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先进制造技术是在传统制造的基础上不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果,它不是一般单指加工过程的工艺方法,而是横跨多个学科,包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术,涉及到设计、工艺、加工自动化、管理及特种加工等多个领域,并逐步融合与集成。
一、先进制造技术产生背景
先进制造技术计划是美国根据本国制造业面临的挑战和机遇,为增强制造业的竞争力和促进国家经济增长,首先提出了先进制造技术的概念。此后,欧洲各国、日本以及亚洲新兴工业化国家如韩国等也相继作出响应。人们往往用AMT来概括由于微电子技术、自动化技术、信息技术等给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。
二、先进制造技术的关键技术
一是成组技术。在机械制造工程中,成组技术是计算机辅助制造的基础,将成组哲理用于设计、制造和管理等整个生产系统,改变多品种小批量生产方式,获得最大的经济效益。
二是敏捷制造。敏捷制造是借助于计算机网络和信息集成基础结构,构造有多个企业参加的“VM”环境,以竞争合作的原则,在虚拟制造环境下动态选择合作伙伴,组成面向任务的虚拟公司,进行快速和最佳生产。
三是并行工程。并行工程(CE)是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。在传统的串行开发过程中,设计中的问题或不足,要分别在加工、装配或售后服务中才能被发现,然后再修改设计,改进加工、装配或售后服务(包括维修服务)。而并行工程就是将设计、工艺和制造结合在一起,利用计算机互联网并行作业,大大缩短生产周期。
四是快速成型技术。快速成型技术是利用所要制造零件的三维CAD模型数据直接生成产品原型,并且可以方便地修改CAD模型后重新制造产品原型。随着计算机技术的决速发展和三维CAD软件应用的不断推广,越来越多的产品基于三维CAD设计开发,使得快速成型技术的广泛应用成为可能。快速成形技术已广泛应用于宇航、航空、汽车、通讯、医疗、电子、家电、玩具、军事装备、工业造型(雕刻)、建筑模型、机械行业等领域。
五是虚拟制造技术。虚拟制造技术以计算机支持的建模、仿真技术为前提,对设计、加工制造、装配等全过程进行统一建模,在产品设计阶段,实时并行模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响,预测出产品的性能、产品的制造技术、产品的可制造性与可装配性,从而更有效地、更经济地灵活组织生产,使工厂和车间的设计布局更合理、有效,以达到产品开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最高化。
六是智能制造。智能制造(IM)是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术。它强调通过“智能设备”和“自治控制”来构造新一代的智能制造系统模式。因此,智能制造技术的研究开发对于提高生产效率与产品品质、降低成本,提高制造业市场应变能力、国家经济实力和国民生活水平,具有重要意义。
三、常见先进制造加工技术
一是精密、超精密加工技术。它是指对工件表面材料进行去除,使工件的尺寸、表面性能达到产品要求而采取的技术措施。当前,纳米加工技术代表了制造技术的最高精度水平,超精密加工的材料已有金属扩大到了非金属领域。根据加工的尺寸精度和表面粗糙度,精度加工可大致分为精密加工、超精密加工和纳米加工。
二是精密成型制造技术。它是指工件成型后只需少量加工或无须加工就可用做零件的成型技术。它是由多种高新技术与传统的毛坯成型技术融合而成的综合技术,正在从近净成型工艺向净成型工艺的方向发展。
三是特种加工技术。它是指利用电、磁、声、光、化学等能量及其组合施加在工件的被加工部位上,从而达到材料去除、变形、改变性能等目的的非传统加工技术。
四是表面工程技术。它是指采用物理、化学、金属学、高分子化学、电学、光学和机械学等技术及其组合,提高产品表面耐磨、耐蚀、耐热、耐辐射、抗疲劳等性能的各项技术。表面工程技术主要包括热处理、表面改性、制模和涂层等技术。
我国制造科学技术有日新月异的变化和发展,为了迎接新的挑战,必须认清制造技术的发展趋势,缩短与先进国家的差距,使我国生产的产品无论是质量、效率,还是品种,都有较强的市场竞争力,因此,对先进制造技术研究和实施是刻不容缓的重要任务,以实现我国机械制造业跨入世界先进的行列。
参考文献:
关键词:先进制造技术;新兴交叉学科;智能化;绿色制造
1 定义
所谓的制造技术就是把原料变成最终的产品的一种科技。当前时期,制造业是我们国家的重要产业,而且国际上常常以该项能力来判断一个国家的发展水平。从上世纪末期开始,由于电脑等科技的出现,使得产品不断的更新发展,此时过去的制造技术已然无法和当前的经济发展能力相协调。当前国际上普遍认为,只有拥有先进制造技术的国家才能够获取更好的发展。
2 特征分析
先进技术相对于过去的技术有一个非常明显的进步,这主要体现在,过去的技术一般是指将原料单纯的变为产品的一个过程,集中于产品的加工以及装配等,但是新技术的特点是其涵盖了很多先进的工艺,能够应用到整个过程中。除此之外还有一个区别是在以前各项学科等是单独存在的,它们之间的联系不是很紧密。然而先进科技的特点是能够将各种学科知识有效的融会到一起,逐渐的变成一种综合化的内容。彼此间的界限正不断的模糊。
