機械工程師論文征稿機械制造技術

　　本篇文章是由《機械職業教育》發表的機械論文，創刊于1980年，榮獲“中國職教期刊一等獎”，是中國機械工業教育協會高職與中專教育分會的會刊，由中國機械工業教育協會與無錫職業技術學院等聯會主辦。主要刊登有關職業教育研究及教育教學改革的理論探討和實踐總結，傳遞國家關于職業教育的方針政策，推動職教改革，促進我國職教事業的發展。

　　【摘要】機械制造技術不僅是衡量一個國家科技發展水平的重要標志,也是國際間科技競爭的重點。本文對機械制造技術在我國及世界歷史上的發展作了簡要陳述,對先進機械制造技術的現狀及技術特點進行概括介紹,并簡述了未來機械制造技術的發展方向。

　　【關鍵詞】機械制造簡史 先進機械制造技術 發展現狀 發展趨勢

　　中國是世界上機械制造技術發展最早的國家之一。中國的機械制造技術歷史悠久,成就輝煌,不僅對中國的社會經濟發展起到了重要的促進作用,而且對世界技術文明的進步做出了重大貢獻。傳統機械制造方面,我國在很長一段時期內都領先于世界,到了近代特別是從18世紀初到19世紀40年代,由于諸多原因,我國的機械行業發展停滯不前,這100多年的時間正是西方資產階級政治革命和產業革命時期,機械制造技術飛速發展,遠遠超過了中國的水平,中國機械制造技術的水平與西方的差距急劇拉大,到十九世紀中期已經落后西方一百多年。

　　新中國建立后特別是近三十年來,機械制造技術發展速度很快,向機械產品大型化、精密化、自動化和成套化的趨勢發展,在有些方面已經達到或超過了世界先進水平。新中國機械制造技術的發展速度之快、水平之高是前所未有的。而且這一時期還沒有結束,只要我們能夠采取正確的方針、政策,用好科技發展規律并勇于創新,我國的機械制造技術還將向更高的水平發展,重新引領世界機械工業發展潮流。

　　1.機械制造簡史。石器時代人類制造和使用的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單工具是后來出現的機械的先驅。

　　幾千年前,人類創制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨,用于提水的桔槔和轆轤,裝有輪子的車,航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力由人力發展到畜力、風力和水力。所用材料由天然的石、木、土、皮革等發展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制造陶瓷器皿的陶車,已是具有動力、傳動和工作三個部分的完整機械。鼓風器對人類社會發展起了重要作用。強大的鼓風器使冶金爐獲得足夠高的爐溫,得從礦石中煉取金屬。西周時期,中國就已有了冶鑄用的鼓風器。

　　17世紀以后,資本主義商品經濟在英、法等國迅速發展,許多人致力于改進各產業所需要的工作機械和研制新的動力。隨著機械的改進,煤和金屬礦石需求量的增加,只依靠人力和畜力已不能適應生產提高的要求,于是在18世紀初出現了紐科門的大氣式蒸汽機,用以驅動礦井排水泵。1765年,瓦特發明了有分開凝汽器的蒸汽機,降低了燃料消耗率。1781年,瓦特又創制出提供回轉動力的蒸汽機。

　　18世紀后期,蒸汽機的應用從采礦業推廣到紡織、面粉和冶金等行業。制造機械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機械制造工業開始形成,并逐漸成為重要產業。機械工程從分散性的、主要依賴匠師個人才智和手藝的技藝發展成為有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業革命和資本主義機械大生產的主要技術因素。

