先进制造技术论文
院
系：机械电气工程学院
专
业：
学
号：2013105009
一、概述
随着我国制造业的的不断发展，先进制造技术得到越来越广泛的应用。介绍了先进制造技术和先进制造模式的内容和发展情况，从两种角度解释其结构特征和关系，并从各种不同
角度展望先进制造技术和先进生产模式的发展前景及其趋势特征。先进制造技术AMT(Advanced Manufacturing Technology)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，将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称，也是取得理想技术经济效益的制造技术的总称。当前的金融危机也许还会催生新的先进制造技术，特别在生产管理技术方面。先进制造技术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、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。 摘要：先进制造，材料，特种加工
二：材料加工
材料加工工程在先进制造技术中占有重要地位，是发展高新技术产业和传统工业更新换代的重要科学基础和共性技术。其中包括高效、精密的加工工艺、装备和检测技术，低能耗、低成本产品的流程制造，集成、柔性、智能化制造系统，是工程可持续发展与绿色制造体系的重要组成部分。
材料合成与加工新技术研究包含纳米结构材料和金属加工、聚合物加工、陶瓷加工、复合材料加工、快速凝固、超纯材料、近终型加工等各类合成和加工的基础研究。根据材料的服役效能来调整成分、组织、结构、进而对材料的制备工艺进行设计，将使材料在强韧性、抗摩擦、抗冲击、抗腐蚀等方面的性能大大提高，对材料科学的全面发展起关键的促进作用。
材料制备与成型加工技术，与材料的成分和结构、材料的性质是决定材料使用性能的最基本的三大要素。一般而言，材料需要经历制备、成型加工、零件或结构的后处理等工序才能进入实际应用。
下面将分别介绍新材料加工技术的工作原理、特点及发展趋势。 1工作原理
新材料成形加工技术的原理主要分为三个方向介绍。 （1）材料的精确成形：
金属材料的精确成形包括液态金属精确成形(铸)、金属材料塑性精确成形(锻)、金属材料的精确连接成形(焊)。
无机非金属材料的精确成形包括陶瓷精确成形(塑性滚压成形法、注浆成形法、粉料压力成形法和特种成形法四种)、玻璃精确成形(吹制法、拉制法、压制法和吹/压制法四种)等。
高分子材料的精确成形包括液态高分子材料精确成形(如环氧树脂的浇注成形等)，固态高分子材料精确成形(如塑料的注射成形、挤出成形等)。 （2）快速成形技术：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。快速成型（RP）的技术设想，即是利用连续层的选区固化生产三维实体。快速成型制造是将制品离散成为相互独立的层并将各层独立制造。快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形与制造的技术。从成形角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加。从CAD电子模型中离散得到“点”或“面”的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。
（3）高分子材料加工技术：现代材料科学的范围定义为研究材料性质、结构和组成、合成和加工、材料的性能这四个要素以及它们之间的相互关系。高分子材料科学的基本任务是：研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性质、性能之间的相互关系；探索加工工艺和各种环境因素对材料性能的影响；为改进工艺，提高高分子材料的质量，合理使用高分子材料，开发新材料、新工艺和新的应用领域提供理论依据和基础数据。
大多数情况下，高分子的加工通常包括两个过程：首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，然后设法保持取得的形状。高分子加工与成型通常有以下形式：高分子熔体的加工、类橡胶状聚合物的加工、高分子液体的加工、低分子聚合物或预聚物的加工、高分子悬浮体的加工以及高分子的机械加工。
2材料加工特点
现代的产品开发系统的特点是：采用现代设计理论与方法；进行全生命周期设计；设计全过程采用信息技术；加快采用新材料、新工艺；产品开发周期短，返工少，成本低，努力做到一次成功；产品有创新，在国际市场上有竞争能力。
