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未来机械制造业发展战略探讨
未来机械制造业发展战略探讨
2012年5月2日 来源:一百加工网 浏览次数:
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机械制造业的发展总是依托于整个社会的技术进步，并以此为界线划分为不同的发展时代。首先是电力时代，在此期间，机械制造业实现了电气化和自动化；同时，在常规加工（CM）即传统加工（TM）的基础上，又发展了特种加工（NTM）即非传统加工（UTM）。后来是信息时代，从1946年世界上第一台电子计算机研制成功，标志着信息时代的开始，在此期间，机械制造业出现了多种制造模式和理念，即：数控（NC）、加工中心（MC）、成组技术（GT）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工艺设计（CAPP）、计算机集成制造（CIM）、并行工程（CE）、精益生产（LP）、敏捷制造（AM）、虚拟制造（VM）等。新技术在制造业中的应用，使得被人们称作“夕阳产业”的机械制造业不断涌现新的希望，唤发新的活力。从起初“规模型”、“成本型”到“质量型”，再到现在的“快速响应型”无不展示其适应市场竞争，求生存、求发展的勃勃生机。
围绕着以满足个性需求为宗旨的新产品开发与竟争，一场以大制造、全过程、多学科为特征的新的制造业革命正波澜壮阔地展开。这是二十一世纪知识经济新时代下制造业的趋势，同时也预示着其未来的可持续发展方向——全球化、信息化、智能化。
2 集成化思想——制造业之灵魂
2.1 集成化思想在制造业中发展历程
提到“集成”，自然想到CIMS（Computer Integrated Manufacturing Systems）。作为实现“集成”哲理的实际系统，以计算机应用为核心，支持制造过程各个环节，是信息技术在制造业应用发展的高级阶段。可以说CIMS是集成化思想在制造业中的具体体现。
CIMS概念提出于70年代，在80年代得以应用并迅速发展起来。起初是以信息集成为特征的。期间，CAD、CAM、柔性制造系统（FMS）、CAPP、制造资源计划（MRPⅡ）等得到了广泛的应用。进入90年代，新品更新周期日益缩短；价廉高性能工作站的普及；加速新品开发软件包的迅速发展，使CIMS进入了以过程集成为特征的新阶段。其显著标志就是并行工程CE。它要求新产品一开始，设计、工艺、生产管理均介入其中，同步进行。有关这方面更具体的内容将在下面做进一步阐述。
新世纪的来临，支持企业集成的CIMS是实现敏捷制造AM（Agile Manufacturing）的要求。敏捷制造企业较并行工程的制造企业有了进一步发展，更强调企业结盟。当一旦发现单独不能作出敏捷反应时，能通过高速信息公路（Internet）的工厂子网和其它企业进行合作，从组织跨企业的开发组到动态联合公司，来对机遇作出快速响应。
2.2 集成化思想给制造业带来的效益
下面通过列出国内外一些著名企业的统计资料，来展示集成化思想对制造业所产生的巨大影响。
2.2.1国外企业应用CIMS的效益
早在1985年，美国科学院就对美国在CIMS方面处于领先地位的五个公司——麦克唐纳道格拉斯飞机公司、迪尔拖拉机公司、通用汽车公司、英格索尔铣床公司和西屋公司进行了调查和分析，认为采用CIMS可以获得以下效益：
（1）产品质量提高 200%～500%
（2）生产效率提高 40%～70%
（3）设备利用率提高 200%～300%
（4）生产周期缩短 30%～60%
（5）在制品减少 30%～60%
（6）工程设计费减少 15%～30%
（7）人力费用减少 5%～20%
（8）提高工程师的工作能力 300%～3500%
日本对CIMS的效益也做了调查，日本富士通一家工厂经过1～1.5年的考查与分析认为其效益：
（1）生产效率提高 60%
（2）直接生产率提高 2倍
（3）生产人员费用减少 50%
（4）库存资金减少 30%～60%
（5）废品率降低到原来的 1/3
2.2.2国内企业应用CIMS的效益
我国实施863/ CIMS应用示范工程近10年来，实施CIMS企业，从中小企业到大型企业，均能从CIMS及相关技术中获得明显的经济效益和社会效益。
2.2.2.1成都飞机有限公司
（1）麦道机头生产周期缩短 100%
（2）军机批生产周期缩短 25%
（3）复杂结构件生产效率提高 10～100倍
（4）库存减少 10%
（5）获得1亿美元的波音757尾段增定单
2.2.2.2无锡威孚集团
（1）计划编制 1～2d→15min
（2）新品开发周期缩短 30%～50%
（3）生产准备周期缩短 50%～60%
（4）96年压缩库存资金 1000万元
（5）97年降低生产成本 1300万元
（6）机构实行扁平化节约人员[DW]400余人
2.2.2.3咸阳偏转线圈厂（890人）
（1）物料损耗降低 33%
（2）减少库存资金 30%～50%
（3）产品送检合格率提高 100%
（4）产品开发周期缩短 200%
（5）利税增长 1.4倍
