当前我国机械制造业,以及它的优点和缺点

摘要

  制造业是国民经济的基础,而装备制造业更是基础中的基础,在国民经济的发展中起着举足轻重的作用。可以说装备制造业是实现中国经济腾飞和提升国防实力的重要基础,统计结果表明装备制造业的主要经济指标占全国工业的比重约为1/5~1/4出口额占全国外贸出口总额的比重高达25.46%,从业人员平均人数占总人数的21.91%,装备制造业担负着为国民经济建设提供生产装备的重任,其带动性强,波及面广,其产业技术水平的高低直接决定了国民经济其他产业竞争力的强弱以及今后运动的质量和效益,装备制造业对于国防安全建设也是不可却少的基础。当今世界上的几个军事强国唔一不是装备制造业强国,因为任何先进的武器装备必须要求高精度,顶尖的机器设备加够工只要,在利用制造业蓬勃发展,世界制造业中心逐步向中国转移的今天,装备的自动化就成为了保证制造业的能够高品质,高效率,低成本,绿色生产的关键。

    工业发达国家早在20世纪就广泛实现了制造自动化,各种自动化装备的使用不仅使他们的产品以高性能,高质量,一致性等优势在市场竞争中占据领先的地位,同时大幅提高了他们的工业技术水平和综合国力,自动化装备的水平和制造能力代表了一个国家工业技术能力的最高水平。

给个开放以来,我国先后从外国引进了大量的自动化装备,但因为种种原因多年我国没有能够像日本,韩国那样从引进消化吸收中逐步发展行成自动化装备的自主创新能力,目前发达国家将制造业大量转移到我国我,转而输出技术和品牌,我国虽然已逐步发展成为世界制造业大国,但离制造业强国还有相当大的距离,除产品的自主开发创新能力较差外,自动化装备的自主研发能力也较差,而且自动化装备的基础行业夜几乎被国外垄断。

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                            目录

一:机械自动化的特点

二:机械自动化的作用

三:机械自动化的产生

四:机械自动化的现状

五:管理方面

    1〉计算机集成制造系统

    2〉并行工程

    3〉敏捷制造技术

    4〉精益生产

    5〉智能制造

六:机械自动化的设计

    1〉CAD/CAM含义

    2〉CAD/CAM功能

    3〉CAD/CAD发展趋势

七:自动化的加工技术

    1〉电加工

    2〉激光加工

    3〉电子束加工

    4〉超声加工

    5〉振动切削

八:机械自动化的发展趋势

九:结束语

参考文献

一,机械自动化的特点:

    为了更好的说明自动化的特点,以一个典型的工程实例对比来阐述制造自动化代替人生产的意义。

    在工程上很多产品都大量采用各种热塑性材料制品,热塑材料制品的加工方法为注塑成型,通过注塑机及塑料模具将塑料颗粒原料注塑成需要的工件,早期的注塑方法是注塑完成,模具分型后,由人们打开注塑机安全门,将成型的塑料工件从模具中间取出,后在由人工关上机器安全门,机器开始第二次注塑循环,目前国内大部分企业仍采用这种简单的人工操作生产方式。

    另一种更先进的生产方式为自动化生产,在注塑机上方配套安装专门的自动取料机械手注塑完成,模具分型后,由机械手自动将塑料从模具中间取出,然后开始第二次注塑循环,安全门也不打开自动取料机械手的动作和注塑机的注塑循环通过控制系统连接为一个整体,目前国外企业已采用这种自动化生产的方式。

      1)上述两种生产方式的区别

        实践表明,人工取料在有以下缺陷

          ~环境温度高,工人劳动强度大

          ~操作危险,一旦发生意外,将会发生伤残事故

          ~影响产品质量,由于人工取料不能保证注塑生产的节拍  完全一致而注塑节拍对注塑料件的精度影响较大。

      2)实践表明,机械手又以下优点

        ~将工人从危险,高强度的劳动中解脱出来工人减少

        ~能保证产品质量,能保证质量的一致性,稳定性,进度性

        ~生产效率高

通过对普通生产制造进行对比,将操作生产与自动化制造的特点,总结如下:

    (1)手工操作生产的缺陷

          1)产品质量的重要性,一致性差

          2)产品的精度较低

          3)劳动生产率低

          4)操作危险

    (2)机械自动化生产的优点

          1)大幅提高劳动生产率

          2)产品质量具有高度重复性,一致性

          3)产品的精度高

          4)大幅降低制造成本

          5)缩短制造周期,减少在制品数量

          6)在对人体有害,危险的环境下替代人操作

          7)部分情况下只能依靠机器自动化生产

    (3)人与机器的相互协调

      随然制造自动化是制造业目前和今后的必然发展趋势,但人工生产的不足与机器自动化生产的优势相比,这并不是说人工生产一概不好,机器虽然具有效率高精度优势,但只具备有限的柔性和逻辑推理能力,而人具有很好的柔性和推理能力和卓越的思维预测能力,因此在追求制造高度自动化的同时,仍然离不开人类的独特作用,机器的使用过程需要与人类的力相结合,人与机器相辅相成。