而材料则由传统结构材料向高性能、复合化、结构功能一体化发展，尤其需要先进制备与成型加工技术及装备，可使材料的生产过程更加高效，节能和洁净。材料成形加工技术是以成形技术为手段、以材料为加工对象、以过程控制为质量保证措施、以实现产品制造为目的技术。以材料为加工对象的特点决定了材料科学也成为技术的基础知识，而以过程控制为质量保证措施这一特点，决定了控制理论也成为重要组成部分。因此，材料成形加工技术是以材料学科和自动化专业及计算机科学与技术等为基础进行发展的技术。此外，随着科学技术的发展和学科交叉，材料成形加工也紧密地依赖诸如数学、物理、化学、微电子、计算机、系统论、信息论、控制论及现代化管理等各门学科及其最新成就。
下面例举几种新材料加工技术的特点予以说明。 （1）快速成形技术： 1）高度柔性；
2）技术的高度集成； 3）设计制造一体化； 4）快速性；
5）自由成形制造(Free Form Fabrication，FFF)； 6）材料的广泛性
（2）复合材料制品成型工艺特点：
与其它材料加工工艺相比，复合材料成型工艺具有如下特点：
1）材料制造与制品成型同时完成 一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在造反材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。
2）制品成型比较简便 一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流动液体，增强材料是柔软纤维或织物，因此，用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它 材料简单的多，对于某些制品仅需一套模具便能生产。 (3) 高分子材料加工成形技术
现在采用的是聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。该技术首先从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点，解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题，同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点。
三、先进制造工艺技术 1 高效精密、超精密加工技术，包括精密、超精密磨削、车削，细微加工技术，纳米加工技术。超高速切削。精密加工一般指加工精度在10～0.1μm（相当于IT5级精度和IT5级以上精度），表面粗糙度Ra值在0.1μm以下的加工方法，如金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、超精研、砂带磨、镜面磨削和冷压加工等。用于精密机床、精密测量仪器等制造业中的关键零件加工，如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密滚动轴承等，在当前制造工业中占有极重要的地位。超精密加工是指被加工零件的尺寸公差为0.1～0.01μm数量级，表面粗糙度Ra值为0.001μm数量级的加工方法。此外，精密加工与特种加工 一般都是计算机控制的自动化加工。
2 精密成型制造技术，包括高效、精密、洁净铸造、锻造、冲压、焊接及热处理与表面处理技术。
3 现代特种加工技术，包括高能束流（主要是激光束、以及电子束、离子束等）加工，电解加工与电火花（成型与线切割）加工、超声波加工、高压水加工等。电火花加工(Electrical discharge machining (EDM)电火花加工 electric spark machining )是指在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电蚀作用对工件进行的加工。能对任何导电材料加工而不受被加工材料强度和硬度的限制。可分为电火花成型加工(EDM)和电火花线切割加工(电火花线切割加工 electrical discharge wire – cutting--EDW) 两大类。一般都采用CNC控制。 4 快速成型制造（RPM).快速成形技术是在计算机控制下，基于离散堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成型与制造的技术。从成型角度看，零件可视为“点” 或“面” 的叠加而成。从CAD电子模型中离散得到点、面的几何信息，再与成型工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。
5 先进制造工艺发展趋势
