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1 再制造技術是綠色制造的組成部分
綠色制造是指運用再制造技術、環保型制造技術和節省資源型制造技術,生產出來的即環保節能,又節省資源以及易于回收利用的綠色產品。綠色制造即體現了循環經濟和可持續發展的戰略思想,也是關鍵、重大工程項目的技術支撐和產業的發展方向。
綠色制造涵蓋了綠色產品設計(產品全壽命周期設計)和綠色制造系統的內容,解決了廢棄產品處理的環境污染和資源浪費問題,推動了再制造產業的形成和報廢產品回收處理的問題。它包括了干式切削加工技術、凈成形制造技術、快速成型加工技術、虛擬制造技術和再制造工程技術等綠色制造的關鍵技術。
同時,運用再制造技術生產出的再制造產品的性能要求不低于新產品,因此采用的再制造技術既要適用,又要有很高的先進性,以保證再制造產品的應用性能。再制造技術隨著綠色制造技術的發展,不斷地棄舊納新或梯次更新,呈現出動態性的特征。這些變化需要再制造技術善于創新,不斷采用新方法、新工藝、新設備,以解決產品因性能落后而被淘汰的問題。
2 綠色再制造是再制造發展的必然
產品的再制造性是衡量產品再制造能力的基本指標。是否為綠色再制造,產品再制造性設計是實現基于再制造的產品多壽命周期的前提條件。面向多壽命周期的產品設計及評價技術重點發展方向為再制造性設計建模技術、再制造性指標設計技術和再制造性設計評價技術等。
作為多壽命周期工程中的關鍵技術,綠色、先進再制造工程技術重點發展方向是快速再制造成形技術、高效自動化拆裝技術和綠色清洗技術等。
表面工程技術是是再制造的重要技術支撐,其重點發展方向為納米表面工程技術、自動化表面技術和綠色表面技術等。
產品的再制造質量控制技術是實現再制造產品性能優于或等同于新產品的重要保證,也是產品多壽命周期的關鍵技術。其重點發展方向為再制造毛坯剩余壽命評估技術、再制造過程在線質量監控技術和再制造產品的質量檢測與評價技術等。
再制造過程中不斷地應用信息技術來進行管理,提升再制造的效益和再制造產品的質量。信息化再制造技術的重點發展方向為信息化再制造提升技術、信息化再制造管理技術與方法和虛擬與柔性再制造技術等。
正確評價并應用多壽命周期產品環境技術,來促進產品多壽命周期中的環境效益。多壽命周期產品環境技術重點發展方向為環境影響評價技術、環境影響分析技術和再制造清洗技術等。
3 再制造與先進制造的內在聯系
運用傳統的產品全壽命周期設計思想,其物流模式是“研制――使用――報廢”的開環系統;而運用再制造產品的全壽命周期設計思想,其物流模式是“研制――使用――再生”的閉環系統。站在全壽命生產周期的角度考慮制造是處于上游,而再制造處于下游。再制造與產品全生命生產周期的關系如圖1所示。
用于再制造生產的多生命生產周期設備的平均使用成本大為降低,并且隨著生命周期循環次數的增多而下明顯降低。用于再制造生產設備的成本平均只占制造生產設備的50%左右,并且再制造生產設備質量不低于原始制造設備(包括使用壽命),因此其單位時間的使用成本大約也降低到相應數值。如果再考慮環境治理等而減少的社會成本,其綜合社會經濟效益應更為顯著。
4 再制造與先進制造的區別
兩者除了理論基礎、研究對象和研究內容等方面的區別以外,既有共性技術、兼容性技術和互補技術,還存在以下幾點不同。1)后者的關鍵技術包括:先進管理技術、先進工藝技術和先進信息化與自動化技術等;2)前者的關鍵技術包括:以微納米為代表的表面工程技術(包括如納米顆粒復合電刷鍍技術、納米固體干膜技術、納米熱噴涂技術、納米減摩自修復添加劑技術、納米涂裝技術、納米粘涂技術、納米薄膜制備技術、金屬表面納米化等);高速噴涂技術、熱處理修復技術、自修復技術等;3)原料供應的區別:先進制造新產品以新開采的原始資源為主,再制造以廢舊的可再循環利用的零部件為主;4)生產及物流方式的區別:新產品生產周期較長,屬于正向物流;再制造產品生產周期較短,屬于逆向物流。
5 再制造與先進制造的發展方向
再制造與制造受兩個市場相互關聯的制約,兩者要進行決策的協調機制:1)生產資源的決策協調、資源分配與生產調度的協調等;2)引導和協調消費者的購買觀念:擴大再制造產品與新產品有利的差異性,應該擴大宣傳再制造對于環境污染更少、制造成本更低、節約原材料、降低資源和能量消耗,投入產出比高的積極作用;3)縮小再制造產品與新產品不利的差異性:用戶可能認為再制造產品的壽命不如新產品的壽命長,質量也不及新產品的可靠。消費觀念上的差異性對再制造產品不利,如何縮小這些差異性,讓消費者喜歡購買再制造產品,使之成為信得過的再制造產品是一個新的課題;4)選擇成熟品牌進行再制造,做好售后服務工作。如何提高再制造產品的技術標準公信力,制定包括各種產品的報廢標準、廢舊物資回收再制造的通用技術和關鍵技術標準完善再制造產品的技術標準,并將已認定的技術標準向社會公示,從而提高再制造產品的技術標準公信力;5)加強政府對再制造產品的監管力度。嚴把再制造產品質量關,引導用戶形成購買再制造產品的習慣。按照產品質量法,使再制造產品在質量、性能、耐用性等方面達到甚至超過新產品的水平。
再制造技術和先進制造技術之間的關系越來越密切,兩者之間存在許多互補性、共性和兼容性技術,運用產品全壽命周期理念,以面向制造的設計轉為面向再制造的設計。從產品生產源頭考慮末端產品的再制造,使政府和制造商制訂提高環境和資源的措施和要求。隨著再制造生產者獲得巨大的經濟利益和環境效益,使得越來越多的制造商投入到自己生產產品的再制造中,而且因其具有諸多優勢(技術設備、專利等方面),使得原設備制造商開展再制造生產經營活動將成為新的生產、發展趨勢。
6結論
進入21世紀后,節約資源能源和節能減排已成為世界各國關心的重要話題,再制造作為廢舊產品資源化的最佳形式和節能減排的重要途徑而得到廣泛關注。在科學發展觀指導下,人們對再制造工程的認識不斷深化,再制造工程的內涵也在不斷地拓展,目前再制造工程已成為發展循環經濟、構建資源節約型和環境友好型社會的重要組成部分。
先進制造與再制造雖然研究內容不同,但存在著緊密的本質的聯系,它們之間的關系是辯證的而且內涵深刻。再制造是先進制造中重要的組成部分,先進制造的發展帶動了再制造的發展;同時再制造本身又具有相對的獨立性,與維修工程、表面工程等相關學科密不可分,由于它的產業化和高科技的自然屬性,有統領和帶動這些學科共同發展的積極作用。再制造學科的發展無疑對于先進制造起到了支撐作用,有力地促進了先進制造技術的發展。
再制造工程作為一門新興學科,其學科體系內涵和相關基礎理論及應用實踐問題值得深入研究。反映了大量國內外學者在先進制造、再制造及其關系的前沿的資料和成果。
參考文獻
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關鍵詞:先進制造技術;發展現狀;未來趨勢
中圖分類號:TM20 文獻標識碼:A
在工業發達國家都把先進制造技術作為國家級技術和優先發展領域。盡管決定國家綜合競爭力的因素有多種,但制造業的基礎地位不能忽視。20世紀90年代以來,各個發達國家都針對先進制造技術的研發提出了國家級發展計劃,旨在提高本國制造業的國際競爭能力。我國雖已成了制造大國,但不是制造強國,這表現在許多現代制造基礎技術尚未掌握,許多重大裝備不能自主制造,缺乏自主創新能力。所以,為了縮短與先進國家的差距,迎接新的挑戰,必須認清制造技術的發展趨勢,使我國的產品上質量,上效率,上品種和水平,以增強市場競爭力。
1 先進制造技術的內涵、特點
1.1 先進制造技術的內涵
先進制造技術是集多種技術為一體的總稱,它在制造業中不斷吸收信息技術和現代管理技術,從而產生新技術、新設備和新系統,并綜合應用于算機輔助設計、計算機輔助制造、集成制造系統等各個產品開發與設計、制造、檢測管理及售后服務的制造全過程,以實現優質、高效、低耗、清潔、敏捷制造,并取得較理想的技術經濟效果。所以,它是不斷沖擊傳統制造技術的新型系統。
1.2 先進制造技術的制造特點
1.2.1 面向新世紀的技術方法。先進制造技術是由傳統制造技術發展起來的,是制造技術的最新發展階段。
它既保留了傳統制造技術的有效要素,又吸取了各種高新技術成果,并將其滲透到產品生產的全部過程中,并在產品生產領域中不斷產生新的完整的技術群 ,形成具有明確范疇的新技術領域。所以,它是制造業中的新一輪技術革新。
1.2.2 是面向工業應用的技術方法。先進制造技術是一個有機的綜合體,又有很高的制度,它并不限于制造工藝,同時也覆蓋了市場調研分析,產品設計,外包,加工和裝配,銷售,維修,服務等產品壽命周期的全過程。
1.2.3 是駕馭生產過程的系統工程最有效方法。先進制造技術特別強調計算機技術、信息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。
1.2.4 是面向全球競爭的技術之一。制造業是綜合國力的支柱之一,也是現代國民經濟的體現。而制造技術的作用對制造業起著關鍵作用。隨著科學技術的發展和市場競爭日益激烈,制造企業對先進的制造技術進行了大力的研究和實施。從而先進的制造技術應運而生。
2 先進制造技術的新發展
2.1 柔性自動化