当前世界是一个整体,由于贸易以及交通体系的完善加之通信领域的发展,制造业已然成为了全球化的模式。而先进制造技术也得以在整个世界范围内应用推广。越是技术发达的国家其发展速度就越快。目前许多国家都已经全面的推广使用先进制造技术,不过在具体发展的时候也要结合当前的国家发展态势等来分析。对于我们国家来讲,当前正在以非常快的速率朝着国际化的方向发展,因此必须不断的探索研究适合我们国家具体情况的优秀制造科技。
3 先进制造技术的主体技术群和支撑技术群
先进制造技术的主体技术群主要包括有关产品设计技术和工艺技术两大技术群。面向制造的设计技术群系指用于生产准备的工具群和技术群。产品研发所需的费用以及其品质和何时研发成功等都和设计技术有着非常紧密的关联。在设计的时候可使用很多工具,比如通过电脑来配合设计。最近几年开始出现的并行设计有着其重要的存在价值。第一是它能够缩短产品研发所需的时间,第二是能够将生产时期制造的废弃物质数量减少到最低,进而保证了产品能够再次回收使用。制造工艺技术群是指用于物质产品生产的过程及设备。例如,模塑成形、铸造、冲压、磨削等。由于先进技术的发展,过去的制作工艺等开始出现显著的改变。制造工艺技术群是有关加工和装配的技术,也是制造技术或称生产技术的传统领域。
支撑技术群是指支持设计和制造工艺两方面取得进步的基础性的核心技术。基本的生产过程需要一系列的支撑技术,诸如:测试和检验、物料搬运、生产计划的控制以及包装等。它们也是用于保证和改善主体技术的协调运行所需的技术,是工具、手段和系统集成的基础技术。
4 发展方向简述
先进制造技术的发展逐步智能化、信息化。基于CAD/CAM技术的CMS是制造业自动化的一个重要方向。CMS通过CAX系统和PDM系统,进行产品的数字化设计、仿真,并结合数字化制造设备,进行自动加工。所谓的智能制造,具体的说是把人工智能合理的融会到生产活动的所有步骤中去,其能够模仿人类大脑开展高效率的活动,能够保证生产活动呈现出最为合理的状态,而且它还能够进行组织活动。当前社会是一个以信息科技为主体的社会,人们的活动离不开信息,信息科技的发展速率已经远远的超出了我们的想象能力。此时信息科技开始不断的向着制造行业融会,促使着行业发生变化,此时出如C IM S、并行工程、精益生产、敏捷制造、虚拟企业与虚拟制造等就出现了。
可持续发展的绿色制造正在逐步引起人们的重视。科学技术的进步为经济以及社会的发展贡献了非常显著的力量,不过在社会发展的过程中生态受到一定的破坏。当前时期人们开始意识到资源并不是无限的。在这种背景之下绿色制造就应运而生了。绿色制造是通过绿色生产过程、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品,产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。它有很多的优点,比如能够将生产活动对生态的污染减少到最小。而且能够显著的提升资源的使用效率。尤其是在当今这个资源日渐减少,生态不断恶化的时代里,这种制造方式的优点非常明显,它将会成为今后行业发展的根本方向。
加工制造技术向着超精密、超高速的方向发展。目前加工精度达到0.025μm,表而粗糙度达0.0045μm,已进入纳米级加工时代。超精切削厚度由目前的红外波段向可见光波段甚至更短波段靠近。超精加工机床向多功能模块化方向发展,超精加工材料由金属扩大到非金属。
超高速切削。目前铝合金超高速切削速度已超过27m/s,铸铁25m/s,超耐热镍合金为5m/s,超高速切削的发展已转移到一些难加工材料的切削加工。
生物制造系统正在逐步形成。日本三重大学和冈山大学率先开展了生物技术应用于工程材料加工的研究,并初步证实了微生物加工金属材料的可行性。我国于1982年将生物技术列为重点技术之一。在过去的时候,我们很难想象生物和制造这两个根本没有联系的学科能够交叉到一起,然而在当前社会两者不但出现了关联,而且这种关联正在以非常密切的形式存在。此时的生物制造体系的出现就是两者融会贯通的产物 。
5 我国当前的发展态势分析
从“六五”开始我国就启动了制造技术,主要是机械制造技术的国家部委与地方级重点攻关研究开发,因为受到体制方面的干扰,此类的规划以及探索工作一直都是依据领域来开展完善的。单位自主研发新技术的水平十分有限,而且其不论是人力资源还是所需的费用等都十分的欠缺。 1995年4月在北京召开了先进制造技术发展战略研讨会,从战略高度探讨了我国发展先进制造技术的路线和方法。同一时期,国家二期863规划也开始规划下世纪初先进制造技术的发展。
最近的几年,我们国家不断的引入优秀的科技,而且注重培养综合化的人力资源,正是由于不断的努力,我们国家的很多单位已经在制造技术方面获取了突飞猛进的发展,不过我们应该客观的看待,当前我们的技术较之于西方还存在一些欠缺点。要想改变这种局面最关键的一点就是要完善其基础要素,比如扩充数控机床数量等,不断的发展信息化产业群,提升在市场中的份额。除此之外还应该做好人力资源工作,积极的培养优秀的工作者。
6 结束语
当前社会是一个信息化的社会,是一个知识化的时代,只有获取了先进的技术才能够获取有效的发展。随着社会的发展,先进制造技术开始出现并且发展壮大,其实一个逐渐发展而且变化的技术体,它的存在使得我们的生活方式出现了很大的变化。总的来讲,当前的制造业是一个集各种先进技术为一体,并且不断发展创新的行业,它是社会进步的产物 。
参考文献
[1]师汉民,易传云.人间巧艺夺天工――当代先进制造技术[M].华中理工大学出版社,2000.
[2]盛晓敏,邓朝晖.先进制造技术[M].机械工业出版社,2000.
