1、 西北大学继续教育学院毕业设计(论文)11摘 要机械制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志，也是国际间科技竞争的重点。本文对我国机械制造技术的现状及技术特点进行分析，并简述了 21 世纪机械制造技术的发展方向。关键词 机械制造 技术特点 发展方向 西北大学继续教育学院毕业设计(论文)22目 录前言5第一章 我国机械制造技术发展的现状分析7第二章 机械制造技术的特点9第三章 我国机械制造技术的发展方向11第四章 结论13参考文献13西北大学继续教育学院毕业设计(论文)33前 言机 械 制 造 工 业 为 人 类 的 生 存 、 生 产 、 生 活 提 供 各 种 设 备 ，是 国 民
2、经 济 中 极 其 重 要 的 基 础 产 业 。 所 谓 四 个 现 代 化 ， 从 某种 意 义 上 说 ， 就 是 用 现 代 化 设 备 去 装 备 工 业 、 农 业 、 国 防 和科 学 技 术 事 业 ， 使 之 达 到 先 进 的 水 平 。 制 造 业 为 人 类 创 造 着辉 煌 的 物 质 文 明 。 据 统 计 ， 90 年 20 个 工 业 化 国 家 制 造 业所 创 造 的 财 富 占 国 民 生 产 总 值 （ GDP） 的 比 例 平 均 为22.15%， 制 造 业 是 一 个 国 家 的 立 国 之 本 。 制 造 技 术 支 持 着 制造 业 的 健 康
3、 发 展 ， 先 进 的 制 造 技 术 使 一 个 国 家 的 制 造 业 乃 至国 民 经 济 处 于 有 竞 争 力 的 地 位 。 忽 视 制 造 技 术 的 发 展 ， 就 会导 致 经 济 发 展 走 入 岐 途 。 机 械 工 业 对 提 高 人 民 生 活 质 量 ， 推动 科 学 技 术 进 步 起 着 十 分 重 要 的 作 用 。 而 机 械 工 业 的 发 展 和进 步 ， 在 很 大 程 度 上 又 取 决 于 机 械 制 造 技 术 的 发 展 。 从 历 史上 看 ， 1769 年 瓦 特 发 明 了 蒸 汽 机 ， 但 当 时 加 工 技 术 十 分 落后 ，
4、苦 于 加 工 不 出 高 精 度 的 汽 缸 而 得 不 到 推 广 应 用 。 1775年 ， 威 尔 逊 成 功 地 改 造 了 一 台 汽 缸 镗 床 ， 解 决 了 这 一 难 题 。就 在 第 二 年 (1776 年 )蒸 汽 机 便 得 到 了 实 际 应 用 ， 迎 来 了 第一 次 产 业 革 命 ， 由 此 可 见 ， 机 械 制 造 技 术 的 发 展 对 人 类 科 学技 术 的 进 步 有 何 等 重 要 的 作 用 。在 科 学 技 术 高 度 发 展 的 今 天 ， 依 然 是 如 此 ， 现 代 工 业 对机 械 制 造 技 术 提 出 了 越 来 越 高 的
5、要 求 ， 如 要 求 达 到 纳 米 级(10 6mm)的 超 精 密 加 工 ， 大 规 模 集 成 电 路 硅 片 划 片 的 超 微西北大学继续教育学院毕业设计(论文)44细 加 工 ， 重 型 设 备 超 大 型 件 的 加 工 ， 难 加 工 材 料 和 具 有 特 殊物 理 性 能 材 料 的 加 工 等 等 ， 诸 如 此 类 ， 给 现 代 机 械 制 造 技 术提 出 了 许 多 新 的 课 题 。 同 时 ， 当 产 品 的 设 计 图 样 决 定 之 后 ，要 提 高 产 品 质 量 和 劳 动 生 产 率 ， 降 低 成 本 ， 采 用 先 进 的 制 造技 术 是
6、关 键 。 因 此 ， 在 未 来 的 竞 争 中 ， 谁 掌 握 先 进 的 制 造 技术 ， 谁 就 拥 有 控 制 市 场 的 主 动 权 。 另 一 方 面 ， 也 正 是 由 于 科学 技 术 的 发 展 ， 又 为 机 械 制 造 技 术 的 发 展 提 供 了 工 具 和 手 段 ，特 别 是 计 算 机 技 术 的 发 展 ， 促 使 常 规 技 术 与 精 密 检 测 技 术 和数 控 技 术 、 传 感 技 术 等 相 互 结 合 ， 给 机 械 制 造 领 域 带 来 许 多新 技 术 、 新 观 念 ， 使 产 品 质 量 和 生 产 效 率 大 大 提 高 。西北大学
