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先进的仪表制造业技术:“精”是关键“智”是前景

发布时间: 2010-01-12  点击次数: 1366次

先进的仪表制造业技术:“精”是关键“智”是前景

 

先进制造技术的发展可以用8个字来概括:“数”是核心,“精”是关键,“极”是焦点,“自”是条件,“集”是方法,“网”是道路,“智”是前景,“绿”是必然。

先进制造技术发展特点

与科学技术与市场经济的发展相应,先进制造技术的发展趋势有以下特点:

①信息技术对先进制造技术的发展起着越来越重要的作用;

②设计技术的不断现代化;

③成形技术向精密成形或称净成形的方向发展;

④加工技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展;

⑤制造工艺、设备和工厂的柔性和可重构性将成为企业装备的显著特点;

⑥虚拟制造技术和网络制造技术将广泛应用;

⑦智能化、数字化是先进制造技术和机电产品的发展方向;

⑧以提高市场快速反应为目标的制造技术将得到迅速发展和应用;

⑨绿色制造成为21世纪制造业的重要特征;

21世纪的企业面临管理创新。

先进制造技术发展趋势

先进制造技术的发展可以用8个字来概括:“数”是核心,“精”是关键,“极”是焦点,“自”是条件,“集”是方法,“网”是道路,“智”是前景,“绿”是必然。现分述如下:

“数”是发展的核心

“数”就是“数字化”。“数字化”不仅是“信息化”发展的核心,而且也是先进制造技术发展的核心。信息的“数字化”处理同“模拟化”处理相比,有着3个不可比拟的优点:信息,信息安全,信息容量大。数字化制造就是指制造领域的数字化,它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果,也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。它包含了3大部分:以设计为中心的数字制造,以控制为中心的数字制造和以管理为中心数字制造。对制造设备而言,其控制参数均为数字化信号。对制造企业而言,各种信息如图形、数据、知识、技能等等均以数字形式,通过网络,在企业内传递,以便根据市场信息,迅速收集资料信息,在虚拟现实、快速原型、数据库、多媒体等多种数字化技术的支持下,对产品信息、工艺信息与资源信息进行分析、规划与重组,实现对产品设计和产品功能的仿真,对加工过程与生产组织过程的仿真,或完成原型制造,从而实现生产过程的快速重组与对市场的快速响应,以满足客户化要求。

“精”是发展的关键

“精”是“精密化”。它一方面是指对产品、零件的精度要求越来越高,一方面是指对产品、零件的加工精度要求越来越高。显然,这两方面是一回事。有了前者,才要求有后者;有了后者,才促使前者得以发展。“精”可以说,是指加工精度及其发展,精密加工,细微加工,纳米加工,如此等等。20世纪初,超精密加工的误差是10微米,30年代达1微米,50年代达0.1微米,7080年代达0.O1微米,至今达0.001微米,即1纳米。由一组数据,可以看到微电子产品对加工精度的依赖程度,电子元件制造误差为,一般晶体管50微米,一般磁盘5微米,一般磁头磁鼓0.5微米,集成电路0.O5微米,超大型集成电路达0.005微米,而合成半导体为1纳米。在现代超精密机械中,对精度要求*,如人造卫星的仪表轴承,其圆度、圆柱度、表面粗糙度等均达纳米级;基因操作机械,其移动距离为纳米级,移动精度为0.1纳米。细微加工、纳米加工技术可达纳米以下的要求,如离子束加工可达纳米级,借助于扫描隧道显微镜(STM)与原子力显微镜的加工,则可达0.1纳米。实际上,纳米级的加工就是移动原子级的加工。

“极”是发展的焦点

“极”就是条件,就是指在条件下工作的或者有要求的产品,从而也是指这类产品的制造技术有“极”的要求。在高温、高压、高湿、强磁场、强腐蚀等等条件下工作的,或有高硬度、大弹性等等要求的,或在几何形体上极大、极小、极厚、极薄、奇形怪状的。显然,这些产品都是科技前沿的产品。其中之一就是“微机电系统(MEMS) ”,这是工业发达国家与有关国家所高度关注的项前沿科技。甚至可以说,“极”是前沿科技或前沿科技产品发展的一个焦点。例如,在信息领域中,分子存储器、原子存储器、量子阱光电子器件、芯片加工设备;军事武器中,制导技术,打击技术,微型惯性平台,微光学设备;航空航天领域中,微型飞机,微型卫星,“纳米”卫星(0.lkg以内MEMS可以完成特种动作与实现特种功能,乃至可以沟通微观世界与宏观世界,其深远意义难于估量。

“自”是发展的条件

“自”就是自动化。它就是减轻人的劳动,强化、延伸、取代人的有关劳动的技术或手段。显然,自动化是重要的,自动化总是伴随有关机械或工具来实现的。可以说,机械是一切技术的载体,也是自动化技术的载体。*次工业革命,以机械化这种形式的自动化来减轻、延伸或取代人的有关体力劳动;第二次工业革命,电气化进一步促进了自动化的发展。据统计,从1870年至1980年,加工过程的效率提高到20倍,即体力劳动得到了有效的解放;但管理效率只提高为1.82.2倍,设计效率只1.2倍,这表明脑力劳动远没有得到有效的解放。即使在美国,1984年,CAD在福特公司只占40%,通用公司34 % , Chrysler也不过67% ;此后,CAD发展极为迅速。今天在我国大量设计单位已“甩图板”了,CAD已十分普及了。信息化、计算机化与网络化,不但极大地解放了人的体力劳动,而且更为关键的是有效地提高了脑力劳动自动化的水平,解放了人的部分的脑力劳动。

