。在機械製造工程中,成組技術是計算機輔助製造的基礎,將成組哲理用於設計、製造和管理等整個生產系統,改變多品種小批量生產方式,獲得最大的經濟效益。

成組技術的核心是成組工藝,它是將結構、材料、工藝相近似的零件組成一個零件族(組),按零件族制定工藝進行加工,擴大批量、減少品種、便於採用高效方法、提高勞動生產率。零件的相似性是廣義的,在幾何形狀、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性為基本相似性,以基本相似性為基礎,在製造、裝配等生產、經營、管理等方面所導出的相似性,稱為二次相似性或派生相似性。

2 敏捷製造(AM)

敏捷製造(AM)是指企業實現敏捷生產經營的一種製造哲理和生產模式。敏捷製造包括產品製造機械系統的柔性、員工授權、製造商和供應商關係、總體品質管理及企業重構。敏捷製造是藉助於計算機網路和信息集成基礎結構,構造有多個企業參加的「VM」環境,以競爭合作的原則,在虛擬製造環境下動態選擇合作夥伴,組成面向任務的虛擬公司,進行快速和最佳生產。

3 并行工程(CE)

并行工程(CE)是對產品及其相關過程(包括製造過程和支持過程)進行并行、一體化設計的一種系統化的工作模式。在傳統的串列開發過程中,設計中的問題或不足,要分別在加工、裝配或售後服務中才能被發現,然後再修改設計,改進加工、裝配或售後服務 (包括維修服務)。而并行工程就是將設計、工藝和製造結合在一起,利用計算機互聯網并行作業,大大縮短生產周期。

4 快速成型技術(RPM)

快速成型技術(RPM)是集CAD/CAM技術、激光加工技術、數控技術和新材料等技術領域的最新成果於一體的零件原型製造技術。它不同於傳統的用材料去除方式製造零件的方法,而是用材料一層一層積累的方式構造零件模型。它利用所要製造零件的三維CAD模型數據直接生成產品原型,並且可以方便地修改CAD模型后重新製造產品原型。由於該技術不像傳統的零件製造方法需要製作木模、塑料模和陶瓷模等,可以把零件原型的製造時間減少為幾天、幾小時,大大縮短了產品開發周期,減少了開發成本。隨著計算機技術的決速發展和三維 CAD軟體應用的不斷推廣,越來越多的產品基於三維CAD設計開發,使得快速成型技術的廣泛應用成為可能。快速成形技術已廣泛應用於宇航、航空、汽車、通訊、醫療、電子、家電、玩具、軍事裝備、工業造型(雕刻)、建築模型、機械行業等領域。

5 虛擬製造技術(VMT)

虛擬製造技術(VMT)以計算機支持的建模、模擬技術為前提,對設計、加工製造、裝配等全過程進行統一建模,在產品設計階段,實時并行模擬出產品未來製造全過程及其對產品設計的影響,預測出產品的性能、產品的製造技術、產品的可製造性與可裝配性,從而更有效地、更經濟地靈活組織生產,使工廠和車間的設計布局更合理、有效,以達到產品開發周期和成本最小化、產品設計質量的最優化、生產效率的最高化。虛擬製造技術填補了CAD/ CAM技術與生產全過程、企業管理之間的技術缺口,把產品的工藝設計、作業計劃、生產調度、製造過程、庫存管理、成本[1]核算、零部件採購等企業生產經營活動在產品投入之前就在計算機上加以顯示和評價,使設計人員和工程技術人員在產品真實製造之前,通過計算機虛擬產品來預見可能發生的問題和後果。虛擬製造系統的關鍵是建模,即將現實環境下的物理系統映射為計算機環境下的虛擬系統。虛擬製造系統生產的產品是虛擬產品,但具有真實產品所具有的一切特徵。

6 智能製造(IM)

智能製造(IM)是製造技術、自動化技術、系統工程與人工智慧等學科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術。其具體表現為:智能設計、智能加工、機器人操作、智能控制、智能工藝規劃、智能調度與管理、智能裝配、智能測量與診斷等。它強調通過「智能設備」和「自治控制」來構造新一代的智能製造系統模式。

智能製造系統具有自律能力、自組織能力、自學習與自我優化能力、自修復能力,因而適應性極強,而且由於採用VR技術,人機界面更加友好。因此,智能製造技術的研究開發對於提高生產效率與產品品質、降低成本,提高製造業市場應變能力、國家經濟實力和國民生活水準,具有重要意義。

先進位造技術 -參考文獻

李長文.先進位造技術在機械製造業中的應用[J].2009(03)

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