（1）采用模拟技术，优化工艺设计； （2）成形精度向近无余量方向发展； （3）成形质量向近无“缺陷”方向发展； （4）机械加工向超精密、超高速方向发展；
（5）采用新型能源及复合加工，解决新型材料的加工和表面改性难题； （6）采用自动化技术，实现工艺过程的优化控制； （7）采用清洁能源及原材料，实现清洁生产；
（8）加工与设计之间的界限逐渐谈化，并趋向集成及一体化；
(9）工艺技术与信息技术、管理技术紧密结合，先进制造生产模式获得不断发展。
四 制造自动化技术
1 数控技术与数控机床；数控加工技术是为了实现机床控制自动化要求而发展的。它是指用代码化的数字、字母及符号表示加工要求、零件尺寸及其参数、加工步骤等，通过控制介质，输入到控制装置，经过微机进行处理与计算，发出各种控制信号与数据，使机床各部件自动协调运动，实现自动加工的技术。采用数控加工技术的机床，称为数控机床。数控加工的主要特点是：加工的零件精度高；生产效率高；特别适合加工形状复杂的轮廓表面；有利于实现计算机辅助制造；对操作者（不含编程人员）技术水平的要求相对较低；初始投资大、加工成本高。此外，数控机床是技术密集型的机电一体化产品，数控加工技术的复杂性和综合性加大了维修工作的难度，需要配备素质较高的维修人员和维修设备。
2 工业机器人（用于物流与加工）及物流设备；工业机器人是一种可编程的智能型自动化设备，是应用计算机进行控制的替代人进行工作的高度自动化系统。最近，联合国标准化组织采用的机器人的定义是：“一种可以反复编程的多功能的、用来搬运材料、零件、工具的操作机”。在无人参与的情况下，工业机器人可以自动按不同轨迹、不同运动方式完成规定动作和各种任务。机器人和机械手的主要区别是：机械手是没有自主能力，不可重复编程，只能完成定位点不变的简单的重复动作；机器人是由计算机控制的，可重复编程，能完成任意定位的复杂运动。
3 柔性制造系统（FMC,FMS,FML）：包括加工设备（CNC机床）、检测设备、物料输送（工业机器人、自动交换托盘（APC）、自动输送台车（RGV、AGV）等）和储存设备（立体仓库等）；数柔性制造系统（FMS）是现代机械制造业中的新型自动化生产设备，它是为填补占机械制造中70％的中小批量生产自动化而发展起来的。它主要包括若干台数控机床和加工中心（或其他直接参加产品零部件生产的自动化设备），用一套自动物料（包括工件和刀具）搬运系统连接起来，由分布式多级计算机系统进行综合管理与控制，以适应柔性的高效率零件加工（或零部件生产）。所谓柔性的零件加工是指能够同时地和交替地加工不同的但是同系统的零件。柔性制造系统的适用范围很广，它主要解决了单件小批生产的自动化和中大批多品种的自动化加工。它把高柔性、高质量、高效率结合和统一起来，在当今具有很强的生命力
4 计算机集成制造（CIM）和工厂自动化（FA）。计算机集成制造系统（CIMS）是由计算机管理系统、计算机辅助设计与制造CAD/CAM以及柔性制造系统FMS（还可能有其他生产单元）组成。CIMS是产品生产过程的各子系统的完美集成，即把工程设计、生产制造、市场分析和其他支持功能合理地通过计算机网络有机地集合成一个整体，以实现生产的柔性化、优化、自动化和集成化，达到高效率、高质量、低成本而灵活生产的目的。 五 先进生产模式
制造生产模式是制造业为了提高产品质量、市场竞争力、生产规模和生产速度，以完成特定的生产任务而采取的一种有效的生产方式和一定的生产组织形式。制造生产模式具有鲜明的时代性。现代先进制造生产模式是从传统的制造生产模式中发展、深化和逐步创新的过程而来。工业化时代的福特大批量生产模式是以提供廉价的产品为主要目的；信息化时代的柔性生产模式、精益生产模式、敏捷制造模式等是以快速满足顾客的多样化需求为主要目的；未来发展趋势是知识化时代的绿色制造生产模式，它是以产品的整个生命周期中有利
于环境保护减少能源消耗为主要目的。
在传统制造技术逐步向现代高新技术发展、渗透、交汇和演变的过程中，形成了先进制造技术的同时，出现了一系列先进制造模式。根据国际生产工程学会（CIRP）近10年的统计，发达国家所涌现的先进制造系统和先进制造生产模式就多达33种。发达国家制造业企业，特别是跨国公司和创新型中小企业已广泛采用了一些新的制造模式和制造系统，如：柔性制造系统（FMS）；计算机集成制造系统（CIMS）；精益生产模式（LP）；清洁生产模式（CP）；高效快速重组生产系统；虚拟制造模式（VM）等。目前，正在开发下一代制造和生产模式，如：并行工程和协同制造（HM）、生物制造（BM）、网络化制造和下一代制造系统（NGMS）等。
1 柔性生产模式由英国莫林斯（Molins）公司首次提出的柔性生产模式，在20世纪70年代末得到推广应用。该模式主要依靠有高度柔性的以计算机数控机床为主的制造设备来实现多品种小批量的生产，以增强制造业的灵活性和应变能力，可缩短产品生产周期，提高设备使用效率和员工劳动生产率且改进产品质量。