关键词:敏捷制造 并行工程 快速成型技术
一、引言
在一个国家的企业生产力构成中,制造技术的作用一般占60%左右。专家认为,世界上各个国家经济的竞争,主要是制造技术的竞争。人们往往用AMT来概括先进制造技术AMT (Advanced Manufacturing Technology)。具体地说,就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括:计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。AMT是制造业企业取得竞争优势的必要条件之一,但并非充分条件,其优势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管理,有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。
二、先进制造技术发展中的关键技术
1.成组技术GT(Group Technology)是一门生产技术科学,利用事物间的相似性,按照一定的准则分类成组,同组事物采用同一方法进行处理,以便提高效益的技术,称为成组技术。它研究如何识别和发掘生产活动中有关事务的相似性,并对其进行充分利用。即把相似的问题归类成组,寻求解决这一组问题相对统一的最优方案,以取得所期望的经济效益。
成组技术应用与机械加工方面,其是将结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族(组),按零件族制定工艺进行加工,扩大批量、减少品种、便于采用高效方法、提高劳动生产率。这就为提高多品种、小批量生产的经济效益提供了一种有效的方法。
2.敏捷制造(AM)
敏捷制造AM(Agile Manufacturing)是指制造业采用现代通信手段,通过快速配置各种资源(包括技术、管理和人)以有效、协调的方式响应用户的需求,实现制造的敏捷性。敏捷制造的目标是企业能够快速响应市场的变化,根据市场需求,能够在最短时间内开发制造出满足市场需求的高质量的产品。敏捷制造包括产品制造机械系统的柔性、员工授权、制造商和供应商关系、总体品质管理及企业重构。敏捷制造是企业在竞争中取得成功的核心能力。首先表现为企业面对变幻莫测的市场需求能迅速做出判断和反应;其次表现为企业具有有效、迅速的整合各方面资源并进行生产的条件和能力。
3.并行工程CE
并行工程(Concurrent Engineering)是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。在传统的串行开发过程中,设计中的问题或不足,要分别在加工、装配或售后服务中才能被发现,然后再修改设计,改进加工、装配或售后服务(包括维修服务)。而并行工程要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素,包括质量、成本、进度计划和用户要求。并行工程的目标为提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间。
4.快速成型技术(RPM)
快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing,简称RPM)技术,诞生于20世纪80年代后期,它不同于传统的用材料去除方式制造零件的方法,是基于材料堆积法的一种高新制造技术,被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它利用所要制造零件的三维CAD模型数据直接生成产品原型,并且可以方便地修改CAD模型后重新制造产品原型,是集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即,快速成形技术就是利用三维CAD的数据,通过快速成型机,将一层层的材料堆积成实体原型。
5.虚拟制造技术(VMT)
虚拟制造技术(virtual manufacturing technology,VMT)是以虚拟现实和仿真技术为基础,对产品的设计、生产过程统一建模,在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真。这样,可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程,以此来优化产品的设计质量和制造过程,优化生产管理和资源规划,以达到产品开发周期和成本的最小化,产品设计质量的最优化和生产效率最高化,从而形成企业的市场竞争优势。尽管虚拟制造技术的出现只有短短的几年时间,虚拟制造的应用将会对未来制造业的发展产生深远的影响。
6.智能制造(IM)
智能制造(IM) (Intelligent Manufacturing,IM)是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术。其具体表现为:智能设计、智能加工、机器人操作、智能控制、智能工艺规划、智能调度与管理、智能装配、智能测量与诊断等。智能制造渊于人工智能的研究。一般认为智能是知识和智力的总和,前者是智能的基础,后者是指获取和运用知识求解的能力。智能制造应当包含智能制造技术和智能制造系统,智能制造系统不仅能够在实践中不断地充实知识库,具有自学习功能,还有搜集与理解环境信息和自身的信息,并进行分析判断和规划自身行为的能力。智能制造技术的研究开发对于提高生产效率与产品品质、降低成本,提高制造业市场应变能力、国家经济实力和国民生活水准,具有重要意义。
三、结束语
制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志,也是国际间科技竞争的重点。我国正处于经济发展的关键时期,制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上发展先进制造技术的世界潮流,将其放在战略优先地位,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。总之,在我国研究和发展先进制造技术势在必行。
参考文献:
关键词:先进制造技术;煤炭加工工程;虚拟现实技术;绿色制造技术
