先进制造技术及发展范文

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第1篇

【关键词】先进制造技术；特点；发展趋势

随着计算机技术、自动化控制技术和现代科学技术的高速发展及交叉融合，产生了要求高精度、高速度、多功能、复合型、安全环保、智能化的先进制造技术理念，与传统的机械制造技术相比，先进制造技术是综合了机械制造技术、计算机技术、电子技术、智能技术、网络技术等先进技术的总称。

一、先进制造技术的特点

1.先进制造技术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，它的目的是提高制造业的综合经济效益和社会效益，是面向工业应用的技术。

2.先进制造技术强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流，是生产过程的系统工程。

3.80年代以来，随着全球市场竞争越来越激烈，先进制造技术要求具有世界先进水平，它的竞争已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的竞争，因此它是面向全球竞争的技术。

4.先进制造技术的最新发展阶段保持了过去制造技术的有效要素，同时吸收各种高新技术成果，渗透到产品生产的所有领域及其全部过程，从而形成了一个完整的技术群，具有面向21世纪新的技术领域。

二、先进制造技术发展方向

近年来，计算机技术、自动控制理论、数控技术、机器人、CAD/CAM技术、CIM技术以及网络通信技术等在内的信息自动化技术的迅猛发展，为先进制造技术的发展和应用提供了日益增多的高效能手段。

（一）工业应用的技术，机械、电子、信息、材料及能源技术成果，综合应用于制造过程。

1.数控技术（Numerical Control），简称数控（NC），是用数字量及字符作为加工的指令，实现自动控制的技术。目前数控一般采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此也称为计算机数控技术（Computer Numerical Control），简称CNC，数控技术在国外一般都称为CNC。数控技术的核心是数字控制技术，用计算机来对输入的指令进行存储、译码、计算、逻辑运算，并将处理的信息转换为相应的控制信号，控制运动精度较高的驱动元件，使之按编程人员设定的运动轨迹来高效加工，从而彻底克服了传统机械加工的缺点。

2.计算机辅助设计与制造（CAD/CAM），是计算机辅助设计（Computer Aided Design）简称CAD，与计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing）简称CAM相结合而组成的系统，依托强大软件来完成产品设计中的建模、解算、分析、虚拟模拟、加工模拟、制图、数控编程、编制工艺文件等工作。

3.特种加工技术，传统机械切削加工的本质为：刀具材料比工件更硬，用机械能把工件上多余的材料切除，零件的形状由机床的成型运动产生。但是，随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、耐高温、小型化和结构复杂化等方向发展。尺寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求越来越高，工件材料越来越硬，加工表面越来越复杂，传统的加工方法已不能满足生产的需要，人们探索利用电、磁、声、光、化学等能量或将多种能量组合施加在工件的被加工部位，实现材料去除、变形、改变性能或被镀覆等非传统加工方法，这些方法统称为特种加工。

（二）制造业综合自动化，信息技术、自动化技术、现代企业管理技术的有机结合。

1.机器人技术，计算机控制的可再编程的多功能操作器，又称工业机器人。它能在三维空间内完成多种操作。机器人技术综合了计算机、控制论、机构学、信息、传感技术、人工智能和仿生学等多学科而形成的高新技术。

目前机器人大致分为两大种，工业机器人（或称机械手）是机器人的一种，它是由关节元件、末端执行器、机身和控制装置所组成，具有类似人的动作的功能；另一种由于安装有感觉元件和遥感元件，分析计算机及行走装置，具有感觉、触觉、分析、判断、决策和行走的功能而称为智能机器人。

2.成组技术，人们用大批量生产的组织形式以高效的生产设备、高效的工艺技术去制造单件小批的零件，降低生产成本，成组技术（Group Technology简称GT）就应运而生。成组技术就是应用相似性原理，在多品种产品的生产中将相似零件组织在一起进行生产，使组内零件近似为原来的单一品种的大批量，或者变单件、小批生产为批量生产，按照批量生产的生产组织、管理技术来进行生产。

3.柔性制造系统（FMS-Flexible Manufacturing System），是以计算机为控制中心实现自动完成工件的加工、装卸、运输、管理的系统。它具有在线编程、在线监测、修复、自动转换加工产品品种的功能。一个柔性制造系统概括为以下三部分组成，即：加工系统、物料储运系统和计算机控制的信息流系统。