7、继续教育学院毕业设计(论文)55第一章 我国机械制造技术发展的现状分析机械制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科，是以提高质量、效益、竞争力为目标，包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。 20 世纪 70 年代以前，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很快就会有相同功能的产品跟着上市。20 世纪 80 年代以后，随着市场全球化的进一步发展，市场竞争变得越来越激烈。 20 世纪 90 年代初，随着 CIMS 技术的大力推广应用，包括有 CIMS 实验工程中心和 7 个开放实验室的研究环境已建成。在全国范围内，部署了 CIMS 的若干研
8、究项目，诸如 CIMS 软件工程与标准化、开放式系统结构与发展战略，CIMS总体与集成技术、产品设计自动化、工艺设计自动化、柔性制造技术、管理与决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术以及系统理论和方法等均取得了丰硕成果，获得不同程度的进展。如成都飞机工业公司以国家 CIMS 实验工程为技术依托，和清华大学、南京航空航天大学、西北工业大学等单位合作开发了计算机集成制造系统工程。在公司的计算机网络和分布式数据库支持下，由管理信息系统、质量信息系统、工程信息系统和车间自动化系统有机集成，形成了一个计算机辅助经营、设计、管理、制造的初步集成系统，以满足航空产品研制和多品种小批量生产的需要。原中国
9、石油天然气总公司从 1995 年起, 便在江汉钻头厂实施 CIMS 工程，其中一期工程已于 1996 年完成，在 2000 年完成了二期工程。两期工程实施以来该厂各年度净利润增长明显。但是大部分大型机械制造企业和绝大部分中小型机械制造企业主要限于 CAD 和管理信息系统，因底层（车间层）基础自动化还十分薄弱，数控机床由于编程复杂，还没有真正发挥作用。加工中心无论是数量还是利用率都很低。可编程控制器的使用并不普及，工业机器人的应用还很有限。因此，与工业发达国家相比，我国的制造业仍然存在一个阶段性的整体上的差距。主要表现在以下四个方面：1.管理方面工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制
10、、生产模式的更新发展，推出了准时生产(JIT)、敏捷制造(AM)、精益生产(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。2.设计方面工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术(CADCAM)，大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用CADCAM 技术的比例较低。3.制造工艺方面工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高，尚在开发、掌握之中。4.自动化技术方
11、面工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)，实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔件制造单元和系统仅在西北大学继续教育学院毕业设计(论文)66少数企业使用。从总体上看，我国机械工业技术开发能力和技术基础薄弱，发展后劲不足，技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化吸收仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。目前，我国已加入 WTO，机械制造业面临着巨大的挑战与新的机遇。因此，我国机械制造业不能单纯的沿
12、着 20 世纪凸轮及其机构为基础采用专用机床、专用夹具、专用刀具组成的流水式生产线刚性自动化发展。而是要全面拓展，面向五化发展，即全球化、网络化、虚拟化、自动化、绿色化。西北大学继续教育学院毕业设计(论文)77第二章 机械制造技术的特点做好基础自动化的工作仍是我国制造企业一项十分紧迫而艰巨的任务。但加工中心无论是数量还是利用率都很低。可编程控制器的使用并不普及，工业机器人的应用还很有限。因此，我们要立足于我国的实际情况，在看到国际上制造业发展趋势的同时扎扎实实地做好基础工作。 1.机械制造技术是一个系统工程 先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管