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.063
0前言
国内消耗的主要能源之一就是煤炭资源,作为有限资源,煤炭资源受到国家重视,并成为实施可持续发展战略的重要内容。目前状态下的煤炭资源呈现出了市场需求不足的情况,而煤炭产品本身的结构不合理导致国内的煤炭加工产业存在发展方面的矛盾。现在,很多煤炭加工企业都存在产品单一并且竞争实力不足的问题,该种问题导致了其产品在销售的过程中销量不断下降,严重限制了企业的发展。为了更好的实行可持续发展战略,国家大力研究并推广先进制造技术,将其运用到煤炭加工当中,致力于提升煤炭产品质量。
1先进制造技术分类
先进制造技术建成AMT,其由微电子技术以及自动化技术等多种技术组成,在经过多种变化以后,形成机械集成的技术形式。虚拟现实技术以及绿色制造技术都属于AMT的范畴,该两种技术通常被运用到煤炭加工工程当中,让煤炭加工的错做更加方便快捷,产品加工的流程也更加优化。AMT主要面对的是制造行业,其属于工具群以及技术群方面,在计算机辅助下,煤炭加工工程能够在生产的过程中将生产所產生的废物减少到最低,并且实现保护环境的目的[1]。
2先进制造技术在煤炭加工工程中的应用实践
(1)虚拟现实技术应用。虚拟现实技术在煤炭加工当中的应用首先体现在设计方面,煤炭加工当中采用该种技术能够使技术人员明确的了解产品的生产过程以及设备的运行状态,而在三维动态的仿真状态下,技术人员能够更加熟练的操作生产,适应各种操作条件,将自身的生产状态调节到最佳,实现煤炭加工流程的优化。例如,煤炭资源加工当中利用了虚拟现实技术以后,其能够通过该种技术的模仿明确设备的运作过程、各个部件的运动状态、煤炭矿浆的运动轨迹。其次,该种技术的应用还体现在控制方面。现在的煤炭加工当中都会以自动化的控制作为核心技术,而自动控制也成为煤炭加工的核心环节。但直接的自动控制并没有办法得到校验,要想实现对自动控制的检验,需要花费大量的人力和无力,甚至在校验的过程中对机械设备造成损伤。但在虚拟现实技术的支持下,该技术能以虚拟的形式对自动控制程序进行检验,并且评价该自动控制是否符合生产的要求。最后,虚拟现实技术在煤炭加工的应用还体现在教学和培训方面[2]。现代化的技术具有较为高深的核心理念,很多煤炭加工的技术人员无法学些和理解这些高新技术。而对于一些技术不熟练的人员,其在生产的时候因为操作的不熟练以及对于事故判断能力较低,导致生产出来的产品质量存在偏差。将虚拟现实技术运用到教学方面,主要是通过虚拟模拟的形式来为员工呈现出生产系统当中可能会出现的事故,并且让员工在这种较为真实的场景当中模拟判断事故并解决事故。员工则能够在该种模拟操作当中得到实践能力的锻炼,了解书面当中都无法理解的知识内容,将自身所学习到的专业知识与实践操作结合在一起,避免造成实际工作当中的失误。
(2)敏捷生产技术应用。敏捷生产技术也是先进制造技术的一种形式,而该种技术也是煤炭加工当中比较常用的技术。现代煤炭加工行业的发展过程中,其最主要的问题就是市场需求不足的问题,不少煤炭加工企业所拥有的产品都属于结构不合理而产品的种类也相对单一。在该种产品状态下,企业的发展必然会陷入到困境当中,其缺乏在市场上的竞争力,也无法让自身的产品销量提升,整个企业的发展将会受到严重的限制。而敏捷生产的技术能够帮助煤炭企业进行产品结构的优化并且调整生产的流程,让煤炭企业重新制定自身的发展目标,利用先进制造技术来天黑时呢过产品的质量,促使自身的产品更加符合市场需求。
(3)绿色制造技术应用。煤炭企业存在的一个重要问题就是煤炭资源当中存在非常多的硫,该种物质对环境的污染危害非常大。在煤炭燃烧的时候,其会释放出浓度非常高的有害气体并且会伴有大量的尘埃,该种物质会对动植物产生一定的损伤,更加会对人体的健康造成影响。二氧化硫会对金属物质产生腐蚀作用,并且且抑制动植物的生长。而绿色制造技术能够让煤炭产品的加工建立在绿色化学的基础上。例如,企业选择绿色选煤技术,通过对生物体内的生物酶应用来抑制煤炭当中所产生的有害物质,也可以选择微生物的技术来直接抑制矿物质当中产生的有害物质。可以说,该种绿色制造技术能够在煤炭的洗选过程中产生作用,利用绿色的煤炭生物技术来对煤炭进行脱硫,从而使被加工出来的煤炭产品属于绿色状态,能够为生态环境的维护做出贡献[3]。绿色制造技术也可以被综合的运用到煤炭的伴生资源当中,其在生产煤炭的过程中对煤炭进行技术加工,从而使煤炭呈现出清洁燃烧的状态。而绿色化的加工技术能够对煤层气以及矿井水等方面的物质进行回收利用。该种利用形式减少了煤炭加工对于环境的污染,也提高了资源的利用效率,更加提升了煤炭企业的生产水平。
3结论
国家需要重视煤炭加工当中所采用的技术,积极支持先进制造技术的应用和推广。在煤炭加工企业当中需要发展清洁技术以及产品的深加工技术,利用该种高新技术来降低煤炭产品对于环境的污染,促使煤炭产业的发展更加符合国家可持续发展的原则,让煤炭资源的利用率不断提升,降低煤炭生产的成本。先进制造技术要求技术人员具有较高的专业知识,而管理人员也需要对煤炭加工进行集中化的管理。煤炭企业将会利用该种技术来提升自身的生产力和竞争力,让其在市场竞争当中占据主动地位。
参考文献:
[1]赵建辉,马永航.先进制造技术在煤炭加工工程中的应用研究[J]. 化工设计通讯,2017(05):86+129.
[2]黄霞春.先进制造技术在煤炭加工工程中的应用[J].吉林广播电视大学学报,2015(02):59-60.
先进制造技术是传统制造业不断地吸收机械、信息、材料及现代管理技术等方面最新的成果,并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程,实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造,并取得理想技术经济效果的前沿制造技术的总称。从本质上可以说,先进制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术和现代管理技术等的有机融合。
先进制造技术是制造业21世纪发展的方向。先进制造技术的特点如下:
