現(xiàn)代制造工藝發(fā)展趨勢

現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢板塊1：數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù)是數(shù)字程序控制數(shù)控機械實現(xiàn)自動工作的技術(shù)。它廣泛用于機械制造和自動化領(lǐng)域，較好地解決多品種、小批量和復(fù)雜零件加工以及生產(chǎn)過程自動化問題。隨著計算機、自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機床、機器人以及各類機電一體化設(shè)備上。同時，社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對數(shù)控裝置和數(shù)控機械要求在理論和應(yīng)用方面有迅速的發(fā)展和提高。

數(shù)控：（NC）是20年代發(fā)展起來的自動控制技術(shù)，是用數(shù)字信號對機床的運動及加工過程進行控制的方法。數(shù)控機床是一中采用了數(shù)字控制技術(shù)的機床，或者說裝有數(shù)控系統(tǒng)的機床。數(shù)控系統(tǒng)：是控制系統(tǒng)，能自動完成信息的輸入、譯碼和運算，從而控制機床運動和加工過程。常見的數(shù)控機床數(shù)控車床數(shù)控銑床加工中心1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制直升飛機螺旋槳葉片輪廓檢驗用樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出采用數(shù)字脈沖控制機床的設(shè)想。1949年，該公司與美國麻省理工學(xué)院(MIT)開始共同研究，并于1952年試制成功第一臺三坐標數(shù)控銑床，當時的數(shù)控裝置采用電子管元件。1959年，數(shù)控裝置采用了晶體管元件和印刷電路板，出現(xiàn)帶自動換刀裝置的數(shù)控機床，稱為加工中心(MCMachiningCenter)，使數(shù)控裝置進入了第二代。1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價格進一步下降，促進了數(shù)控機床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數(shù)控系統(tǒng)(簡稱DNC)，又稱群控系統(tǒng)；采用小型計算機控制的計算機數(shù)控系統(tǒng)(簡稱CNC)，使數(shù)控裝置進入了以小型計算機化為特征的第四代。1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存貯器的微型計算機數(shù)控裝置(簡稱MNC)，這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。20世紀80年代初，隨著計算機軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進行人機對話式自動編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上；數(shù)控機床的自動化程度進一步提高，具有自動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。20世紀90年代后期，出現(xiàn)了PC+CNC智能數(shù)控系統(tǒng)，即以PC機為控制系統(tǒng)的硬件部分，在PC機上安裝NC軟件系統(tǒng)，此種方式系統(tǒng)維護方便，易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制造。數(shù)控技術(shù)也叫計算機數(shù)控技術(shù)（ComputerizedNumericalControl簡稱：CNC），它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的控制功能。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可以通過計算機軟件來完成。數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)信息化的重要組成部分。數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。這個基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一個國家的經(jīng)濟發(fā)展和綜合國力，關(guān)系到一個國家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達國家均采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。在我國，數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，取得了相當大的進步。特別是在通用微機數(shù)控領(lǐng)域，以PC平臺為基礎(chǔ)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但是，我國在數(shù)控技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術(shù)創(chuàng)新能力、商品化進程、市場占有率等方面情況尤為突出。在新世紀到來時，如何有效解決這些問題，使我國數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務(wù)。發(fā)展現(xiàn)狀數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（it、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面：1.高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會（CIRP）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。2.五軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展數(shù)控技術(shù)采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床（含5面加工機床）的發(fā)展。3.智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。割板塊2：柔性制造技術(shù)柔性制造技術(shù)也稱柔性集成制造技術(shù)，是現(xiàn)代先進制造技術(shù)的統(tǒng)稱。