柔性制造系统具有：高柔性，在线编程使计算机响应进行控制高自动化设备工作；高效率，合理控制设备的切削用量实现高效加工，减小辅助时间和准备、终结时间；高度自动化，工件的加工、装配、检验、搬运、仓库存取完全由自动化程度高的设备来完成；柔性化生产大大减少操作人员、机床数目，提高机床利用率，缩短生产周期、降低产品成本、降低库存、减少流动资金、缩短资金流动周期，因此可取得较高的综合经济效益。

三、系统管理技术，制造业综合自动化、过程工业综合自动化、系统技术等综合应用于制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，获得理想技术经济效果

1.并行工程（Concurrent Engineering），简称（CE）是对产品及其设计过程和制造过程进行并行、集成设计的一种系统化工作模式，这种模式使产品开发人员从一开始就考虑到从概念形成到产品报废的全生产周期中的所有因素，包括加工的质量、成本、进度和产品的技术性能及使用性能需求等，减少加工制造中可能出现的问题，加速产品开发过程，缩短开发周期。并行工程的最大特点是利用计算机的仿真技术，用上、下游共同决策方式，在计算机上进行产品整个生命周期各个阶段的设计。

2.虚拟制造（Virtual Manufacturing），简称（VM）利用计算机技术、建模技术、信息处理技术、仿真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模拟，以发现设计或制造中出现的问题，在产品实际生产前就改进完成，省略了产品的开发研制阶段，达到降低设计和生产成本，缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的。

3.计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing Systen），简称（CIMS）是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础之上，通过计算机网络及数据库，将分散的自动化系统有机的集成起来，完成从原材料采购到产品销售的一系列生产过程的高效益、高柔性的先进制造系统。系统包含技术应用系统：工程设计与制造系统、管理信息系统、制造自动化系统、质量保证系统和支撑系统：数据库系统、通讯网络保障系统。

现阶段我国先进制造技术与先进国家相比还有一定的差距，但随着国家对先进制造技术加大扶持力度，我国制造技术会更加进步。

参考文献

[1]韩秋实.机械制造技术基础[M].机械工业出版社，2006

第2篇

2001年中国成为世贸组织成员，此后大量外商进入国内市场，对我国制造业的冲击也是不言而喻。相对其他产业而言，我国的制造业是发展最快、国际竞争力较强的产业之一。随着市场竞争的日趋激烈化，国内企业相继以生产规模，成本、产品质量和产品快速交付为经营目标，为实现企业的经营目标，企业不得不提升自身的核心竞争力，正因为如此先进制造工艺应运而生。

1.先进制造工艺技术的定义、内涵、发展现状

1.1定义

先进制造工艺技术是机械制造工艺不断变化和发展后形成的工艺技术，包括常规工艺经优化后的工艺，以及不断出现和发展的新型加工方法。

1.2内涵

主要技术体系由先进成型加工、现代表面工程等技术所构成，前者即是在成形学指导下研究与开发产品创造的技术、方法和程序。

1.3先进制造工艺技术发展现状

因为先进制造工艺是在不断变化和发展的传统机械制造工艺基础上逐渐形成的一种制造工艺技术。其发展主要表现在以下几个方面：

（1）制造加工精度不断提高；

（2）切削加工速度迅速提高；

（3）新型材料的应用促使了制造工艺的提升和变革；

（4）零件毛坯成形在向少无余量发展；

（5）优质清洁表面工程技术的形成和发展[3]。

2.先进制造工艺技术应用――压力铸造技术

2.1压铸技术

压力铸造是近代金属加工工艺中，发展较快的一种先进的铸造方法。当液态金属或半固体金属液在高速高压作用下射入模具型腔内，通过模具保压、冷却结晶直至凝固，从而形成半成品或成品。它具有生产效率高、经济性优良、产品尺寸精度高和互换性好等特点。在现代制造业得到广泛应用和迅速的发展，压铸件已成为许多产品的重要组成部分。随着国民经济水平的提升，汽车、摩托车、手机通信、家用电器和五金等行业的进入飞速发展期，压铸件的功能和应用领域不断扩大，压铸技术也在不断发展，压铸合金品质不断提高。