13、理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合，使制造技术成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。 2.机械制造技术是一个综合性技术 先进制造技术应用的目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长。因此，它并不限于制造过程本身，它涉及产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。以便提高制造业的综合经济效益和社会效益。 3.机械制造技术是市场竞争要素的统一体 在 20 世纪 70 年代以前，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很
14、快就会有相同功能的产品跟着上市。因此，市场竞争的核心是如何提高生产率。到了 20 世纪 80 年代以后，制造业要赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的矛盾。先进制造技术把这三个矛盾有机结合起来，使三者达到了统一。 4.机械制造技术是一个世界性技术 20 世纪 80 年代以来，随着全球市场的形成，发达国家通过金融、经济、科技手段争夺市场，倾销产品，输出资本，使得市场竞争变得越来越激烈，为适应这种激烈的市场竞争，一个国家的先进制造技术应具有世界先进水平，应能支持该国制造业在全球市场的竞争力。同时，机械制造技术是面向 21 世纪的技术，应与现代高新技
15、术相结合，应是有明确范畴的新的技术领域。计算机技术、传感技术、自动化技术、新材料技术以及管理技术等诸技术的引入与传统制造技术相结合, 甚至融为一体, 使制造技术成为能驾驭生产过程的物质流、信息流和能量流的系统工程。制造技术从单纯技术角度逐步发展成与生产经验管理的密切结合, 成为一种生产、技术系统, 是先进制造技术系统的系统特性。生产规模的扩大以及最佳技术经济效果的追求, 使现代制造技术比传统制造技术更加重视工程技术与经营管理的结合, 更加重视制造过程组织和管理体制的简化及合理化, 产生一系列技术与管理结合的新的生产方式。传统制造技术一般单指加工制造过程的工艺方法, 而现代制造技术则贯穿了从产品
16、设计、加工制造到产品销售及使用维护等全过程, 成为“ 市场- 产品设计- 制造- 市场”的大系统。其中柔性制造系统( FMS) 对技术与管理的融合具有典型性。FMS 从工艺过程的编制、材料( 或毛坯) 消耗、生产计划控制到设备、工量具准备与维护、生产统计、质量检测等, 使生产过程成为一个整体。随着市场竞争的加剧, 从生产经营的角度, 从企业内部的组成技术( GT) 、准时制( JIT) 、制造资源计划 ( MRPII) 、并行工程 ( CE) 、灵捷制造( AE) 、精益生产( LP) 发展到企业外部的虚拟企业、分散网络生产系统等, 并于切削西北大学继续教育学院毕业设计(论文)88机床为中心的
17、制造技术相适应, 实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产, 并取得理想的技术经济效果。西北大学继续教育学院毕业设计(论文)99第三章 我国机械制造技术的发展方向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起来的，既保持了过去制造技术中的有效要素，又要不断吸收各种高新技术成果，并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。 20 世纪 80 年代，随着扫描显微镜的发明和使用，人类认识世界和改造世界的能力进入纳米尺度，纳米技术是指实现纳米级精度，是一种在纳米尺度上研究原子和分子结构，物质特性及相互作用与运动，并运用这种技术为人类服务的高新技术，纳米技术对制造业产生了很大的影响，其应用范围将
18、非常广泛，包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米装配技术和纳米测量技术等。 超精密加工的加工精度在 2000 年已达到纳米级，在 21 世纪初开发的分子束生长技术、离子注入技术和材料合成、扫描隧道工程（STE）可使加工精度达到 0.00030.0001m，现在精密工程正向其终极目标原子级精度的加工逼近，也就是说，可以做到移动原子级别的加工。 现代机械制造技术的发展主要表现在两个方向上：一是精密工程技术，以超精密加工的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表，将进入微型机械电子技术和微型机器人的时代；二是机械制造的高度自动化，以 CIMS 和敏捷制造等的进一步发展为代表。 超精密加工的加工精度在 200
