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)展起來的機械學科自身的成就——凸輪及其它機械為基礎，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，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)營管理體制有關外，與企業(yè)設備陳舊、工程技術人員知識老化有很大關系。 
為了適應市場經(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)工程學會(CIRP)年會上，該屆年會主席——日本學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，主要是制造技術的競爭。在各個國家企業(yè)生產(chǎn)力的構成中，制造技術的作用一般占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有關。這些國家和地區(qū)十分重視將世界各國高新技術專利買回來，通過制造技術，形成獨、特、高的產(chǎn)品，率先占領世界市場。這就是他們之所以能崛起、騰飛的決竅。 
機械制造業(yè)必須領先信息科學、材料科學來改造自己；另一方面，信息科學、材料科學也必須依賴于制造技術來取得新的發(fā)展。例如，在計算機的發(fā)展中，最關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的發(fā)展。 
美、日等國的專家已將制造科學與信息科學、材料科學、生物科學一起列為當今時代四大支柱科學。美國由于近年來缺乏對制造科學的重視，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年國家預算唯一重點支持的科技領域，這已引起美國、日本、歐洲在制造技術上新一輪的競爭。 
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、信息科學、材料科學、生物科學、激光學、管理學等最新成就為一體的一個新興技術與新興工業(yè)。 

檢測技術是現(xiàn)代機械制造技術發(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“裝配系統(tǒng)的新發(fā)展”論文中均強調(diào)指出，為適應柔性自動化的需要，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，自動導引車也應有視覺或聲發(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”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的綜合利用 

當前機械制造技術不僅在它的信息處理與控制等方面運用了微電子技術、計算機技術、激光加工技術，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，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，已經(jīng)在汽車工業(yè)中得到廣泛應用，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掌握和綜合利用工程數(shù)學、激光學、激光電子技術、計算機技術、控制論、生物學、材料科學、管理科學、人文科學等高新技術，這些科學將改變著機械制造的面貌，而機械制造技術的發(fā)展又為這些科學提供新的工具，進一步促進這些科學的發(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、組織管理日益復雜化。設計、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)將成為社會的主導產(chǎn)業(yè)。機械制造也將是由信息主導的，并采用先進生產(chǎn)模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術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)工程學會年會上，每屆都有大量關于并行工程(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。