1、 机械与其他应用科学的关系 机械的重要性 与未来发展 摘要 机械涉及的知识面很广，电、光、热、材料、数学、力学、运动学、流体、化学、物理、生物、 .它都要用到。所有 应用科学 对机械都有用，所有 应用科学 也离不开机械的协助 ， 通过机械我们可以生产出科学究所用到的 仪器。如：生产光学仪器，力学器件等等。反之也可以通过科学理论对机械设备进行改进和维护研究所用到的仪器。如：生产光学仪器，力学器件等等。反之也可以通过科学理论对机械设备进行改进和维护 ， 机械可以说用到各个其他 应用科学 ，各个其他 应用科学 又基本离不开机械 。 学生姓名 ： 金冠敬 学号 ： 120401135 专业 ： 机械设
2、计制造及其自动化 提交日期 ： 2013 年 9 月 23 日 关键词 ： 机械，其他应用科学 ，重要性 ， 未来发展 引言 从机械专业的角度来说：机械具有相当重要的基础地位。机械是现代社会进行生产和服务的五大要素 (即人、资金、能量、材料和机械 )之一。在马克思说到工业社 会时候，说工业社会，尤其是大工业社会，即用机器生产机器的时代。无论从生活中接触的各种物理的装置，如电灯电话电视机冰箱电梯等等都包含有机器的成分，或者包含在广义的机械之中，而从生产中来看，各种机床，自动化装备，飞机，轮船，神五，神六等等，都缺不了机械。更不用说化工厂，电厂等。所以，毫不夸张的说，机械是现代社会的一个基础。如果
3、有人要说农业也是基础的话，也无可厚非，但是在现代的社会来说，机械做为整个工业和工程的基础，可以毫不夸张的认为也是社会一根大柱子。任何现代产业和工程领域都需要应用机械，就是人们的日常生活，也 越来越多地应用各种机械了，如汽车、自行车、钟表、照相机、洗衣机、冰箱、空调机、吸尘器，等等。 机械的重要性 机械制造业是国民经济的基础产业 ,它的发展直接影响到国民经济各部门的发展 ,也影响到国计民生和国防力量的加强 ,因此 ,各国都把机械制造业的发展放在首要位置。随着机械产品国际市场竞争的日益加剧 ,各大公司都把高新技术注入机械产品的开发中 ,作为竞争取胜的重要段 。 1 机械制造业是国民经济发展的支柱产
4、业 国民经济中的任何行业的发展 ,必须依靠机械制造业 的支持 并提供装备 ;在国民经济生产力构成中 ,制造技术的作用占 60%以上。美国认为社会财富的来源机械制造业占 68%;当今制造科学、信息科学、材料科学、生物科学等四大支柱科学相互依存 ,但后三种科学必须依靠制造科学才能形成产业和创造社会物质财富。而制造科学的发展也必须依靠信息、材料和生物科学的发展 ,机械制造业是任何其他高新技术实现工业价值的最佳集合点。例如 ,快速原型成型机、虚拟轴机床、智能结构与系统等 ,已经远远超出了纯机械的范畴 ,而是集机械、电子、控制、计算机、材料等众多技术于一体的现代机械设备 ,并且体现了人文科学和个性 化发
5、展的内涵。 从美国来看 ,自二次世界大战以来 ,美国对机械制造业的发展十分重视。从 50 年代以来 ,在美国大学中设置工业工程专业 ,培养机械制造系统人才 ,着眼于世界市场竞争 ,企图霸占国际制造业市场。 50 年代初 ,当第一台数控机床在美国麻省理工学院诞生以后 ,美国在机械制造业中采取的主导政策是走数控和计算机群控 ,实现机械制造业中占主导地位的中小批量生产自动化的道路 ,以提高生产效率。但实践证明这一策略未能秦效 ,在机械制造业的国际竞争中 ,德国和日本是胜利者。70 年代转向吸取德、日经验 ,使中、小批量生产通过成组技术 (GT)实现生产系统柔性化和自动化。 1979 年美国国会通过议