(1)先进制造技术贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用维修等全过程,成为“市场一产品设计一制造一市场”的大系统。而传统制造工程一般单指加工过程。
(2)先进制造技术充分应用计算机技术、传感技术、自动化技术、新材料技术、管理技术等的最新成果,各专业、学科间不断交叉、融合,其界限逐渐淡化甚至消失。
(3)先进制造技术是技术、组织与管理的有机集成,特别重视制造过程组织和管理体制的简化及合理化。先进制造技术又可看作是硬件、软件、人件和支持网络(技术的与社会的)综合与统一。
(4)先进制造技术并不追求高度自动化或计算机化,而是通过强调以人为中心,实现自主和自律的统一,最大限度地发挥人的积极性、创造性和相互协调性。
(5)先进制造技术是一个高度开放、具有高度自组织能力的系统,通过大力协作,充分、合理地利用全球资源,不断生产出最具竞争力的产品。
(6)先进制造技术的目的在于能够以最低的成本、最快的速度提供用户所希望的产品,实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产,并取得理想的技术经济效果。
美国从90年代初相继提出了先进制造技术计划、TEAM计划、下一代制造(NGM)技术计划、美国国家关键技术等,德国提出了“生产2000”计划、“生产2000+”计划、“微系统2000”计划等、日本提出了智能制造系统计划、韩国提出了高级先进技术国家计划(G-7计划)等。
图1为先进制造技术的体系结构。
美国乔治?华盛顿大学于90年代初成立了由45位著名的未来学家和技术专家组成的新兴技术预测委员会,在1996年的预测中,从可以预见到的最重要的技术进步中挑选85项将要出现的技术。共分为12个大类。其中在第类:制造业与机器人中有如下技术:
(1)计算机集成制造系统。在2012年,80%的工厂生产将实现计算机集成化;(2)生产自动化。到2015年,由于实现了生产自动化,工厂的就业人数在劳动力总人数中所占的比例将下降到10%以下;(3)大批量定制。到2011年,汽车、电器等30%以上的产品将广泛实现大批量定制生产;(4)先进的机器人。到2016年,带有传感输人、具有决策和学习功能、可移动的机器人将投放市场;(5)纳米技术。到2016年,微型机器和纳米技术将投人商业应用。
可以认为,这五种技术是最重要的先进制造技术。限于篇幅,这里仅对计算机集成制造系统和大批量定制作一简单的介绍。这两种技术对企业的影响范围较大,有较大的适用性。
先进制造技术的发展趋势可以概括为:
(1)数字化。在这方面,人们提出了CIMS、数字化工厂等概念。通过CAX(CAD,CAPP,CAE,CAM)系统和PDM系统,进行产品的数字化设计、仿真,并结合数字化制造设备,进行自动加工。并采用MRPII/ERP系统,对整个企业的物流、资金流、管理信息流和人力资源进行数字化管理。进一步的发展是,通过数字化的供应链管理(SCM)系统和客户关系管理(CRM)系统,支持企业与供应商和客户的合作。网络技术的发展使企业内部和外部的数字化运作更加方便。
(2)知识化。知识将成为企业的最重要的生产要素,技术创新将是企业最重要的生存和竞争能力。知识管理技术、学习型组织等将受到越来越大的重视。
(3)模块化。产品的模块化和企业的模块化将使企业能快速地、低成本地生产出顾客所需要的个性化产品。
(4)微小化。微机械及制造技术正在迅速发展,这将导致一大类全新的产品,深刻改变人们的生活。
(5)绿色化。强调产品和制造过程对环境的友好性。 2计算机集成制造系统(CIMS)
自从美国的Harringtong博士在1973年提出CIMS概念以来,CIMS在世界上走过了曲折的道路,人们对C1MS的本质认识有了巨大的变化,主要是:现代制造业的方向并不只是计算机的集成,信息的集成,而是人、技术、组织的整体集成,包括功能集成、组织集成、信息集成、过程集成、知识集成和企业间的集成⑷。由于计算机集成制造系统这一词容易使人误解,以为只要将计算机集成在一起就能构造成一个先进的制造系统。为此,我国的一些学者提出了现代集成制造系统(CIMS,ContemporaryInte?gratedManufacturingSystems)的概念。当前,CIMS的发展有以下特点。
2.1集成化
CIMS中有以下几个关键的信息集成系统。CIMS在这些系统的基础上进一步实现企业的总体集成。
(1)ERP(企业资源计划)系统:国外有名的系统是SAP,Oracle,Baan,IBM等,国内有金蝶、用友、开思等。ERP系统集成了企业中的生产管理、财务、人事、采购、销售等子系统。系统涉及面广,十分庞大,对人员素质、数据和流程规范性要求髙,因此实施难度大,成功率不高。
(2)CAD/CAPP/CAM一体化:目前虽然有些CAD系统可以支持CAD/CAPP/CAM-体化,但主要针对基本上都采用数控加工的零件,如PRO/E软件。由于不同产品中的零件差别很大,每个企业的加工条件和水平也不相同,因此复杂零件的CAD/CAPP/CAM-体化还没有通用的系统。
(3)PDM(产品数据管理)系统:被用于管理和控制由CAX(CAD、CAPP、CAE、CAM等的统称)系统所形成的大量的信息,避免花费很多时间去寻找本应该垂手可得的信息。PDM是设计自动化技术系统的核心,在产品的整个生命周期内管理全部的产品知识和信息,并为产品开发过程中的各个应用系统提供所需的数据,为不同应用系统提供集成平台。PDM系统以产品数据库为底层支持,以B〇M为组织核心,把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来,实现产品数据的组织、控制和管理。PDM系统一般是由CAD软件开发商所开发的。因此,同一软件公司的CAD系统和PDM系统能很好的无缝集成,而来自不同软件公司的CAD系统和PDM系统间的集成性就差多了。PDM系统的实施难度比CAD系统要大,因为前者涉及管理、组织等问题。
(4)工作流管理系统:主要用于办公自动化,是企业管理层的信息集成系统。目前工作流管理系统与知识管理系统紧密结合起来,使企业的知识得以共享和保存。
2.2网络化
