先進制造技術的含義大全11篇

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關鍵詞：集成；系統；技術構成

一、現代集成制造系統的含義與定位

現代集成制造系統(Contemporary Integrated Manufacutring System)是計算機集成制造系統新的發展階段，在繼承計算機集成制造系統優秀成果的基礎上，它不斷吸收先進制造技術中相關思想的精華，從信息集成、過程集成向企業集成方向迅速發展，在先進制造技術中處于核心地位。具體地說，它將傳統的制造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術進行有機地結合，通過計算機技術使企業產品在全生命周期中有關的組織、經營、管理和技術有機集成和優化運行。在企業產品全生命周期中實現信息化、智能化、集成優化，達到產品上市快、服務好、質量優、成本低的目的，進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性，使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

二、現代集成制造系統的技術構成

先進制造技術(AMT Advanced Manufacturing Technology)作為一個專有名詞目前還沒有準確的定義。通過對其內涵和特征的研究，目前共同的認識是：先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱。其具有如下一些特點：

1、從以技術為中心向以人為中心轉變，使技術的發展更加符合人類社會的需要；

2、從強調專業化分工向模糊分工、一專多能轉變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發揮；

3、從金字塔的多層管理結構向扁平的網絡化結構轉變，減少層次和中間環節；

4、從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變，縮短工作周期，提高工作質量；

5、從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態的自主管理的小組工作方式轉變。

通過對先進制造技術的定義和特點的分析發現，現代集成制造系統擁有先進制造技術的絕大部分特點，只不過先進制造技術所涉及的范圍要比現代集成制造系統大，現代集成制造系統在吸收計算機集成制造系統的優秀成果的基礎上，繼續推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態聯盟的研究工作，并不斷吸收先進制造技術中的成功經驗和先進思想，將它們進行推廣應用，由此使現代集成制造系統成為先進制造技術的核心。

（1）并行工程(CE Concurrent Engineering)并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程(包括制造過程和支持過程)的系統方法。它要求產品開發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。為了達到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實現不同部門人員的協同工作；為了達到產品的一次設計成功，減少反復，它在許多部分應用了仿真技術；主模型的建立、局部仿真的應用等都包含在虛擬制造技術中，可以說并行工程的發展為虛擬制造技術的誕生創造了條件，虛擬制造技術將是以并行工程為基礎的，并行工程的進一步發展就是虛擬制造技術。同時，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術支持下，將原來分別進行的工作在時間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術，并吸收了當前迅速發展的計算機技術、網絡技術的優秀成果，使其成為先進制造技術的基礎。

（2）虛擬制造(VM Virtual Manufacturing)虛擬制造利用信息技術、仿真技術、計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防措施，從而使產品一次性制造成功，達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。

（3）敏捷制造(AM Agile Manufacturing)敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎的，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，對用戶需求作出快速反應，以滿足用戶的需要。為了達到快速應變能力，虛擬企業的建立是關鍵技術，其核心是虛擬制造技術，即敏捷制造是以虛擬制造技術為基礎的。敏捷制造是現代集成制造系統從信息集成發展到企業集成的必由之路，它的發展水平代表了現代集成制造系統的發展水平，是現代集成制造系統的發展方向。

（4）綠色制造(GM Green Manufacturing)綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢的整個產品生命周期中，對環境的影響(負作用)最小，資源的使用效率最高。綠色制造的提出是人們日益重視環境保護的必然選擇，發展不能以環境污染為代價。國際制造業的實踐表明，通過改進整個制造工藝來減少廢棄物，要比處理工廠處理已經排放的廢棄物大大節省開支。綠色制造的實現可以通過計算機仿真來達到目的，即它是虛擬制造的一部分。從可持續發展戰略的觀點看，綠色制造是必然選擇，它將成為現代集成制造系統的一個重要的組成部分。

從以上的分析中我們可以看到：各種先進制造技術是相互關聯、彼此交叉的，在先進制造技術的含義下，現代集成制造系統成為它的核心，并隨著先進制造技術的不斷發展而發展。

參考文獻

篇（2）

【Abstract】This paper presents the key feature of advanced manufacturing technology. The relationship of advanced manufacturing technology and digital technology were discussed. The status and development of the digital technology and advanced manufacturing technology were analyzed. Pointing out that digital manufacturing is the core technology of the advanced manufacturing technology. Several key technologies in the digital manufacturing system were specifically discussed.

【Keywords】Digital technology； Advanced Manufactories Technology； Mechanical Manufacture； Informatization

1 先進制造技術的含義

先進制造技術AMT（Advanced Manufactories Technology）是指以提高制造企業綜合效益為目的，綜合利用信息、能源、環保等高新技術以及現代系統管理技術，對傳統制造過程中及產品的整個壽命周期中的使用、維護、回收、利用等有關環節進行研究并發行的所有適用技術的總稱[1-2]。

相對傳統制造技術，數字化制造技術是一項融合數字化技術和制造技術，且以制造工程科學為理論基礎的重大的制造技術革新，是先進制造技術的核心。數字化先進制造是在計算機和網絡技術與制造技術的不斷融合、發展和廣泛應用的基礎上誕生的。它是對制造過程進行數字化的描述，將制造信息采用數字化的表征、存儲、處理、傳遞和加工，從而在數字空間中完成產品的制造過程[3-6]。

2 數字化是先進制造技術的基礎

2.1 先進制造技術的基本特征

先進制造技術包括以下五個基本特征。

（1）先進性。制造工藝作為先進制造技術的基礎，必須是經過優化的先進工藝。先進制造技術的基礎必須是優質、高效、低耗、清潔工藝，它從傳統制造工藝發展起來，并與新技術實現了局部或系統集成。

（2）通用性。先進制造技術不是單獨分割在制造過程的某一環節，它覆蓋了產品設計、生產設備、加工制造、銷售使用、維修服務，甚至回收整個過程。

（3）系統性。隨著微電子、信息技術的引入，先進制造技術的駕馭信息生成、采集、傳遞、反饋、調整的信息流動過程。先進制造技術是可以駕馭生產過程的物質流、能量流和信息流的系統工程。

（4）集成性。先進制造技術由于專業、學科間的不斷滲透、交叉、融合，界限逐漸淡化甚至消失，技術趨于系統化、集成化，已發展成為集機械、電子、信息、材料和管理技術為一體的新興交叉學科。

（5）技術與管理的更緊密結合。對市場變化做出更敏捷的反應及對最佳技術經濟效益的追求，使先進制造技術十分重視生產過程組織管理體制的合理化和最佳化。

2.2 基于數字化的先進制造技術

數字化制造技術符合先進制造技術的上述五個基本特征。先進制造技術時代是數字化信息的時代，數字化技術是數字的生產、采集、存貯、變換、傳遞、處理及廣泛利用的新興科技領域。制造業從50年代數控機床的發明，標志著機械制造業向著數字化走出了第一步，隨后制造信息化沿著三個方面推進，一是現場生產方面，如：NC/CNC/DNC/PLC/FMS/AC等；二是產品和工藝設計方面，如APT/CAD/CAM/CAE等；三是生產管理和集成方面，如MRP/PDM/ERP/CIMS等。可以說信息技術改變了當代制造業的面貌。

3 數字化是先進制造技術發展的核心

3.1 數字化先進制造的核心技術

數字化是先進制造技術的核心，它是在計算機和網絡技術與制造技術的不斷融合、發展和廣泛應用的基礎上誕生的。數字化先進制造主要包括以下幾個核心技術[4，6]：

（1）制造過程的建模與仿真。制造過程的建模與仿真是在一臺計算機上用解析或數值的方法表達或建模制造過程，建模通常基于制造工藝本身的物理和化學知識，并為實驗所驗證。

（2）網絡化敏捷設計與制造。利用快速發展的網絡技術，改善企業對市場的響應性。我國企業向國際接軌就必須在此領域開展研究，盡快掌握并趕上國外先進水平。

（3）虛擬產品開發。虛擬產品開發有四個核心要素：數字化產品和過程模型、產品信息管理、高性能計算與通訊和組織、管理的改變。

3.2 數字化對先進制造技術的實現

（1）數字制造的全球實現―網絡制造。隨著數字化技術、計算機網絡技術及交通運輸事業的迅速發展，這些企業可利用協同工作技術，在一定的時間、一定的空間內，利用計算機網絡，小組成員共享通過數字網絡在企業內部傳遞的知識與信息。

（2）數字制造的動態聯盟―敏捷制造。為實現高增值、高產品質量及優質服務，只有借助于高性能計算機和高速網絡，在數字化環境中，充分利用其他企業制造過程的信息流和數據庫等有用的數字化資源，才能對變化市場做出快速的響應。對于某些產品一個企業不可能快速、經濟地獨立開發和制造其全部，必須根據任務，由一個公司的某些部門或不同公司按資源、技術和人員的最優配置。于是，一種以數字制造為平臺的先進制造技術即數字制造的動態聯盟―敏捷制造嶄露頭角。

（3）數字制造的計算機實現―虛擬制造。數字化表征與傳遞、建模與仿真是數字制造的核心科學問題。這種能實現制造形狀與過程的數字化表征、非符號化制造知識的表征、制造信息的可靠獲取及其傳遞的、由整個制造信息形成的數字空間，為計算機和計算機網絡的應用提供了用武之地。

（4）數字制造的快速實現―快速原型制造。制造業面臨兩個重要的挑戰：一是要大大減少開發時間，二是產品的個性化。雖然計算機輔助設計和制造（CAD和CAM）已在很大程度上改善了傳統的產品設計和制造方法，但在計算機輔助設計和計算機輔助制造集成實踐過程中仍有許多障礙。

虛擬制造技術在計算機上實現了產品實際的制造過程，對縮短產品開發的周期、減少開發費用、提高市場競爭能力做出了重大貢獻。通過長期的探索與實踐，催生了制造技術上的又一次新的變革―快速成型制造技術。

（5）數字制造的環保化實現―綠色設計與制造。制造業為人類的繁榮昌盛做出了巨大貢獻的同時，每年產生了近55億噸的無害廢品和7億噸的有害廢品。因此，為了有效地保護環境，一定要在制造的各個階段進行污染控制。有必要使用能在各個階段評估環境被影響的后果的工具和方法學來支持設計和制造，一種具有意識的先進制造技術―綠色設計與制造ECD&M （EnvironmentallyConscious Design and Manufacturing ）。

4 數字化是先進制造技術發展的未來

目前，計算機和網絡已成為制造業企業的基礎環境和重要手段，目前世界500強企業無一例外地建立了內部網。制造業在知識經濟到來時呈現明顯的信息化趨勢，可以說信息技術在促進當代制造業發展過程中的作用是第一位的，信息技術將在更深層次上滲透和改造傳統制造業。

當前，數字化制造正在深入發展，其主要趨勢呈以下四點：

（1）由二維向三維的轉變―形成以MBD/MBI（Model Based Definition，MBD 基于模型的定義/Model-BasedInstructions，MBI基于模型的作業指導書）為核心的設計與制造。MBD是用集成的三維實體模型來完整的表達產品生命周期各階段的產品定義技術標準，為設計人員服務，解決的是要制造什么的問題；MBI是以三維模型表達的車間工作規范和方法，為加工、裝配、檢測人員服務，解決的是怎么制造的問題。MBD/MBI技術將使工程技術人員從繁瑣的二維圖紙和表格文化中解放出來，可將更多精力轉移到需求分析和產品創新研發上。