6、案拨款发展柔性化制造系统 ,并于 80 年代末完成了高度柔性化的全自动化小型工厂 (small work)标准化工作 ,并向中小型企业推广。但由于忽略了市场的多变性和人因的作用 ,在与德、日的竞争中未能占上风 ,而使机械制造业每况愈下 ,一度认为机械制造业已成“夕阳工业”。通过 10 年论证 ,从概念上实现了从柔性制造到敏捷制造的转化 ,把宏观的国际市场需求与具体的公司生产密切结合 ,充分发挥人的因素 ,形成对市场的快速反映 ,提出了敏捷制造的新概念 。 2. 敏捷制造 (Agile Manufacturing) 21 世纪机械制造业的发展趋势 机械制造业在国际市场的激烈竞争中 ,美国屡屡受挫
7、。 70 年代后 ,机械制造业被看成是“夕阳工业”。产业衰退 ,巨额贸易赤字 ,经济空前滑坡 ,有关工业竞争“关键问题”讨论将近 10 年。 1986 年在美国科学技术基金会 (NSF)支持下 ,麻省理工学院 (MIT)深入研究衰退原因和振兴对策 ,认为产品在上市的时间 (T)、质量 (Q)、成本 (C)和服务 (S)等产品竞争四大关键因素中 ,质量已不再是市场竞争的最大优势。 创新周期缩短和全球化市场的形成 ,企业面临着不可预测 和不断变化的市场 ,只有快速响应市场需求 ,提供满足用户个性需求的产品 ,才能在竞争中取胜。 1988 年美国通用汽车公司 (GM)与李海大学 (Lehigh Un
8、iversity) 工业工程系共同提出一种新的制造企业战略 敏捷制造(Agile Manufac2turing),并成立了国家制造科学中心 (NCMS)和制造信息资源中心 (MIRC),得到国家自然科学基金会、国防部、商业部和众多公司支持 ,经国会听证后向联邦政府提出建议。现在由政府部门主持、企业与大学共同参与研究、开发和应用 ,称为 21 世纪制造企业的 战略。 1 敏捷制造的思路 敏捷性体现在 :持续变化性 (产品、技术、管理模式 )、 快速反应性 (以适应市场的变化 )、质量高标准、低费用 ; 实现敏捷制造条件 :设备高度柔性 ,可编程性和模式 化 ;信息系统标准化和可维护性 ;人的因素
9、和管理机构 ; 实施方式 :虚拟公司、竞争 合作 ,用户参与设计与 制造 ,兼顾经济效益和社会效益 ,增加信息服务和系统管理功能。 2 敏捷制造特色 革新制造企业的组织机构、管理策略与制度 ,建立社 会化的虚拟公司 ; 提高从产品设计、制造、销售全过程的整体柔性 ; 在政府部门协调下 ,企 业、高校和科研机构结合 ; 用户参与设计与制造 ; 发挥人因 (知识、技艺和创造性 )和信息的作用 ; 但归纳起来 ,敏捷制造的主要特色是制造柔性和成 员间的合作。 3 敏捷制造在美国初见成效 美国 Ingersoll-R 公司空气压缩机敏捷制造工程 ,原 新品设计需时 8 12个月 ,样机制造和评定 12
10、 18个月 ,耗资 50 万美元。现只需原来 1/3 1/2 时间 ,花费 1215 2 万美元 ; 美国计算机厂商康柏公司 ,1996年启动虚拟生产计 划 ,与台商合作在深圳设厂 ,面向大陆 ,产品质量、技术、开 发、运送、存货都符合 康柏全球统一标准。员工技术水平和 工作态度也达到要求 ,这样的虚拟公司组合使计算机平均 价格下降 57 美元 ,市场竞争取得了巨大成功。现美苹果 机、 IBM、台宏基、神达亦已运用此种模式组织生产。 4 过程工业的敏捷制造策略 指定统一质量标准 ,如 ISO-9000,经济效益与环境污染控制 。 3.制造柔性 柔性制造是相对于原有的硬件式刚性制造系统而言 的
