先进制造技术(AMT)

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先进制造技术(AMT-Advanced Manufactuing Technology)

目录

什么是先进制造技术(AMT)

  先进制造技术(Advanced Manufactuing Technology),人们往往用AMT来概括由于微电子技术自动化技术信息技术等给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。具体地说,就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括:计算机辅助设计计算机辅助制造、集成制造系统等。AMT是制造业企业取得竞争优势的必要条件之一,但并非充分条件,其优势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管理,有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。

  先进制造技术主要包括以下三个技术群:

主体技术群

  这是制造技术的核心,它包括两个基本部分:有关产品设计技术和工艺技术。

  (1)面向制造的设计技术群

  面向制造的设计技术群系指用于生产准备(制造准备)的工具群和技术群。设计技术对新产品开发生产费用产品质量以及新产品上市时间都有很大影响。产品和制造工艺的设计可以采用一系列工具,例如计算机辅助设计(CAD)以及工艺过程建模和仿真等,生产设施、装备和工具,甚至整个制造企业都可以采用先进技术更有效地进行设计。近几年发展起来的产品和工艺的并行设计具有双重目的,一是缩短新产品上市的周期,二是可以将生产过程中产生的废物减少到最低程度,使最终产品成为可回收、可再利用的,因此对实现面向保护环境的制造而言是必不可少的。

  (2)制造工艺技术群(加工和装配技术群)

  制造工艺技术群是指用于物质产品(物理实体产品)生产的过程及设备。例如,模塑成形、铸造、冲压、磨削等。随着高新技术的不断渗入,传统的制造工艺和装备正在产生质的变化。制造工艺技术群是有关加工和装配的技术,也是制造技术或称生产技术的传统领域。

支撑技术群

  支撑技术群是指支持设计和制造工艺两方面取得进步的基础性的核心技术。基本的生产过程需要 一系列的支撑技术,诸如:测试和检验、物料搬运、生产(作业)计划的控制以及包装等。它们也是用于保证和改善主体技术的协调运行所需的技术,是工具、手段和系统集成的基础技术。支撑技术群包括:

  (1)信息技术:接口和通信、数据库技术、集成框架、软件工程人工智能、专家系统和神经网络决策支持系统

  (2)标准和框架:数据标准、产品定义标准、工艺标准、检验标准、接口框架。

  (3)机床和工具技术。

  (4)传感器和控制技术:单机加工单元和过程的控制、执行机构、传感器和传感器组合、生产作业计划

  (5)其它

制造技术基础设施

  制造技术基础设施是指为了管理好各种适当的技术群的开发并鼓励这些技术在整个国家工业(基地)内推广应用而采取的各种方案和机制。由于技术只有应用适当地会产生效用,所以其技术基础设施的各要素和基本技术本身同样重要。这些要素包括了车间工人、工程技术人员和管理人员在各种先进生产技术和方案方面的培训和教育,这些技术和方案将提高企业的生产竞争力。可以说,制造技术的基础设施是使制造技术适应具体企业应用环境充分发挥其功能、取得最佳效益的一系列措施,是使先进的制造技术与企业组织管理体制和使用技术的人员协调工作的系统工程,是先进制造技术生长和壮大的土壤,因而是其不可分割的一个组成部分。先进制造技术是促进科技和经济发展的基础。

先进制造技术的提出及背景

  1993年,美国政府批准了由联邦科学、工程与技术协调委员会(FCCSET)主持实施的先进制造技术计划(Advanced Manufacturing Technology-AMT)计划

  先进制造技术计划(Advanced Manufacturing Technology-AMT)是美国根据本国制造业面临的挑战和机遇,为增强制造业竞争力和促进国家经济增长,首先提出了先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology)的概念。此后,欧洲各国、日本以及亚洲新兴工业化国家如韩国等也相继作出响应。