（2）真正并行和協同的實現-數字化制造中的直觀可視化工作環境以及建模和仿真技術，為并行和協同工作提供了友好的協同工作環境及有效的實驗驗證手段和評估優化工具。數字化制造是制造業信息化發展的新階段，也是目前制造業的重要發展方向，如精密化、智能化、網絡化、極端化等，無一不與數字化制造技術的發展密切相關。

（3）數字化裝配與維修的應用―裝配是產品生命周期中的重要環節。虛擬現實技術（VR， Virtual Reality）的發展為解決裝配序列規劃和裝配性能仿真提供新的思路和方法，虛擬裝配技術可在無物理樣機的情況下對產品可裝配性、可拆卸性、可維修性和裝配過程中的裝配精度、裝配性能等進行分析、預測和驗證，并支持面向生產現場的裝配工藝過程的動態仿真、規劃與優化。目前虛擬裝配技術已從簡單的幾何裝配正朝著考慮精度、物性、過程、環境等多方面因素的裝配技術方向發展，這是推進虛擬裝配技術實用化發展的重要一步。

（4）數字化車間與數字化工廠―數字化工廠是數字化制造技術在車間和和工廠集成應用和高效運營的全新生產模式。它在三維工藝過程、工藝裝備、生產線布局和生產管理綜合優化和集成的基礎上，實現產品在工廠、車間和生產線上由設計到制造的數字化執行、管理和控制問題，是實現企業挖潛和增效的最有效形式。目前，生產線建模仿真技術和車間布局規劃已日益受到重視，它為高效物流實施以及精益生產、可重構制造、單元化制造等先進制造模式提供科學分析工具，尤其對多品種、變批量和混線生產等復雜生產模式具有重要指導意義。

5 結束語

先進制造技術是改造傳統制造業的有效手段，為了有效地在我國利用先進制造技術改造傳統制造業，需要明確研究、開發和應用先進制造技術的重點。綜觀以上先進制造技術的現狀和發展，可以看出數字制造實為先進制造技術的核心技術，是實施其他先進制造技術的平臺。

數字化先進制造技術是席卷全球的數字化浪潮中的重要一環，其本質是支持數字化或信息化制造業的技術。充分運用當代數字化技術，大力發展數字化先進制造技術符合本世紀制造業的發展趨勢。

【參考文獻】

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[3]張訓杰，童偉國，陳林靜，胡金澤.先進制造技術與數字化制造[J].裝備制造技術，2007，11：106-107.

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中圖分類號：TG333.17 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-00-02

在科學技術飛速發展的當今，先進制造技術是影響國家綜合競爭力的最直接條件，而良好的機械制造工藝就是先進制造技術最好的體現。隨著我國對工業化發展越來越重視，因而先進制造技術引起了更多人的普遍關注，對其研究力度不斷加強，并收獲了令人滿意的成果。可是，我國的先進制造技術與機械制造工藝與國外相比還存在較大差距，因此我們并不能止步于此，我們要正確看待二者的特點及其相互關系。在激烈的市場經濟中，怎樣樣能做到制造技術與制造工藝不斷創新，這是對于我們來說既是一次挑戰，又是一次機遇，因而我們找對最佳的發展途徑，將對機械制造業發展具有實際意義。

1 先進制造技術的確定和體系建立

先進制造技術具體是指什么？目前還缺少規范的、統一的定義。當廣泛被接受的含義是：先進制造技術是促進制造業汲取高科技技術并應用到實踐生產中所取得的成績，并能把它貫穿于整個制造流程的制造技術的合稱。

先進制造技術是制造業的綜合競爭能力，其不斷革新是社會發展的必然選擇。目前，先進制造技術快速發展，逐漸形成高新技術群，并經過不斷完善，已經構成了健全的體制系統。可是，受各國不同基本國情制約，先進制造技術內容和構成方式上差異很大。對于我國來說，我家相關部門已確定了多層次技術群組成的先進制造技術

體系。

首先，現代先進制造技術要以優質、節能、環保、經濟、高效為中心，在逐漸向基礎制造工藝擴展。其次，新型制造單元技術創新。這是為了適應市場需求及新興產業的促進下，制造技術與其他現代高科技技術向融合而產生了現代先進制造技術，例如數控技術、網絡監控技術、航天技術等。

最后，先進制造技術集成化。這是將應用信息技術與系統管理技術的完美結合，它是基于計算機網絡和數據庫等技術結合而產生的。

2 先進制造技術的現狀與特征分析

2.1 先進制造技術現狀分析

先進制造技術是現代技術創新與工業進步的典型代表，是衡量制造業水平的關鍵指標，也是國家工業賴以生存的保障。近年來，世界各工業發達國家已經深刻意識到先進制造技術在國家發展中的重要地位，并給予了前所未有的高度重視，各自都在對其進行深層次科研，可見，市場經濟的競爭實質是先進制造技術的競爭。不同的先進制造技術格局已經形成，并在各自領域取得了許多科技成果，例如：網絡監測系統、數控系統、虛擬制造系統等。

2.2 先進制造技術特征分析

2.2.1 全球化

隨著經濟全球化浪潮的襲來，對制造業也產生了巨大的沖擊，主要體現在制造業的資源配置逐漸擴展到世界各國，這就推動了制造業在全球范圍內發展。某種產品的制造過程可能由不同國家共同完成，將根據不同國家的國情及制造技術先進程度來對制造過程進行分配，這樣做除了能夠充分利用資源、減低成本、便捷方便外，還能夠促進國家交流，縮小國家間貧富差距，有利于構建和諧社會。

2.2.2 多元化

由于技術創新瞬息萬變，尤其是信息技術的進步使得原有的生產方式與生活方式逐漸被取代，關鍵體現在多元化、復雜化及人性化。今后的市場走向依然充滿不確定性，沒有水能夠準確預見其發展趨勢，當人們不僅僅滿足于生理需求后，更追求自我個性化的展現。更多的消費者對原有的制造業提出了新要求，制造業既要提供特定的戰略、舒適的環境及合理時間使用的有形產品，又要能夠保證產品的使用質量及后期服務，制造業生產出的產品，要對市場需求有充分了解后才能生產，要避免盲目制造

產品。

2.2.3 靈敏化

以前的制造業生產出的產品種類單一、批量大、傳統、統一化等特征；隨著時代的發展，制造業逐漸向靈敏化發展。制造廠家通過各種合作方式來增強競爭力，最大化利用資源，節省投資成本，根據市場需求的快速變化調整制造生產目標。其建設重點就是實現各方面先進技術全面結合，使得整個制造業能夠準確應對瞬息萬變的市場需求，保證所生產產品能夠在社會上大量流動，為制造業帶來更大的經濟效益。

2.2.4 服務化

現代制造業是以市場需求變化為前提的，服務質量是確保產品被人們接受的重要保障，制造業已經意識到服務的重要性，并不斷努力向服務業轉型。現代的制造業所考慮的重點不僅僅是設計與生產，更重要的是根據對市場的實際考察，將產品后期服務作為關鍵環節來抓，服務化應該體現于為社會服務、為消費者服務，制造業應將服務化作為主要建設內容。受這層發展趨勢影響，很多企業對服務的關注度不斷加大，而且服務所帶來的綜合效益會更可觀。

2.3 mT的體系結構

面向制造的設計技術群。面向制造的設計技術群系指用于生產準備的工具群和技術群。設計技術對新產品開發生產費用、產品品質以及新產品上市時間都有很大影響。產品和制造工藝的設計可以采用一系列工具，例如計算機輔助設計（CAD）以及工藝過程建模和仿真等，生產設施、裝備和工具，甚至整個制造企業都可以采用先進技術進行有效地設計。

制造工藝技術群（ 制造技術環境）。制造工藝技術群是指用于物質產品生產的過程及設備。制造工藝技術群是有關加工和裝配的技術，也是制造技術的傳統領域。

3 針對機械制造工藝進步先進制造技術的措施

制造業所涉及到的領域很多，例如：機械、輕工、化工、電子、航天、建筑等等，制造業從實質上分析，其不僅僅是通常認為的基礎產業，而且是創新生產力的生產過程。制造技術是現代制造業發展的前提，而機械制造則是制造技術的直接體現，這也是制造技術創新的方向。第一，先進制造技術已經被大范圍的運用到機械制造領域，促進了機械制造工藝的進步，并對其他相關產業也有積極影響。第二，機械制造工藝不斷革新，其重點內容又是先進制造技術。所以，先進制造技術和機械制造工藝的關系是相互促進，在其發展過程中不能傾向用于任何一方。

我國的制造業起步比較晚，與其他制造業國家相比差距比較大，而機械制造業又是制造業的重要組成部分。雖然經過幾代人艱辛努力，我國機械制造業積極汲取國外的先進制造技術，但還是處于初級階段，要想達到成熟階段還有很漫長的道路需要探索。面對新形勢下機械制造工藝創新，先進制造業應采取以下措施。

3.1 強化先進制造技術過程全面開發

強化先進制造技術過程全面開發包括技術裝備、生產技術、管理體制、市場觀念及人員調配等環節。它對提升制造業市場綜合競爭力是很有必要的措施，因此，我們要給與其高度重視。除此以外，我們也需要關注機械制造技術自身創新，這可以豐富先進制造技術、帶動相關制造業打下堅實

基礎。

3.2 扎實基礎工作，合理采用先進制造

技術

在機械制造業不能盲目的使用先進技術，要在各項基礎工作牢靠的前提下，合理采用先進制造技術。總之，先進制造技術要以市場需求為發展核心，循序漸進，不能操之過急，因地制宜，協調發展。應該具有針對性的挑選出某些重點行業，將其作為試點來建設，不斷總結實踐經驗，等技術使用熟練后，再進行大范圍推廣建設，這樣能大大降低制造業投資風險。

3.3 重視人才素質道德建設

人才是先進制造技術不斷進步的決定性因素。他們的素質道德高低對制造業影響最大，因此，要想確保先進制造技術應用與創新，那么一定要重視人才素質道德建設。通過對制造技術研究人員開展定期的思想道德教育，并及時向他們傳播最先進的制造技術，在每次培訓過后，還應該制定嚴格的考核制度，只有順利通過考核的人員才可以上崗。這樣能培養出一批高素質。技術硬、通管理的制造人才。

3.4 積極汲取國外先進制造技術

我國制造技術起步滯后于發達國家，因此我們要虛心接受它們的先進技術，并通過積極的汲取過程不斷豐富我們自身的制造技術。經過我國對制造業的長期探索，已經形成具有中國特色的制造技術，我們在未來的制造技術發展中，要積極汲取國外先進制造技術，探索出最符合中國的先進制造技術。

4 結語

總而言之，隨著社會不斷的進步與科技飛速的發展，先進制造技術仍是提高國家競爭力的重要保障。我們對先進制造技術應該有側重點，建設具有中國社會主義特色的先進制造技術。不言而喻，隨著我們對制造技術研究的繼續深化，不久的將來，它會有更廣闊的發展空間，并在世界制造業激烈的市場經濟中站穩腳步。在黨的正確方針引領下，相信我國的制造技術會有更長遠發展，在世界的大舞臺上會綻放耀眼光芒。

參考文獻

[1] 劉曉宇，艾春雨.先進制造技術與機械制造工藝[J].科海故事博覽?科技探索，2011，3（2）：16-18.