2.2压铸件的结构工艺性

（1）消除内侧凹，保证医铸件从压型中顺利取出。

（2）可铸出细小的螺纹、孔、齿和文字等，但有一定的限制。

（3）压铸件适宜的壁厚为：锌合金为1～4mm，铝合金为1.5～5mm，铜合金为2～5mm。

（4）对于复杂而无法取芯的铸件或局部有特殊性能（如耐磨、导电、导磁和绝缘等）要求的铸件，可采用嵌铸法，把镶嵌件先放在压型内，然后和压铸件铸合在一起[2]。

2.3压力铸造技术的特点

在压力铸造中，金属液在高压力下填充型腔，并在更高的压力下结晶凝固，常见的压力为15―50MPa。金属液以高速充填型腔，通常在O.5～7米/秒，部分还可以超过8米/秒，充型时问仅为O.01～O.20 s。正是由于这种特殊充型方式及凝固方式，导致压力铸造具有自身独特的特点。

（1）高压和高速充型：可以得到薄壁、形状复杂但轮廓清晰的铸件。如铝合金压铸件的最小壁厚可为0.5『ⅢD，最小铸出孔直径为0.7『ⅢD。铸件的壁厚通常在1～6 m之间，小铸件可以做得更薄，而大铸件的壁可以更厚。

（2）铸件精度高、尺寸稳定、加工余量少、表面光洁。加工余量一般在0.2～0.5 IIIII，表面粗糙度在R。3.2 uⅢ以下。一般只要对零件进行少量加工便可进行装配，有的零件甚至无须机械加工就能直接装配使用。

（3）铸件组织致密、具有较好的力学性能。由于铸件在压力作用下凝固，所获得的晶粒细小，所以铸件组织十分致密，强度较高。由于激冷造成铸件表面硬化，形成约0.3～O.5 IIIn的硬化层，铸件表现出良好的耐磨性。

（4）生产效率高。压力铸造的生产周期短，一次操作的循环时间约5 s～3 min，可实现半自动化及自动化生产，压力铸造是所有铸造方法中生产效率最高的。

（5）压力铸造采用镶铸法可以省去装配工序并简化制造工艺。镶铸的材料一般为钢、铸铁、铜、绝缘材料等，镶铸体的形状有圆形管状、薄片等。利用镶铸法可制作出有特殊要求的铸件[1]。 2.4压力铸造的应用 压力铸造应用广泛，可用于生产锌合金、铝合金、镁合金和铜合金等铸件。

应用压铸件最多的是汽车制造业，其次为仪表和电子仪器工业。此外，在农业机械、国防工业、计算机、医疗器械等制造业中，压铸件也用得较多。

2.5我国压铸技术展望

（1）新型压射控制系统研发；如压铸机的实时控制系统，采用伺服阀与PLC相结合控制。保证压射过程的稳定性和再现性

（2）发展新的压铸工艺：消除铸件气孔，如真空压铸

（3）开发新的压铸合金材料：如金属基复合材料，镁合金，高铝锌基合金。

（4）开发ChD/C～/CAM系统

3.先进制造工艺技术发展趋势

（1）品质优良、生产高效、低能耗，操作灵捷、环境洁净是机械制造业永恒的追求目标，也是先进制造工艺技术的发展目标。

（2）先进精密超精密加工技术、特种加工技术、超高速切削及超高速磨削技术、微型机械加工技术、新一代制造装备技术及虚拟制造技术等。

（3）精密铸造、精确塑性成形总体上向“净成形”目标迈进。

（4）激光表面合金化和熔覆工艺日趋成熟。

（5）快速原型制造技术更加精密化。

（6）计算机模拟仿真、并行工程及虚拟制造技术为成形制造注入新的活力。

4.结束语

先进制造工艺技术是先进制造技术的核心和基础，任何高级的自动控制系统都无法取代先进制造工艺技术的作用。可以说，制造工艺技术水平的高低在很大程度上决定了制造业的技术水平。制造企业只有跟上发展先进制造工艺技术的世界潮流，将其放在优先地位，并以足够的力度予以实施，才能尽快缩小与发达国家的差距，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。

5.参考文献

[1]赵浩峰.现代压力铸造技术l M1.北京：中国标准出版社，2002.

[2]赖华清.压铸工艺及模具l M1.北京：机械工业出版社，2004.

[3]李长河.先进制造工艺技术l M1.科学出版社有限责任公司，2011.