先进制造技术的特点

  (1)先进制造技术是制造技术的最新发展阶段,是面向21世纪的技术制造业是社会物质文明的保证,是与人类社会一起动态发展的,因此,制造技术必然也将随着科技进步而不断更新。先进制造技术是制造技术的最新发展阶段,是由传统的制造技术发展而来,保持了过去制造技术中的有效要素;但随着高新技术的渗入和制造环境的变化,已经产生了质了变化,先进制造技术是制造技术与现代高新技术结合而产生的一个完整的技术群,是一类具有明确范畴的新的技术领域,是面向21世纪的技术。

  (2)先进制造技术是面向工业应用的技术先进制造技术应能适合于在工业企业推广并可取得很好的经济效益,先进制造技术的发展往往是针对某一具体的制造业(如汽车工业、电子工业)的需求而发展起来的适用的先进制造技术,有明显的需求导向的特征。先进制造技术不是以追求技术的高新度为目的,而是 注重产生最好的实践效果,以提高企业的竞争力和促进国家经济增长和综合实力为目标。

  (3)先进制造技术是面向全球竞争的目前每一国家都处于全球化市场中。一个国家的先进制造技术是支持该国制造业在全球范围市场的竞争力。因此,先进制造技术的主体应具有世界水平。但是,每个国家的国情也将影响到从现有的制造技术水平向先进制造技术的过渡战略和措施。我国正在以前所未有的速度进入全球化的国际市场,开发和应用适合国情的先进制造技术势在必行。

美国AMT计划

  美国AMT计划目标是:研究开发世界领先的先进制造技术,以满足美国制造业对先进制造技术的需求,提高制造业的竞争力;通过教育与培训计划提高劳动力素质;促进具有环境意识的制造等。

  美国AMT计划中的项目包括:

  (1)设计技术 制造准备阶段所需的设计工具与技术;

  (2)制造技术 实际生产过程中所需的加工工艺和设备;

  (3)支持技术 为前两类开发项目提供所需的基础核心技术;

  (4)制造技术基础设施 为有效地管理项目的开发,以及推动将这些项目应用于生产实践中的方法与机制。

  AMT计划的集成创新重点领域有:

  (1)下一代智能制造单元与设备;

  (2)适用于快速而有效地设计新产品、工艺、设备及企业集成化设计工具;

  (3)确保企业能广泛了解和应用先进制造技术而进行的基础设施建设。

案例分析

案例一:先进制造技术在机械制造业中的应用[1]

  机械制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱,其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%一55%。在一个国家的企业生产力构成中,机械制造技术的作用一般占60%左右。世界上各个国家经济实力的竞争,主要是先进制造技术的竞争,其竞争能力最终体现在所生产产品的市场占有率上。

  现如今,先进制造技术发展已经成为一个庞大的技术群。在机械制造的整个过程中,无论是在产品的设计开发,还是在产品生产制造或是经营管理中,都能充分利用先进制造技术。也正是先进制造技术的快速发展,促进了机械制造业产生了根本性的变化,主要表现在以下几个方面。

  a.企业生产方式发生重大变革

  由于先进制造技术的应用,现代机械制造企业逐步改变了传统观念,在生产组织方式上发生了5个转变:从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变;从金字塔式的多层次生产管理结构向扁平的网络结构转变;从按功能划分部门的固定组织形式向动态、自主管理的小组工作组织形式转变;从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变;从以技术为中心向以人为中心转变。

  b.产品设计开发应用了现代设计技术的最新成果

  现代设计的方法和技术主要有:

  1.绿色设计绿色技术就是为了减轻环境污染或减少原材料、自然资源使用的技术、工艺或产品的总称。绿色设计的目的是克服传统设计的不足,使产品满足环保的要求。它包括产品从概念形成到生产制造、使用乃至废弃后的回收、重用及处理等各个阶段。绿色设计从根本上防止了污染,节约了资源和能源。因此,绿色设计也是现代机械制造业进行产品设计开发的一个重要原则。