11、,制造系统柔性化是适应多变市场需求的必要条件。 1 刚性制造 最早的机械自动化出现在美国通用汽车公司 ,称为 De troit-Type自动化 ,它的出现从根本上改变了手工工场式的 制造 ,但它适应不了需求多变和多品种小批量生产的要求 这种硬件式的制造系统称为刚性制造。 2 柔性制造系统 (FMS) 60 年代英国 Molins 公司建成计算机控制的自动化加工 系统 ,它标志着硬、软件结合 ,有高度应变能力的一种新型 制造系统 ,与 Detroit-Type相对 ,称为柔性制造系统 (FMS) 并提出制造柔性这一概念。从 70 年代普及数控技术和全 自动化技术至 80 年代 ,CAD、 CAE
12、、 CAP、 CAM、 CAD/CAE CAD/CAM、 MRP、工艺数据库、物料传输等单项 技术已经日 臻完善 ;90 年代的知识工程和 AI应用、优质低成本制造， 并行工程等均以柔性为其主要研究内容。 3 制造柔性定义 制造柔性定义为 :制造系统对外部因素变化的顺应 (响应 )能力和对系统内部因素变化 (干扰、涨落或故障 )的适应 能力。 敏捷制造要求制造柔性必须成为大系统的一部分 ,它 包括 :人员、设备仪器和软件三方面的柔性 ,这样才能保证 敏捷制造系统的快捷响应能力。实现柔性制造说是容易做 时难。目前统计表明 90%以上的制造系统只能加工 1 类零 件 ,65%的系统只能加工 2 1
13、0 个品种规格的零件。要生 产满足柔 性性 ,则就要大大增加系统的复杂性 ,这是个十分 复杂的问题。 4.虚拟制造技术 虚拟制造技术是一种新的人机界面形式 ,它是利用计 算机技术、强大的软硬件功能和其它交互设备 ,在计算机工 作平台上 ,产生一个虚拟环境。应用人类的知识、技术与感 知能力 ,与虚拟世界中的对象进行交互作用 ,对所要进行的 产品设计和生产制造活动进行全面的建模和仿真 (包括 :产 品设计、加工装配、物流、生产计划、组织管理等 )。在产品 未生产出来前就实际地模拟出产品的设计开发和制造全过 程 ,并对产品性能进行全面模拟试验 ,预测产品的设计和制 造合理性、产品性能和制造周期等 ,
14、以达到最佳化。使产品的开发生产周期最短、成本最低、质量最佳。 现在虚拟技术的范围已经从新产品开发设计、制造扩 展到虚拟公司组合、市场开拓和营销活动、产品技术经济评 价等。而所有这一切均在计算机平台上完成。由于虚拟制造技术在面对激烈市场竞争中显示出了巨 大的技术优势。因此 ,目前已为各先进工业国家和公司所 极度重视。我国在机械工业部门主持下 ,已于 1998 年 9 月 在北京召开了第一次“虚拟制造技术研讨会” ,以推进虚拟 制造技术在我国的研究和应用。 5.软件技术 计算机技术应包括 :计算机硬件和软件两大部分。其 中软件技术又是充分发挥计算机功能的必要基础条件。可 以说只有通过计算机技术 (
15、硬件和软件 )的应用 ,一切先进 技术才能发挥作用。现在软件功能已经十分强大 ,几乎在 涉及工程的一切领域中都可找到优秀的软件作为技术支 持。对某种技术来说 ,在一定程度上也可说软件功能就决 定了它的技术水平。 6.管理技术 管理是随着资本主义的商品生产发展起来的 ,至今已 进入了一个全新时代 ,它的历程可归纳如下。 1 传统管理 从 18 世纪后期至 20 世纪初 ,在手工业工场中凭管理 者经验办事 ,管理者就 是资本所有者 ,工人凭经验干活 ,师 傅带徒弟。 2 科学管理 20 世纪初至 40 年代 ,这时由自由资本主义向垄断资本 主义过渡 ,资本所有者与管理者分离 ,并从经验管理中总 结