19、0 年已达到 0.0001 m (1 nm) , 在 21 世纪初开发的分子束生长技术、离子注入技术和材料合成、扫描隧道工程（STE）可使加工精度达到 0.00030.0001 m （013011 nm） ，现在精密工程正向其终极目标原子级精度的加工逼近，也就是说，可以做到移动原子级别的加工。加工设备正向着高精、高速、多能、复合、控制智能化、安全环保等方向发展，在结构布局上也已突破了传统机床原有的格式。日本 Mazak 公司在产品综合样本中展示出一种未来机床，该机床在外形上犹如太空飞行器，加工过程中噪音、油污、粉尘等将不再给环境带来危害。随着技术、经济、信息、营销的全球化，我国加入 WTO，纵
20、观 21 世纪的制造业的发展趋势，可用三化来概括，即全球化、虚拟化和绿色化。这也是我国石油装备制造业未来发展的方向。1.全球化制造的全球化,可以说是 21 世纪机械制造业自动化最重要的发展趋势。近年来，在各种工业领域中，国际化经营不仅成为大公司而且已是中小规模企业取得成功的重要因素。这一方面，由于国际和国内市场上的竞争越来越激烈，例如在机械制造业中，国内外已有不少企业，甚至是知名度很高的企业，在这种无情的竞争中纷纷落败，有的倒闭，有的被兼并。不少暂时还在国内市场上占有份额的企业，不得不扩展新的市场。另一方面，由于网络通讯技术的快速发展，提供了技术信息交流、产品开发和经营管理的国际化手段，推动了
21、企业向着既竞争又合作的方向发展。这种发展进一步激化了国际间市场的竞争。这两个原因的相互作用，已成为全球化制造业发展的动力。全球化制造的第一个技术基础是网络化、标准化和集成化。由于网络通讯技术的迅速发展和普及，正在给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行，实现制造的全球化。第二个技术基础是集成化与标准西北大学继续教育学院毕业设计(论文)1010化。异地制造实际上是实现产品信息集成、功能集成、过程集成和企业集成。实现集成的基础与关键是标准化，可以说没有标准化就没有全球化。2.虚拟化虚拟化是指设计过程中的拟实技术和制造过程中的
22、虚拟技术。虚拟化可以大大加快产品的开发速度和减少开发的风险。产品设计中的拟实技术指面向产品的结构和性能分析技术，以优化产品本身性能和成本为目标，包括产品的运动仿真和干涉检验、动力学分析、造型设计、人机工程学分析、强度和刚度有限元计算等。制造过程中的虚拟技术指面向产品生产过程的模拟和检验，检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标，进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真。通过仿真软件来模拟真实系统，以保证产品设计和产品工艺的合理性，保证产品制造的成功和生产周期，发现设计、生产中不可
23、避免的缺陷和错误。虚拟化软件有可能形成 21 世纪大的软件产业。3.绿色化已经颁布实施的 ISO9000 系列国际质量标准和 ISO14000 国际环保标准为制造业提出了一个新的课题，就是快速实现制造的绿色化。绿色制造则通过绿色生产过程（绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理）生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响, 同时原材料和能源的利用效率能达到最高。如何最有效地利用资源和最低限度的产生环境污染, 是摆在制造企业面前的一个重大课题。绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在现代制造业的体现，也是未来制造
24、业自动化系统必须考虑的重要问题。目前绿色制造技术有以下几个方面：（1）精密成形技术 成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等。精密成形技术包括：精密铸造（湿膜精密成形铸造、刚型精密成形铸造、高精度造芯） 、精密锻压（冷湿精密成形、精密冲裁） 、精密热塑性成形、精密焊接与切割等。（2）无切削液加工 无切削液加工的主要应用领域是机械加工行业，无切削液加工简化了工艺、减少了成本并消除了冷却液带来的一系列问题，如废液排放和回收等等。（3）快速成形技术 快速原型零件制造技术（RPM） ，其设计突破了传统加工技术所采用的材料去除的原则，而采用添加、累积的原理。其代表性技术有分层实体制造（LOM） ，熔化沉积制造（FDM）等等。以上这些技术之所以都被归于绿色制造工艺，是因为这些工艺和技术不仅减少了原材料和能源的耗用量或缩短了开发周期、减少了成本，而且有些工艺的改进对环境起到保护作用。这一切除了工艺革新外，还必须依靠信息技术，通过计算机的模拟、仿真, 实现绿色制造。我们应了解机械制造技术的发展过程，认识现代机械制造技术的现状，把握现代机械制造技术的发展趋势，科学高效地进行现代机械制造技术的研究，尽早地实现我国由制造业大国到制造业强国的过渡。
