機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

 21世紀(jì)初，機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)是現(xiàn)代化高新技術(shù)的綜合利用，其趨勢(shì)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(jì)20～40年代發(fā)展起來(lái)的機(jī)械學(xué)科自身的成就——凸輪及其它機(jī)械為基礎(chǔ)，采用專(zhuān)用機(jī)床、夾具、刀具、量具組成的流水式生產(chǎn)線——剛性自動(dòng)化。剛性自動(dòng)化的缺點(diǎn)是嚴(yán)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(guó)際市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。 
目前，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)中，一些國(guó)營(yíng)企業(yè)虧損，產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品大量積壓，除與經(jīng)營(yíng)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(shí)老化有很大關(guān)系。 
為了適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，重振我國(guó)機(jī)械制造業(yè)，很有必要重新認(rèn)識(shí)機(jī)械制造業(yè)，了解當(dāng)前國(guó)際上機(jī)械制造業(yè)和21世紀(jì)初機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)和今后的趨勢(shì)。 

制造技術(shù)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱 

在20世紀(jì)末的1999年第46屆國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)(CIRP)年會(huì)上，該屆年會(huì)主席——日本學(xué)者吉川教授在報(bào)告中指出，世界上各發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)上的競(jìng)爭(zhēng)，主要是制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。在各個(gè)國(guó)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(guó)家和地區(qū)十分重視將世界各國(guó)高新技術(shù)專(zhuān)利買(mǎi)回來(lái)，通過(guò)制造技術(shù)，形成獨(dú)、特、高的產(chǎn)品，率先占領(lǐng)世界市場(chǎng)。這就是他們之所以能崛起、騰飛的決竅。 
機(jī)械制造業(yè)必須領(lǐng)先信息科學(xué)、材料科學(xué)來(lái)改造自己；另一方面，信息科學(xué)、材料科學(xué)也必須依賴(lài)于制造技術(shù)來(lái)取得新的發(fā)展。例如，在計(jì)算機(jī)的發(fā)展中，最關(guān)鍵的問(wèn)題是高密集度的大規(guī)模集成電路與存儲(chǔ)器件的制作，它們有賴(lài)于制造技術(shù)的發(fā)展。 
美、日等國(guó)的專(zhuān)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(dāng)今時(shí)代四大支柱科學(xué)。美國(guó)由于近年來(lái)缺乏對(duì)制造科學(xué)的重視，使他們?cè)S多產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。為此，美國(guó)政府已批準(zhǔn)將先進(jìn)制造計(jì)劃列為1996年國(guó)家預(yù)算唯一重點(diǎn)支持的科技領(lǐng)域，這已引起美國(guó)、日本、歐洲在制造技術(shù)上新一輪的競(jìng)爭(zhēng)。 
要重新認(rèn)識(shí)機(jī)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(jī)械制造，即所謂的機(jī)械加工。它是集機(jī)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(gè)新興技術(shù)與新興工業(yè)。 

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

自動(dòng)化生產(chǎn)中的許多信息需要通過(guò)檢測(cè)來(lái)提供，生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種故障要通過(guò)檢測(cè)去發(fā)現(xiàn)和防止，所需要的精度也要靠檢測(cè)來(lái)保證。沒(méi)有可靠的檢測(cè)就沒(méi)有現(xiàn)代化與自動(dòng)化，更沒(méi)有高效率和高質(zhì)量。 

在本屆年會(huì)上，幾篇有關(guān)“裝配系統(tǒng)的新發(fā)展”論文中均強(qiáng)調(diào)指出，為適應(yīng)柔性自動(dòng)化的需要，機(jī)器人必須有視覺(jué)系統(tǒng)，能對(duì)裝配件的形體與姿態(tài)進(jìn)行識(shí)別，應(yīng)裝有位置與觸覺(jué)傳感器，進(jìn)行精確定位與抓握力的控制，自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)也應(yīng)有視覺(jué)或聲發(fā)射傳感器，以發(fā)現(xiàn)行進(jìn)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(cè)為主線來(lái)進(jìn)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(guò)程”，它只加工一個(gè)點(diǎn)，為了獲得所需形狀，需要通過(guò)檢測(cè)來(lái)控制，激光加工是一種侵蝕過(guò)程，其形態(tài)需要通過(guò)傳感器檢測(cè)和控制。激光加工之所以能實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵在于傳感器。在本屆年會(huì)上，有許多論文均著重指出：越是柔性化的過(guò)程，越需要傳感器。 

