关于先进制造技术论文
改革开放以来，通过技术改造和引进国外先进制造技术，使我国的制造工业有了长足的进步，下面是小编整理的关于先进制造技术论文，希望你能从中得到感悟!
关于先进制造技术论文篇一
先进生产制造技术
摘 要： 分别介绍CAPP、CAM、FMS、CIMS、AM和IMS等先进生产制造技术，探讨相关的关键技术及发展趋势
关键词： 制造技术;计算机柔性;敏捷;智能
专家认为，世界上各个国家的经济竞争，主要是制造技术的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上，随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国政府都非常重视对先进生产制造技术的研究。
1 计算机辅助工艺设计(CAPP)
1.1 CAPP概述
CAPP是将产品零件的设计信息和加工条件输入计算机，建立工艺数据库，计算机依据这些些信息自动进行编码、绘图、建立工艺文件。CAPP不仅解决了工艺过程设计中的多样性问题，减少了工艺人员的重复劳动，而且有利于实现标准化和工艺过程的优化，保证工艺设计的质量。
1.2 CAPP的发展趋势
1)知识化、智能化：基于知识的CAPP系统作为工艺设计的辅助工具，具有将工艺专家的知识和经验积累起来并加以利用的任务。该系统必将在表达、获取和处理各种知识的灵活性和有效性上进一步发展。
2)工具化、工程化：CAPP既要适应各企业的具体情况，又要控制针对具体企业的实施工作量、提高通用性，因此，需要加强CAPP系统的工具化和工程化。
3)网络化、集成化：CAPP是CAD与CAM之间的桥梁，是CAQ、PDM及ERP的重要产品信息来源，必须在并行工程思想的指导下实现CAPP与CAD、CAM等系统的全面集成。网络化是现代系统集成应用的必然要求。
4)交互式、渐近式：CAPP系统用来帮助而不是取代工艺设计人员，操作者要有足够的判断能力和工艺知识，做出关键决策。知识库及使用法则需要逐步建立、完善、验证，基于知识的、商品化的CAPP工具系统需要有目标、有计划的渐近式发展。
2 计算机辅助制造技术(CAM)
2.1 CAM概述
CAM有狭义和广义的两个概念。CAM的狭义概念是从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动，包括CAPP、数控编程、工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的制订等。CAM的广义概念包括其狭义定义包含的所有内容，还包括制造活动中与物流有关的所有过程(加工、装配、检验、存贮、输送)的监视、控制和管理。
CAM的工作步骤：准备被加工零件的几何模型→生成加工轨迹(刀位轨迹)→校验加工轨迹→后置处理，生成NC代码→反读数控代码，检查加工代码的重要性→数控代码传至数控机床。
2.3 CAM的关键技术
1)数控编程技术：数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。合理的数控编程可以保证产品达到很高的加工精度和稳定的加工质量。在实现设计加工自动化和缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。
2)NC刀具轨迹生成技术：数控编程的核心工作是生成刀具轨迹，然后将其离散成刀位点，经后置处理产生数控加工程序。
3)数控仿真技术：是利用计算机来模拟实际加工过程，是验证数控加工程序的可靠性和预测切削过程的有力工具。切削过程仿真分为几何仿真和力学仿真两个方面。
3 柔性制造系统(FMS)
3.1 FMS概述
FMS是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。
FMS工程中的柔性有多种涵义，除了加工柔性外，还包含设备柔性、工艺柔性、产品柔性、流程柔性、批量柔性、扩展柔性和生产柔性。
应用FMS可以获得明显的制造优势，FMS是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势。
3.2 FMS的发展趋势
1)FMS的小型化：FMS需要大量的设备投资，FMC可认为是FMS中最小的一种，或可认为是扩大了功能的加工中心或切削中心。它也能提高机床利用率，增大生产柔性，提高产品质量及生产率。