　　19世紀末,電力供應系統和電動機開始發展和推廣。20世紀初,電動機已在工業生產中取代了蒸汽機,成為驅動各種工作機械的基本動力。發電站初期應用蒸汽機為原動機;20世紀初,出現了高效率、高轉速、大功率的汽輪機,也出現了適應各種水力資源的大、小功率的水輪機。19世紀后期發明的內燃機經過逐年改進,成為輕而小、效率高、易于操縱并可隨時啟動的原動機。內燃機最初用于驅動沒有電力供應的陸上工作機械,以后又用于汽車、移動機械(如拖拉機、挖掘機械等)和輪船,20世紀中期開始用于鐵路機車。內燃機和以后發明的燃氣輪機和噴氣發動機,還是飛機、航天器等成功發展的基礎技術因素之一。

　　2.機械制造技術的發展。工業革命以前,機械大都是由木工手工制成的木結構,金屬(主要是鋼和鐵)僅用以制造儀器、鐘表、鎖、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作以達到需要的精度。隨著蒸汽機的廣泛使用以及隨之出現的礦山、冶金、輪船和機車等大型機械的發展,需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多,所用金屬材料由銅、鐵發展到以鋼為主。機械加工(包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等技術及其設備以及切削加工技術和機床、刀具、量具等)迅速發展,從而保證了發展生產所需要的各種機械裝備供應。

　　機械制造技術是研究產品設計、生產、加工制造、銷售使用、維修服務乃至回收再生的整個過程的工程學科,是以提高質量、效益、競爭力為目標,包含物質流、信息流和能量流的完整的系統工程。隨著社會的發展,人們對產品的要求也發生了很大變化,要求品種要多樣、更新要快捷、質量要高檔、使用要方便、價格要合理、外形要美觀、自動化程度要高、售后服務要好,要滿足人們越來越高的要求,就必須采用先進的機械制造技術。

　　3.先進機械制造技術的特點。

　　3.1 面向工業應用的技術。先進制造技術并不限于制造過程本身,它涉及到產品從市場調研、產品開發及工藝設計、生產準備、加工制造、售后服務等產品壽命周期的所有內容,并將它們結合成一個有機的整體。先進制造技術的應用特別注意產生最好的實際效果,其目標是為了提高企業競爭和促進國家經濟和綜合實力的增長,目的是要提高制造業的綜合經濟效益和社會效益。

　　3.2 駕馭生產過程的系統工程。先進制造技術特別強調計算機技術、信息技術、傳感技術、自動化技術、新材料技術和現代系統管理技術在產品設計、制造和生產組織管理、銷售及售后服務等方面的應用。它要不斷吸收各種高新技術成果與傳統制造技術相結合,使制造技術成為能駕馭生產過程的物質流、能量流和信息流的系統工程。

　　3.3 面向全球競爭的技術。20世紀80年代以來,市場的全球化有了進一步的發展,發達國家通過金融、經濟、科技手段爭奪市場,傾銷產品,輸出資本。隨著全球市場的形成,使得市場競爭變得越來越激烈,先進制造技術正是為適應這種激烈的市場競爭而出現的。因此,一個國家的先進制造技術,它的主體應該具有世界先進水平,應能支持該國制造業在全球市場的競爭力。

　　3.4 市場競爭三要素的統一。在20世紀70年代以前,產品的技術相對比較簡單,一個新產品上市,很快就會有相同功能的產品跟著上市。因此,市場競爭的核心是如何提高生產率。到了20世紀80年代以后,制造業要贏得市場競爭的主要矛盾已經從提高勞動生產率轉變為以時間為核心的時間、成本和質量的三要素的矛盾。先進制造技術把這三個矛盾有機結合起來,使三者達到了統一。

　　4.先進機械制造技術的發展現狀。近年來,我國的制造業不斷采用先進制造技術,但與工業發達國家相比,仍然存在一個階段性的整體上的差距。

　　4.1 管理方面。工業發達國家廣泛采用計算機管理,重視組織和管理體制、生產模式的更新發展,推出了準時生產(JIT)、敏捷制造(AM)、精益生產(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技術。我國只有少數大型企業局部采用了計算機輔助管理,多數小型企業仍處于經驗管理階段。