以因特网为代表的网络技术正在制造业中产生越来越大的影响。人类正在进入一个新的时代--网络经济时代,在制造业中,也正在出现一种新的模式--网络化制造模式。在网络化制造中,新的网络空间与传统的物理空间紧密结合,产生出各种新思想、新观点、新方法和新系统。制造企业将利用因特网进行产品的协同设计和制造;通过因特网,企业将与顾客直接联系,顾客将参与产品设计,或直接下订单给企业进行定制生产,企业将产品直接销售给顾客;由于因特网无所不到,市场全球化和制造全球化将是企业发展战略的重要组成部分;由于在因特网上信息传递的快捷性,并由于制造环境变化的激烈性,企业间的合作越来越频繁,企业的资源将得到更加充分和合理的利用。企业内联网(Intranet)/外联网(Extranet)也将极大地改变企业内的组织和管理模式,将有效地促进企业员工的信息和知识的交流和共享〔5〕。
2.3敏捷化
进人21世纪,企业将面对日益激烈的国际化竞争的挑战,另一方面,企业可以利用制造全球化的机遇,专注发展自己有优势的核心能力及业务,而将其它任务外包和外协。企业将变得更加敏捷,对市场的变化将有更快的反应能力。但这些需要新的信息技术的支持,如供应链管理系统,促进企业供应链反应敏捷、运行髙效,因为企业间的竞争将变成企业供应链间的竞争;又如客户关系管理系统,使企业为客户提供更好的服务,对客户的需求作出更快的响应。2.4虚拟化虚拟制造可以简单地理解为“在计算机内制造”,通过应用集成的、用户友好的软件系统生成“软样机”,对产品、工艺和整个企业的性能进行仿真、建模和分析。虚拟制造包括:虚拟设计、虚拟装配和虚拟加工过程。新产品的开发需要考虑很多因素。例如在开发一种新车型时,其美学的创造性要受到安全性、人机工程学、可制造性及可维护性等多方面的制约。在虚拟设计中,利用虚拟原型在可视化方面的强大优势以及可交互地探索虚拟物体的功能,对产品进行几何、制造和功能等方面的交互建模与分析,快速评价不同的设计方案,可以从人机工程学角度检查设计效果,设计师可直接参与操作模拟,移动部件和进行各种试验,以确保设计的准确性。这种技术的特点是:①及早看到新产品的外形,以便从多方面观察和评审所设计的产品;②及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题;③及早对产品的可制造性有清楚的了解。美国波音飞机公司在设计波音777飞机中采用了虚拟制造技术。采用飞行仿真器及虚拟原型技术在各种模拟的条件下,对飞机进行飞行试验。
2.5智能化
例如,随着CAD系统中知识的积累,CAD系统的智能化程度将大幅度提髙。这种智能化具体表现为:①智能地支持设计者的工作,而且人机接口也是智能的。系统能领会设计人员的意图,能够检测失误,回答问题,提出建议方案等;②具有推理能力,使不熟练的设计者也能做出好的设计来。
2.6绿色化
包括绿色产品和绿色制造。要求产品的零部件易回收、可重复使用、尽量少用污染材料、在整个产品的制造和使用过程中排废少、对环境的污染要尽可能的小、所消耗的能量也尽可能的少。要求制造和使用具有洁净性。产品和制造过程的绿色化,不仅要求企业把环境保护当作自己的重要使命,同时也是企业未来生存和发展的战略。因为不注意环境保护的企业将被市场所淘汰。
3大批量定制
当前我国已进人买方市场,一般产品和一般的制造能力严重过剩;随着市场竞争的国际化,用户可以在更广泛的范围内选择自己需要的产品,用户对产品的质量、价格和新颖性的要求越来越高。许多企业都在探索如何在这种新环境中生存和发展。大批量定制(MC,MassCustomization)就是一种很有前途的生产模式。大批量定制又称大规模定制、大规模客户化生产、批量定制、批量客户化等。
从理论上讲,大批量定制要实现以大批量的低成本和短交货期生产用户定制的单件产品,但实际上,大批量定制可以看作是一种低成本、快速满足用户个性化需求的产品设计、制造和营销的新概念、新模式和新实践。大批量生产和单件产品的定制生产一直是两种水火不相容的生产方式。实现大批量定制不仅仅是技术问题,还涉及到组织、管理和技术的全面变革。真正实现大批量定制也并非是一个企业的事情,需要全行业、全社会的共同努力。因此,大讲:量定制是一个大系统工程。
大批量定制从产品和过程两个方面对制造系统及产品进行了优化,或者说产品维(空间维)和过程维(时间维)的优化。其中,产品维优化的主要内容是:
(1)正确区分用户的共性和个性需求;
(2)正确区分产品结构中的共性和个性部分;
(3)将产品维的共性部分归并处理;
(4)减少产品中的定制部分。
过程维优化的主要内容是:
(1)正确区分生产过程中的大批量生产过程环节和定制过程环节;(2)减少定制过程环节,增加大批量生产过程环节。
图2描述了大批量定制中的产品维和过程维优化的基本原理。这里将企业产品中的各种零部件分为两大类,一类是通用零部件,另一类是定制零部件。产品维优化方向是减少定制零部件数。这里还将产品的生产环节分成两部分,一部分是大批量生产环节,另一部分是定制环节,过程维优化方向是减少定制环节数。大批量定制的实质是要减少图2中的小矩形面积,理想的情况是该面积为零,但这实际上是不可能的。
图2大批量定制中的产品维和过程维优化的基本原理大批量定制的典型案例有:
(1)美国莱维?斯特劳斯(LeviStrauss)服装公司:该公司可以向用户提供多达近千种不同的款式、花色,加上量体裁衣的服务,以保证用户获得称心如意的牛仔裤。用户只需多付10美元即可根据腰围等个人尺寸在流水线上定制。公司的营业额上升了三成,库存急剧减少,经营成本大幅降低。
(2)宝洁公司(P&G):把洗发剂的配方增加到5万多种,只要顾客能拿出头发的油性酸性指标,就可以按通常价格给顾客定制专用洗发剂。
(3)日本松下自行车工业公司:每辆车都是根据用户的身体重量和爱好特制的,价格仅比现成的型号高10%,两星期内交货。不同定制的自行车中,大量零部件则是采用标准化战略进行设计和制造的。
(4)福特公司:发动机的模块化设计,即对6缸、8缸、10缸和12缸等不同规格的发动机结构进行调整,使其绝大部分组件都能通用,以尽可能少的规格部件实现最大的灵活组合。不同规格的发动机可在一条生产线上加工。每年节约数亿美元。
(5)海尔集团:以58大门类9200个规格品种为素材,再加上提供的上千种“佐料”--2万多个基本功能模块,经销商和消费者可自由地将这些“素材”和“佐料”组合,形成独具个性的产品。目前可以提供适合B2B2C的模块化网络家电9万种以上。