篇（4）

使用者請注明文章內容出處

陳曉川 劉曉冰

（大連理工大學CIMS中心，大連，116023）

內容提要：近幾年新的先進制造技術模式和哲理層出不窮，本文結合我國國情，通過分析現代集成制造系統與其它先進制造技術的關系，論述了我國現代集成制造系統的技術構成和發展策略及途徑，希望為我國制造業的發展做些有益的探索。

關鍵詞：現代集成制造系統，并行工程，虛擬制造，分布式網絡化研究中心

引言

信息技術的發展引起的革命使我們進入了信息時代。信息革命不僅引起人們的思想觀念、生活方式的變化，而且導致了生產方式和制造哲理的巨大變化，可以說近十年來提出的新的制造哲理都離不開信息技術提供的支撐，以信息化制造技術為代表的先進制造技術正使制造業處于重要的歷史性變革時期。多年來，我國的綜合國力不斷增強，入關在即，市場競爭十分激烈，國內市場已從賣方市場轉化為買方市場，而且正在迅速成為國際市場的一部分，許多大中型企業在競爭中處于不利地位，甚至破產、倒閉。本文結合我國國情，通過分析現代集成制造系統與先進制造技術的關系，論述了我國現代集成制造系統的技術構成和發展策略及途徑，希望為我國制造業的發展做些有益的探索。

現代集成制造系統的含義與定位

現代集成制造系統（Contemporary Integrated Manufacturing System）是計算機集成制造系統新的發展階段，在繼承計算機集成制造系統優秀成果的基礎上，它不斷吸收先進制造技術中的相關思想的精華，從信息集成、過程集成向企業集成方向迅速發展，在先進制造技術中處于核心地位。具體地說，它將傳統的制造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術進行有機的結合，通過計算機技術使企業產品在全生命周期中有關的組織、經營、管理和技術有機集成和優化運行，在企業產品全生命周期中實現信息化、智能化、集成優化，達到產品上市快、服務好、質量優、成本低的目的，進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性，使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。從集成的角度看，早期的計算機集成制造系統側重于信息集成，而現代集成制造系統的集成概念在廣度和深度上都有了極大的擴展，除了信息集成外還實現了企業產品全生命周期中的各種業務過程的整體優化，即過程集成，并發展到企業優勢互補的企業之間的集成階段。

現代集成制造系統的研究范圍應該介于國家攀登計劃和國家攻關計劃之間。與攀登計劃研究項目相比較，它更注重成果的應用性，盡可能將技術產業化，并推動我國制造業的現代化進程；與國家攻關計劃相比較，它更注重解決我國制造業發展中的關鍵的共性問題、前瞻性問題和示范性問題【1】。

現代集成制造系統的技術構成

圖1 現代集成制造系統的技術構成

先進制造技術（AMT－Advanced Manufacturing Technology）作為一個專有名詞至今還沒有一個明確的、一致公認的定義。通過對其內涵和特征的研究，目前共同的認識是：先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱【3】。它具有如下一些特點：

從以技術為中心向以人為中心轉變，使技術的發展更加符合人類社會的需要； 從強調專業化分工向模糊分工、一專多能轉變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發揮； 從金字塔的多層管理結構向扁平的網絡化結構轉變，減少層次和中間環節； 從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變，縮短工作周期，提高工作質量； 從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態的自主管理的小組工作方式轉變。 通過對先進制造技術的定義和特點的分析我們發現，現代集成制造系統擁有先進制造技術的絕大部分特點，只不過先進制造技術所涉及的的范圍要比現代集成制造系統大，因此通過對先進制造技術的綜合考察，我們提出了一個現代集成制造系統的技術構成模式。如圖1所示，即在先進制造技術中，現代集成制造系統在吸收計算機集成制造系統的優秀成果的基礎上，繼續推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態聯盟的研究工作深入進行，并不斷吸收先進制造技術中的成功經驗和先進思想，將它們進行推廣應用，由此使現代集成制造系統成為先進制造技術的核心，具體說明如下：

1、并行工程（CE－Concurrent Engineering）：

并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）的系統方法。它要求產品開發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。為了達到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實現不同部門人員的協同工作；為了達到產品的一次設計成功，減少反復，它在許多部分應用了仿真技術；主模型的建立、局部仿真的應用等都包含在虛擬制造技術中，可以說并行工程的發展為虛擬制造技術的誕生創造了條件，虛擬制造技術將是以并行工程為基礎的，并行工程的進一步發展就是虛擬制造技術。同時，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術支持下，將原來分別進行的工作在時間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術，并吸收了當前迅速發展的計算機技術、網絡技術的優秀成果，使其成為先進制造技術中的基礎。

雖然并行工程在我國進行的研究工作中屬于熱點，也取得了一些成果，但是目前還存在以下一些問題：

(1)研究的廣度和深度不夠：雖然并行工程的研究工作已經廣泛開展，但是無論從研究的內容上看，還是從研究的水平上說都明顯存在差距。如：并行工程在成本和質量上的應用才剛剛起步，與供應商的集成問題還沒有提上日程。

(2)與并行工程有關的技術實用化不夠：在實用技術研究方面，目前還沒有商品化軟件誕生，而國外公司已經推出商品化軟件（如：PTC的Pro-Engineering、CV的CADDS5）。

(3)并行工程的實施隊伍不夠：由于科研力量薄弱，在研究上還不能全面開花，并行工程的實施就更是難上加難了。而且，當前國內機械行業在激烈的市場競爭中經濟效益不好，CAD/CAM技術還有待普及，全面實施并行工程還缺乏基本的物質基礎。

由于并行工程所處的基礎性地位及我國研究工作的不足，就決定了必須將它作為現代集成制造系統的基礎性研究工作不斷深入地進行。

2、虛擬制造（VM－Virtual Manufacturing）：

虛擬制造利用信息技術、仿真技術、計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防措施，從而達到產品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的【4】。

目前，虛擬制造技術已經在國外有所應用，例如：美國Boneing公司設計的一架VS-X虛擬飛機，可用頭盔顯示器和數據手套進行觀察與控制，使飛機設計人員身臨其境地觀察飛機設計的結果，并對其外觀、內部結構及使用性能進行考察；日本Matsushita公司開發的虛擬廚房設備制造系統，允許消費者在購買商品前，在虛擬的廚房環境中體驗不同設備的功能，按自己的喜好評價、選擇和重組這些設備，他們的選擇將被存儲并通過網絡送至生產部門進行生產；美國Coventry School of Art and Design開發的虛擬原型制作系統，設計者在設計的初始階段能夠在計算機中構造虛擬原型并對此原型進行評價【6】。

國內的研究剛剛起步，主要集中在三個方面【7】：

（1）產品虛擬設計技術：

主要包括虛擬產品開發平臺、虛擬測試、虛擬裝配以及機床、模具的虛擬設計實現等。其中清華大學利用美國國家儀器公司的Labview開發平臺實現了鎖相電路的虛擬，機械科學研究院采用C語言和OpenGL進行編程初步實現了立體停車庫的虛擬現實下的參數化設計，可以直觀地進行車庫的布局、設計、分析和運動模擬。

（2）產品虛擬制造技術

主要包括材料熱加工工藝模擬、加工過程仿真、板材成型模擬、模具制造仿真等。北航與一汽用OPTRIS開發的板料成型軟件已經基本能夠模擬類似車門的中等復雜程度的汽車覆蓋件和其他沖壓成型件的沖壓成型過程；沈陽鑄造研究所開發的電渣熔鑄工藝模擬軟件包ESRD3D已經應用于水輪發電機變曲面過流部件生產中，其產品在劉家峽、李家峽、天生橋、太平役等7個電站中使用；合肥工業大學研制的雙刀架數控車床加工過程模擬軟件已經在馬鞍山鋼鐵股份有限公司車輪輪箍廠應用，使數控程序現場調試時間由幾個班縮短到幾小時，并保證一次試切成功；北京機床研究所、機械科學研究院、東北大學、上海交大和長沙鐵道學院等單位也研制出一些這方面的仿真軟件。

（3）虛擬制造系統

主要包括虛擬制造技術的體系結構、技術支持、開發策略等。其中提出了比較成熟的思想并可能實現的是由上海同濟大學教授提出的分散網絡化生產系統和西安交通大學謝友柏院士組建的異地網絡化研究中心。

從以上的論述中可以看到國內外研究水平差距是很大的，而且由于虛擬制造技術既是并行工程的發展方向又是敏捷制造的核心，這就決定我們必須以它作為現代集成制造系統的中心技術，以帶動相關技術的研究工作的進行，并使它們協同一致順利地發展。

3、敏捷制造（AM－Agile Manufacturing）：

敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，對用戶需求作出快速反應，以滿足用戶的需要。為了達到快速應變能力，虛擬企業的建立是關鍵技術，其核心是虛擬制造技術，即敏捷制造是以虛擬制造技術為基礎的。敏捷制造是現代集成制造系統從信息集成發展到企業集成的必由之路，它的發展水平代表了現代集成制造系統的發展水平，是現代集成制造系統的發展方向。

自從1991年美國提出敏捷制造的思想后，美國政府就贊助許多研究單位開發實現敏捷制造的基礎結構和工具，并鼓勵在不同行業進行示范應用，目前已經取得了一定進展。例如：在遙測裝置生產的敏捷制造示范項目中，它聯合了加利福尼亞的圣地亞國家實驗室、聯合信號公司堪薩斯城分部和新墨西哥的圣地亞國家實驗室以及機械主箱、印刷電路板供應商。通過聯合彌補了單一企業資源不足的弱點，這一聯盟的生產時間比單一企業的生產時間減少了50％，生產率提高顯著。現在美國的很多大公司都參加了這一研究計劃，在歐洲和日本等發達國家也紛紛成立了相應的機構，進行相應的研究和實施工作。我國專家從1993年就開始對敏捷制造進行跟蹤研究，主要包括：實施敏捷制造的技術基礎；虛擬公司的建立步驟及其體系結構和運行模式；虛擬公司的組織與應用等。與國外相比，這些研究工作只能算原則性的研究工作，距離實用還需要走很長的一段路。因此，在我國企業目前還不可能實現敏捷制造，但是從科學研究的角度看，我們認為需要在合適的條件下建立一個研究性的虛擬企業，加深我們對虛擬企業在實際應用中所遇難題的理解，即在實踐中吸取有益的經驗，為今后的發展作一定的技術儲備。

4、綠色制造（GM－Green Manufacturing）：

綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢的整個產品生命周期中，對環境的影響（負作用）最小，資源的使用效率最高。綠色制造的提出是人們日益重視環境保護的必然選擇，發展不能以環境污染為代價，國際制造業的實踐表明，通過改進整個制造工藝來減少廢棄物，要比處理工廠處理已經排放的廢棄物大大節省開支。綠色制造的實現可以通過計算機仿真來達到目的，即它是虛擬制造的一部分。從可持續發展戰略的觀點看，綠色制造是必然選擇，它將成為現代集成制造系統的一個重要的組成部分。