16、 ,使之系统化、科学化、理论化 ,进而指导管理实践 ,形成 科学管理理论。代表人物有泰勒 (美 )、法约尔 (法 )、梅奥 (美 )等。 泰勒主张科学制定工时定额 ,作业环境标准化、计件工 资、编制工艺规程、管理人员职能制等。 法约尔提出了管理的 5 种职能 :计划、组织、指挥、协 调、控制等。 14 条管理原则 :分工、权力和责任统一、纪律、 命令的统一性、 指挥的统一性、个人利益服从整体利益、报 酬、集权、等级系列、秩序、公平、保持人员稳定、首创精神、 集体精神等。 梅奥的“行为科学”理论 ,研究工人在生产中的行为和 产生行为的原因。内容包括 :人的本性和需要、行为的动 机、生产中的人际关
17、系等。他在哲学、医学和心理学方面研 究认为 :工人是“社会人” ,不同意泰勒认为工人是“经济人” 的看法 ;科学管理只注重“正式组织” ,而在企业中还存在着 “非正式组织” ;提出促进生产率的第一因素是士气和干劲 , 而工作条件和工资报酬是第二因素。总之 ,泰勒等人研究管理的重点放在工作 方法和工作条件上 ,以此来实现管理科学化。而梅奥等人则是以人为 中心来研究管理问题。 3 现代管理 二次世界大战至今 ,资本主义企业管理进入现代管理阶段。科学技术迅速发展 ,大型复杂重大工程出现 ,跨国公 司出现 ,环境和市场多变 ,市场竞争加剧反映了现时代的特 点。为适应社会发展 ,在管理理论上发展为两派
18、:一是以泰勒为代表的科学管理理论和法约尔为代表的组织管理理论 的延伸、演变 ,吸取了自然科学、技术科学的新成就 ,如 :系 统工程、计算机等 ;另一是以梅奥为代表的行为科学派。两派结合形成了现代管理 ,也就是科学管理和 人际关系相结合的管理。但敏捷制造的出现又把过去仅局限于企业内部的管理扩展到了整个社会和市场。 7 人因工程 (Human Factor) 在现代管理中 ,已把人的因素在生产和科技进步中的 作用放到了中心位置上 ,这一转变是有一过程的。起初的 考虑只在体能上 ,以研究如何最大限度的发挥人在生产过 程中体能的潜力 ,从而逐步发展到人的主观能动性的发挥 , 以实现面向市场的快速响应。
19、 结论 本文仅 机械制造业中部分高新技术的发展情况 ,让我们看到了机械产业的冰山一角，足已看 到机械这一大产业出现并良好发展的必然趋势，正是因为机械的重要性及其广泛性，让它与其他应用科学密不可分，也致使机械将长盛不衰。 标注 1 . “ 敏捷制造 (AM) 又称灵捷制造、迅速制造和灵活制造等，它是将柔性生产技术、熟练掌握生产技能和知识的劳动力与促进企业内部和企业之间相互合作的灵活管理集成在一起，通过所建立的共同基础结构，对迅速改变或无法预见的消费者需求和市场时机作出快速响应。 ” 参考文献 1. 罗振壁 敏捷制造 21 世 纪 制 造 企 业 的战 略 机 械 工 程 学 报 ,1994,30(4):1 5 2 .周兆英 敏捷制造的核心要素及其应用机械工程学报 , 1995,31(2):26 31 3 .周祖德 振兴制造业刻不容缓中国机械工程学会会讯 ,1998 (2):1 3 4 .李占祥 工业企业管理原理与组织北京 :中国人民大学出 版社 ,198