(6)波音公司:面对结构复杂、品种繁多、零件数以百万计的大型民用客机,将飞机中的零部件分为三类:第一类是基本的、稳定的无个性特性件、第二类是用户的可选件、第三类是用户特定的零部件。由于前两类的数量占了一架飞机的工作量90%左右,这样接到订单90%的工作量已经完成或接近完成,这就大大缩短了生产周期,库存量也不高,生产成本也降低了。并且波音公司在飞机模块化设计的基础上,开发了一个飞机配置设计及制造资源管理系统。波音的销售代表在与用户谈判时,可以利用便携式计算机上的这个软件系统与用户协同配置飞机。这一软件能直接从构型库中存取数据。销售人员能向用户展示各种选项将如何影响飞机的价格和重量。这些信息有助于用户作出考虑周全的经营决策。
关键词:先进制造技术;现代装备;价值管理
中图分类号:TH16文献标识码:A文章编号:1006-4311(2013)11-0003-02
0引言
随着科学技术的发展,先进制造技术不断创新与应用,各种高效、低耗、绿色的现代化装备被广泛地应用和推广,使劳动生产率和经济效益迅速提高。同时对于越来越复杂、自动化水平越来越高的现代装备,其装备的价值管理也就越发重要。
1先进制造技术
1.1概念:所谓先进制造技术,是制造业中将机械工程技术、电子信息技术(包括微电子、计算机、网络通信等)、自动化技术、现代管理技术以及材料技术等相关科学技术综合交融并应用于产品的计划、设计、准备、制造、加工、检测、管理、供销、物流、使用和售后服务乃至回收再生的全过程并注重考虑市场、价格、安全、美学、资源、环境等方面影响的集成生产技术的总称。它涵盖的主要内容有四大方面,即先进的制造工艺与装备、柔性与自动化的制造过程、先进的设计方法与手段、科学的组织与系统管理技术。它追求的目标,是以市场需求为导向、提高效益为中心,实现优质、精确、高效、低耗、节能、省料、清洁、灵活和快速生产,增强对动态多变市场的适应能力和竞争能力,从而满足社会个性化和多样化的需求。
1.2特点①“数”是发展的核心;②“精”是发展的关键;③“极”是发展的焦点;④“自”是发展的条件。“自”即自动化;⑤“网”是发展的路径。“网”即网络化;⑥“集”是发展的方法。“集”即集成化。它一是技术的集成,二是管理的集成,当然也是技术与管理的集成;归根结底就是知识与信息的集成,显然集成也包含了“交叉”;⑦“智”是发展的前景。“智”即智能化;⑧“绿”是发展的必然。“绿”即“绿色”。制造必然要走向“绿色”制造,这是实现国民经济可持续发展的重要条件。
1.3发展方向现代机械制造技术的发展,主要表现在两个方向上:一是精密工程技术,以超精密加工的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表,将进入微型机械电子技术和微型机器人的时代;二是机械制造的高度自动化,以CIMS和敏捷制造等的进一步发展为代表。
1.4发展趋势①全球化和网络化。由于网络通讯技术的迅速发展和普及,正在给企业的生产和经营活动带来革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行,实现制造的全球化。②虚拟化。制造过程中的虚拟技术是指面向产品生产过程的模拟和检验。检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性,以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标,进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真。③自动化。自动化是一个动态概念,目前它的研究主要表现在制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造技术和适应现化生产模式的制造环境等方面。④绿色化。绿色制造则通过绿色生产过程、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品。
2现代装备特征
随着制造技术的发展,现代装备具有大型化、高速化、精密化、电子化、自动化、连续化、环保化等特征。以上特征表明,现代装备为了适应现代经济发展的需要,广泛地应用了现代科学技术成果,正在向性能更高级、技术更加综合、结构更加复杂、作业更加连续、工作更加可靠的方向发展,为经济繁荣、社会进步提供了更强大的创造物质财富的能力。①从价值上看,先进装备都非常昂贵。其价值往往占企业资产的很大比重,这些装备的利用率高低直接关系到企业经济效益。②从生产上看,先进装备主要承担着重要零部件或有特殊质量要求的零部件关键工序的生产加工。设备的正常稳定运行对企业均衡生产、物流准时化、市场占有率起着举足轻重的作用。③从管理上看,先进装备自身的监测能力强,灵敏程度高,同时其对维护、环境、操作及零件、水、电、气、汽质量的要求也大幅度提高,管理上的任何一点疏忽都可能造成自动停机、出现故障,甚至是重大故障。④从维修上看,先进装备一般都结构紧凑、复杂、精巧;机、电、液、气一体化和关联控制关系越加紧密;故障原因难于判定,维修时间长;刀具不断采用新材料,追求高性能;许多备件和加工工具靠当地或国内无法制造加工,必须走国际化采购道路;新的维修技术对修理工艺、清洁度、环境等也提出了新的要求。
3现代装备价值管理
从现代先进装备的特征不难看出,由于装备的先进性和复杂性,其在现代工业生产中的作用和影响越来越大,与其相关的费用也越来也高。如何提高装备利用率,减少停机损失和维修成本,发挥装备的最大价值是现代装备管理重要内容。对于现代先进装备的价值管理,必须实施设备管理现代化理念,设备管理现代化是一个完整的体系,它包含管理理论(或思想)、管理组织、管理方法、管理手段和管理人才等方面的现代化。