從以上的分析中我們可以看到：各種先進制造技術是相互關聯、彼此交叉的，在先進制造技術這一大廈下，現代集成制造系統成為它的核心，并隨著先進制造技術的不斷發展而發展，即現代集成制造系統應該是一個動態的概念。

我國現代集成制造系統的發展策略

在市場競爭的推動下，先進制造技術發展十分迅速，新思想、新概念層出不窮，通過對現代集成制造系統與先進制造技術關系的分析，我們認為在制定我國現代集成制造系統的發展策略時，應該注重以人為本的思想，運用并行工程的哲理，使各種先進制造技術相互銜接、協調發展，并不斷吸收先進制造技術的成熟成果，為先進制造技術在我國的廣泛應用起到促進的作用。

目前，在美國并行工程已到了推廣應用階段，在虛擬制造方面也有商品化軟件投入市場，在這方面我們存在巨大的差距，主要表現在：從研究工作方面看，科研經費緊缺，科研力量分散，科研成果難以推廣應用，人才流失嚴重；從企業方面看，企業的整體素質不高，管理工作落后，科研能力薄弱，當面臨國際競爭時大多難以為繼，很難在現代集成制造系統方面花費過多，而且受企業人員素質的制約，一些先進的技術還不易取得立竿見影的實際效果，這些都影響了企業應用先進制造技術的熱情；從國家政策方面看，雖然國家對制造業十分重視，但是，由于我國當前正處在改革過程中，多種機制同時運行，多方利益難以協調，在資金使用上往往顧此失彼，而且國家財政困難，也難以使用重金支持現代集成制造系統的研究。針對上述實際情況，我們提出下列解決方案：

（1）以企業需求為出發點，以“甩圖板”工程為契機，大力普及CAD技術，幫助企業進行人員培訓，提高企業人員的素質（其中包括技術水平、勞動態度、道德水平等），不斷提高企業的管理水平，在計算機集成制造系統成功示范企業中及時推廣并行工程，并適當宣傳虛擬制造、敏捷制造等思想和技術，為企業的進一步發展提供堅實的基礎。

（2）在政府方面，應發揮政府的協調職能，組織企業和科研部門進行多方面、多層次的合作，加強科研成果的應用推廣，而且應組織多學科、跨地區的科研力量共同攻關；從宏觀上加強對現代集成制造系統的指導，集中大家的智慧制定出符合我國國情的發展計劃，并將計劃的執行落到實處。

（3）在技術的先進性方面，不要過度追求世界領先，應該根據企業實際要求，解決實際問題，力爭盡快創造效益，以此取得企業的支持并獲得資金上的幫助，以便形成良性循環，促進研究工作的進一步開展。同時，應該參與國際合作，跟蹤國際研究動態，當然，也可以適當引進一些關鍵的、有發展潛力的技術，進行消化和創新，縮短我國與世界先進水平的差距，保持一定的技術領先性。

（4）針對我國科研力量分散的弱點，仿照分散網絡化生產的思想，利用計算機網絡，開展合作研究，建立分布式網絡化研究中心，協調一致進行科技攻關。所謂分布式網絡化研究中心就是利用信息技術、網絡技術、計算機技術對現實研究活動中的人、物、信息及研究過程進行全面的集成，在一定時期內為了共同的目標以最佳的人員和單位組合來開展科學研究工作，調動各方面的積極性通過協同工作達到研究工作的廣泛開展和深入進行，縮短科研周期，增強科技成果的競爭力，也可以說分布式網絡化研究中心是將現實的研究機構的職能在網絡中的映射，是一種“虛擬”的工作模式【9】。

綜上所述，發展我國的現代集成制造系統應該以企業的需求為動力，通過政府的政策和計劃的協調，繼續深入開展并行工程、虛擬制造、敏捷制造和綠色制造的研究與應用，并利用分布式網絡化研究中心，組織各地區的科研力量集中突破與現代集成制造系統密切相關的如STEP標準的應用、CORBA規范的推廣、企業過程重構理論的研究等具有重大戰略意義的理論研究工作，逐步使現代集成制造系統成為我國制造業的靈魂。

參考文獻

李伯虎等，現代集成制造系統的發展與863/CIMS主題的實施策略，CIMS，1998，10:7～15 吳澄，李伯虎，從計算機集成制造系統到現代集成制造系統，CIMS，1998，10:1～6 李敏賢，面向21世紀的先進制造技術，機械工業自動化，1998，20(4):1～3 虛擬制造技術研討與演示會論文集，機械科學研究院，1998，9 Wiens G.J. : Overview of Virtual Manufacturing， Proceedings of 2nd Agile Manufacturing Conference: Albuquerque， New Mexico， USA， March 16～17，1995 王宏典、張友良，虛擬制造技術及其應用，機械科學與技術，1998，17（3）: 477～479 陳曉川、張暴暴、劉曉冰、馮辛安，虛擬制造技術研究概況綜述，機械制造，1998，12:8～10 IKimura F.: Product and Process Modeling as a Kernel for Virtual Manufacturing Environment. Annals of the CIRP，1993，42(1):147～150 陳曉川、劉曉冰、馮辛安，分布式網絡化研究中心及其體系結構，計算機輔助設計與制造，1998，12 The Strategy and Frame of Contemporary Integrated Manufacturing System

Chen Xiao-Chuan， Liu Xiao-Bing

(Dalian University of Technology， CIMS Centre，Dalian，116023)

篇（5）

通常意義上講我們所涉及的機械制造技術是對產品的設計、加工、出售、使用、維修以及回收等整個過程進行研究的學科。當今大量應用先進機械制造技術的最終目的是迎合社會發展,提高產品質量以及企業競爭力。技術的革新極大程度上提高了我們技術的進步,人民群眾對其要求也是越來越高,不僅要求外形美觀,質量高檔,價格合理,使用方便,還要求有多樣的品種,快捷的更新,滿意的服務以及高程度的自動化。為了迎合社會的發展,滿足當代人越來越高的要求,就必須采用先進的機械制造技術。

1、機械制造技術現狀及特點

(1)我們的機械制造技術近些年來得到了迅猛的發展,日益受到經濟管理部門關注,取得了一系列的突破:

近年來,更是取得了明顯進步,尤其是在自主開發創新能力方面以及行業整體技術水平方面顯著提高。雖然我國也在不斷開發,引進及采用現今的機械制造技術,但與發達國家相比,仍然存在諸多問題,主要體現在設計,工藝,自動化以及管理等方面。

(2)機械制造技術的特點先進的機械制造技術具有與時俱進性,系統性,市場性及全球性等特點。先進的機械制造技術,既保持了過去制造技術中的有效要素,又要不斷吸收各種高新技術成果,并滲透到產品生產的所有領域及其全部過程,與時俱進,不斷更新;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,是一個系統工程;20世紀80年代以后,機械制造業贏得市場競爭的主要矛盾已經從提高勞動生產率轉變為時間、成本和質量的三要素的矛盾,先進的機械制造技術把這三個矛盾有機結合起來,是市場競爭三要素的統一;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。

2、機械制造技術發展趨勢

(1)科技新時代的到來,尤其是網絡新時代的到來,標志著機械制造技術也必將朝著信息化方向發展。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。所謂機械制造技術信息化是指機械制造業以信息為主導,借助于物質和能量的力量生產出價值,而不同于以往以物質和能量為主導,借助于信息的力量生產出價值。不久的將來,信息產業和智力產業將成為社會的主導產業。

(2)自動化和智能化在我們國家的技術革新中占據了重要的地位,這要求我們在這容易領域,實現重要的突破,這就是在機械制造業中主要表現在制造系統中的集成技術、人機一體化制造系統、制造單元技術、柔性制造技術和適應現代化生產模式的制造環境等方面。智能化是柔性自動化的重要組成部分。隨著社會的發展,人類早已從繁重的體力勞動中解放出來,然而生活水平的提高促使人類不滿足于此,如今我們還要從繁瑣的計算、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造性勞動,智能化促進柔性化的發展,它使生產系統具有更完善的判斷與適應能力。智能制造將作為一種模式,是集自動化、柔性化、集成化和智能化于一身,并不斷向縱深發展的高技術含量和高技術水平的先進制造系統,也是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化系統,它突出了在制造諸環節中,以一種高度柔性與集成的方式,借助計算機模擬的人類專家的智能活動,進行分析、判斷、推理、構思和決策,取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動。

(3)技術和管理柔性化實現機械制造的柔性化是為了更好的適應多變的市場和產品需求,柔性化包括技術柔性化和管理柔性化。我們這里所談論到的所謂技術柔性化也就是我們在施工過程中所使用裝備和技術路線不受工藝及產品種類的約束,這樣的技術就會使我們的工藝得到更大的提升。我們需要在工作中重視管理的柔性,這就是要求我們需要了解管理柔性化的優勢,在我們的實際管理中需要重視組織和管理體制、生產模式的更新發展,推出如準時生產、敏捷制造、精益生產、并行工程等新的管理思想和技術。在整個的流程中我們的人為因素發揮了重要的作用,為了就會使我們整個制造生產系統無論在技術、管理或是人員、組織上都具備充分的柔性必須進行柔性化管理。柔性化管理必須重視人性化管理,尊重人性,從而增強員工的責任感和自主精神,充分調動員工積極性,在日益強調環保的今天,綠色制造技術的出現,賦予柔性化更深的含義。

(4)靈活化和綠色化實現機械制造靈活化也就是盡可能地縮短從設計生產到出售使用的時間,使機械制造廠的機制能靈活轉向。未來的市場是具有高度不確定性的,為了迎合多變的不可預期的市場,機械制造必須具有高度的靈活性。隨著環保意識的增強,綠色制造應運而生并得到高度關注。所謂綠色化是指產品的設計,加工,及出售等整個過程都是綠色無污染的,所用的材料,設備是綠色無污染的,所得的產品自然是綠色產品,產品使用完以后再通過綠色處理加以回收利用。

3、結語

在技術飛速發展的今天,我們越來越能發現機械制造行業的重要性。我們國家近些年來逐漸將機械制造業發展成為我國工業中的核心,其在國民經濟的發展中有著不可替代的作用,對于提高我國的綜合技術實力有著十分關鍵的作用。這就是要求我們從業人員不斷加強機械制造技術水平,掌握好相關的發展方向,也就能在最終實現提高產品質量及企業效益的目標,保證我國在激烈的市場競爭中處于不敗之地。

參考文獻

[1]譚學深.淺談我國機械制造技術的現狀及發展方向[J].中國科技信息,2008(15):117-119.