    工程经验表明,很多情况下,人工操作与机器的应用,可以提高自动化的混合模式恰恰是一个最经济的生产的模式

二.机械自动化的作用:

      在工业生产中,机械自动化的作用很大

    第一,机械自动化生产过程的安全性

    第二,机械自动化可以提高生产效率

    第三,机械自动化可以提高产品的质量

    第四,机械自动化可以减少生产过程的原材料和能源损耗

很多方面机械自动化的特点与作用相互相互想成,在工业中起到很大的作用,并且我国处于机械自动化的初期,要循环渐进,不断努力,创造条件,向自动化的高级理想阶段迈进。

三,机械自动化的产生意义

    1.制造自动化的定义:造是使用于大批量生产。

      顾名思义"制造自动化"首先与"制造"自动化有关,人们一般传统的将"制造"理解为产品的机械加工过程或机械工艺过程,例如著名的long man词典对制造(MANVFACTURE)的解释为通过机器进行制造或生产,造是使用于大批量生产。

    自动化随人类的发展制造的概念和意义已经在范围和过程两方面大扩展,范围方面制造所涉及的工业领悟远非局限于机器制造,而是包括了机械了,电子,电器,五金,化工,轻工,食品,医药,军工等国民经济的大量行业。

    自动化(automation)是美国人d.s.harder于1936年提出,当时他通用汽车公司工作,他认为一个生产过程中,机器之间的零件转移不用人去搬运就是自动化,这是质是早期自动化的概念。

3.2制造自动化的含义

(1)在形式方面

      *代替人的体力劳动

      *代替或辅助人的脑力劳动,

      *制造系统中人机器及整个系统的协调,管理,控制,优化

(2)在功能方面

      制造自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是制造自动化系统功能的一部分,制造自动化功能是多方面的,已形成一个有机体系可以用一个简称TQCSE的模形表示其中t表示时间(mm),q表示质量(quality),c表示成本(cost),s表示服务(service),e表示环境友善性(environment),

    TQCSE模形中t有两种含义:一指采用自动化技术能缩短制造周期产品上市快,二是提高生产率。q的含义是采用自动化系统能提高和保证产品质量。c的含义是采用自动化技术能有效降低成本,提高经济效益.s也是两方面的含义,一是利用自动化技术更好地做好市场服务工作,二是利用自动化技术代替过减轻制造人员的体力劳动和脑力劳动,直接为制造人员服务,e的含义是制造自动化有利于充分利用资源,减少废弃物和环境污染,有利于实现绿色制造。

  上述TQCSE模形不表明,T,Q,C,S,E,是相互关联的他们构成了一个制造自动化功能目标的有机体系。

(3)在范围方面    制造自动化不仅涉及具体生产过程,而且涉及产品生命周期的所有过程(包括服务)

      实际上许多产品的制造过程同时还包括了加工,装配,检测,包装等多种工序,是在不通的行业中上述工序各有侧重而已,而且实际上上述各种工序是相互联系的其中装配自动化是整个制造业的核心内容,他是其他自动化制造过程的重要基础,只要熟悉了装配自动化,熟悉其他的自动化制造过程也就比较容易了。

四,机械自动化的现状

4.1国外制造业自动化的水平与现状

    制造自动化首先是在发达国家发展起来的,由于发达国家的人工成本太高,不适合大量采用人力生产促使他们重视开发自动化制造技术采用自动化生产使人工从繁重,复杂的体力劳动中解脱出来,转而投入更富有创造性的工作,提高了人们的生活质量,发达国家现代工业发展的实践证明,过去经济学家及大众所担心的机器人及自动化的大量采用会造成失业的观点已被证明是错误的随着生产规模扩大,社会物质财富的增加,劳动力反而越来越显得不足,日本,韩国的工业发展历史就是这样延长了人工作年限,在信息时代自动化实际上已经成为现代化的同义语。