从过去的一个世纪集成化思想在制造业中发展历程及给制造业带来的效益，使我们认识到，制造业已越来越离不开以先进技术为支持的集成化思想.小到一个加工中心，大到一个企业集团，方方面面无不渗透着集成化思想。“集成”就意味着精简，很难想象，一个没有集成化思想的企业，它将如何适应当今竟争日趋激烈的经济浪潮。可以说，集成化思想——制造业之灵魂。而且，今后的发展也将以集成化思想为基本思路。
3 先进技术——制造业之原动力
正如前面所述，机械制造业所以能够发展壮大，得益于日趋激烈的市场竞争刺激下，先进技术的支持与推动。我们知道制造业整个运作过程包括产品决策、产品设计、工艺设计、制造加工、销售、售后服务等诸多环节。先进制造技术体系亦包含了管理技术、设计技术、制造技术等方面。下面从制造加工环节入手，就先进技术在其中关键环节上的应用以及它们为适应未来制造业发展要求而需不断创新的趋势展开论述。
3.1 制造加工环节
跨世纪的先进切削加工技术概括起来就是：超高速、超大进给量加工；单轴复合加工；异种材料同时加工；难切削材料加工以及干式切削。这些技术涉及机床设备、刀具等。
3.1.1机床设备
机床设备有两次质的飞跃对现代制造业的发展意义深远：一次就是数控机床的广泛应用；另一次就是高速铣床的商业化。
早期使用的单板机或单片机控制系统将逐步被基于PC的数控系统所取代，数控机床的应用意味着CAM已进入实际应用阶段。继数控机床之后，为适应现代制造业发展需求，高速铣床出现了。应该说，它是“机械”、“电子”“材料”等多学科技术发展的结晶。概括地讲，其关键技术包括高速主轴单元、大进给驱动系统、大容量数字控制系统、高速刀具系统、机床支承与辅助单元。
高速铣床的出现，给工艺设计带来新的思路：无论是按排工艺路线，还是对难切削材料、薄壁零件的认识，都与传统工艺有着质的不同，更加符合现代制造业“快” 字当头的特点。是对先进切削加工技术的有力支持。
今后，机床发展趋势：
（1）仍然是高速切削，至于硬车削、硬铣削也要建立在高速切削基础之上；
（2）IT（信息技术）与机床结合。目前，世界计算机、网络发展迅速。在2000年9月美国芝加哥制造技术展（IMTS2000）和日本国际机床发展（20JIMTOF）上，IT与机床结合的发展已开始成为展览会的重要特色之一。新世纪，IT应用将更加广泛，一是将出现许多各种精密、高效、高自动化小型机床为加工通信、电子、医疗、军工等产品小型零件服务；二是机床本身更加广泛使用IT技术，实现控制、监视、诊断、补偿、调整等功能，提高机床无人化、智能化、集成化之水平；三是利用IT网络将机床与工段、车间、工厂、外界数据库等联系起来，并进一步实现管理、经营、销售、服务等各方面之网络化。在21世纪，IT将成为机床发展的主潮流；
（3）进一步发展高精、高效、高自动化、多样化、成套化、集成化，纳米技术将有突破性进展。确保不断提高精度、可靠性、稳定性、持久性，是提高加工效率、自动化程度的基础。在20世纪80年代～90年代，加工中心的定位精度约提高了一倍，已从±0.01mm普遍提高到±5μm，有的已达±3μm～±1μm。在21世纪，在确保精度的基础上，不断提高效率（如多轴联动，多方位，尽可能保证大型零件，一次装夹完成；复合化即多工种集于一身）；另外，随着对零部件小型化、精密化、轻量化的不断需求，纳米技术在迅速发展。目前，有的非球面零件加工精密车床，主轴振摆已达10nm以下。日本开发的ULG-100C（H3）型超精密非球面加工机，X，Y，Z轴移动量各为300mm,75mm,150mm,C轴分度能力0.0001°，X，Y，Z轴控制分辨率达1nm。
（4）节能环保技术运用到机床领域。
（5）更加适应CIMS、精益制造、敏捷制造等新型生产、组织、管理体系
（6）新工艺、新材料、新结构、新元件，以及各种配套基础元部件、测量、刀具、附件等将不断创新。
3.1.2刀具
与刀具有关的技术主要是切削机理和材料。切削机理决定刀具切削方式及形状。材料决定在切削机理一定的前提下的切削性能。切削机理方面，除常规的车、铣、刨、磨、线切割等，目前，又出现了水切割、激光切割。特别是激光切割，它是当今迅速发展起来的新型加工技术——快速成型的基石。刀具材料方面：超细晶硬质合金、金刚石涂层硬质合金、纳米晶陶瓷、超细晶金属陶瓷及其涂层、立方氮化硼等已得到应用。陶瓷和立方氮化硼多用于车削；硬质合金和金刚石涂层硬质合金多用于铣削。
今后切削加工技术特点：超高速、超大进给量加工；难切削材料加工以及干式切削。自然，用于硬车削刀片和高速铣削整体立铣刀材料的研究应是发展方向。而在切削机理方面，应重点开发新领域。一个新的切削机理的产生，往往会产生联动效应。如激光切割的产生，带动快速成型技术的发展。
3.2 先进技术在制造业宏观方面的应用
在这里，我们不想对产品设计、工艺设计等各环节具体新技术的应用做过多的讨论。我们单从它们之间衔接环节及完成各环节的过程就可以<
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编辑:一百加工通讯员
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