本文摘要：本篇文章是由《 機械傳動 》發(fā)表的一篇機械論文，雜志創(chuàng)刊于1977年，曾用名《齒輪》，由中國機械工業(yè)聯(lián)合會主管，鄭州機械研究所、中國機械工程學會、中國齒輪專業(yè)協(xié)會共同主辦的專業(yè)技術(shù)刊物，主要報告機械傳動行業(yè)的科研成果和國內(nèi)外先進技術(shù)的發(fā)展動向。
本篇文章是由《機械傳動》發(fā)表的一篇機械論文，雜志創(chuàng)刊于1977年，曾用名《齒輪》，由中國機械工業(yè)聯(lián)合會主管，鄭州機械研究所、中國機械工程學會、中國齒輪專業(yè)協(xié)會共同主辦的專業(yè)技術(shù)刊物，主要報告機械傳動行業(yè)的科研成果和國內(nèi)外先進技術(shù)的發(fā)展動向。國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN11-1154/S，國際刊號：ISSN1004-2539，郵發(fā)代號：36-3
【摘要】機械制造技術(shù)不僅是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志,也是國際間科技競爭的重點。本文對機械制造技術(shù)在我國及世界歷史上的發(fā)展作了簡要陳述,對先進機械制造技術(shù)的現(xiàn)狀及技術(shù)特點進行概括介紹,并簡述了未來機械制造技術(shù)的發(fā)展方向。
【關(guān)鍵詞】機械制造簡史 先進機械制造技術(shù) 發(fā)展現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢
中國是世界上機械制造技術(shù)發(fā)展最早的國家之一。中國的機械制造技術(shù)歷史悠久,成就輝煌,不僅對中國的社會經(jīng)濟發(fā)展起到了重要的促進作用,而且對世界技術(shù)文明的進步做出了重大貢獻。傳統(tǒng)機械制造方面,我國在很長一段時期內(nèi)都領(lǐng)先于世界,到了近代特別是從18世紀初到19世紀40年代,由于諸多原因,我國的機械行業(yè)發(fā)展停滯不前,這100多年的時間正是西方資產(chǎn)階級政治革命和產(chǎn)業(yè)革命時期,機械制造技術(shù)飛速發(fā)展,遠遠超過了中國的水平,中國機械制造技術(shù)的水平與西方的差距急劇拉大,到十九世紀中期已經(jīng)落后西方一百多年。
新中國建立后特別是近三十年來,機械制造技術(shù)發(fā)展速度很快,向機械產(chǎn)品大型化、精密化、自動化和成套化的趨勢發(fā)展,在有些方面已經(jīng)達到或超過了世界先進水平。新中國機械制造技術(shù)的發(fā)展速度之快、水平之高是前所未有的。而且這一時期還沒有結(jié)束,只要我們能夠采取正確的方針、政策,用好科技發(fā)展規(guī)律并勇于創(chuàng)新,我國的機械制造技術(shù)還將向更高的水平發(fā)展,重新引領(lǐng)世界機械工業(yè)發(fā)展潮流。
1.機械制造簡史。石器時代人類制造和使用的各種石斧、石錘和木質(zhì)、皮質(zhì)的簡單工具是后來出現(xiàn)的機械的先驅(qū)。
幾千年前,人類創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨,用于提水的桔槔和轆轤,裝有輪子的車,航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力由人力發(fā)展到畜力、風力和水力。所用材料由天然的石、木、土、皮革等發(fā)展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制造陶瓷器皿的陶車,已是具有動力、傳動和工作三個部分的完整機械。鼓風器對人類社會發(fā)展起了重要作用。強大的鼓風器使冶金爐獲得足夠高的爐溫,得從礦石中煉取金屬。西周時期,中國就已有了冶鑄用的鼓風器。
17世紀以后,資本主義商品經(jīng)濟在英、法等國迅速發(fā)展,許多人致力于改進各產(chǎn)業(yè)所需要的工作機械和研制新的動力。隨著機械的改進,煤和金屬礦石需求量的增加,只依靠人力和畜力已不能適應(yīng)生產(chǎn)提高的要求,于是在18世紀初出現(xiàn)了紐科門的大氣式蒸汽機,用以驅(qū)動礦井排水泵。1765年,瓦特發(fā)明了有分開凝汽器的蒸汽機,降低了燃料消耗率。1781年,瓦特又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)動力的蒸汽機。
18世紀后期,蒸汽機的應(yīng)用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉和冶金等行業(yè)。制造機械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機械制造工業(yè)開始形成,并逐漸成為重要產(chǎn)業(yè)。機械工程從分散性的、主要依賴匠師個人才智和手藝的技藝發(fā)展成為有理論指導的、系統(tǒng)的和獨立的工程技術(shù)。機械工程是促成18～19世紀的工業(yè)革命和資本主義機械大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。