2 智能制造模式该模式是在制造生产的各个环节中，应用智能制造技术和系统，以一种高度柔性和高度集成的方式，通过计算机模拟专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，以便取代或延伸制造过程中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行了完善、继承和发展。因智能制造可实现决策自动化，实现“制造智能”和制造技术的“智能化”，进而实现制造生产的信息化和自动化。
3 精益生产模式该生产模式是由1990年美国麻省理工学院在总结第二次世界大战后以丰田汽车为代表的日本制造工业的经验时提出的。这种模式以改革企业生产管理为特点，其基本要求是企业在生产过程中要同时获得极高的生产率、最好的产品质量和极大的生产柔性，使所生产出的产品具有精益特点。它可消除制造企业因采用大量生产方式所造成的过于臃肿和浪费的缺点，实施“精简、消肿”的对策，以及“精益求精”的管理思想。该模式要求产品优质，且充分考虑人的因素，采用灵活的小组工作方式和强调合作的并行工作方式；在生产技术上是采用适度的自动化技术，使制造企业的资源能够得到合理的配置、充分的利用。
4 敏捷制造模式产生于20世纪80年代后期的敏捷制造模式与虚拟制造生产模式一起被美国政府作为具有划时代意义的“21世纪制造企业的发展战略”。该模式是将柔性制造的先进技术、熟练掌握的生产技能、有素质的劳动力，以及促进企业内部和企业之间的灵活管理三者集成在一起，利用信息技术对千变万化的市场机遇做出快速响应，最大限度地满足顾客的要求。这种模式促进了传统的制造业发生根本性变化，以因特网为代表的信息技术导致制造企业的管理体制和生产模式发生根本变化。敏捷制造生产模式的新概念和新理论不断出现，推动着制造科学发展，例如分形制造、生物制造、全球制造、全能制造和智能制造等新概念的问世。
5 高效快速重组生产系统模式该模式是在对柔性生产、精益生产和敏捷制造这三种制造生产模式的优点进行比较、综合和创新之后，于1995年提出的，目前已开始推广应用。高效快速重组生产系统模式是上述三种模式的理论和实践在更高层次上的有机集成生产系统，其特征是对市场的灵活快速反应的制造资源的有效集成。
6 极端制造模式，现代制造技术正在从常规制造、传统制造向非常规制
造及极端制造发展，因而出现了极端制造模式。极端制造是指在极端条件或环境下，制造极端尺度或极高功能的器件和功能系统。当前，极端制造已成为制造技术发展的重要领域，极端制造集中表现在微细制造、超精密制造、巨系统制造和强场（如强能量场）制造，例如：制造空天飞行器、超常规动力装备、超大型冶金和石油化工装备等极大尺寸和极强功能的重大装备，制造微纳电子器件、微纳光机电系统等极小尺度和极高精度的产品。
六 生产与技术
人们对于制造技术与先进制造技术IET（in-dustry engineering technology）的联系与区别是比较清楚的。既然把制造模式与制造技术看作两个不同的概念，就应研究AMM 与IET 的关系。
由于AMM 的动态性、继承性和重叠性导致了各种AMM 的关联性，而IET 在应用上本身也具有普遍性，因此，它们已不再是过去那样一种技术只应用于一项模式、一项模式只利用一种技术的一对一的关系，而是演变为一种相互渗透、相互交叉和多对多的模式，其交叉互用的关系如图1 所示。
图1工业工程技术与先进制造模式的关系
下面简要说明图1 中的几项关系：
1 在柔性制造模式中应用设施规划与物流分析技术，对其物流的运储环节中物流的搬运、移动、贮存和控制各个环节分别进行研究，按照物料搬运原则，选择合理的搬运方法，同时根据物料的特性和需求时间选择合适的储存位置，以便于控制和节省搬运时间，从而达到压缩库存的目的； 2 考虑到精益生产强调向管理要效益，最大限度地调动人的积极性，以及人力资源本身具有的支配性、自控性、成长性和社会性等特征，应将人因工程技
术引入到精益生产中，协调人- 机- 环境之间的关系，使系统和谐、流畅的运行；
3 将人力资源开发技术与创新技术引入敏捷制造中，满足敏捷制造对企业整体创新性的要求，使企业更具“敏捷性”，对用户需求、个性化设定和市场变化，做出全方位快速响应；
4 利用工程经济分析、安全工程、品质控制、成本控制和价值工程等技术可以对各制造模式所应用的系统进行全面的研究、改进，使各模式能更好地与其应用的系统配套运行，达到提高品质和降低成本的目的。
七、参考文献
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