機械制造業(yè)的發(fā)展趨勢

 21世紀初，機械制造業(yè)發(fā)展的特點是現(xiàn)代化高新技術(shù)的綜合利用，其趨勢是四化：即柔性化、敏捷化、智能化和信息化。再也不是以20世紀20～40年代發(fā)展起來的機械學(xué)科自身的成就——凸輪及其它機械為基礎(chǔ)，采用專用機床、夾具、刀具、量具組成的流水式生產(chǎn)線——剛性自動化。剛性自動化的缺點是嚴重影響產(chǎn)品的更新?lián)Q代，妨礙采用高新技術(shù)，產(chǎn)品在國際市場上缺乏競爭力。 
目前，我國機械制造業(yè)中，一些國營企業(yè)虧損，產(chǎn)品在國內(nèi)外市場上缺乏競爭力，產(chǎn)品大量積壓，除與經(jīng)營管理體制有關(guān)外，與企業(yè)設(shè)備陳舊、工程技術(shù)人員知識老化有很大關(guān)系。 
為了適應(yīng)市場經(jīng)濟，重振我國機械制造業(yè)，很有必要重新認識機械制造業(yè)，了解當前國際上機械制造業(yè)和21世紀初機械制造業(yè)發(fā)展的特點和今后的趨勢。 

制造技術(shù)是國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱 

在20世紀末的1999年第46屆國際生產(chǎn)工程學(xué)會(CIRP)年會上，該屆年會主席——日本學(xué)者吉川教授在報告中指出，世界上各發(fā)達工業(yè)國家經(jīng)濟上的競爭，主要是制造技術(shù)的競爭。在各個國家企業(yè)生產(chǎn)力的構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用一般占55%～65%，日本及亞洲四小龍的發(fā)展，在很大程度上都是與他們重視制造技術(shù)有關(guān)。這些國家和地區(qū)十分重視將世界各國高新技術(shù)專利買回來，通過制造技術(shù)，形成獨、特、高的產(chǎn)品，率先占領(lǐng)世界市場。這就是他們之所以能崛起、騰飛的決竅。 
機械制造業(yè)必須領(lǐng)先信息科學(xué)、材料科學(xué)來改造自己；另一方面，信息科學(xué)、材料科學(xué)也必須依賴于制造技術(shù)來取得新的發(fā)展。例如，在計算機的發(fā)展中，最關(guān)鍵的問題是高密集度的大規(guī)模集成電路與存儲器件的制作，它們有賴于制造技術(shù)的發(fā)展。 
美、日等國的專家已將制造科學(xué)與信息科學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)一起列為當今時代四大支柱科學(xué)。美國由于近年來缺乏對制造科學(xué)的重視，使他們許多產(chǎn)品缺乏競爭力。為此，美國政府已批準將先進制造計劃列為1996年國家預(yù)算唯一重點支持的科技領(lǐng)域，這已引起美國、日本、歐洲在制造技術(shù)上新一輪的競爭。 
要重新認識機械制造業(yè)，尚包含著另一種意義。它已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的機械制造，即所謂的機械加工。它是集機械、電子、光學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)、激光學(xué)、管理學(xué)等最新成就為一體的一個新興技術(shù)與新興工業(yè)。 

檢測技術(shù)是現(xiàn)代機械制造技術(shù)發(fā)展的根本保證 

自動化生產(chǎn)中的許多信息需要通過檢測來提供，生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種故障要通過檢測去發(fā)現(xiàn)和防止，所需要的精度也要靠檢測來保證。沒有可靠的檢測就沒有現(xiàn)代化與自動化，更沒有高效率和高質(zhì)量。 

在本屆年會上，幾篇有關(guān)“裝配系統(tǒng)的新發(fā)展”論文中均強調(diào)指出，為適應(yīng)柔性自動化的需要，機器人必須有視覺系統(tǒng)，能對裝配件的形體與姿態(tài)進行識別，應(yīng)裝有位置與觸覺傳感器，進行精確定位與抓握力的控制，自動導(dǎo)引車也應(yīng)有視覺或聲發(fā)射傳感器，以發(fā)現(xiàn)行進中可能遇到的障礙物。在“激光加工的傳感器”和“表面粗糙度與表面形貌學(xué)”兩篇論文中，則完全以檢測為主線來進行討論。在“激光加工中的傳感器”一文中指出，激光加工本身是一種“盲過程”，它只加工一個點，為了獲得所需形狀，需要通過檢測來控制，激光加工是一種侵蝕過程，其形態(tài)需要通過傳感器檢測和控制。激光加工之所以能實現(xiàn)，關(guān)鍵在于傳感器。在本屆年會上，有許多論文均著重指出：越是柔性化的過程，越需要傳感器。 