2)开发经济型FMS：由于FMS需要先进的技术、投资大，影响了它的推广。开发经济型FMS，其规模为2-7台加工中心，或以NC机床等通用机床为基础构成。组成的单机可作FMC使用，系统建立可分步扩展。
3)向模块化和标准化发展：模块化已成为当前FMS设计、制造和系统扩展的一个主要原则，即FMS的各系统(机床、运贮系统、控制系统及软件)均采用模块化和标准化。
4)向功能复杂化方向发展：目前，大多数FMS仍然是以机加工为主，今后的发展将是扩大工艺范围，如装配、热处理等。
5)采用模拟仿真技术：采用计算机仿真技术建立FMS系统的模型，可预先了解系统的运行情况，对系统的相关参数进行评估。目前，FMS系统的建模与仿真技术已经成为国内外的研究热点。
4 计算机集成制造系统(CIMS)
4.1 CIMS概述
计算机集成制造(CIM)：是企业生产从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动，是一个不可分割的整体。整个生产过程实质上是一个数据采集、传递和加工处理的过程。最终形成的产品，可以看作数据的物质表现。实际上就是强调整体观点(即系统观点)和信息观点。其实质内容是信息(数据)的集成。
CIM技术是实现CIM理念的各种技术的总称，而CIMS则是以CIM为理念的一种新型生产系统。CIMS在提高企业竞争方面起着重要的作用。它保障和提高了新产品开发的质量;缩短了新产品上市的周期;降低了产品的成本。
CIMS通过实现信息集成、功能集成和过程集成，提供了改善生产组织方式、提高管理水平的有效手段，加速了企业管理技术的革新。 4.2 CIMS的发展趋势
1)集成化：从当前企业内部的的功能集成和信息集成，发展到过程集成(以并行工程为代表)并正在步入实现企业间集成的阶段(以敏捷制造为代表)。
2)数字化/虚拟化：从产品的数字化设计开始发展到产品全生命周期中各类活动、设备及实体的数字化。在数字化基础上，虚拟化技术正在迅速发展，包括虚拟产品开发、虚拟现实应用和虚拟制造。
3)网络化：从基于局域网发展到基于Intranet/Internet/
Extranet的分布网络制造，以支持全球制造策略的实现。
4)柔性化：正积极研究发展企业间动态联盟技术、敏捷设计生产技术、柔性可重组机器技术等，以实现敏捷制造。
5)智能化：是制造系统在柔性化和集成化基础上进一步延伸与发展，引入智能控制技术和人工智能，实现具有智能、自律、敏捷、仿生、分布、分形等特点的新一代制造系统。
6)绿色化：包括绿色制造、生态工厂、清洁化生产、环境意识的设计与制造等。它是全球可持续发展战略在制造业中的体现。
5 敏捷制造(AM)技术
5.1 AM技术概述
AM是指制造企业采用现代通信手段，通过快速配置各种资源(包括技术、管理和人)，以有效和协调的方式响应用户需求，实现制造的敏捷性，提高企业在不断变化、不可预测的经营环境中快速应变的能力。
AM的实质是在先进的柔性制造技术的基础上，通过企业内部和外部多功能项目组，组建虚拟公司，它是一种多变的动态组织结构，可把全球范围内的各种资源(包括人的资源)集成在一起，实现技术、管理和人的集成，从而在整个产品生命周期内最大限度的满足用户需求，提高企业的竞争能力。目的是快速响应市场的变化，在尽可能短的时间内向市场提供适销对路的环保型产品。
5.2 AM的关键技术
1)并行工程技术：强调工作流程的并行进行，即产品的设计过程、生产准备过程甚至加工过程可以同步进行，可及早发现并修改设计方案存在的问题，还可缩短新产品的开发周期，降低成本，提高产品质量。
2)虚拟制造技术：是将制造企业的一切活动，如设计过程、加工过程、装配过程、生产管理、企业管理等建立与现实系统完全相同的计算机模型即虚拟系统，利用它模拟运行整个企业的一切活动并进行参数的调整，在求得最佳运行参数后再进行实际制造活动，确保整个运行都在最佳状态。
3)计算机网络技术：由于敏捷制造和动态联盟是跨结构、跨地区的全球企业组织方式，计算机网络通信技术成为其最基本的技术基础。
4)系统集成技术：开放式体系结构、信息及交换的标准化是实现系统整体集成的关键。敏捷制造的系统集成所要面对的是连续变化的动态系统，在系统集成运行的条件下，保证系统各部分功能的独立性。