柔性制造技術(shù)集自動化技術(shù)、信息技術(shù)和制作加工技術(shù)于一體，把以往工廠企業(yè)中相互孤立的工程設(shè)計、制造、經(jīng)營管理等過程，在計算機及其軟件和數(shù)據(jù)庫的支持下，構(gòu)成一個覆蓋整個企業(yè)的有機系統(tǒng)。傳統(tǒng)的自動化生產(chǎn)技術(shù)可以顯著提高生產(chǎn)效率，然而其局限性也顯而易見，即無法很好地適應(yīng)中小批量生產(chǎn)的要求。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，特別是自動控制技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、工業(yè)機器人技術(shù)等的迅猛發(fā)展，柔性制造技術(shù)（FMI）應(yīng)運而生。所謂“柔性”，即靈活性，主要表現(xiàn)在：①生產(chǎn)設(shè)備的零件、部件可根據(jù)所加工產(chǎn)品的需要變換；②對加工產(chǎn)品的批量可根據(jù)需要迅速調(diào)整；③對加工產(chǎn)品的性能參數(shù)可迅速改變并及時投入生產(chǎn)；④可迅速而有效地綜合應(yīng)用新技術(shù)；⑤對用戶、貿(mào)易伙伴和供應(yīng)商的需求變化及特殊要求能迅速做出反應(yīng)。采用柔性制造技術(shù)的企業(yè)，平時能滿足品種多變而批量很小的生產(chǎn)需求，戰(zhàn)時能迅速擴大生產(chǎn)能力，而且產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)價廉。柔性制造設(shè)備可在無需大量追加投資的條件下提供連續(xù)采用新技術(shù)、新工藝的能力，也不需要專門的設(shè)施，就可生產(chǎn)出特殊的軍用產(chǎn)品。柔性自動化制造技術(shù)簡稱柔性制造技術(shù)。自1967年由英國莫林斯(molins)公司提出以后，至今已發(fā)展了30多年。由于柔性制造技術(shù)是管理技術(shù)和制造技術(shù)的有機集合．換句話說它是以數(shù)控技術(shù)為核心，以計算機技術(shù)、信息技術(shù)、檢測技術(shù)、質(zhì)量控制技術(shù)與生產(chǎn)管理技術(shù)相結(jié)合的先進制造技術(shù)，因而被世界各國所重視，并在發(fā)達國家的制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。發(fā)展趨勢1）FMC將成為發(fā)展和應(yīng)用的熱門技術(shù)這是因為FMC的投資比FMS少得多而經(jīng)濟效益相接近，更適用于財力有限的中小型企業(yè)。目前國外眾多廠家將FMC列為發(fā)展之重。2）發(fā)展效率更高的FML多品種大批量的生產(chǎn)企業(yè)如汽車及拖拉機等工廠對FML的需求引起了FMS制造廠的極大關(guān)注。采用價格低廉的專用數(shù)控機床替代通用的加工中心將是FML的發(fā)展趨勢。3）朝多功能方向發(fā)展由單純加工型FMS進一步開發(fā)以焊接、裝配、檢驗及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多種功能FMS。柔性制造技術(shù)是實現(xiàn)未來工廠的新穎概念模式和新的發(fā)展趨勢，是決定制造企業(yè)未來發(fā)展前途的具有戰(zhàn)略意義的舉措。屆時，智能化機械與人之間將相互融合，柔性地全面協(xié)調(diào)從接受訂貨單至生產(chǎn)、銷售這一企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的全部活動。近年來，柔性制造作為一種現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)"哲理"和工廠自動化的先進模式已為國際上所公認，可以這樣認為：柔性制造技術(shù)是在自動化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，將以往企業(yè)中相互獨立的工程設(shè)計、生產(chǎn)制造及經(jīng)營管理等過程，在計算機及其軟件的支撐下，構(gòu)成一個覆蓋整個企業(yè)的完整而有機的系統(tǒng)，以實現(xiàn)全局動態(tài)最優(yōu)化，總體高效益、高柔性，并進而贏得競爭全勝的智能制造技術(shù)。它作為當今世界制造自動化技術(shù)發(fā)展的前沿科技，為未來機構(gòu)制造工廠提供了一幅宏偉的藍圖，將成為21世紀機構(gòu)制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式。柔性生產(chǎn)線基本上尚屬空白。分析其原因，主要是：⑴產(chǎn)品單一既無多品種中大批量，也無多品種中小批量，因此，缺少建設(shè)柔性生產(chǎn)線的必要條件。⑵投資限制各汽車廠和各內(nèi)燃機廠幾乎都依賴于向銀行借貸投資，因此投資規(guī)模受到資金來源和經(jīng)濟效益雙重限制，不大可能將巨額資金用于純技術(shù)水平的提高上即建設(shè)高技術(shù)的柔性生產(chǎn)線。廠家更多考慮的仍然是建設(shè)規(guī)模。事實上，在產(chǎn)品單一大量生產(chǎn)時，國外也仍然是以自動線為主，其原因也是從經(jīng)濟效益的角度出發(fā)，況且自動線仍然是當今國內(nèi)外內(nèi)燃機制造的主要工藝手段之一。⑶技術(shù)因素柔性生產(chǎn)線畢竟是當今高科技的產(chǎn)物，引進、消化都需要時間，欲速則不達，弄不好會有適得其反之效果。當然，柔性制造技術(shù)決不是高不可攀的技術(shù)，事在人為，只要各種條件具備，柔性制造技術(shù)也一定會在中國內(nèi)燃機廠家生根開花，為多品種生產(chǎn)服務(wù)。柔性制造技術(shù)在各工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)得到廣泛的生產(chǎn)應(yīng)用，數(shù)控機床、加工中心、柔性制造單元(FMC)，柔性制造系統(tǒng)(FMS)應(yīng)用日益廣泛，計算機集成制造(CIM)將使生產(chǎn)的設(shè)計、制造、管理、供銷、財務(wù)都用計算機統(tǒng)一管理，實現(xiàn)工廠的全盤計算機管理的自動化。在20世紀80年代CIMS呼聲甚高，認為是機械制造的發(fā)展方向．但按這種概念建立CIMS需要極大的硬件投資和很長的開發(fā)建設(shè)時間。由于技術(shù)的飛躍發(fā)展，過分強調(diào)統(tǒng)一管理，無法適應(yīng)多變的生產(chǎn)。因此現(xiàn)在CIMS的概念必須更新，要有更多的靈活性，才能適應(yīng)迅速多變的生產(chǎn)。近年來，柔性制造作為一種現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)