機械制造技術發展及現狀研究

引言：簡述了機械制造技術的發展歷程，國內外現代機械制造技術的現狀及最新成就與進展，我國在發展現代機械制造技術的基本情況、差距及動向。

一、機械制造技術的發展歷程

機械制造業是國民經濟最重要的基礎產業，而機械制造技術的不斷創新則是機械工業發展的技術基礎和動力。機械制造業發展至今，按其生產方式的變化可劃分為：

（一）設備密集型生產方式。這是一種隨著運輸機械、施工機械和機床等大規模工業化生產的出現而產生的生產方式。汽車、拖拉機、軸承等大批量生產中的剛性生產流水線均屬于這種生產方式。

（二）勞動密集型生產方式。手工制作及早期的工業生產均屬于這種方式。

（三）知識密集型生產方式。這種生產方式是制造理念的飛躍，把單向的產品制造鏈組成為有機的制造系統，其中的物流系統、信息流系統、能量流系統等相互依賴、相互作用、相互協調。這種制造系統不單能與人進行信息交流，而且本身具有專家系統、數據庫等必要的解決問題的知識，使其能在獲取較少信息的情況下完成加工要求。

（四）信息密集型生產方式。從20世紀初期開始出現了數控機床、加工中心等新型機電一體化加工設備。它實現了人與機器設備之間的信息交流，機器設備可通過獲得的信息，快速、準確地實現加工，繼而產生了使用這些典型設備的生產方式。

二、現代機械制造技術的現狀

（一）國內情況

我國機械制造技術水平與發達國家相比還非常低，大約落后20年。近十幾年來，我國大力推廣應用CIMS技術， 20世紀90年代初期已建成研究環境，包括有CIMS實驗工程中心和7個開放實驗室。在全國范圍內，部署了CIMS的若干研究項目，諸如CIMS軟件工程與標準化、開放式系統結構與發展戰略， CIMS總體與集成技術、產品設計自動化、工藝設計自動化、柔性制造技術、管理與決策信息系統、質量保證技術、網絡與數據庫技術以及系統理論和方法等專題。各項研究均取得了豐碩成果，獲得不同程度的進展。但大部分大型機械制造企業和絕大部分中小型機械制造企業主要限于CAD和管理信息系統，因底層（車間層）基礎自動化還十分薄弱，數控機床由于編程復雜，還沒有真正發揮作用。加工中心無論是數量還是利用率都很低。可編程控制器的使用并不普及，工業機器人的應用還很有限。因此，做好基礎自動化的工作仍是我國制造企業一項十分緊迫而艱巨的任務。我們在看到國際上制造業發展趨勢的同時，還要立足于我國的實際情況，扎扎實實地把基礎自動化工作搞上去，才能在穩步前進的基礎上開展制造業自動化系統的研究與應用。

（二）國外情況

在制造業自動化發展方面，發達國家機械制造技術已經達到相當水平，實現了機械制造系統自動化。產品設計普遍采用計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助產品工程（CAE）和計算機仿真等手段，企業管理采用了科學的規范化的管理方法和手段，在加工技術方面也已實現了底層的自動化，包括廣泛地采用加工中心、自動引導小車等。因此，多年來，發達國家主要從具有全新制造理念的制造系統自動化方面尋找出路，提出了一系列新的制造系統，如計算機集成制造系統、智能制造系統、敏捷制造、并行工程等。

1、計算機集成制造系統。它是在自動化技術、信息技術和制造技術的基礎上，通過計算機及軟件，將制造廠全部生產活動有關的各種分散的自動化系統有機地集成起來，并適合于多品種、中小批量生產的總體高效率、高柔性的制造系統。計算機集成制造系統在概念上，主要強調兩點：首先在功能上，它包含了一個工廠的全部生產經營活動，即從市場預測、產品設計、加工工藝、制造、管理至售后服務以及報廢處理的全部活動。因此它比傳統的工廠自動化的范圍要大得多，是一個復雜的大系統，是工廠自動化的發展方向。其次，在集成上，它涉及的自動化不是工廠各個環節的自動化的簡單疊加，而是在計算機網絡和分布式數據庫支持下的有機集成。這種集成主要體現在以信息和功能為特征的技術集成，即信息集成和功能集成，以便縮短產品開發周期、提高質量、降低成本。計算機集成制造是一種概念、一種哲理，是指導制造業應用計算機技術、信息技術走向更高階段的一種思想方法、技術途徑和生產模式，它代表了當代制造技術的最高水平。

2、智能制造系統。是指將專家系統、模糊推理、人工神經網絡等人工智能技術應用到制造系統中，以解決復雜的決策問題，提高制造系統的水平和實用性。人工智能的作用是要代替熟練工人的技藝，學習工程技術人員的實踐經驗和知識，并用于解決生產中的實際問題，從而將工人、工程技術人員多年來積累起來的豐富而又寶貴的實踐經驗保存下來，在實際的生產中長期發揮作用。智能制造系統的核心技術是具有人工智能，柔性制造—集成制造—智能制造是現代制造技術發展的三個階段。

3、并行工程。又稱同步工程或同期工程，是針對傳統的產品串行開發過程而提出的一個概念、一種哲理和方法。并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關各種過程的系統方法，該方法要求開發人員在設計開始就考慮產品整個生命周期中，從概念的形成到產品報廢處理的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。并行工程通過組成多學科的產品開發群組協同工作，利用各種計算機輔助工具等手段，使產品開發的各個階段，既有一定的時序又能并行，同時采用上、下游的各種因素共同決策產品開發各階段工作的方式，使產品開發的早期就能及時發現產品開發全過程中的問題，從而縮短產品開發周期，提高產品質量，降低成本，增加企業競爭能力，并行工程強調在集成環境下的并行工作，因此，它是CIMS進一步發展的方向。

4、敏捷制造。又稱靈捷制造、迅速制造和靈活制造等，它是將柔性生產技術、熟練掌握生產技能和有知識的勞動力與促進企業內部和企業之間相互合作的靈活管理集成在一起，通過所建立的共同基礎結構，對迅速改變或無法預見的消費者需求和市場時機作出快速響應。市場的快速響應是敏捷制造的核心。敏捷制造的基本原理是采用標準化和專業化的計算機網絡和信息集成基礎結構，以分布式結構連接各類企業，構成虛擬制造環境，以競爭合作為原則，在虛擬制造環境內動態選擇合作伙伴，并通過組成虛擬企業來適應持續多變、無法預料的市場變化。

（作者單位：黑龍江八一農墾大學工程學院）

作者簡介

楊宗秋（1989.4-），男，黑龍江省雙城人，黑龍江八一農墾大學工程學院機械設計制造及其自動化專業。