5)动态联盟技术：动态联盟是由多个本质上独立的企业，为了完成一个共同的目标而结成的暂时性同盟。动态同盟中的盟主最先发现市场机遇或客户要求，拥有主要的核心资源，通过合理选择合作伙伴，组成分布式的制造网络。各合作伙伴成员充分发挥各自的特长和优势，联合完成产品的开发、设计、制造和销售全过程。
6)产品数据管理(PDM)技术：PDM是一种从数据库基础上发展起来的信息集成技术，能管理所有与产品相关的信息和过程。从广义上讲，它可以覆盖整个企业从产品的市场需求、研究与开发、产品设计、工程制造、销售、服务与维护等各个领域、全生命周期中的产品信息。
5.3 AM的发展趋势
1)面向知识和信息网络，建立一套支持敏捷制造数字化、集成化、智能化、并行化的多模态人机交互信息处理与应用理论及方法，根据用户的个性化需求和市场的竞争趋势，以有效地组织敏捷制造的动态联盟，充分利用各种资源进行多模态人机协同的敏捷制造，尽快响应市场需求。
2)基于知识和信息网络，对定制产品的外观形态、方案布局和多模态环境下人机交互等环节的支持加强，以提高敏捷制造系统的可塑性及定制产品的美观性、宜人性等方面运作过程的可视化。
3)利用多模态人机交互技术改变企业以试制、试验和改进为主的传统制造开发过程，使之转变为市场需求下以分析、设计和评估为主，并基于知识和信息网络迅速组成动态联盟的可视化敏捷制造，从而缩短产品开发时间，提高市场竞争力。
6 智能制造系统(IMS)
6.1 IMS概述
IMS是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统。智能制造的概念源于人工智能的研究，它突出了在各个制造环节中，以一种高度集成与柔性的方式，借助计算机模拟人类专家的智能活动，进行构思、分析、判断、推理和决策，延伸或取代制造环境中人的部分脑力劳动，同时继承、收集、存储、共享、完善和发展人类专家的制造智能。
6.2 IMS的特征
1)自律能力：即理解与搜集自身和环境信息，并进行判断、分析和规划自身行为的能力。
2)人机一体化：IMS不单纯是“人工智能”系统，而是人机一体化智能系统，是一种混合智能。人机一体化突出了人在制造系统中的核心地位，同时在智能机器的配合下，更好地发挥人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事，相互协作、相互“理解”的关系。
3)虚拟现实技术：是实现虚拟制造的支持技术，也是实现高水平人机一体化的关键技术。其特点是要按照人们的意愿任意变化，这种人机结合的新一代智能界面，是智能制造的一个显著特征。
4)自组织与超柔性：IMS能够依据工作任务的需要，自行组成一种最佳结构，其柔性不仅表现在结构形式上，而且表现在运行方式上，所以称这种柔性为超柔性，就像人类专家组成的群体，具有生物特征。
5)学习能力与自我维护能力：IMS能够在实践中不断充实知识库，具有自学习功能。同时，在运行过程中自行进行故障诊断、并具有自行维护、自行排除故障的能力。使智能制造系统能够自我优化并适应各种复杂的环境。
6.3 IMS的关键技术
1)智能设计：把专家系统引入设计领域，将人们从繁重的劳动中解脱出来。目前在CAD/CAPP/CAM领域中应用专家系统已取得了一定的进展。
2)智能机器人：应具有视觉、听觉、触觉、语音、分析判断等功能，与机械手不同。
3)智能诊断：除了计算机的自诊断功能外，还可以进行故障分析、原因查找和故障的自动排除，保证系统在无人状态下正常工作。
4)自适应功能：目前人们是靠经验来控制制造系统，加工时不可能达到最佳状态，产品质量很难提高。要实现自适应功能，在线的自动检测和自动调整是关键技术。
5)智能管理系统：应具备对生产过程的自动调度，信息的收集、整理与反馈以及企业的各种情况的资料库等。
7 结束语
随着市场需求个性化与多样化，未来先进生产制造技术的发展的总趋势是向柔性化、虚拟化、网络化、集成化、智能化、清洁化、全球化的方向发展。
参考文献：
[1]庄万玉、丁杰雄、凌丹、秦东兴编著，制造技术，北京：国防工业出版社，2012.10.
[2]刘忠伟主编，先进制造技术，北京：国防工业出版社，2006.8.
[3]黄宗南、洪跃编著，先进制造技术，上海：上海交通大学出版社，2010.
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