篇（6）

符合市場需求的模具CAD/CAM技能人才的知識、技能分模具CAD和模具CAM兩大技術。模具CAD技術由基于CAD/CAM軟件的產品零件三維造型設計和以產品模型為核心的模具結構設計，根據產品制造工藝可以開發沖壓模具CAD、注塑模具CAD、壓鑄模具CAD。模具CAM技術是模具零件加工工藝制訂和基于模具CAD/CAM軟件的模具零件數控編程與操作。

根據CAD/CAM技能人才所需知識和技能，可以設計出CAD/CAM教學課程結構。CAD/CAM課程由CAD/CAM基礎理論、CAD/CAM應用軟件基礎、基于應用軟件的注塑模具設計、基于應用軟件的沖壓模具設計、基于應用軟件模具加工工藝、基于應用軟件的數控加工編程與操作。上述課程在具體實施過程中理論教學與實踐教學各占50%并進行一體化教學，以便學生能從實際出發真正得到該技能的鍛煉。

二、以CAD/CAM軟件使用技能為先導

從模具CAD/CAM知識技能結構可以看出，模具CAD/CAM的教學改革首先應該從模具CAD/CAM應用軟件的使用著手。

隨著計算機技術的進步，機械行業的設計與制造技術也得到了空前的發展，各種以計算機，特別是以PC為運行平臺的三維設計與制造軟件應運而生，以CAD/CAM軟件技術為核心的現代集成制造系統（CIMS，Compute Integrated Manufacture Systems）代替了傳統設計與制造方法。在模具設計與制造領域中以美國PTC公司的Pro/ENGINEER、麥道公司的UG、CNC Software公司的Mastercam軟件形成的系統目前在先進制造企業有著舉足輕重的地位。

本課程可以選一CAD/CAM應用軟件為教學基礎，將軟件教學與模具設計與制造知識融合在一起。例如以PTC公司的Pro/ENGINEER作為教學軟件，Pro/Moldesign是Pro/E的可選模塊，提供了模具設計常用功能。該模塊可以完成如下任務：產品模型的輸入與數據診斷、對產品模型進行拔模檢測與厚度檢測、設置模型的收縮率、創建各種分型面、自動分割成型零件、型腔布局、澆注系統和冷卻水道的創建、標準模架的加載、充模和開模仿真。EMX和PDX是Pro/ENGINEER程序中的一個擴展模塊，EMX是專門提供注塑模具各種標準模架零件及各種機構的設計，PDX模塊用于沖壓級進模和單工序模具設計。由此我們可以看出，指導學生學習模具CAD/CAM軟件的使用方法也就成了模具CAD/CAM技能教學的第一步，在此基礎上進一步與注塑模具設計和沖壓模具設計、模具制造工藝理論課程結合，便可以使學生快速掌握相關實用知識技能。

三、將模具理論知識講授和CAD/CAM軟件教學融合，形成一體化教學

學生在單純的模具理論與結構學習時，由于許多知識都比較抽象，往往不易接受。因為有了CAD/CAM軟件的三維造型，使教學過程非常形象逼真。例如：學生在注塑模具理論的學習過程中，短時間內就可以通過實體造型模擬學習到大量實用的模具結構知識，理解諸如拔模斜度、澆注系統、成型零件等模具基本概念。

在學習分模的過程中，又可以順理成章地推出模具分型面的理論知識使學生快速地掌握型腔模具分型面的含義，繼而熟練地進行分模操作。同時，單純的CAD/CAM軟件操作教學如果沒有相應的模具知識作為枝葉也會變得枯燥無味，學生興趣減弱，難以掌握其操作方法。

又如在傳授數控加工程序的編程教學應該以講解切削理論公式計算和被實踐證明的工藝方法和工藝參數進行比較傳授，使學生既懂得原由又容易接受并快速熟練的掌握。在傳授CAM數控編程的參數設置方法時，可適時地引入切削原理的內容。

四、一體化教學模式開發

模具CAD/CAM教學在實踐過程中可按模具CAD/CAM職業能力，針對某一項能力素質，將能力必須具備的知識點與技能結合起來，融合在理論與實踐的教學內容中，采用一體化教學與綜合實訓相結合的教學模式開發教學模塊。如在培養模具CAD/CAM職業能力之一的注塑模具設計與制造能力時，首先對設計與制造注塑模具時必須具備的基本能力進行剖析分解，把該能力需具備的理論知識點和技能通過開發典型注塑模具設計實例（實例的開發可由簡單到復雜），具體操作可根據注塑模具設計流程把注塑模具設計的理論基礎知識和軟件應用知識結合講解。模具設計順序和插入講解的知識為：①設計產品參照模型可插入講解CAD/CAM軟件基礎知識，講解并練習三維建模操作方法；②注塑件工藝分析插入講解塑料材料成型特性、成型理論，講解并練習使用軟件進行拔模斜度設置并進行塑件厚度，拔模檢測等模具分析的操作方法；③成型零件設計插入講解模具結構理論（型腔數目確定及布置、分型面確定的理論和方法），講解并練習分型面設計方法、拆模操作方法；④澆注、冷卻系統設計插入講解澆注和冷卻系統理論（澆口形式、位置），講解并練習澆注和冷卻系統設計操作方法；⑤模架設計插入模架結構設計理論，模具模架設計軟件操作；⑥模具零件制造工藝確定插入加工工序確定、毛坯的選擇方法；⑦制造設置插入加工機床的選擇、切削刀具選擇、裝夾方法的確定、加工零點的確定、退刀平面的確定、制造參數的選擇（主軸轉速、背吃刀量、進給速度等）和操作方法；⑧創建NC序列數控加工仿真插入講解NC序列的創建、刀具軌跡的仿真、切削仿真NC序列的驗證并運用軟件實現。

同理根據沖壓模具CAD/CAM技能可進行沖壓模具CAD/CAM教學模塊的開發。

篇（7）

關鍵詞： 三維CAD技術；機械設計；影響；分析

Key words： 3D CAD technology；mechanical design；impact；analysis

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）19-0051-02

0 引言

機械設計是一種古老的擁有幾百年歷史的技術工作，隨著世界經濟的發展變化，科學技術的更新換代，機械設計領域也獲得了新生。而三維CAD技術也在不斷發展，對于機械設計而言，它是一個用處極大的技術，能夠促進機械設計的良好發展。故本文就三維CAD技術在機械設計中的應用及其對于機械設計的影響進行了簡要的分析，希望我國機械制造業能夠同三維CAD技術一起得到良好的發展。

1 機械設計和三維CAD技術的含義

1.1 機械設計的含義 機械設計顧名思義也就是指設計機械產品的工作領域，具體說來就是依據機械的使用要求，設想、分析并計算機械的運轉原理、整體構造、運轉模式、能量傳遞方式、每一個零件的尺寸、材質和形狀等等各種方面，并且將它們轉化成為具體的能夠作為制造依據的描述。

1.2 三維CAD技術的含義 新興的三維CAD技術是先進制造技術的重要組成部分，其中CAD是指計算機輔助設計，而三維CAD技術則為一種更加深層次的先進的計算機輔助設計技術。三維CAD技術包括軟件和硬件兩個方面，軟件系統是三維CAD技術的核心，對于三維CAD技術所具有的功能起到決定性作用；而硬件則是指三維CAD技術的物質基礎。

2 三維CAD技術的發展狀況

就目前而言，我國的三維CAD技術發展較為良好，硬件方面已經達到了較高的水準，在進行設計的時候，基本不會出現差錯，軟件方面也較為適應現階段的發展狀況。現在廣泛應用中的軟件包括Pro/E、I-DEAS、UG、Solid-Works、Solid-Edge、CADAM、CADDS等等，大多數軟件不僅能夠完成三維造型，還具有CAM、CAE等功能，遠遠超過了二維CAD技術。現在計算機的質量、性能不斷提高，信息處理趨向智能化，多媒體技術也逐漸被廣泛應用，三維CAD技術也正往集成化、開放化、智能化的方向不斷發展。然而社會經濟仍在持續快速發展，客戶對于三維CAD技術的要求也不斷變化、標準越來越高，并且同一些更加先進的科技發達國家相比，我國的三維CAD技術還有一定的進步空間，所以我們需要正確地把握三維CAD技術的發展趨勢，更加深入地研究三維CAD技術，使其應用更加廣泛，技術水平越來越高。

3 三維CAD技術在機械設計中的應用及影響

3.1 三維CAD技術在機械設計中的應用 三維CAD技術在機械設計中，主要應用于三維實體建模、模具的集成制造、工程分析（如結構分析中的應力/應變計算、動態特性、熱傳導特性分析等）、設計審查與評價（如公差分配審查、干涉檢查、運動仿真等）、計算機輔助繪圖、工程數據庫的建立及操作、工程設計信息的處理、檢索和交換等方面。

3.2 三維CAD技術對于機械設計的影響 三維CAD技術對于機械設計的影響主要包含以下幾個方面：

3.2.1 方便機械零件的設計 通過三維CAD技術軟件來設計新的機械零件，可以提高完成速度，并且能夠提高零件之間相互配合的精確度，防止因為單個零件出現問題而導致裝配失敗。

3.2.2 能夠縮短機械設計的周期 采用三維CAD技術來進行機械設計，可以利用相鄰零件的形狀和位置來設計新的機械零件，以提高零件設計的效率。在對新機械進行設計開發的時候，工作人員僅僅需要對其中的部分零部件進行重新設計、制作，其他大部分的零件設計都可以直接使用之前的信息；三維CAD系統還有一種高度變型設計的功能，能夠采用快速重構的方式獲得一個全新的機械產品。這些功能能夠將機械設計的計劃時間縮短近三分之一，大大地提高了機械設計的速度以及機械產品的生產效率。比如在裝配環境中，依據箱體的外形以及其余搭配要求就能夠迅速精準地設計出相對應的箱蓋。

3.2.3 方便直觀地裝配零件 在裝配機械零件的過程中， 資源查找器中的裝配路徑查找器將零件之間的裝配關系都記錄起來了，倘若產生干涉狀況或是沒有正確地進行裝配，就會及時地在資源查找器中顯示出來，并且對零件的裝配實施靜干涉檢查，然后就可以及時地對零件進行重新裝配，從而能夠保證設計的正確性；并且，還可以隱藏機械零件，在將外部零件隱藏之后，就使工作人員能夠清楚地看到內部的裝配結構，從而檢驗裝配是否達到要求；另外，當某個零部件或者整個機械產品完成裝配的時候還可以進行運動仿真，完整清晰地觀察到機械運動的過程，從而在整體上對其進行檢驗。

3.2.4 方便直觀地修改零件 在完成機械零件造型的同時，零件環境中的資源查找器也將完成該零件的所有指令都列出來了，點擊這些指令就能夠清晰全面地獲取制成此零件每個步驟的信息。當零件需要修改時，也只需點擊資源查找器中相對應的指令就可以簡單地完成，這種操作即使是在裝配環境中也可以進行的，只要點擊需要修改的零件就可以進入零件環境去完成零件的修改。

3.2.5 有利于提高機械設計的技術水平和產品質量

在機械設計的過程中，將機械產品與信息技術結合起來，并采取CAD設計方法和CIMS對產品進行生產制造，使機械產品設計和制造都能夠有良好的發展。三維CAD技術采用先進的設計方法保證產品的設計水平，大型企業數控完善的加工手段則保證了產品的質量。

3.2.6 有利于加強機械設計者的現代化設計意識 三維CAD技術將設計模式進行了徹底的更新，是一種基于高科技背景的高端的設計技術。所以面對這種先進的現代化的技術，從事機械設計的工作人員既要擁有豐富的理論知識、實踐經驗及最新的相關信息等機械設計的基本要素，也需要具備現代化的先進的設計思維，能夠及時更新機械設計的相關技術和方法等，從而使機械設計工作與時俱進。

4 結束語

我國的機械設計隨著我國制造業不斷發展而發展，而新興的、擺脫了傳統設計模式束縛的、引進了現代設計觀念和手段的三維CAD技術在機械設計領域的引入，是促進機械制造業發展良好的重要因素。所以為了充分實現從中國制造到中國創造的實質轉變，我們需要對三維CAD技術進行更深入的研究，使其在機械設計中得到更好得應用，為機械設計提供強而有力的技術支撐，從而使機械產品設計、制造的水平得到進一步的提升。

參考文獻：

[1]張立榮.三維CAD技術在機械設計中的應用[J].煤炭技術，2011（02）.

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Abstract: in the field of mechanical engineering, electronic and computer technology because of the rapid development and to the penetration of mechanical industry by the formation of the electromechanical integration, the mechanical industry technical structure, mechanical products, function and composition, production methods and management system changed, that industrial production by "mechanical electrification" entered the "mechanical and electrical integration" feature stage of development.

Keywords: mechanical and electrical integration; Electronic technology; Automatic control; Development trend

中圖分類號：U415.6 文獻標識碼：A文章編號：

1、概要

機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。機電一體化發展至今也己成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不斷發展，還將被賦予新的內容但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力但是發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能加自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。

2、機電一體化的發展狀況

機電一體化的發展大體可以分為3 個階段。20 世紀60 年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，己經開發的產品也無法大量推廣。

20 世紀70 ~80 年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎這個時期的特點是：mechatronics 一詞首先在日本被普遍接受，大約到20 世紀80 年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認，機電一體化技術和產品得到了極大發展，各國均開始對機電一體化技術和產品給以很大的關注和支持。

20 世紀90 年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭角，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術的發展開辟了廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

我國是從20 世紀80 年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列入“863 計劃”中。在制定“九五”規劃和2010 年發展綱要時，充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，并取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。3、機電一體化的關鍵技術 機電一體化技術是一個技術群體的總稱。其關鍵技術有：傳感與檢測技術信息處理技術、先進制造技術、伺服驅動技術、自動控制技術、系統總體技術等。 3.1傳感與檢測技術傳感與檢測技術關鍵元件就是傳感器。傳感器是整個機電一體化系統（或產品）的環境接口，是自動化、信息化以及智能化應用和發展的關鍵技術。傳感器的水映了一個國家的科技發達程度，特別是新型高科技傳感器的研究和開發世界各國都非常重視，比如多功能集成傳感器、智能傳感器、仿生傳感器等。多功能集成傳感器就是具有“一器多感”技術特點的傳感器。智能傳感器就是帶有微處理器的，具有信息自我處理功能的傳感器。仿生傳感器就是模擬人的感覺器官的傳感器，是機器人技術發展的核心。3.2信息處理技術信息處理技術包括信息的交換、傳遞、存儲和處理，主要工具就是計算機。計算機及信息處理系統是整個系統（或產品）的信息處理中心，充分利用計算機超強的信息處理能力以及豐富的軟件資源，增強了系統的功能，提高了系統的柔性、可靠性，使系統具有了一定的智能。3.3 先進制造技術先進制造技術是機電一體化發展的必然產物，是機電一體化技術的基礎。先進制造技術保障系統（或產品）構造功能的最優化。先進制造技術采用具有柔性操作的先進制造設備：機械加工中心、機床、工業機器人等機電一體化產品，實行先進的組織管理，組成柔性制造單元和柔性制造系統，提高制造作業及制造系統的柔性和生產率，以滿足機電一體化系統（或產品）的需要，滿足社會發展的需要。 3.4 伺服驅動技術 伺服驅動技術是系統直接執行操作的技術，其目的是從動力學角度分析系統行為，保證系統整體運行的最優化。伺服驅動裝置包括電動、氣動、液壓等各種類型，按照控制指令將電信號轉換成流體能或機械能驅動運功機構，對整個系統的動態特性、控制質量和功能具有決定性的影響。 3.5自動控制技術自動控制技術是在自動控制原理的指導下，結合計算機技術對具體的控制裝置和控制系統進行設計、仿真、調試，最終實現機電一體化系統的整體性能最優化20 世紀80 年代以來，如模糊控制，專家系統和人工神經元網絡等人工智能控制技術，得到快速發展并被廣泛應用。 3.6 系統總體技術系統總體技術包括系統的總體設計和接口技術，是用跨學科的思維能力來進行綜合集成的技術。系統總體設計是以系統整體的概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將系統整體分解成相互聯系的若干功能單元，再對功能單元進行二次分解，最終確定一個可行的技術方案。接口技術的實質是機械技術和電子技術的具體應用，是各要素或子系統之間的聯系條件。在某種意義上說，機電一體化系統設計歸根結底就是接口設計。

4、機電一體化的發展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。因此，機電一體化的主要發展方向如下：4.1智能化智能化就是要求機電產品具有一定的智能，使其具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。如果人類社會的發展和進步體現在人腦的智能上，那么機電一體化的發展和進步就體現在其產品的智能上。智能化是機電一體化技術與傳統自動化技術的主要區別之一，也是21 世紀機電一體化技術發展的主要方向。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步和發展，為機電一體化技術的發展開辟了廣闊天地。4.2 模塊化模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

4.3網絡化

20 世紀90 年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育等日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，利用現場總線和局域網技術使家用電器網絡化己成大勢，家庭網絡（h o menet ）就是將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系（compute , Integrated Appliancesystem , CIAS) , 使人們在家里享受科技帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。4.4 微型化微型化是指機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。微機電一體化（Micro Mechatronics）是機電一體化的一個重要分支，國外稱其微型電子機械系統 (Micro Electro MechanicalSystems).它泛指幾何尺寸不超過1cm 的機電一體化產品，并向著微米、納米級發展。采用精細加工技術加工生產微機電一體化產品，其體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。4.5集成化機電一體化的集成是從全局角度和系統目標出發，將總體功能分解成相互有機聯系的若干子功能，再將系統分解成若干個功能單一的功能單元，然后通過軟、硬件將各個功能單元有機地聯系起來，使其性能最優功能最強。集成是機電一體化發展的內在動力，它是一種創新性的過程，正是由于這種創新性，將機、電、信息、控制等各種相關技術有機結合，實現系統整體最優，促使機電一體化領域的不斷拓展。4.6 系統化系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除Rs232 外，還有Rs485 、DCs 人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。

4.7 人性化

機電一體化產品的使用對象和服務對象都是人。所以對于未來的機電一體化產品，一方面必須加強它們與生命機體的相似性，給產品賦予人的智能、情感和人性；另一方面充分協調產品與人和環境的關系，使產品更關注人的生理、心理特性和極限，更適宜人的使用與操作。 4.8綠色化工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源．回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境服廢后能回收利用。

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隨著科學技術的迅速發展和教育改革的不斷深入，為適應社會對具備實踐性、創造性等綜合能力強、素質高的工程技術人才的迫切需要，我國高等教育正在逐步實現由傳統的應試教育向現代的綜合素質教育轉化。

金工實習是機械工程類學科必不可少的一門專業基礎必修課程，也是培養學生接觸工程實際、理論聯系實際、實踐動手能力的一個必不可少的實踐教學環節[1]。該課程能使工科類大學生了解常用金屬材料的性能，了解基本的機械加工工藝和先進制造的加工工藝，能開拓思維、豐富感性知識，為其學習后續課程、進行畢業設計以及從事機械設計和制造方向的工作奠定必要的基礎[2]。同時，金工實習的內涵也從傳統的“學習工藝知識，提高動手能力”朝著“增強工程實踐能力，培養創新精神和創新能力”方向發展[3]。

目前，大學畢業生實際操作能力、動手能力差，缺乏創新能力，理論與實際脫節是用人單位反映的主要問題。因此，高校的工程實踐訓練部門更應重視對學生實踐能力的培養[4]。

由此可見，隨著社會用人單位對大學生綜合素質要求的提高，高校金工實習也面臨著嚴峻的挑戰。所以，如何在高校現有條件下，對金工實習教學體系進行改革，以期適應工程實踐的要求，是亟待探討并研究的。

二、傳統金工實習教學存在的問題

傳統的金工實習教學存在一定的問題，主要表現在：

（一）學生接受理論知識較慢。我校金工實習一般安排在大學二年級上學期進行，此時，學生缺乏基礎理論知識，同時，專業課程剛剛開始，所以，指導教師在講授理論知識時，發現多數學生響應緩慢。另外，由于教學手段單一，學生對理論學習興趣不大。

（二）傳統教學模式呆板，缺乏創新過程。實習過程中，從零件的圖紙、材料選用到加工工藝流程，全部由教師統一給出，學生只需要機械的模仿加工操作過程，缺乏主動思考和創新的過程。因而學生普遍覺得實習過程簡單繁冗，很難提起學習興趣。

（三）學生分析解決問題能力較差。由于實習時間、實習設備的限制，經過金工實習的學生雖然掌握了實習各工種的基本操作技能，但工程實踐能力較差，有時候面對簡單的實際工程問題仍然不能提出合理有效的加工方案。

三、金工實習教學改革思想與方法

（一）轉變觀念，深刻認識金工實習教學的內涵

長期以來，作為一門獨立的實踐性教學課程，金工實習教學的主要目的是：通過實習教學，使學生了解和掌握機械加工制造工藝與材料成型工藝的基本知識，提高學生的實際動手能力，轉變學生的思想作風，為后續專業課程的學習準備必要的工藝知識和實踐基礎。隨著機械制造業的發展和社會需求的變化，金工實習教學的內涵也隨之發生了深刻的變化，教學目標向“學習工藝知識，增強工程實踐能力，提高綜合素質，培養創新精神和創新能力”的新型課程教學目標轉化，其中，目標轉化的實質體現在：強調對學生的知識能力、素質培養方面的綜合作用[5]。

金工實習教學環節體現了基礎性、實踐性和創新性的教學內涵，是當前我國高校本科學生教育中讓學生全面融入工程實踐活動中的一次難得機會，對培養學生的工程實踐能力、設計能力和技術創新能力具有重要的基礎作用。

(二）精心組織，優化金工實習教學內容

首先，針對不同專業的特點和要求，編寫了重點突出、層次清晰、目標合理的教學實綱。對于機械類專業學生，大綱突出了對學生主動性、綜合性和工藝性的要求；對于非機類專業學生，教學內容側重廣而全，并不要求深度，有的項目點到即可。

在具體實施過程中，著眼于培養掌握先進制造技術，具有較強工程實踐能力的復合應用型人才。所以在實習過程中，適當增加了新知識、新工藝、新技術的教學，以期學生了解到科技的最新發展及其在機械制造方面的應用。

實習教學內容分為常規訓練項目、先進制造技術訓練項目和創新技術訓練三個層次。

常規訓練項目包括：車、鉗、銑、刨、磨、鑄、鍛、焊、熱處理等常規技術，通過學習訓練，使學生具備一定的動手能力，掌握常規加工工藝知識。重點訓練項目放在車、鉗、鑄、焊，要求學生重點掌握，達到從分析圖紙、制訂工藝、準備設備、刀具到操作加工能夠獨立自主完成的目的；對于其余項目，學生掌握基本操作方法，并能加工簡單零件即可，對于典型加工方法、零件定位裝夾方法等由實習教師加以演示，學生在教師的協助下能夠完成零件的加工。

先進制造技術訓練項目包括：數控車、數控銑、加工中心、數控電火花、線切割、水射流加工、三坐標檢測等，重點訓練項目放在數控車和數控銑方面。通過訓練，將常規加工知識與先進制造技術有機結合，學生能掌握數控程序編制的基本方法，常用數控指令的應用場合和編程規則，數控設備加工的一般操作以及對特種加工等新工藝、新知識的感性認識。

創新技術訓練：對于機械類專業學生，在實習教學中，通過分組討論、主題研討等方式，對自主設計和命題設計的零件進行不同加工方法的比較，不同加工工藝的比較等，培養學生的綜合運用知識能力以及創新能力。

（三）完善擴充，改革教學方法和教學手段

改革傳統教學方法和教學手段，采用電化教學、多媒體教學，讓學生直觀了解生產加工的過程，感受先進制造技術和新型加工方法，激發學生的學習興趣。

為了使學生在有限的實習時間中盡可能快得融入到實習氛圍中，在現場教學前，利用購置的多媒體課件以及教師利用Flash、Photoshop、PowerPoint等軟件制作金工實習圖片、動畫，通過錄像、動畫等方式形象展示各教學環節訓練內容，增加學生的感性認識，使得在接下來的現場教學環節中，縮短教師純講授時間，以便有更多時間用于學生動手操作，這樣，學生更有興趣，更容易接受。

教師要轉變傳統的教學觀念，改變傳統的填鴨式教學方法，與學生進行互動教學，啟發學生的創造性思維。

在每個教學環節，實習項目的主要用途、加工方法、原理應在最快的時間內分階段向學生講授完成，內容逐步加深，讓學生在實際操作中理解消化。

比如，在數控車教學中，分三個階段進行教學：

第一階段：理解車床的加工原理；數控車床坐標的含義；刀具刀尖在坐標系統中的重要性以及一般操作。

第二階段：數控車加工一般工藝流程；為什么要創建一個編程坐標系統；為什么要對刀；對刀結果的含義；對刀的原理；幾個簡單數控指令的編程規則；師生共同編寫簡單零件程序，并上機現場加工。

第三階段：程序進行調試方法以及如何更快捷編程（循環指令的運用等）；

在掌握了基本加工原理、操作后，讓學生分組討論，確定工藝，采用啟發式、討論式教學，提高教學效率和教學質量。

（四）加強建設，提高實習指導教師素質

金工實習是一項特殊的教學實踐活動，對指導教師自身素質有其獨特的要求。教師自身的理論知識水平、工程意識以及實際加工、動手能力直接影響教學效果。我校金工實習各環節中，指導教師教學人員、工程技術人員、高級技工、技師擔任，他們在工作經歷、經驗、理論知識、實踐能力、工程意識、創新意識、動手能力、知識層次、教學能力等方面存在較明顯差異。由此，我校在組織金工實習時，有計劃、有意識地注意解決教學隊伍肢體素質提高的問題，通過集體探討、外校經驗借鑒等措施，對各實習環節教學內容、教學手段、教學步驟等方面進行了較詳細的規定和說明，同時，對學生在實習各階段應達到的水平也進行了要求。所有這些措施，提高了現有指導教師的理論素質和技能水平，切實提高了他們的實踐能力和業務水平。

四、總結

加強實踐教育，加大創新教育，是高校所面臨的共同主題，金工實習是一門理論性與實踐性相結合的課程，其教學改革也勢在必行。所以，盡快地解決面臨的問題，適應社會的發展需求，改革教學方法，提高教學效率，培養具有實踐能力和創新意識的高素質、高技能的復合型人才是高校金工實習課程的任務。

【參考文獻】

[1]劉京秋.金工實習的管理模式研究[J].北華航天工業學院學報,2007,17(3):56-57.

[2]宋成亮.金工實習教學中面臨的主要問題及其對策[J].武漢科技學院學報, 2005,(6).

篇（10）

主導產業結構優化從國家層面，地區層面的研究的比較多，但是以縣級為單位進行產業結構優化系統研究還不多，縣級產業結構的調整和優化表現出與國家和地區層面不同的特點和側重，從國家層面講主要是一二三產業之間合理配置及內部的優化，但是像浙江嵊州市這樣在長三角處于制造業縣級中心城市地位，產業結構的優化雖然大體也要符合這個原理，但更主要體現為制造業產業之間以及內部的整合和升級，因為一方面縣級產業結構規劃不可能面面俱到。另一方面縣級也要從全球化。縣級政府只有緊緊把握產業全球化發展和演進的脈搏，并大力推進當地產業全球化及全球化發展中的結構優化，才能在走向經濟全球化的過程中和區域一體化過程中實現自己的競爭優勢。

一、縣級主導產業結構的特點

1、產業層次不高

縣級主導產業基本上處于國際分工的低端，主要產業以低水平加工業為主，眾多低層次出口產品主要集中在傳統出口市場展開低價競爭，新興產業尚在發展當中，具體到嵊州（見表1）主要是以領帶、針織、服裝等勞動密集型產業和電聲零配件、電機、普通造紙等低附加值產業為主，高新技術和高加工度產業的規模明顯偏小，比重不大，嵊市的電聲行業是一股獨大，產值超億元企業只是天樂集團，3000萬元以上也只有8家，雖然有幾個專業區塊以同類產品集聚為主，但缺乏帶動作用強的骨干企業。極大多數企業以家庭作坊式生產，生產設備簡陋。

2、技術創新能力差

縣級主導產業在科研方面的意識不強，研究開發投入占銷售收入偏低，難以形成明顯的核心競爭力（見表2）。一般來講國際競爭性公司的研究發用占銷售收入的5%。

3、縣級主導產業脆弱性較大

嵊州市由于工業結構的特點：嵊州主導輕工業占比達68%，主要以紡織、服裝、印染、造紙為主，而又是勞動密集性產業，由于這種行業發展的成熟，其脆弱性總問題更為嚴重。具體來講，嵊州主導產業面臨的系統性脆弱性問題主要有：一是勞動成本的提高，在完善民工制度的形勢下，企業在勞動成本上需化較高的支出；二是出口受限、退稅下調、人民幣升值的情況下，導致整個行業競爭加劇，企業只能以損失自己的部分利益來維持目前的生存；三是原材料市場的不穩定，在原材料供應極其缺乏的背景下，企業需要更為強勢的嗅覺來洞悉市場行情，而一些企業在這方面又比較缺乏，因此受其影響比較大。四是產品影響力不大，市場單一，沒有自主品牌和核心競爭力，就會導致行業內惡性競爭相互殘殺，因此差別生產和提升自主品牌和核心競爭力顯得更為必要。因此加快產業調整，盡快找到新的路子，轉入新的創新型、持續發展的產業尤為顯得重要。

面臨的特定脆弱性問題主要有：一是企業對國際標準和技術性貿易壁壘影響較大產品標準化是產品國際競爭的基礎因素，在很大程度上決定著產品貿易的走向，從更廣泛的意義上講決定主導產業產品在世界市場上的地位。另外，隨著電子元件產品大量進入國際市場，在知識產權糾紛、反傾銷調查和技術貿易壁壘等方面，將會面臨新的問題，而我市的電聲企業明顯準備不足。二是行業協會的作用還沒有發揮。我國東部縣的主導產業主要是制造行業，這些企業的出口業務往往占了很大比重，目前大部分行業協會僅對國內外貿法規和政策關注較多，對國際貿易協定和外國貿易法規較少關注。當行業直接卷入國際貿易摩擦，遭遇國外反傾銷、反補貼、知識產權調查等貿易大棒時，這些行業協會就發現知識儲備不夠，就是在國內同類產業競爭中，也難以發揮應有的作用。整個行業內沒有形成產業專業化分工，每個企業遵循小而全的生產模式，對未來的產業資源整合帶來了很大難度。

4、縣級主導產業與區域內其他縣市的融合性差

第一，原來不同的產業，分別對應不同的產業體系，現在這些產業體系之間可以實現兼容和通用，第二，原來不同產業之間分工發生了模糊以到消滅，原有產業中具有較大產業影響力的代表性企業，或者是產業中的多數企業，開始由原來的單一經營轉為融合意義上的多元經營，也就是說這些企業向融合的另一方產業擴展了自己的經營范圍，降低了專業化程度，原來不同產業的企業之間的分工，轉化了同一產業內的企業之間的分工以及企業內的分工，第三，原來不同產業的企業在融合時發生業務交叉和市場競爭，事實上，競爭不僅僅是融合的結果，競爭本身是融合的標志，競爭還促進了融合，第四，在已經實現融合后的產業內仍然存在分工，目前，對東部縣級主導產業來說，產業融合最大的問題是區域之間的同構和本區域內自身產業的分工合作問題，這種同構和自身產業的分工不足激化了縣級主導產業的競爭，在一定程度上不利于主導產業的發展。對嵊州來說，在浙江省政府做出了打造浙江先進制造業基地的戰略決策以來，杭州、紹興、溫州、臺州等地區紛紛行動。由于各地也同樣具有建設先進制造業基地的強烈愿望和實際行動，為了各地的經濟增長、社會就業和地方利益，行政區域間的競爭程度將遠遠超過相互協作的程度，競爭不僅僅表現為爭奪相對有限的市場份額和資源份額，而且還上升到地區間支柱行業的競爭和引進外資的競爭，構成發展競爭的新局面。嵊州制造業與周邊縣市比較，產業結構趨同（見表3），最明顯的是紡織、機械業都是各縣市的主導產業和優勢產業，是打造先進制造業基地的首選產業，因此，嵊州打造以紡織、機械業為方向的先進制造業基地面臨較大的競爭。

對于嵊州市平講主導產業來說還沒有形成有效的分工合作體系，企業生產加工成本較高。企業生產組織方式普遍存在“大而全，小而全”現象，產業目前尚未形成有效的分工合作體系。

二、縣級主導產業的優化對策

1、產品結構調整

傳統的產品結構調整是指產業根據市場需求及其結構的變化要求，對產品的品種、規格、樣式、比例及其相互間的組合關系進行改變和優化的行為和過程。從內容上看，產品結構調整包括產品的品種結構調整、產品的規格結構調整、產品的樣式結構調整、產品的質量結構調整等。

2、產業的技術結構調整

其含義包括三個方面：一是對產業現有技術存量的重新協調、選擇與整合；二是對產業現有技術的使用、發揮狀況進行改進；三是對產業潛在可用技術的選擇、開發、吸收與引進。從系統的觀點看，衰退產業的技術結構調整是對衰退產業技術系統內諸技術元素間的質的組合和量的比例關系的重新選擇、協調與整合的過程。該過程的實現有兩條途徑：一是產業技術存量的調整，意指上述含義的前兩個方面；二是產業的技術增量調整。縣級主導產業必須以傳統產業高新化和高新技術產業化，引領產業結構調整的未來技術的調整也可從產品類型上進行分析，從產品類型上分，創新可大致分為原始創新、消化吸收再創新和集成創新三種。嵊州市企業在產品創新上大多屬于后兩種，尤其是消化吸收創新方面，很多企業把眼光瞄準了國外的先進技術與設備，通過技術攻關和工藝改進，研制出自己的拳頭產品。比如為了提升產品檔次，嵊州美多電器有限公司投資200多萬元，購進先進的激光切割機和激光焊接機，對設備進行了投入和技術改造，加快新產品的開發，提高產品工藝質量水平，使他們企業生產的廚具能夠跟國外產品進行接軌。在集成創新方面，天樂集團的集五大功能為一體的家庭影院產品和“福威重工”的多功能農用機械都是成功的例子。但集成創新和消化吸收創新門檻相對較低，適合企業在技術和產品上的改良和提升。