19世紀末,電力供應(yīng)系統(tǒng)和電動機開始發(fā)展和推廣。20世紀初,電動機已在工業(yè)生產(chǎn)中取代了蒸汽機,成為驅(qū)動各種工作機械的基本動力。發(fā)電站初期應(yīng)用蒸汽機為原動機;20世紀初,出現(xiàn)了高效率、高轉(zhuǎn)速、大功率的汽輪機,也出現(xiàn)了適應(yīng)各種水力資源的大、小功率的水輪機。19世紀后期發(fā)明的內(nèi)燃機經(jīng)過逐年改進,成為輕而小、效率高、易于操縱并可隨時啟動的原動機。內(nèi)燃機最初用于驅(qū)動沒有電力供應(yīng)的陸上工作機械,以后又用于汽車、移動機械(如拖拉機、挖掘機械等)和輪船,20世紀中期開始用于鐵路機車。內(nèi)燃機和以后發(fā)明的燃氣輪機和噴氣發(fā)動機,還是飛機、航天器等成功發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)因素之一。
2.機械制造技術(shù)的發(fā)展。工業(yè)革命以前,機械大都是由木工手工制成的木結(jié)構(gòu),金屬(主要是鋼和鐵)僅用以制造儀器、鐘表、鎖、泵和木結(jié)構(gòu)機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作以達到需要的精度。隨著蒸汽機的廣泛使用以及隨之出現(xiàn)的礦山、冶金、輪船和機車等大型機械的發(fā)展,需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多,所用金屬材料由銅、鐵發(fā)展到以鋼為主。機械加工(包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等技術(shù)及其設(shè)備以及切削加工技術(shù)和機床、刀具、量具等)迅速發(fā)展,從而保證了發(fā)展生產(chǎn)所需要的各種機械裝備供應(yīng)。
機械制造技術(shù)是研究產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、加工制造、銷售使用、維修服務(wù)乃至回收再生的整個過程的工程學科,是以提高質(zhì)量、效益、競爭力為目標,包含物質(zhì)流、信息流和能量流的完整的系統(tǒng)工程。隨著社會的發(fā)展,人們對產(chǎn)品的要求也發(fā)生了很大變化,要求品種要多樣、更新要快捷、質(zhì)量要高檔、使用要方便、價格要合理、外形要美觀、自動化程度要高、售后服務(wù)要好,要滿足人們越來越高的要求,就必須采用先進的機械制造技術(shù)。
3.先進機械制造技術(shù)的特點。
3.1 面向工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)。先進制造技術(shù)并不限于制造過程本身,它涉及到產(chǎn)品從市場調(diào)研、產(chǎn)品開發(fā)及工藝設(shè)計、生產(chǎn)準備、加工制造、售后服務(wù)等產(chǎn)品壽命周期的所有內(nèi)容,并將它們結(jié)合成一個有機的整體。先進制造技術(shù)的應(yīng)用特別注意產(chǎn)生最好的實際效果,其目標是為了提高企業(yè)競爭和促進國家經(jīng)濟和綜合實力的增長,目的是要提高制造業(yè)的綜合經(jīng)濟效益和社會效益。
3.2 駕馭生產(chǎn)過程的系統(tǒng)工程。先進制造技術(shù)特別強調(diào)計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、自動化技術(shù)、新材料技術(shù)和現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計、制造和生產(chǎn)組織管理、銷售及售后服務(wù)等方面的應(yīng)用。它要不斷吸收各種高新技術(shù)成果與傳統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié)合,使制造技術(shù)成為能駕馭生產(chǎn)過程的物質(zhì)流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。
3.3 面向全球競爭的技術(shù)。20世紀80年代以來,市場的全球化有了進一步的發(fā)展,發(fā)達國家通過金融、經(jīng)濟、科技手段爭奪市場,傾銷產(chǎn)品,輸出資本。隨著全球市場的形成,使得市場競爭變得越來越激烈,先進制造技術(shù)正是為適應(yīng)這種激烈的市場競爭而出現(xiàn)的。因此,一個國家的先進制造技術(shù),它的主體應(yīng)該具有世界先進水平,應(yīng)能支持該國制造業(yè)在全球市場的競爭力。
3.4 市場競爭三要素的統(tǒng)一。在20世紀70年代以前,產(chǎn)品的技術(shù)相對比較簡單,一個新產(chǎn)品上市,很快就會有相同功能的產(chǎn)品跟著上市。因此,市場競爭的核心是如何提高生產(chǎn)率。到了20世紀80年代以后,制造業(yè)要贏得市場競爭的主要矛盾已經(jīng)從提高勞動生產(chǎn)率轉(zhuǎn)變?yōu)橐詴r間為核心的時間、成本和質(zhì)量的三要素的矛盾。先進制造技術(shù)把這三個矛盾有機結(jié)合起來,使三者達到了統(tǒng)一。
4.先進機械制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。近年來,我國的制造業(yè)不斷采用先進制造技術(shù),但與工業(yè)發(fā)達國家相比,仍然存在一個階段性的整體上的差距。
4.1 管理方面。工業(yè)發(fā)達國家廣泛采用計算機管理,重視組織和管理體制、生產(chǎn)模式的更新發(fā)展,推出了準時生產(chǎn)(JIT)、敏捷制造(AM)、精益生產(chǎn)(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技術(shù)。我國只有少數(shù)大型企業(yè)局部采用了計算機輔助管理,多數(shù)小型企業(yè)仍處于經(jīng)驗管理階段。