①管理思想现代化:实现管理现代化,要求用现代科学管理理论和管理思想指导管理实践。涉及设备管理的现代化管理理论有:系统论、控制论、信息论、工程经济学、管理工程学、可靠性工程学、摩擦学等;现代化管理思想包括设备综合管理观念、战略观念、市场观念、效益观念、竞争观念、安全与环保观念等。②管理组织现代化:要求不断适应经济体制改革,适应现代化大生产的要求,建立合理的、高效的设备管理运行体制和组织机构。最大限度地调动和发挥组织中每个成员的作用。设备管理组织应当与推行设备管理现代化相适应,组织严密,体制健全、工作高效,充分协调,信息畅通,并具有良好的跟踪与反馈控制能力。③管理方法现代化:管理方法现代化要求一方面继承传统的管理经验和方法,另一方面应积极推广运用先进的管理方法,确保各项管理工作标准化、系统化、科学化。设备一生全过程管理应实行定量与定性管理方法相结合,尽量以定量方法为主。推广应用的现代化管理方法有:价值工程、网络技术、ABC分析法、决策技术、预测技术等。④管理手段现代化:管理手段现代化是管理现代化的工具。如采用先进的设备诊断仪器对设备进行自动检测和控制,应用计算机辅助设备管理,采用精密检测工具提高设备修理精度等。⑤管理人才素质现代化:应按职责分工和管理层次对设备管理人员提出不同的要求,做到专业知识结构、知识层次结构、年龄结构等的全面优化。先进装备对管理、技术、维修、操作人员的知识结构、业务能力、心理素质的要求也更高。要求管理、技术人员必须集技术与管理知识、能力于一身;维修人员要同时具有机、电、液、气、光的技术知识和专业技能,倡导机电合一只是对人员素质要求的第一步;操作必需具备较全面的知识和能力,因为面对复杂且昂贵的设备必须有很强的判断能力才能胜任操作工作。
关键词:先进制造技术;制造业生产流程;再造研究
虽然到目前为止,行业内对于先进制造技术的定义还没有一个完全统一的标准和概念。但是几乎都形成了这样一个共识:先进制造技术不仅能够适应现代化的制造业生产流程需要,而且是现代信息技术与管理技术共同发展的成果。因此,对现代制造业生产流程在先进生产技术影响下的再造进行研究,不仅符合当前先进制造技术发展的大环境,而且对于我国制造业的发展具有长远意义。
1.制造业生产流程现状
改革开放以来,制造业在我国国民经济中所占的比重越来越大。长期以来,我国的制造业在先进制造技术方面对国外的倚重比较大,这样不仅造成了我国制造业整体水平较国外发达国家来说较为落后,而且也在一定程度上影响了我国制造业自主创新的能力。目前我国制造业流程中表现出的问题主要有:设备技术改造投入不足,生产工艺、制造业管理以及人员素质相对落后。
面对当前国际制造业技术的不断发展与革新,加强先进制造技术在我国制造业中的应用、对我国的制造业生产流程进行再造,显得尤为重要。笔者认为,加强我国制造业运用先进制造技术的水平、促进我国制造业生产流程的再造,可以从以下几个方面进行:
1.1国外先进制造技术与自身制造技术相结合
首先要明确:对先进制造技术的运用,并不意味着照搬国外先进制造技术,而是要将国外先进制造技术与我国自身制造业特点相结合。在制造业生产流程的再造方面,既要重视对国外先进制造技术的运用,又要加强我国的自主创新水平。因为只有立足于我国制造业企业自身特点进行生产流程再造,才能更好地发挥先进制造技术对制造业生产效率提高的促进作用。除此之外,在制造业生产流程的再造上还要按照行业自身规律进行,不能盲目地进行生产流程再造。
1.2加强制造业人才的培养
对制造业进行生产流程的改造,既要基于先进制造技术,同时又要注重对生产人员的培养。因为先进设备毕竟只是外在因素,想要真正提高制造业生产效率、保证制造业生产流程再造取得成功,关键还是在于人才的培养上面,即制造业企业要培养出一批能够熟练掌握先进制造技术的产业工人,这样才能保证整个制造业生产流程再造过程的顺利进行。除此之外,对于制造业企业来说,要想保证整个生产流程再造成功,不仅要注重对一线产业工人的培养,而且要重视对管理人才的培养。
1.3发挥制造业企业主体作用与政府引导相结合
制造业企业是制造业生产流程再造的主体,因为归根结底,先进制造技术运用效果还得需要实践检验。制造业企业想要成功地进行生产流程的再造,首先就要重视引进先进制造技术的投资,制造业企业应该将眼光放长远。除此之外,当地政府也要在制造业企业生产流程的再造上发挥引导作用。当前我国很多的制造业企业都存在着制造技术开发能力薄弱、资金投入不足等情况。面对这种情况,当地政府更加应该发挥好其宏观管理的职能,通过对制造业企业生产流程再造的引导和扶持,提升地方企业先进制造技术的运用水平。
2.基于先进制造技术的机械制造业生产流程再造
随着时代的发展,制造业技术的运用已经不单单局限于以往单一的技术手段。相应的,基于先进制造技术的制造业生产流程再造同样也体现在多个方面。先进的制造技术已经广泛运用于制造业的整个过程中,以机械制造业为例,不管是机械产品的设计开发,还是生产流程中的经营管理,都离不开日益发展的先进制造技术。以机械制造业为例,基于先进制造技术的制造业生产流程再造主要体现在以下几个方面:
2.1机械产品毛坯制造工艺的生产流程再造
对于机械制造业来说,机械产品的毛坯制造既是整个制造流程的前提,也是整个制造流程的关键。目前较为先进的机械产品毛坯制造技术其优势主要体现在铸造的精密性与洁净性,例如,外热风冲天炉熔炼、处理、保护成套技术;钢液精炼与保护技术等等。除此之外,在机械产品毛坯的锻压方面,一些先进的制造技术诸如:热精锻生产线成套技术;冷温成型成套技术等等,都促进了机械制造业的生产流程再造。
2.2机械产品加工工艺的生产流程再造
机械产品加工流程的再造是整个机械制造业生产流程再造中十分重要的一个环节,随着先进机械制造技术的不断发展,机械产品的生产流程逐渐呈现出高效率、高精度的发展趋势。目前很多机械制造企业的先进生产技术主要包括:高速切削与高速磨削;复杂型面的数控加工以及游离磨料的高效加工等等。
2.3机械产品表面处理工艺生产流程再造
随着机械产品相关行业的不断发展,对于机械产品表面质量的要求也逐步提高。目前很多机械制造企业在产品表面处理方面运用的先进制造技术主要包括:化学镀非晶态合金技术;新型节能表面涂装技术;高速燃气喷涂技术等等。
2.4机械产品自动化生产技术流程再造
目前机械制造业的生产流程逐渐呈现出自动化的趋势,而且在机械制造业生产流程的再造中,自动化技术的发展与应用也是一个大趋势。目前机械制造业生产中先进的自动化技术主要包括:机床数控技术、工业机器人、集成制造技术、自动检测及信号识别技术等等。
3.结束语
总而言之,在当前世界各国制造业技术不断发展的大环境下,我国制造业企业进行生产流程的再造是大势所趋。通过加强国际交流与合作,吸收和应用国外先进的制造技术,把引进国外先进制造技术与我国制造技术的自主开发相结合,从而使我国的制造业能够在更高的技术层次上与发达国家展开竞争。
参考文献: