机械制造业的发展趋势

 21世纪初，机械制造业发展的特点是现代化高新技术的综合利用，其趋势是四化：即柔性化、敏捷化、智能化和信息化。再也不是以20世纪20～40年代发展起来的机械学科自身的成就——凸轮及其它机械为基础，采用专用机床、夹具、刀具、量具组成的流水式生产线——刚性自动化。刚性自动化的缺点是严重影响产品的更新换代，妨碍采用高新技术，产品在国际市场上缺乏竞争力。 
目前，我国机械制造业中，一些国营企业亏损，产品在国内外市场上缺乏竞争力，产品大量积压，除与经营管理体制有关外，与企业设备陈旧、工程技术人员知识老化有很大关系。 
为了适应市场经济，重振我国机械制造业，很有必要重新认识机械制造业，了解当前国际上机械制造业和21世纪初机械制造业发展的特点和今后的趋势。 

制造技术是国民经济发展的支柱 

在20世纪末的1999年第46届国际生产工程学会(CIRP)年会上，该届年会主席——日本学者吉川教授在报告中指出，世界上各发达工业国家经济上的竞争，主要是制造技术的竞争。在各个国家企业生产力的构成中，制造技术的作用一般占55%～65%，日本及亚洲四小龙的发展，在很大程度上都是与他们重视制造技术有关。这些国家和地区十分重视将世界各国高新技术专利买回来，通过制造技术，形成独、特、高的产品，率先占领世界市场。这就是他们之所以能崛起、腾飞的决窍。 
机械制造业必须领先信息科学、材料科学来改造自己；另一方面，信息科学、材料科学也必须依赖于制造技术来取得新的发展。例如，在计算机的发展中，最关键的问题是高密集度的大规模集成电路与存储器件的制作，它们有赖于制造技术的发展。 
美、日等国的专家已将制造科学与信息科学、材料科学、生物科学一起列为当今时代四大支柱科学。美国由于近年来缺乏对制造科学的重视，使他们许多产品缺乏竞争力。为此，美国政府已批准将先进制造计划列为1996年国家预算唯一重点支持的科技领域，这已引起美国、日本、欧洲在制造技术上新一轮的竞争。 
要重新认识机械制造业，尚包含着另一种意义。它已经不是传统意义上的机械制造，即所谓的机械加工。它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新兴技术与新兴工业。 

检测技术是现代机械制造技术发展的根本保证 

自动化生产中的许多信息需要通过检测来提供，生产中出现的各种故障要通过检测去发现和防止，所需要的精度也要靠检测来保证。没有可靠的检测就没有现代化与自动化，更没有高效率和高质量。 

在本届年会上，几篇有关“装配系统的新发展”论文中均强调指出，为适应柔性自动化的需要，机器人必须有视觉系统，能对装配件的形体与姿态进行识别，应装有位置与触觉传感器，进行精确定位与抓握力的控制，自动导引车也应有视觉或声发射传感器，以发现行进中可能遇到的障碍物。在“激光加工的传感器”和“表面粗糙度与表面形貌学”两篇论文中，则完全以检测为主线来进行讨论。在“激光加工中的传感器”一文中指出，激光加工本身是一种“盲过程”，它只加工一个点，为了获得所需形状，需要通过检测来控制，激光加工是一种侵蚀过程，其形态需要通过传感器检测和控制。激光加工之所以能实现，关键在于传感器。在本届年会上，有许多论文均着重指出：越是柔性化的过程，越需要传感器。 

当前机械制造业发展的特点是高新技术的综合利用 

当前机械制造技术不仅在它的信息处理与控制等方面运用了微电子技术、计算机技术、激光加工技术，在加工机理、切削过程乃至所用的刀具也无不渗透着当代的高新技术，再也不是原来意义上的“机械加工”了。例如激光加工，通过控制光束与工件的相对运动，可以在一台机床上加工出孔、槽，二维、三维曲面等各种形状，完成钻、铣、镗等动作，它在21世纪初可能引起机械加工的一场新的革命。激光切割、焊接、裁剪、成形加工以及激光快速找正、激光测量等技术，已经在汽车工业中得到广泛应用，并获得巨大的经济效益。 
当今，将机械加工分为切削加工与无屑加工已不确切。进入20世纪90年代，又发明了一种快速成形加工方法。由激光器发出的紫外光经光学系统汇聚成一支细光束，对盛在容器内的液体塑料进行扫描。这种塑料能利用紫外激光的光化作用使其表面固化。根据所需要制造零件的尺寸与形状，由计算机控制，只需在形成零件实体处曝光，盛有液态塑料的工作台可作步进横向运动与升降运动。在激光扫描运动与工作台横向运动配合下，在激光光束扫描的地方形成一层薄薄的固化膜。每扫完一个平面，工作台下降0.05mm。这样一层层的塑料按规定形状的图形固化，可以制成任意复杂的零件，这种加工方法是未来的发展方向之一。 
许多工业发达国家的学者、专家在谈到生产过程柔性化、敏捷化、智能化、信息化时，都指出机械制造工程师应掌握和综合利用工程数学、激光学、激光电子技术、计算机技术、控制论、生物学、材料科学、管理科学、人文科学等高新技术，这些科学将改变着机械制造的面貌，而机械制造技术的发展又为这些科学提供新的工具，进一步促进这些科学的发展。 


21世纪初机械制造业发展的总趋势 

21世纪初，机械制造业总的发展趋势为“四化”： 
(1)柔性化：使工艺装备与工艺路线能适用于生产各种产品的需要，能适用于迅速更换工艺、更换产品的需要； 
(2)敏捷化：使产品推向市场准备时间缩为最短，使机械制造厂机制能灵活转向； 
(3)智能化：柔性自动化的重要组成部分，它是柔性自动化的新发展和延伸。人类不仅要摆脱繁重的体力劳动，而且还要从繁琐的计算、分析等脑力劳动中解放出来，以便有更多的精力从事高层次的创造性劳动。智能化促进柔性化，它使生产系统具有更完善的判断与适应能力。 
21世纪初，产品的更新换代将不断加快，各种各样的需要不断增加。据美国、日本和欧洲等发达国家的统计，1975～1995年机械零件的种类增加了40％～50％，而75％～85％的工作人员不直接与材料打交道，转与信息打交道。80％～88％的活动不直接增加产品附加值，产品工艺过程、组织管理日益复杂化。设计、工艺准备等项工作约占为完成用户订货总时间的60%以上。另一方面，在激烈的市场竞争中，供货期与产品质量往往起着比价格更为重要的作用。敏捷化已是在机械制造业面前的重大课题。在技术上要实现柔性化，在生产组织上要实现变革，这些都是机械制造企业刻不容缓的大事； 
(4)信息化：机械制造业将不再是由物质和能量借助于信息的力量生产出价值，而是由借助于物质和能量的力量生产出价值。因此，信息产业和智力产业将成为社会的主导产业。机械制造也将是由信息主导的，并采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理方式的全新的机械制造业。21世纪初，机械制造业的重要特征表现在它的全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造等。 
进入20世纪90年代，在国际生产工程学会年会上，每届都有大量关于并行工程(Concurrent Engineering)、精益生产(Lean Production)、及时生产(Aqiling Production)等方面的论文。这些都将是21世纪机械制造业十分热门的研究课题，所以，柔性化、敏捷化、智能化和信息化便成为21世纪初机械制造业总的发展趋势。