    当今的家用电子产业制造业就是一个典型的例子,国外企业的生产装备经历了从人工操作到自动化制造的变

化,最有代表性的是机器人化的柔性加工及装备生产线把劳动生产率提高到空前的高度,例如国外一家采用机器人生产的现代化照相机制造厂600人年产量180万台而绝大部分工都在辅助岗位,以每太150美元计算,平均每个工人年产约45万美元,折合人民币为360万元,朝鲜国的一家现代汽车制造厂总共32000名工人,年平均生产100万车辆轿车,20万台卡车,按每台2万美元计算,人均创造年产值达80万美元之巨。

    发达国家普遍实现制造自动化的原因是不单纯是人工成本,提高更深的意义是制造自动化对提高产品质量,降低制造成本,提高企业的核心技术竞争起到了重要的作用,自动化装备的水平和制造能力代表了一个国家工业发达能力的最好水平,是一个国家制造业发达程度和国家综合实力的集中体现。

    发达国家尤其是欧美早在20世纪20年代基本实现了制造自动化目前制造业的自动化已经达到了非常高的水平,发展了许多典型的自动化制造系统,例如大型轿车壳体冲压自动化系统,大型机器人车体焊接自动化系统,电子电器机器人柔性自动化装配及检测系统,机器人整车及发动机装配自动化系统,AGV-c一种装备有自动导向系统的柔性化,智能化,无人驾驶物流搬运机器人物流与仓储自动化系统,大量采用了柔性制造系统(FMS),无人工厂,以机器人为代表的各种自动化专机及自动化生产线广泛应用在汽车,电子,家电,轻工,机械制造,物流与仓储等行业,保证了产品的高质量和生产的高效率,大大推动了这些行业的快速发展,提高了其制造业的技术水平与创造能力。

4.2我国制造业自动化的水平与现状

    我国制造业的自动化装备主要依靠从国外引进,从20世纪80年代开始,我国从国外引进了大量的自动化装备,涉及的行业很多,其中以家电,轻工,电子信息,制造行业最为典型,引进的装备涉及模具,专用设备,生产线,但因为种种原因我国还没有能力像日本,韩国那样从引进,消化,吸收中逐步发展形成自主创新能力。目前自动化装备行业的自主研发能力仍然较差,由于装备制造业水平有限,直到现在,国内的自动化装备仍然主要靠引进不仅花费了国家大量外汇,也极大地限制了企业的跨越式发展。

    10多年来,通过大量引进和购买各种生产线,电子制造业在我国珠三角州地区,长江三角洲地区得到高速发展,电子制造业在我国国内的国民生产总值(GDP)中占举足轻重的地位,中国已经成为SMT应用大国。并成为世界电子制造的中心,但与SMT应用大国地位大相称的是虽然中国形成了庞大的SMT制造产业,但中国在有关SMT核心制造技术的掌握方面随然几乎是空白,目前除周边没有国内具有一定的配套能力外,主要设备仍然主要依赖进口,SMT行业的核心设备,高速贴片机仍然是国内行业的技术瓶颈,虽然经过多家企业院校研究试制,目前仍然不能自主研发生产,全部需要从国外引进,每年耗费巨资引进贴片机三四千台,这种重复引进,反复浪费了国家大量的资源,更助长了一切可以依赖引进的落后,错误观念。

    以前国内曾经有不少人认为我国劳动力人力资源非常丰富,没有很大的必要推动制造自动化发展,这种观点已被证明是错误的,由于制造自动化水平低,国内生产的产品大多数为降低附加值较低的中档产品,目前的发展主要以资源及廉价劳动力为代价,不仅严重制约了国内产品在国际高技术产品市场上的竞争力,同时也导致资源的综合利用率低,在目前全球能源与日紧缺,原材料价格高涨的情况下国内制造企业的成本日益增加,利润大幅下降,目前我国的能源利用率仅为32%左右。比国外的先进水平低10个百分点,我国每万元gdp的能搞水平是发达国家的3~10倍,主要产品单位能耗比发达国家高30%~90%,工业排方的污染物超过发达国家10倍以上,单位GDP的环境成本高局世界前列。

    造成以上述现象的原因主要是国家相关部门缺乏对自动化装备这一新兴高技术产业的高度重视,未能有效地组织实施对国外关键装备的消化,吸收,创新,未能实现引进消化吸收  替代进口  创新开发的良心循环,陷入中国特色的重要引进,反复引进的恶性循环,不仅在自动化成套装备领悟缺少能够与国外大型装备企业相抗衡的企业,而且作为自动化装备的下游企业,自动化装备的基础部件几乎全部要从国外进口,如气动元件被日本SMC公司。德国FESTO公司所垄断,各种精密直线导轴,高精度直线轴,高精度控制阀门,精密马达PLC控制器,传感器,数字视觉系统,触摸屏,机器人等几乎全部为国外产品所垄断,没有国外的这些资源,国内的自动化装备企业无法生存。