第3篇

关键词：CAE；集成化；发展

中图分类号：TP3文献标识码：A

文章编号：1009-0118（2012）04-0210-02

计算机辅助工程（CAE)软件是迅速发展中的计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学与现代计算机科学和技术相结合，而形成的一种综合性、知识密集型信息产品。CAE与CAD/CAM／CAPP／PDM/ERP软件一起，已经成为企业家和工程师们实现工程/产品创新的得力助手和有效工具。同时，也已成为专家、教授进行研究重要手段。

一、CAE的发展

CAE的理论基础起源于20世纪40年代，1943年数学家首先涉及有限元分析领域，但由于手工计算的限制，直到1960年以后，随着电子计算机的广泛应用和发展，有限元技术依靠数值计算方法，才迅速发展起来。

随着计算机的迅猛发展，70年代到80年代初，国外的CAE技术得以蓬勃发展。有限元分析技术在结构分析和场分析领域获得了很大的成功，出现了许多著名的分析软件如Nastran，I-DEAS等，此时的CAE主要在航空、航天、军事等几个领域中被使用。上世纪90年代是CAE技术的成熟壮大时期。大量的CAE软件的涌现，使CAE技术几乎遍及所有的制造业，CAE已经成为支持工程行业和制造企业信息化的重要技术。

CAE在提高工程/产品的设计质量，降低研究开发成本，缩短开发周期方面发挥了重要作用，成为实现工程/产品创新的支撑技术。主要体现在：

（一）CAE功能不断扩充，实现多结构耦合析，实现多物理场耦合分析，多尺度耦合分析，以及结构、构件及其材料的一体化设计计算与模拟仿真。

（二）基于Internet/Intranet的CAD（计算机辅助设计）／CAE（计算机辅助工程）／CAM（计算机辅助制造）/CAPP（计算机辅助工艺设计）／PDM（产品数据管理）/ERP（企业资源计划）的集成化、网络化、智能化。

所谓CAD/CAM集成是指在CAD、CAE、CAPP、CAM各模块之间有关信息的自动传递和转换。集成化的CAD／CAM系统借助于公共的工程数据库、网络通信技术、以及标准格式的中性文件接口，把分散于机型各异的计算机中的CAD／CAM模块高效地集成起来，实现软、硬件资源共享，保证系统内信息的流动畅通无阻。

二、CAE应用中存在的问题

目前，在CAE应用中存在以下亟待解决的问题：

（一）标准化

俗话说，国有国法，行有行规。在这个工业时代，标准化就是工业生产的行规。而随着CAE技术在我国各行各业普及和应用的发展，确保CAE技术应用的标准化和规范化，便成为了迫在眉睫的事情。目前CAE的管理存在着以下几个不足，其主要表现在：

1、软件方面近年来，CAE软件开发成为商家的一块新蛋糕，市场上CAE软件各式各样，其性能的优劣却是参差不齐。多数企业在应用CAE技术方面面对林林总总的软件无从选择，急需规范CAE软件上市的准入门槛。

2、缺乏对CAE技术人才的培训和从业资格的认证。各行各业都有自己的资格认证考试，以此来规范和引导从业人员掌握相关技术及规范知识。建筑行业有建造师、监理工程师，学校有教师资格证，打官司要有律师，可是像CAE这样跨行业的新型学科却没有相关的规定，企业只能是跟着感觉走。

3、缺乏对不同行业CAE技术正确合理应用的技术指导。总之，随着CAE技术的普及与发展，制定CAE行业标准也迫在眉睫。不可否认，由于CAE技术应用的多样化与复杂化，要制定适用于所有行业的CAE技术应用标准规范是有一定难度的，甚至是不可能的。但是，如果分散开来，依据不同的行业特点，制定具体行业的CAE标准规范，如重机制造行业、汽车行业、建筑行业等等，这样操作起来应该比较容易，也会比较有针对性。

（二）与CAD协同，消除数据交换障碍

长久以来CAD软件、CAE软件都是单兵作战，数据交换障碍很难得到消除。我们希望能在一个统一的环境下直接读入各种CAD软件的零件模型，并在这一环境下实现任意模型装配和CAE分析，整合相同或不同CAD软件模型数据就能得到CAE分析用的CAD模型库，这些模型库中保留了CAD中的设计参数，并通过连接技术实现与CAD软件之间的共享，其优点是任何CAD和CAE人员对设计的改变都能立即反映到对方软件环境中，从而实现设计-仿真的同步协调。只有真正消除了数据间的交换障碍，才能真正发挥出CAE软件的强大功能。