3、產業的組織結構調整

產業的組織結構調整是指產業為了達到較高的市場績效，在有關政策指導下，結合自身的產品結構調整和資產結構調整，通過相關企業合并、兼并、破產、退出、出售、拍賣、收購與重組等方式對企業的外部市場結構，如市場的集中度和市場進入退出壁壘等以及企業的內部結構，如企業產權結構、企業組織結構等進行改變和優化的行為和過程。總體而言，嵊州市企業離科學規范管理的標準還有很遠，這也意味著組織結構調整依然艱苦。目前嵊州已經加對對領帶服裝、絹絲針織、廚房用具、電機、機械、電子電聲、生物醫藥、汽摩托車配件和造紙十大特色工業行業進行了整合，重點培育領帶服裝/電器廚具/機械電機融合而成三大主體產業集群，從而推動產業結構的融合提升。領帶產業面臨加快產業的整合與升級，拉長產業鏈的壓力。

4、產業的空間區位調整

所謂產業的空間區位調整，就是指產業根據外部環境變化和自身發展的需要，通過生產單元、銷售單元、控制（決策）單元等產業基本功能單元的主動空間遷移而對產業的生產區位、市場區位和決策區位進行全部或部分的空間重構的行為與過程。產業的空間區位調整的實質就是產業的空間轉移。從概念上看，衰退產業空間區位調整包括生產區位調整、市場區位調整和決策區位調整三個內容。其中，具有重要意義的是產業生產區位的調整。通常講的產業空間區位調整就是指產業的生產區位調整。

【參考文獻】

[1] 江世銀：區域產業結構調整與主導產業選擇研究[M].上海人民出版社，2004.

篇（11）

    1、數控高速切削加工的含義

    高速切削理論由德國物理學家Carl.J.Salomon在上世紀三十年代初提出的。他通過大量的實驗研究得出結論:在正常的切削速度范圍內,切削速度如果提高,會導致切削溫度上升,從而加劇了切削刀具的磨損;然而,當切削速度提高到某一定值后,只要超過這個拐點,隨著切削速度提高,切削溫度就不會升高,反而會下降,因此只要切削速度足夠高,就可以很好的解決切削溫度過高而造成刀具磨損不利于切削的問題,獲得良好的加工效益。

    隨著制造工業的發展,這一理論逐漸被重視,并吸引了眾多研究目光,在此理論基礎上逐漸形成了數控高速切削技術研究領域,數控高速切削加工技術在發達國家的研究相對較早,經歷了理論基礎研究、應用基礎研究以及應用研究和發展應用,目前已經在一些領域進入實質應用階段。

    關于高速切削加工的范疇,一般有以下幾種劃分方法,一種是以切削速度來看,認為切削速度超過常規切削速度5-10倍即為高速切削。也有學者以主軸的轉速作為界定高速加工的標準,認為主軸轉速高于8000r/min即為高速加工。還有從機床主軸設計的角度,以主軸直徑和主軸轉速的乘積DN定義,如果DN值達到(5~2000)×105mm.r/min,則認為是高速加工。生產實踐中,加工方法不同、材料不同,高速切削速度也相應不同。一般認為車削速度達到(700~7000)m/min,銑削的速度達到(300~6000)m/min,即認為是高速切削。

    另外,從生產實際考慮,高速切削加工概念不僅包含著切削過程的高速,還包含工藝過程的集成和優化,是一個可由此獲得良好經濟效益的高速度的切削加工,是技術和效益的統一。

    高速切削技術是在機床結構及材料、機床設計、制造技術、高速主軸系統、快速進給系統、高性能CNC系統、高性能刀夾系統、高性能刀具材料及刀具設計制造技術、高效高精度測量測試技術、高速切削機理、高速切削工藝等諸多相關硬件和軟件技術均得到充分發展基礎之上綜合而成的。因此,高速切削技術是一個復雜的系統工程,是一個隨相關技術發展而不斷發展的概念。

    2、數控高速切削加工的優越性

    由于切削速度的大幅度提高,高速切削加工技術不僅提高了切削加工的生產率,和常規切削相比還具有一些明顯的優越性:第一、切削力小:在高速銑削加工中,采用小切削量、高切削速度的切削形式,使切削力比常規切削降低30%以上,尤其是主軸軸承、刀具、工件受到的徑向切削力大幅度減少。既減輕刀具磨損,又有效控制了加工系統的振動,有利于提高加工精度。第二、材料切除率高:采用高速切削,切削速度和進給速度都大幅度提高,相同時間內的材料切除率也相應大大提高。從而大大提高了加工效率。第三、工件熱變形小:在高速切削時,大部分的切削熱來不及傳給工件就被高速流出的切屑帶走,因此加工表面的受熱時間短,不會由于溫升導致熱變形,有利于提高表面精度,加工表面的物理力學性能也比普通加工方法要好。第四、加工精度高:高速切削通常進給量也比較小,使加工表面的粗糙度大大降低,同時由于切削力小于常規切削,加工系統的振動降低,加工過程更平穩,因此能獲得良好的表明質量,可實現高精度、低粗糙度加工。第五、綠色環保:高速切削時,工件的加工時間縮短,能源和設備的利用率提高了,加工效率高,加工能耗低,同時由于高速切削可以實現干式切削,減少甚至不用切削液,減少污染和能耗。

    3、數控高速切削技術的應用領域研究

    鑒于以上所述高速切削加工的特點,使該技術在傳統加工薄弱的領域有著巨大應用潛力。首先,對于薄壁類零件和細長的工件,采用高速切削,切削力顯著降低,熱量被切屑帶走,可以很好的彌補采用傳統方法時由于切削力和切削熱的影響而造成其變形的問題,大大提高了加工質量。其次,由于切削抗力小,刀具磨損減緩,高錳鋼、淬硬鋼、奧氏體不銹鋼、復合材料、耐磨鑄鐵等用傳統方法難以加工的材料,可以研究采用數控高速切削技術來加工。另外,在汽車、模具、航天航空等制造領域, 一些整體構件需要比較大的材料切除率,由于數控高速切削的進給速度可隨切削速度的提高而相應提高, 使得單位時間內的材料切除率大大提高,因而在模具制造、汽車制造、航空航天制造中,數控高速切削技術的應用將產生巨大的經濟效益。第四,由于高速切削時,加工過程平穩、振動小,與常規切削相比, 高速切削可顯著提高加工精度1~2級,完全可以取消后續的光整加工, 同時,采用數控高速切削技術, 能夠在一臺機床上實現對復雜整體結構件同時進行粗、精加工,減少了轉工序中可能的定位誤差, 因而也有利于提高工件的加工精度。因此, 高速切削技術在精密制造中有著廣闊的應用前景。如某企業加工的鋁質模具,模具型腔長達1500mm,要求尺寸精度誤差±0.05mm,表面粗糙度Ra0.8μm,原先的制造工藝為:粗刨—半精刨—精刨—手工鏟刮—手工拋光,制造周期要60小時。采用高速銑床加工后,經過半精加工和精加工,加工周期僅需6小時,不僅效率提高,而且模具質量也大大提高。

    4、實現數控高速切削加工的關鍵技術研究

    數控高速切削加工是一個復雜的系統工程,涉及到切削機理、切削機床、刀具、切削過程監控及加工工藝等諸多相關的硬件與軟件技術,數控高速切削技術的實施和發展,依賴于此系統中的各個組成要素的,這些實現數控高速切削技術離不開的關鍵技術,具體體現在以下方面:

    1)高速切削機理:有關各種材料在高速加工條件下,切屑的形成機理,切削力、切削熱的變化規律,刀具磨損規律及對加工表面質量的影響規律,對以上基礎理論的實驗和研究,將有利于促進高速切削工藝規范的確定和切削用量的選擇,為具體零件和材料的加工工藝制定提供理論基礎,屬于原理技術。目前,黑色金屬及難加工材料的高速切削工藝規范和切削用量的確定,是高速切削生產中的難點,也是高速切削加工領域研究的焦點。

    2)高速切削機床技術模塊:高速切削機床需要高速主軸系統、快速進給系統和高速CNC控制系統。高速加工要求主軸單元能夠在很高的轉速下工作,一般主軸轉速10000 r/min以上,有的甚至高達60000-100000r/min,且保證良好動態和熱態性能。其中關鍵部件是主軸軸承,它決定著高速主軸的壽命和負載容量,也是高速切削機床的核心部件之一,主軸結構的改進和性能的提高是高速機床的一項重要單元技術。另一項重要的單元技術是高速進給系統。隨著機床主軸轉速的提高,為保證刀具每齒或每轉進給量不變,機床的進給速度和進給加速度也相應提高,同時空行程速度也要提高。因此,機床進給系統必須快速移動和快速準確定位,這顯然對機床導軌、伺服系統、工作臺結構等提出了新的更高要求,是制約高速機床技術的關鍵單元技術。

    3)高速切削刀具技術模塊:由機床、刀具和工件組成的高速切削加工工藝系統中,刀具是最活躍的因素。切削刀具是保證高速切削加工順利進行的最關鍵技術之一。隨著切削速度的大幅度提高,對切削刀具材料、刀具幾何參數、刀體結構等都提出了不同于傳統速度切削時的要求,高速切削刀具材料和刀具制造技術都發生了巨大的變化,高速切削加工時,要保證高的生產率和加工精度,更要保證安全可靠。因此,高速切削加工的刀具系統必須滿足具有良好的幾何精度和高的裝夾重復定位精度,裝夾剛度,高速運轉時良好的平衡狀態和安全可靠。盡可能減輕刀體質量,以減輕高速旋轉時所受到的離心力,滿足高速切削的安全性要求,改進刀具的夾緊方式。刀具系統的技術研究和發展是數控高速切削加工的關鍵任務之一。

    4)數控高速切削工藝:高速切削作為一種新的切削方式,要應用于實際生產,缺乏可供參考的應用實例,更沒有實用的切削用量和加工參數數據庫,高速加工的工藝參數優化是當前制約其應用的關鍵技術之一。另外,高速切削的零件NC程序要求必須保證在整個切削過程中載荷穩定,但是現在使用的多數CNC軟件中的自動編程功能都還不能滿足這一的要求,需要由人工編程加以補充和優化,這在一定程度上降低了高速切削的價值,必須研究采用一種全新的編程方式,使切削數據適合高速主軸的功率特性曲線,充分發揮數控高速切削的優勢。

    高速切削加工技術的發展和應用有賴于以上原理方面、機床、刀具、工藝等各項關鍵單元技術的發展和綜合。

    5、高速切削技術應用方面研究狀況和發展趨勢