    可喜的是,近年来我国政府相关部门及企业注意到了上述问题建立起自主创新设计能力,目前已经涌现出来了一大批从事自动化装备研究开发的企业,例如中国科学院沈阳自动化研究所已经成为国内已机器人自动化为技术核心集科研与市场开拓于一体的示范企业,并在汽车,家电,电子等行业取得较好的市场业绩。

    为上述行业提供了大量的各种自动化专机及生产线,同时也为国内培养了一大批制造自动化的技术人才,哈尔滨工业大学也在制造自动化行业取得了较好的市场业绩,部分消费品制造企业也在自动化装备领悟进行了大量的投入,例如海尔集团与中科院沈阳自动化研究所合作投入进行机器人自动化装备的研究生产,广东深圳市场深科技集团也建立了自己的自动化装备研究所,进行了自动化装备的进口替代与开发,为国外企业进行自动化装备的自主研发树立了榜样。

五,管理方面

    工业发达国家广泛采用计算机管理,重视和管理体质,生产模式的更新发展,推出了新的管理思想和技术,我国只有少数大型企业局部采用计算机辅助管理,多数小型企业仍处于经验管理阶段

  5.1计算机集成制造技术.

    1.概述计算机集成制造系统将制造过程进行全方面的同意设计,并且正对制造企业的市场分析,产品设计,生产规划,制造,质量保证,经营管理及产品以后服务等全部经营活动,通过数据驱动形成一个有机体,以实现制造企业的高效率,高柔性和智能化

  (1).基本概念:

        1974年,首先由约瑟夫,哈林顿博士在计算机集成制造一书中提到计算机集成制造系统,(COMPUTER  INTEGRATED MANUFACTURING  SYSTEM  CIMS)的概念,直到现在,对计算机集成制造系统还没有确定的定义。

  (2)特点:

    1 )协调性,CIMS包括制造企业的全部经营活动,从市场分析,产品设计,生产规划,制造,质量保证,经营管理至产品以后服务等,使企业内各种活动相互协调地进行

    2)集成性,  CIMS不是各种自动化系统的简单叠加,而是通过计算机网络,数据管理技术实现各单元的集成

    3)先进性,  CIMS能有效地实现柔性生产,是信息时代制造业的一种先进的生产,经营和管理模式,能提高企业对市场的应变能力,在竞争中取胜。

    2.CIMS的发展阶段:

        1)信息集成化,解决企业中个自动化孤单之间的信息交换和共享早期实现方主要通过局域网,外联网,产品数据管理,集成平台和框架技术来实现,信息集成化作用范围是企业内部。

        2)过程集成优化,传统的产品开发模式或采用串行产品开发流程,设计与加工生产是两个独立的功能部门,现代的产品开发模式,采用并行工程,他组成了,多学科团队,尽可能的将产品设计中的各个串行过程转变为并行工过程,技程集成优化作用范围是产品的开发过程。

        3)企业间集成优化,就是利用企业的内,外资源,实现敏捷制造以适应知识经济,全球经济,全球制造的新形势,企业间集成优化作用范围是企业之间。

  3,CIMS的发展趋势:

      集成化,数字化,虚拟化,绿色化,智能化,网络化,系统化。

5.1.2 (1)CIMS的组成

      CIMS的阶梯控制是CIMS各个单元之间的层次关系,美国国家标准与技术局和恶瑟 安徳森公司(ARTHUR  ANDEREN CO)均将CIMS分为五层结构,即工厂层,东车间,单元层,工作钻层和设备层。

    (2)CIMS的基本部分

            1)生产计划与控制

            2)产品设计计划制造系统

            3)集成的质量系统

            4)柔性制造系统

5.1.3  CIMS的信息集成技术

        CIMS的实现就是物流与信息的有机结合,物流的实现是CIMS的物质基础或称为硬件环境,而信息流则是所有物流的以集成为有机整体的关键和保证,如果把CIMS比喻为身体健康儿头脑灵活的人则CIMS中的物流就可以比喻为躯体,而信息流就可以比喻为是人充满智能和活力的神经系统,血液系统,XIMS通过计算机网络及时地连接交换传递,遍布于整个物流的全过程对物流的集成起着控制和保证作用。

5.2 并行工程

    5.2.1并行工程的定义:

        CE指把传统的制造技术与计算机系统工程技术和自动化相结合,采用多学科团队和并行工程的集成方法,将串并行起来,在产品研发的早期阶段全面考虑产品生命周期中的各种因素,力争事产品开发能够一次获的成功,从而缩短产品开发周期,提高产品质量,降低产品成本的过程,是今年来国际制造业中兴起的一种新型企业物质管理理论志在提高产品质量,降低产品成本和缩短开发周期。