4.2 設(shè)計方面。工業(yè)發(fā)達國家不斷更新設(shè)計數(shù)據(jù)和準則,采用新的設(shè)計方法,廣泛采用計算機輔助設(shè)計技術(shù)(CAD/CAM),大型企業(yè)開始無圖紙的設(shè)計和生產(chǎn)。我國采用CAD/CAM技術(shù)的比例較低。
4.3 制造工藝方面。工業(yè)發(fā)達國家較廣泛的采用高精密加工、精細加工、微細加工、微型機械和微米/納米技術(shù)、激光加工技術(shù)、電磁加工技術(shù)、超塑加工技術(shù)以及復合加工技術(shù)等新型加工方法。我國普及率不高,尚在開發(fā)、掌握之中。
4.4 自動化技術(shù)方面。工業(yè)發(fā)達國家普遍采用數(shù)控機床、加工中心及柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS),實現(xiàn)了柔性自動化、知識智能化、集成化。我國尚處在單機自動化、剛性自動化階段,柔性制造單元和系統(tǒng)僅在少數(shù)企業(yè)使用。
5.我國先進機械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。
5.1 全球化。一方面由于國際和國內(nèi)市場上的競爭越來越激烈。例如在機械制造業(yè)中,國內(nèi)外已有不少企業(yè),甚至是知名度很高的企業(yè),在這種無情的競爭中紛紛落敗,有的倒閉,有的被兼并,不少暫時還在國內(nèi)市場上占有份額的企業(yè),不得不擴展新的市場;另一方面,網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的快速發(fā)展推動了企業(yè)向著既競爭又合作的方向發(fā)展,這種發(fā)展進一步激化了國際間市場的競爭。這兩個原因的相互作用,已成為全球化制造業(yè)發(fā)展的動力,全球化制造的第一個技術(shù)基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)化,網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)使制造的全球化得以實現(xiàn)。
5.2 網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的迅速發(fā)展和普及,給企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營活動帶來了革命性的變革。產(chǎn)品設(shè)計、物料選擇、零件制造、市場開拓與產(chǎn)品銷售都可以異地或跨越國界進行。此外,網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的快速發(fā)展,加速技術(shù)信息的交流、加強產(chǎn)品開發(fā)的合作和經(jīng)營管理的學習,推動了企業(yè)向著既競爭又合作的方向發(fā)展。
5.3 虛擬化。制造過程中的虛擬技術(shù)是指面向產(chǎn)品生產(chǎn)過程的模擬和檢驗。檢驗產(chǎn)品的可加工性、加工方法和工藝的合理性,以優(yōu)化產(chǎn)品的制造工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)周期和最低成本為目標,進行生產(chǎn)過程計劃、組織管理、車間調(diào)度、供應(yīng)鏈及物流設(shè)計的建模和仿真。虛擬化的核心是計算機仿真,通過仿真軟件來模擬真實系統(tǒng),以保證產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品工藝的合理性,保證產(chǎn)品制造的成功和生產(chǎn)周期,發(fā)現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)中不可避免的缺陷和錯誤。
5.4 自動化。自動化是一個動態(tài)概念,目前它的研究主要表現(xiàn)在制造系統(tǒng)中的集成技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)、人機一體化制造系統(tǒng)、制造單元技術(shù)、制造過程的計劃和調(diào)度、柔性制造技術(shù)和適應(yīng)現(xiàn)化生產(chǎn)模式的制造環(huán)境等方面。制造自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢是制造全球化、制造敏捷化、制造網(wǎng)絡(luò)化、制造虛擬化、制造智能化和制造綠色化。
5.5 綠色化。綠色制造則通過綠色生產(chǎn)過程、綠色設(shè)計、綠色材料、綠色設(shè)備、綠色工藝、綠色包裝、綠色管理等生產(chǎn)出綠色產(chǎn)品,產(chǎn)品使用完以后再通過綠色處理后加以回收利用。采用綠色制造能最大限度地減少制造對環(huán)境的負面影響,同時使原材料和能源的利用效率達到最高。
機械制造技術(shù)不僅是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志,也是國際間科技競爭的重點。我國正處于經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵時期,機械制造技術(shù)是我們的薄弱環(huán)節(jié)。只有跟上發(fā)展先進機械制造技術(shù)的世界潮流,將其放在戰(zhàn)略優(yōu)先地位,并以足夠的力度予以實施,才能盡快縮小與發(fā)達國家的差距,才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。
參考文獻
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