  2.并行工程并行工程是现代设计的一个重要方法。

  传统的顺序工程设计,是先进胜需求分析,然后进行产品设计,再进行生产制造,最后是产品上市。这种设计方法,信息是单向依次地传递。采用并行工程方法,则将各个工程设计过程与其后续过程并行进行设计,而且上下过程之间的信息交流是双向的,并据此作出决策。这意味着,采用并行工程方法,从一开始就要考虑产品整个生命周期中的所有因素,如用户要求概念形成、成本质量、报废处理等。这就有利于提高产品质量、降低成本、缩短研制周期。

  3.计算机辅助设计。计算机辅助设计是以计算机为工具,帮助设计人员进行设计的适用技术的总称。在设计过程中,人们可以进行创造性思维活动,完成设计方案构思、工作原理拟定,并将设计思想和设计方法经过综合、分析,转换成计算机可以处理的数学模型和解析这些模型的程序。在程序运行过程中,人们可以评价设计结果,控制设计过程,计算机则可以发挥其分析和存储信息的能力,完成信息管理、绘图、模拟、优化和其他数值分析任务。计算机辅助设计包括的内容很多,如概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机绘图等。

  4.虚拟技术得到广泛应用。虚拟技术是以计算机支持的仿真技术为前提,对设计、加工、装配等工序统一建模,形成虚拟的环境、虚拟的过程、虚拟的产品以及虚拟的企业。面对新的挑战和竞争,过去那种大而全的企业已越来越没有优势,各种开放式的合作开发、生产与销售与日俱增。用户订货、产品创意设计、零部件生产、总成装配、销售及售后服务等各个环节都可分别由不同地域的企业按某种契约进行互利合作。通过国际互联网、区域网和企业网,世界上任何地方的用户都可订货,还能进行异地设计、异地制造,然后在最接近用户的地方交货。

  c.先进制造工艺以及自动化技术在整个机械制造的过程中,工艺过程是最主要的过程。由于机械制造业本身的需要,形成和发展了许多先进的制造工艺及自动化技术,从而充实、发展了整个先进制造技术群,带动了其他制造业的发展。这些先进制造工艺及自动化技术主要包括以下几个方面。

  1.毛坯制造工艺。毛坯制造是机械制造工艺的基础和前提。近几年,出现了许多先进的制造工艺及技术。铸造方面出现了一套精密洁净铸造成形工艺,例如,外热风冲天炉熔炼、处理、保护成套技术;钢液精炼与保护技术;高效金属型铸造工艺及设备;气化模铸造工艺与设备等。

  锻压方面出现了精确高效塑性成型技术,主要有热精锻生产线成套技术;冷温成型成套技术;辊锻和楔横轧成形技术;精密冲裁工艺及设备等。焊接与切割方面出现了新型焊接电源及控制技术;激光焊接技术;微连接技术;数控切割技术等。

  2.机械加工工艺。机械加工是机械制造工艺过程的主要组成部分,在这方面的趋势是向高效、高精度方向发展。主要有精密加工和超精密加工;高速切削与高速磨削;复杂型面的数控加工;游离磨料的高效加工等。

  3.表面处理。随着机械产品表面质量的要求越来越高,出现了许多表面处理工程新技术,包括化学镀非晶态合金技术;新型节能表面涂装技术;高速燃气喷涂技术;等离子体化学气相沉积技术;离子束辅助镀膜技术等。

  4.热处理。热处理工艺近几年出现了可控气氛热处理、真空热处理、离子化学热处理、激光表面合金化等先进技术。

  5.自动化技术。在机械制造过程中,除了发展应用先进制造工艺以外,自动化技术的发展与应用是另一大特征。这些自动化技术包括机床数控技术、工业机器人、柔性制造技术传感技术、集成制造技术、自动检测及信号识别技术等。

参考文献

  1. 李长文.先进制造技术在机械制造业中的应用[J].2009(03)
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