5.2.2并行工程的特点:

    于传统的设计方法相比,并行工程的主要特点是出发点必须是产品的整个生命周期的技术要求,并行工程设计是一个包括设计,制造,又能实现功能集成,可在计算机系统内建立一个统一的模形来实现以上功能,并行设计功能与用户保持密切对话,可以充分满足用户要求,缩短新产品投放市场的周期实现产品质量,成本和可靠性的最优化。

    并行工程是一种经营理论,一种工作模式,这不仅体现产品开发的技术方面,也体现在管理方面,ce对信息管理技术提出了更高要求,不仅体现产品开发的技术方面,而是要求能支持多学科领悟专家群体的协同工作,并要求把产品信息与开发过程有机地集成起来,做到把正确的信息在正确的时间以正确得方式递给正确的人。

5.2.3并行工程的实施

  1.CE环境与实施条件

      1)CE环境,统一的产品模形,保证了产品信息的统一性,必须有统一的企业知识识库与条件组人员能以一种协同工作,计算机网络保证小组人员能在各自的工作机或微机上进行仿真或利用各自的CAD CAB CPP系统,一个交互式的友好的用户界面。

      2)CE实施条件,包括上层管理部门的设施支持,建立多学科小组,计算机技术的支持,应用工具的支持。

  2.实施策略与步骤

      1)对集成CE的信息进行自顶向上的分析阶段。

      2)采集开发由现有的设计生产和生产方法到cE方法所需的技术和手段的开发阶段。

      3)实施阶段包括采购和安装所需的硬件,以及为了适应环境的所需,调整业务系统和培训人员。

3.实施框架及其人员与技术

  当企业具备实施CE的必备条件后,实现CE目标,要构成一个系统框架(FRAM  EWORK)框架是各工具集成软件或更高层集成软件的统称,集成框架系统是一个软件系统,他提供多厂商,多平台,异构网络,不同操作系统和已有的传统应用软件的集成和即插用的环境。

5.3,敏捷制造技术

    5.3.1概述

        1)定义:敏捷制造系统就是指制造系统在满足低成本和高质量的同时,对变化莫测的市场分析需求的反应。

      2)体现,市场层面:对市场需求的判断和预见能力,以及对市场变化做出快速反应的能力。

        组织层面,通过虚拟化形式对组织动态重组的扩展。

        设计层面,在产品的设计过程中综合考虑产品全生命周期的各个环节(如供应  生产过程  商务过程  顾客和产品的使用以及报废)

        生产层面,通过发展出一种编程的可重组的模具块化的加工单元,形成以同样的设备和人员生产不同的产品的能力,从而快速的按照顾客定制生产不同种类的任意批量的产品使生产批量,高性能产品能达到与大小批量生产一样的效益。

        管理层面,以人为本,达到用分散决策代替集中控制。

        人的层面,不断培养有知识,有技能,有创造精神和充分授权的劳动者,来维持和加强它的创造能力。

5.3.2敏捷制造的关键技术

    (1)信息支持技术

    (2)虚拟企业

5.4精益生产

    5.4.1精益生产的含义

        精益生产(LEAN PRODUCTION CP或称KAIZEN)是通过系统结构人员组织,运动方式和市场供求关系等方面的变革,事生产系统能快速应用用户需求的不断变化,并能使生产过程中一切无用的多余的或不增加附加值的环节被精简,以达到产品生命周期内的各方面最佳效果。

5.4.2精益生产的特点

  1.人的作用  1)注重发挥人的主观能动性,通过作业员人员从设备的奴役中对放出来,已形成人机集成关系。

                2)扩大雇员及其小组的独自自主权,在很大程度上减少了决策者和解决问题过程中不必要的上传下达。

  2.以简化为手段

      1) 简化组织机构和产品开发过程

      2) 简化与协作厂的关系     

      3)  简化过程减少非生产费用

      4)简化生产检验环节,采用一体化的质量保证系统。

  3.以尽善尽养为最终目标。

  4,精益生产的理想境界,机密缺陷(ZEVO SET UPTNE) 零库存(ZEVO INVENTORIES)  零搬运(ZEVO HAN DLING)  零故障停机 (ZEVO BREAKDOWNS)  零提前量(ZEVO LEAD TIME)  批量唯一(LOT SIAE OFONE).

5.5智能制造

    1,智能制造的含义:通过计算机网络模拟人类专家的智能活动进行分析判断推理和抉择旨在取代或延伸制造环境中人的部分智能脑力劳动,并对人类专家的制造智能进行收集储蓄完善共享继承与发展得技术。

    2,智能制造系统:LMS是一种由,机器和人类专家共同组成的人机一体化系统,这种系统可以再确定性限制或没有经验知识,不能预测的环境下,根据不完全的不精确的信息来完成拟人的制造任务。

    3,智能制造系统的特点

            1)自律能力    2)人机一体化    3)自律组织与超柔性      4)学习能力与自我维护

六,机器自动化的设计:

    虽然CAD\CAM技术兴起的时间不长 ,但发展速度更快,目前它已经成为新一代生产技术的核心,被公认为是提高制造业生产率和产品竞争力的关键技术。

    6.1(1)计算机辅助设计,CAD  指工程技术人员以计算机为辅助软件,通过计算机和CAD软件对产品进行分析分析 计算仿真  优化和绘图,CAD包括建立几个模型,工程分析(包括方案设计 总体规划 零件设计)动态模拟和自动绘图等。

      (2)计算机辅助制造  CAM指应用计算机来进行产品制造的统称,CAM包括数字化控制,工艺过程设计,机器人柔性制造系统(FMS)和工厂管理等。

      (3)CAD\CAM集成技术,把计算机辅助制造与计算机辅助设计集成在一起的技术,CAD\CAM是随计算机技术制造工程技术的发展和需求,从早期的CAD CAPP CM和计算机辅助工程CAE技术发展演变而来的,传统的设计与制造彼此相互分离,而CAD\CAM是将设计与制造集成,作为一个整体任务来规划和开发,实现信息处理的高度一体化。

6.2CAD\CAM的系统的功能

    (1)CNC系统及各种自动化加工设备,包括数控加工中心等各种数控机床,坐标数控测量机,PIC,检测设备等。

    (2)物料储蓄及运送系统,包括自动化仓库。

    (3)分布式直接数控及设备控制系统,包括直接数控(DNC)系统及其与自动化仓库的互联系统,工业控制系统等。

    (4)物流控制与管理系统其功能是对物流储蓄及运送系统进行检测和控制,以服务于车间计划控制系统。

    (5)工艺规程设计与管理系统,其功能包括计算机辅助工艺规程设计 ,工艺数据库管理,工艺规程管理。

    (6)数控加工自动化编程系统,用于复杂曲面模具加工自动化编程系统,用于控制切割,数控车床,数控车床,数控铣床,数控磨床 加工中心等加工的自动化编程系统。

    (7)全面质量保证系统(TOTAI  QUALITY INSURANCE  SYSTEM TQIS)

    (8)车间生产计划控制系统(SHOOPP  FIOOR  CONTROL SYSTEM SFCS)

    (9)计算机辅助工程制图系统其功能包括辅助制图,图样扫描及光栅一适量混合编程,图样管理。

    (10)计算机辅助设计和计算机辅助工程(CAD\CAM)系统其功能包括产品的二维设计或三维设计,装配设计,工程分析及优化,工业设计,产品信息管理。

    (11)产品综合信息管理系统(PLIMS)其功能是及于统一的数据库和框架,对产品的设计文档,设计辅助数据,产品模形版本信息,工程图样,工艺规程,工艺数据加工工程序等各项信息实现统一管理。

6.3  CAD\CAM系统的发展趋势

    1集成化

          把产品从原料到产品设计,产品制造全过程纳入CAD\CAM系统,这样才能实现设计制造过程的自动化和最优化,CAD\CAM系统集成.

    2智能化

以前的CAD系统比较重视软件数值计算和几何建模功能的开发,而忽略了非数据算法的信息处理功能的开发,如方案的设计,选择优化和决策等都通过思考,推理判断来解决问题,影响了CAD系统的实际应用效果,因此现在大型CAD\CAM系统都很注重软件智能化的开发,随着技术的日趋成熟,将人工智能技术,知识工程和专家系统等技术引入CAD\CAM领域,形成智能型的CAD\CAM系统。

    3标准化

      随着CAD\CAM技术的快速发展和广泛应用技术标准化问题预闲重要,由于cad/cam标准化系统是应用软件的基础,又是促进CAD\CAM技术及应用的约束手段,因此各国都在研究制定(CAD\CAM)标准体系。

    4网络化

    通过计算网络,分散在不同地点的设计人员,可以实现异地信号共享,一个项目可以由多个企业,多个人在不同地点共同完成,也可以将分散在不同地区的人力资源和设备资源迅速加以组合,建立动态联盟的制造体系。