當前機械制造業(yè)發(fā)展的特點是高新技術(shù)的綜合利用 

當前機械制造技術(shù)不僅在它的信息處理與控制等方面運用了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、激光加工技術(shù)，在加工機理、切削過程乃至所用的刀具也無不滲透著當代的高新技術(shù)，再也不是原來意義上的“機械加工”了。例如激光加工，通過控制光束與工件的相對運動，可以在一臺機床上加工出孔、槽，二維、三維曲面等各種形狀，完成鉆、銑、鏜等動作，它在21世紀初可能引起機械加工的一場新的革命。激光切割、焊接、裁剪、成形加工以及激光快速找正、激光測量等技術(shù)，已經(jīng)在汽車工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，并獲得巨大的經(jīng)濟效益。 
當今，將機械加工分為切削加工與無屑加工已不確切。進入20世紀90年代，又發(fā)明了一種快速成形加工方法。由激光器發(fā)出的紫外光經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)匯聚成一支細光束，對盛在容器內(nèi)的液體塑料進行掃描。這種塑料能利用紫外激光的光化作用使其表面固化。根據(jù)所需要制造零件的尺寸與形狀，由計算機控制，只需在形成零件實體處曝光，盛有液態(tài)塑料的工作臺可作步進橫向運動與升降運動。在激光掃描運動與工作臺橫向運動配合下，在激光光束掃描的地方形成一層薄薄的固化膜。每掃完一個平面，工作臺下降0.05mm。這樣一層層的塑料按規(guī)定形狀的圖形固化，可以制成任意復(fù)雜的零件，這種加工方法是未來的發(fā)展方向之一。 
許多工業(yè)發(fā)達國家的學(xué)者、專家在談到生產(chǎn)過程柔性化、敏捷化、智能化、信息化時，都指出機械制造工程師應(yīng)掌握和綜合利用工程數(shù)學(xué)、激光學(xué)、激光電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制論、生物學(xué)、材料科學(xué)、管理科學(xué)、人文科學(xué)等高新技術(shù)，這些科學(xué)將改變著機械制造的面貌，而機械制造技術(shù)的發(fā)展又為這些科學(xué)提供新的工具，進一步促進這些科學(xué)的發(fā)展。 


21世紀初機械制造業(yè)發(fā)展的總趨勢 

21世紀初，機械制造業(yè)總的發(fā)展趨勢為“四化”： 
(1)柔性化：使工藝裝備與工藝路線能適用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的需要，能適用于迅速更換工藝、更換產(chǎn)品的需要； 
(2)敏捷化：使產(chǎn)品推向市場準備時間縮為最短，使機械制造廠機制能靈活轉(zhuǎn)向； 
(3)智能化：柔性自動化的重要組成部分，它是柔性自動化的新發(fā)展和延伸。人類不僅要擺脫繁重的體力勞動，而且還要從繁瑣的計算、分析等腦力勞動中解放出來，以便有更多的精力從事高層次的創(chuàng)造性勞動。智能化促進柔性化，它使生產(chǎn)系統(tǒng)具有更完善的判斷與適應(yīng)能力。 
21世紀初，產(chǎn)品的更新?lián)Q代將不斷加快，各種各樣的需要不斷增加。據(jù)美國、日本和歐洲等發(fā)達國家的統(tǒng)計，1975～1995年機械零件的種類增加了40％～50％，而75％～85％的工作人員不直接與材料打交道，轉(zhuǎn)與信息打交道。80％～88％的活動不直接增加產(chǎn)品附加值，產(chǎn)品工藝過程、組織管理日益復(fù)雜化。設(shè)計、工藝準備等項工作約占為完成用戶訂貨總時間的60%以上。另一方面，在激烈的市場競爭中，供貨期與產(chǎn)品質(zhì)量往往起著比價格更為重要的作用。敏捷化已是在機械制造業(yè)面前的重大課題。在技術(shù)上要實現(xiàn)柔性化，在生產(chǎn)組織上要實現(xiàn)變革，這些都是機械制造企業(yè)刻不容緩的大事； 
(4)信息化：機械制造業(yè)將不再是由物質(zhì)和能量借助于信息的力量生產(chǎn)出價值，而是由借助于物質(zhì)和能量的力量生產(chǎn)出價值。因此，信息產(chǎn)業(yè)和智力產(chǎn)業(yè)將成為社會的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。機械制造也將是由信息主導(dǎo)的，并采用先進生產(chǎn)模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術(shù)和先進組織管理方式的全新的機械制造業(yè)。21世紀初，機械制造業(yè)的重要特征表現(xiàn)在它的全球化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調(diào)的綠色制造等。 
進入20世紀90年代，在國際生產(chǎn)工程學(xué)會年會上，每屆都有大量關(guān)于并行工程(Concurrent Engineering)、精益生產(chǎn)(Lean Production)、及時生產(chǎn)(Aqiling Production)等方面的論文。這些都將是21世紀機械制造業(yè)十分熱門的研究課題，所以，柔性化、敏捷化、智能化和信息化便成為21世紀初機械制造業(yè)總的發(fā)展趨勢。