　　4.2 設計方面。工業發達國家不斷更新設計數據和準則,采用新的設計方法,廣泛采用計算機輔助設計技術(CAD/CAM),大型企業開始無圖紙的設計和生產。我國采用CAD/CAM技術的比例較低。

　　4.3 制造工藝方面。工業發達國家較廣泛的采用高精密加工、精細加工、微細加工、微型機械和微米/納米技術、激光加工技術、電磁加工技術、超塑加工技術以及復合加工技術等新型加工方法。我國普及率不高,尚在開發、掌握之中。

　　4.4 自動化技術方面。工業發達國家普遍采用數控機床、加工中心及柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(FMS)、計算機集成制造系統(CIMS),實現了柔性自動化、知識智能化、集成化。我國尚處在單機自動化、剛性自動化階段,柔性制造單元和系統僅在少數企業使用。

　　5.我國先進機械制造技術的發展趨勢。

　　5.1 全球化。一方面由于國際和國內市場上的競爭越來越激烈。例如在機械制造業中,國內外已有不少企業,甚至是知名度很高的企業,在這種無情的競爭中紛紛落敗,有的倒閉,有的被兼并,不少暫時還在國內市場上占有份額的企業,不得不擴展新的市場;另一方面,網絡通訊技術的快速發展推動了企業向著既競爭又合作的方向發展,這種發展進一步激化了國際間市場的競爭。這兩個原因的相互作用,已成為全球化制造業發展的動力,全球化制造的第一個技術基礎是網絡化,網絡通訊技術使制造的全球化得以實現。

　　5.2 網絡化。網絡通訊技術的迅速發展和普及,給企業的生產和經營活動帶來了革命性的變革。產品設計、物料選擇、零件制造、市場開拓與產品銷售都可以異地或跨越國界進行。此外,網絡通訊技術的快速發展,加速技術信息的交流、加強產品開發的合作和經營管理的學習,推動了企業向著既競爭又合作的方向發展。

　　5.3 虛擬化。制造過程中的虛擬技術是指面向產品生產過程的模擬和檢驗。檢驗產品的可加工性、加工方法和工藝的合理性,以優化產品的制造工藝、保證產品質量、生產周期和最低成本為目標,進行生產過程計劃、組織管理、車間調度、供應鏈及物流設計的建模和仿真。虛擬化的核心是計算機仿真,通過仿真軟件來模擬真實系統,以保證產品設計和產品工藝的合理性,保證產品制造的成功和生產周期,發現設計、生產中不可避免的缺陷和錯誤。

　　5.4 自動化。自動化是一個動態概念,目前它的研究主要表現在制造系統中的集成技術和系統技術、人機一體化制造系統、制造單元技術、制造過程的計劃和調度、柔性制造技術和適應現化生產模式的制造環境等方面。制造自動化技術的發展趨勢是制造全球化、制造敏捷化、制造網絡化、制造虛擬化、制造智能化和制造綠色化。

　　5.5 綠色化。綠色制造則通過綠色生產過程、綠色設計、綠色材料、綠色設備、綠色工藝、綠色包裝、綠色管理等生產出綠色產品,產品使用完以后再通過綠色處理后加以回收利用。采用綠色制造能最大限度地減少制造對環境的負面影響,同時使原材料和能源的利用效率達到最高。

　　機械制造技術不僅是衡量一個國家科技發展水平的重要標志,也是國際間科技競爭的重點。我國正處于經濟發展的關鍵時期,機械制造技術是我們的薄弱環節。只有跟上發展先進機械制造技術的世界潮流,將其放在戰略優先地位,并以足夠的力度予以實施,才能盡快縮小與發達國家的差距,才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

　　參考文獻

　　1 馬曉春.我國現代機械制造技術的發展趨勢[J].森林工程. 2002(3)

　　2 王世敬、溫筠.現代機械制造技術及其發展趨勢[J].石油機械.2002(11)