    5最优化

      产品设计和工艺过程的最优化始终是人们追求的目标,先进制造技术带动了先进设计技术的同步发展,使得传统CAD技术有了很大的发展,人们将这些扩展的CAD技术总称为现代化CAD技术,功能集成的现代化CAD系统。

  总之,现代化CAD技术是在复杂的大系统环境下,支持产品自动化设计的理论和方法,设计环境,设计工具和相关技术的总称,能使设计工作实现集成化,网络化,智能化,进一步提高产品质量,降低成本,缩短开发周期。

七,自动化的加工技术

    7.1电加工

      1概念

          1943年苏联科学家的拉扎村柯夫妇,在研究电火花放电通过观察开关受到腐蚀损坏的现象,因而开创了电火花加工方式。

        (1)电加工 指利用电的各种效应,对金属材料进行加工的一种方式,电加工包括电蚀加工,电子束加工,电化学加工及电热加工,从狭义而言,电加工一般指直解利用电能对金属材料进行加工的一种方式 主要有电火花成型加工,线电机切割,电抛光,电解磨削加工。

        (2)电火花加工  也称电加工,点饰加工或电脉冲加工,是一种靠工具电极和工件电极之间的脉冲火花放电来蚀除多余的金属,直接利用电能和热电能进行加工的工艺方法。

        (3)电火花切割加工,在电火花加工的基础上发展起来的一种新兴加工工艺,采用细金属作为工具电极,电火花线切割机床工具根据数控编程指令进行切割,加工工件。

      2,加工类型

          按照工具电极和工件相对运动的方式与用途的不同,不致可以分为电火花穿孔成型加工,电火花线切割,电火花磨削和镗磨,电火花同步共轴回转加工,电火花高速打孔加工,电火花表面强化与刻字六大类,前五类属电火花成行,尺寸加工,是利用改变零件形状或尺寸的加工方法,后者则属表面加工方法,用于改变或改善零件性质。

    7.2激光加工

        1,概念原理,激光是一种强度高,方向性好,单色性好的相干光,由于激光的发散角小和单色性好,理论上可聚集到尺寸与光的波长相思小的斑点上,加上它本身强度高,故可以使焦点处的功率密度达到10的七次方到10的十一次方,温度可达10000度以上,再这样的高温下,任何材料都将瞬间积聚融化和气化,并爆炸性地高速喷射出来,同时产生方向性很强的冲击。

      2激光加工的特点

        (1)几乎可以对所有的金属和非金属材料都进行激光加工。

        (2)激光能聚成极小的光斑,可以进行维细和精密加工。

        (3)可以反射镜激光束送往远离激光器的隔离室或其他地方。

        (4)加工时不需要刀具属于非接触加工机械变形。

        (5)无需加工工具和特殊环境,便于自动化控制连续加工,加工效率高,加工变形和热变形小。

        (6)加工方法多,适应性好,在同一台设备上可完成切割,焊接,表面处理,打孔等多种加工即可分布加工,有可在几个工位同时进行加工。

        (7)节约能源与材料,无公害与污染。

  7.3  电子束加工

      1原理:电子是一个非常小的粒子,质量很小,但其能量很高,可达几百万电子数,电子笼射出的电子束可以聚到5~10um,有很高的能量密度,高速高能量密度的电子束冲击到工件材料上时,有几分子一微妙的瞬间,入射电子束与原子相互碰撞作用,产生局部高温,使工件材料局部融化 气化 蒸发成为零粒子被真空系统去除。

      2,应用,高速打孔  焊接  加工型孔和特殊表面刻蚀    热处理

    7.4超声加工

      1. 超声加工的原理

          超声波是指频率超过人耳接收频率上限的一种振动波通常频率在16kh2以上振动声波,过程中有显著的反射折射,共振,损耗等现象。

      空化作是指当工具端面以很大的加速度离开工件表面时加工间隙内外形成负压和局部真空,在工作液体内形成很高的微空腔,当工具端以很大的加速度接近工作表面时,气泡闭合而引起极强的液体冲击波,可以强化加工过程。

      2,超声加工的特点

        (1)适用于加工各种硬脆性材料,特别是冒些不导电的非金属材料,可以加工淬火钢和硬硬材料,但效率相对较低。

        (2)工具材料硬度很高,故易于制造形状复杂的型孔。

        (3)加工时宏观切削力很小不会引起变形,烧结,表面粗糙度RA值很小,可达0.2um,加工精度可达0.05~0.02mm而且可以加工薄壁  窄幅  低刚度的零件。

        (4)加工机床结构和工具均交简单,操作维修方面。

        (5)生产率比电火花和电加工等低,但其加工精度和表面粗糙度都比她们好,而且材料的~加工范围广,故此应用也比较广泛,常常作为电火花等加工后的抛光和光整加工。

      7.5 振动切削

        1原理

          振动切削是在工件上附加一定的可控的振动,使加工过程变为间断,

瞬间,往复的微观间断切削过程。

        2振动切削效果

          1)切削抗力显著降低

          2)加工精度明显提高

          3)切削温度明显降低

          4)切削过程比较顺利

          5)加工表面质量可以得到改善

  由于振动切削是在切削刀附近产生很少量的加工变形,故加工变质层很浅,表面组织变化很少及表面残余应力很少,且可呈压应力状态,振动切削可获得优易得加工质量,工件耐腐蚀性,耐磨性,均的到提高,以至与磨削表面相当。