當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)是高新技術(shù)的綜合利用 

當(dāng)前機(jī)械制造技術(shù)不僅在它的信息處理與控制等方面運(yùn)用了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光加工技術(shù)，在加工機(jī)理、切削過(guò)程乃至所用的刀具也無(wú)不滲透著當(dāng)代的高新技術(shù)，再也不是原來(lái)意義上的“機(jī)械加工”了。例如激光加工，通過(guò)控制光束與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以在一臺(tái)機(jī)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(dòng)作，它在21世紀(jì)初可能引起機(jī)械加工的一場(chǎng)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(cè)量等技術(shù)，已經(jīng)在汽車(chē)工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，并獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 
當(dāng)今，將機(jī)械加工分為切削加工與無(wú)屑加工已不確切。進(jìn)入20世紀(jì)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(xì)光束，對(duì)盛在容器內(nèi)的液體塑料進(jìn)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(jì)算機(jī)控制，只需在形成零件實(shí)體處曝光，盛有液態(tài)塑料的工作臺(tái)可作步進(jìn)橫向運(yùn)動(dòng)與升降運(yùn)動(dòng)。在激光掃描運(yùn)動(dòng)與工作臺(tái)橫向運(yùn)動(dòng)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(gè)平面，工作臺(tái)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(lái)的發(fā)展方向之一。 
許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的學(xué)者、專(zhuān)家在談到生產(chǎn)過(guò)程柔性化、敏捷化、智能化、信息化時(shí)，都指出機(jī)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(jì)算機(jī)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(jī)械制造的面貌，而機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展又為這些科學(xué)提供新的工具，進(jìn)一步促進(jìn)這些科學(xué)的發(fā)展。 


21世紀(jì)初機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì) 

21世紀(jì)初，機(jī)械制造業(yè)總的發(fā)展趨勢(shì)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(chǎng)準(zhǔn)備時(shí)間縮為最短，使機(jī)械制造廠機(jī)制能靈活轉(zhuǎn)向； 
(3)智能化：柔性自動(dòng)化的重要組成部分，它是柔性自動(dòng)化的新發(fā)展和延伸。人類(lèi)不僅要擺脫繁重的體力勞動(dòng)，而且還要從繁瑣的計(jì)算、分析等腦力勞動(dòng)中解放出來(lái)，以便有更多的精力從事高層次的創(chuàng)造性勞動(dòng)。智能化促進(jìn)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(jì)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(guó)、日本和歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家的統(tǒng)計(jì)，1975～1995年機(jī)械零件的種類(lèi)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(dòng)不直接增加產(chǎn)品附加值，產(chǎn)品工藝過(guò)程、組織管理日益復(fù)雜化。設(shè)計(jì)、工藝準(zhǔn)備等項(xiàng)工作約占為完成用戶訂貨總時(shí)間的60%以上。另一方面，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，供貨期與產(chǎn)品質(zhì)量往往起著比價(jià)格更為重要的作用。敏捷化已是在機(jī)械制造業(yè)面前的重大課題。在技術(shù)上要實(shí)現(xiàn)柔性化，在生產(chǎn)組織上要實(shí)現(xiàn)變革，這些都是機(jī)械制造企業(yè)刻不容緩的大事； 
(4)信息化：機(jī)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(jià)值，而是由借助于物質(zhì)和能量的力量生產(chǎn)出價(jià)值。因此，信息產(chǎn)業(yè)和智力產(chǎn)業(yè)將成為社會(huì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。機(jī)械制造也將是由信息主導(dǎo)的，并采用先進(jìn)生產(chǎn)模式、先進(jìn)制造系統(tǒng)、先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)組織管理方式的全新的機(jī)械制造業(yè)。21世紀(jì)初，機(jī)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(jìn)入20世紀(jì)90年代，在國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)年會(huì)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(shí)生產(chǎn)(Aqiling Production)等方面的論文。這些都將是21世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)十分熱門(mén)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(jì)初機(jī)械制造業(yè)總的發(fā)展趨勢(shì)。