“集”是发展的方法

“集”就是集成化。它一是技术的集成,一是管理的集成,一是技术与管理的集成;归根结底,其本质就是知识的集成,当然亦即知识表现形式的集成。已如前述,先进制造技术就是制造技术、信息技术、管理科学与有关科学技术的集成。“集成”就是“交叉”,就是“杂交”,就是取人之长,补己之短,这是发展的一大方法。目前,“集”主要指:

①现代技术的集成,机电一体化是个典型,它是高技术装备的基础,如微电子制造装备,信息化、网络化产品及配套设备,仪器、仪表、医疗、生物、环保等高技术设备。显然,在机电一体化技术中,关键往往是;a检测传感技术;b信息处理技术;c自动控制技术;d伺服传动技术;e精密机械技术;f系统总体技术,而这些技术又同许多学科有关,又是一个“集”。②加工技术的集成,特种加工技术及其装备是个典型,如增材制造即快速原型、激光加工、高能束加工、电加工等等。③企业集成,即管理的集成,包括生产信息、功能、过程的集成;包括生产过程的集成、全寿命周期过程的集成;也包括企业内部的集成,企业外部的集成。当然,管理的集成不可能不包含管理与技术的集成。还有一点值得注意,即由生物技术与制造技术集成而成的“微制造的生物方法”,或所谓的“生物制造”;即依据生物是由内部生长而成“器件”,而非同一般制造技术那样由外加作用以增减材料而成“器件”。可以预期,这是一个崭新的充满着活力的领域。

“网”是发展的道路

“网”就是网络化。制造技术的网络化是先进制造技术发展的必由之路,是制造业走向整体化、有序化,这同人类社会发展是同步的。制造技术的网络化由两个因素决定:一是生产组织变革的需要,一是生产技术发展的可能。这是因为制造业在市场竞争中,面临多方的压力;采购成本不断提高,产品更新速度加快,市场需求不断变化,客户定单生产方式迅速发展,制造所带来的冲击日益加强等等;企业要避免传统生产组织所带来的一系列问题,必须在生产组织上实行某种深刻的变革。这个变革体现在两方面:一方面利用网络,在产品设计、制造与生产管理等活动乃至企业整个业务流程中充分享用有关资源,即快速调集、有机整合与利用有关制造资源;与此同时,这必然导致制造过程与组织的分散化网络化,企业要抛弃传统的“小而全”与“大而全”这类“夕阳技术”,而集中力量在自己zui有竞争力的核心业务上。在制造技术网络化中,电子商务应用值得关注。电子商务将业务数据数字化,并将数字信息使用和计算机业务处理同Internet进行集成,成为一种全新的业务操作模式。在电子商务下的网络化制造中,供应链管理、客户关系管理、产品生命周期管理共同构成了制造的增殖链。它具有两大优点:商务的直接化与透明化,这对降低成本、加决流通、提率、增加商业机会大有好处,从而对企业内部重组、经营战略与竞争模式有着深刻影响。

“智”是发展的前景

“智”就是智能化。制造技术的智能化是制造技术发展的前景。近20年来,制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信息驱动型,这就要求制造系统不但要具备柔性,而且还要表现出某种智能,以便应对大量复杂信息的处理、瞬息万变的市场需求和激烈竞争的复杂环境,因此,智能制造越来越受到高度的重视。智能化制造模式的基础是智能制造系统,智能制造系统既是智能和技术的集成而形成的应用环境,也是智能制造模式的载体。与传统的制造相比,智能制造系统具有以下特点:①人机一体化;②自律能力;③自组织与超柔性;④学习能力与自我维护能力;⑤在未来,具有更的类人思维的能力。由此出发,可以说智能制造作为一种模式,是集自动化、集成化和智能化于一身,并具有不断向纵深发展的高技术含量和高技术水平的先进制造系统,也是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统。它突出了在制造诸环节中,以一种高度柔性与集成的方式,借助计算机模拟的人类专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。同时,收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能;当然,目前还只能算初步,但潜力极大,前景广阔。随着知识经济时代的初露端倪,知识将作为发展生产力主要的源泉,并导致以知识生产率取代劳动生产率,从而智能化制造的价值日益攀升。目前,特别是分布式数据库技术、智能代理技术和网络技术等发展,将突出知识在制造活动中的价值地位。

“绿”是发展的必然

“绿”就是“绿色”,“绿色”是从环境保护领域中引用来的。人类社会的发展必将走向人类社会与自然界的和谐,就是走向“*”。人与人类社会本质上也是自然世界的一个部分,部分不能脱离整体,更不能对抗与破环整体。《老子》讲的“无为”就是这个意思,即不去“为”违背客观规律之“为”。人类必须从各方面促使人与人类社会同自然界和谐一致,制造技术也不能例外。保护环境,就是保护生产力;改善环境,就是发展生产力。制造业的产品从构思开始,到设计阶段,制造阶段、销售阶段、使用与维修阶段,直到回收阶段、再制造各阶段,都必须充分计及环境保护。所谓环境保护是广义的,不仅要保护自然环境,还要保护社会环境、生产环境,还要保护生产者的身心健康。在此前提与内涵下,还必须制造出价廉、物美、供货期短、售后服务好的产品。作为“绿色”制造,产品还必须在一定程度上是艺术品,以与用户的生产、工作、生活环境相适应,给人以高尚的精神享受,体现着物质文明、精神文明与环境文明的高度交融。每发展与采用一项新技术时,应站在哲学高度,慎思“塞翁得马,安知非祸”,即必须充分考虑可持续发展,计及环境文明。

 

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