（三）网络化

计算机支持的协同工作的出现，为异地协同设计提供了环境支持，传统的CAD/CAE/CAM技术也在向网络化方向发展。随着产品设计的复杂化及互联网通信技术的日趋成熟，传统的顺序设计方式显然已经过时，很难适应市场快速产品更新的竞争需求，企业各部门之间交互合作及数据共享，构建企业内部甚至企业之间的数字化设计交互虚拟平台已不再只是概念化的问题，如何高效实现数据的同步及信息交互对提高产品的设计质量，缩短设计周期具有重要的现实意义。

（四）开放性

众所周知，由于CAD技术和CAE技术的并行发展，使得在传统意义上的CAD技术并不能实现和CAE技术的无缝对接。同时，根据虚拟仿真的对象、计算方法、物理场、应用行业等不同维度，CAE技术可以细分出很多单元技术。许多单元技术应用于特定行业、特定问题的CAE产品，各个领域的虚拟仿真结果得出了局部的性能仿真和改进建议，但是，单元的CAE产品无法实现产品整体性能提升，只能解决局部优化问题，无法解决全局优化问题。这就需要新开发的CAE软件必须具有开放性，要为其他软件提供开放的平台。

（五）数据和系统兼容性

对产品进行虚拟仿真涉及到十分复杂的流程，而应用单元的CAE产品，需要手工管理仿真流程，导致虚拟仿真的效率不高。同时，数据的接收和系统的兼容成为了CAE技术发展的一个瓶颈。如何实现虚拟仿真流程的自动化，创建完整的仿真流程模板，并且能够根据各个学科仿真的需求动态调整网格模型，提供统一的接口，这对于提升CAE技术的使用效率和质量非常关键。

（六）良好的数据管理机制

在这个信息大爆炸的年代，如何在海量的信息中找到自己有用的信息成为一个难题。同样，在CAE虚拟仿真的过程中，生成了大量的、不同类型的仿真文档和数据。例如：同样的产品模型，应用同样的CAE软件，但不同的分析工程师，由于知识和经验的差异，给出不同的参数，就会产生不同的数据，从而分析出来的结果差异会很大。因此，如何有效管理仿真文档，如何建立分析文档与产品模型的对应关系，如何建立虚拟仿真规范和知识库，实现对虚拟仿真知识的捕捉和重用，是CAE技术深化应用必须解决的问题。

三、现代集成制造系统

现代集成制造系统（CIMS）的内涵是借助计算机，把企业中与制造有关的各种技术系统地集成起来，进而提高企业适应市场竞争的能力。这个概念强调了两个方面：

（一）企业的各个生产环节是不可分割的，需要统一安排组织

（二）产品制造过程实质上是信息采集、传递、加工处理的过程

CIMS是一种先进的制造思想，但是由于当时技术水平的限制，直到80年代初，这个思想才被制造领域重视并采用。近十余年来，在市场竞争的激励与相关技术进步的推动下，CIMS在实践中被不断充实、完善与发展。从这个概念出发，经历了信息集成、过程集成和企业集成的研究和实践，我们提出了现代集成制造系统(ContemporaryIntegratedManufacturingSystem，CIMS)的概念。四、我国的CIMS计划

（一）信息集成

在企业内部实现信息正确、高速的共享和交换，是改善企业技术和管理水平必须首先解决的问题。信息集成对于提高企业的市场竞争力是有效的，但是直到现在实施信息集成的手段还比较落后。这使得企业CIMS应用工程开发周期长，质量不易得到保证。所以，信息集成在今后仍然是企业信息化的主要内容，也是实施诸如并行工程技术的基础。在我国以信息集成为主要内容的CIMS应用工程，将仍是今后大多数企业信息化过程中必然要经历的。

（二）过程集成

传统串行作业的设计、开发过程，往往会造成产品开发过程中出现反复，使产品开发周期长、成本增加。如果把产品设计中的各个串行过程尽可能多地转变为并行工程，在设计时考虑到下面工序中的可制造性、可装配性，则可以减少反复，缩短开发时间。并行工程便是基于这一思想的一种先进制造模式。

（三）企业集成