八,机械自动化的发展

      1,机电一体化

        机电一体化就是机械自动化技术发展和延伸,传统的机械产品只有向机电一体化方向发展,才是机械工业发展的唯一出路。

      2,智能化

            智能化是21世纪机械自动化技术发展的一个重要方向,这里所说的智能化是机器的行为的描述,是在控制的基础上,吸收人工智能,运筹学  计算机科学  模糊数学  心理学    生理学和洪动力学等新思想,新方法  模拟人类智能,是他具有判断推理,逻辑思维,自主抉择能力,以求得更高的控制目标,诚然使机械自动化产品具有低智能成人的部分智能,即是完全面有必要的。

      3,模块化

          模块化是一项重要而又艰巨的工程,由于机械制造与自动化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口,电焊接口,动力接口,环境接口的机械自动化产品单元是一项十分复杂但有是非常重要的事,如研制集成减速智能减速,电动机干一体的动力单元,具有视觉,图像处理,识别和测距等功能的控制单元以及产品典型操作的机械装置。

    4,网络化

          20世纪90年代,计算机技术的突出成就是网络技术,网络技术的兴起和突破发展给科学技术,工业革命,政治,军事,教育以及人们日常生活带来了巨大的变革,各种网络将全球经济生产连成一体,企业间的竞争也趋于全球化,机械自动化的产品一旦研制出来,只要几何尺寸,其功能独到,质量可靠,很快会畅销全球,由于网络化的普及,及于网络的各种运动控制和检测技术方兴未艾,而运程控制的终端设备本身就是机械自动化产品。

      5微型化

        微型化兴起于20世纪50年代,指的是机械自动化的微观领悟发展的趋势,国外将其称为微电子机械系统,或微机械自动化系统,泛指不超过1cm的机械自动化产品,并向微米,纳米级发展,微机械自动化产品体积小,能耗小,运动灵活,在生物医疗 军事 信息 等方面具有不可化拟的优势,微机械自动化发展的瓶颈在于微机械技术,微机械自动化产品的加工采用精细加工技术,及超精加工技资源,他包括光刻技术和蚀刻技术两大类。

      6,绿色化

      工业的发达给他们生活带来了巨大的变化,一方面物质丰富,生活舒适另一方面资源减少,生态环境受到严重污染,于是人们呼吁保护环境回归自然绿色产品术概念在这种呼声下应用而生绿色化是时代的趋势,绿色产品在其设计 制造 使用和销毁的生命过程中,将合格铁定的环境保护和人类健康的要求,对生态健康无公害或危害少,资源利用率最高,设计绿色化的机械自动化产品具有远大的发展趋势。

    7,人格化

      未来的机械自动化更加注重产品与人的关系,机械自动化的人格化有两层含义,一层是机械自动化产品的最好使用对象是人,如何赋予机械自动化的智能  情感  人性显得越来越重要,特别是对家用机器人,另一层是方生物机理,研制各种机械自动化产品。

九,结论

    因为现代化机械自动化在设计和制造上具有多功能 高质量 低耗能 的意义所以机械的设计 制造 都是围绕着机械自动化来进行的。

    机械自动化技术所面临的共同关键技术是传感器检测技术,接口技术精密机械技术及系统总体技术,所以说,机械自动化系统就是机电一体化系统,机电一体化的发展就是机械自动化的发展,所以广大设计人员清醒的认识到机械设计制造有只机械自动化设计制造方向发展,才是机械工业发展的唯一出路,所以设计人员不能只有热衷于。技术的引进,不能仅仅安心于作为新技术的传播者,而应该作为新技术产业化的创造者,为机电一体化技术发展开辟广阔的天地。

参考文献

    (1)李宗义  黄建明    《先进制造技术》  高等教育出版社

    (2)李绍炎      《自动化与自动线》      清华大学出版社

    (3)张世琪      《现代化制造引论》    科学出版社

    (4)《自动化.生产系统与计算集成制造》    清华大学出版社

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