柔性自動化是集柔性制造單元、柔性制造系統、柔性自動生成線為一體,并在計算機支持下,能適應加工對象的自動化機械制造系統。它最顯著的特點就是可以有效改善設計工作和制造系統兩方面的柔性,并能夠根據實際情況迅速實現制造系統的重組。
2.2 知識智能化
知識智能化是將微電子學、計算機和系統工程等學科技術有機地結合起來,并在制造過程中,可以完整和理想地解決機械制造高自動化時的交叉問題。從而形成穩定的生產能力。
2.3 集成系統化
集成系統化是種高端技術行為,它強調技術和工程,并以解決方案為中心,將企業全部生產活動中的信息流和物質流有機結合,并實現最優化。所以,集成系統化有很強的復雜性,綜合性和專業性。它的實施,在一定程度上比集成化的產品更為重要。在制造業運用過程中,不但運行靈活,產品應變能力大,而且產品質量高,市場經濟效果顯著。
3 先進制造技術在國內外發展現狀
決定一個國家的綜合競爭力是多方面的,其影響的因素很多。制造業就是其中的組成部分,它的基礎地位十分重要,而先進制造技術既是制造業的基礎,又是它的升華。所以,各個工業發達的國家都把先進制造技術作為國家重量級的關鍵技術,引為優先發展領域。從二十世紀九十年代以來,美國,德國,日本等工業發達的國家,都在著力對現代先進制造技術進行跟蹤研究與探索,他們運用新興信息技術,網絡技術在工業制造過程中,從管理體制、經營理念、實際方法、制造手段等方面總結經驗,尋求新思路,并在原有基礎上,提出各種具有戰略意義和現實意義的先進制造技術,其目的都是為了提高本國制造業的國際競爭力。
而我國,雖然自建國以來,尤其是改革開放以來,國內制造業發展迅速,國家有計劃地推出一系列的重點科技項目,相應建立了比較完整的制造產業體系,有力地促進了先進制造技術的運用于推廣,為國民經濟和國防建設提供了許多重要裝備,但是與發達工業國家還存在明顯差距。這表現在技術創新能力較差,產品開發周期長,制造工藝設備相對落后,自動化生產程度低,高精尖技術開發薄弱。各個中小型企業及部分大型企業走的好似是低成本工藝控制自動化的道路。據統計,我國機床,汽車和重要發電設備等產品的產量雖居世界前列,但能躋身裝備制造業世界五百強的卻沒有一家。究其原因在于起步晚,創新能力低,體系不完善,突出比例相對較少。我國自改革開放以來,大力發展生產力,追求科技創新,不斷吸取國外先進技術,所以,才有了“十五”、“十一五”等長期的規劃目標,為發展先進制造大國而奮斗。
4 先進制造技術的未來發展
為適應新技術革命浪潮的沖擊,迎接新世紀的信息全球化、貿易自由化、制造全球化,新消費觀念的挑戰,先進制造技術正朝著全球化、集成化、智能化、精密化等方向發展。
其發展趨勢,先進制造技術越來越表現在于它的綜合運用,及管理方面的技術革新。在企業資源分散化、產品個性化的要求下,在信息管理技術的推動下,先進的制造技術綜合有效的利用將是制造企業提高競爭力的重要保障。
結語
世界經濟已經步入全球化經濟,國內外市場競爭日趨激烈,國內外企業合作密度日益加強。這種既合作又競爭的局面,不斷推動著制造業的發展,催動制造技術不斷更新。這正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。所以,先進制造技術是一個不斷發展,更新的新技術體系,研究和探索它的內涵,特點以及未來發展趨勢就顯得尤為重要。
參考文獻
先進制造技術是傳統制造業不斷地吸收機械、信息、材料及現代管理技術等方面最新的成果,并將其綜合應用于產品開發與設計、制造、檢測、管理及售后服務的制造全過程,實現優質、高效、低耗、清潔、敏捷制造,并取得理想技術經濟效果的前沿制造技術的總稱。從本質上可以說,先進制造技術是傳統制造技術、信息技術、自動化技術和現代管理技術等的有機融合。
先進制造技術是制造業21世紀發展的方向。先進制造技術的特點如下:
(1)先進制造技術貫穿了從產品設計、加工制造到產品銷售及使用維修等全過程,成為“市場一產品設計一制造一市場”的大系統。而傳統制造工程一般單指加工過程。
(2)先進制造技術充分應用計算機技術、傳感技術、自動化技術、新材料技術、管理技術等的最新成果,各專業、學科間不斷交叉、融合,其界限逐漸淡化甚至消失。
(3)先進制造技術是技術、組織與管理的有機集成,特別重視制造過程組織和管理體制的簡化及合理化。先進制造技術又可看作是硬件、軟件、人件和支持網絡(技術的與社會的)綜合與統一。
(4)先進制造技術并不追求高度自動化或計算機化,而是通過強調以人為中心,實現自主和自律的統一,最大限度地發揮人的積極性、創造性和相互協調性。
(5)先進制造技術是一個高度開放、具有高度自組織能力的系統,通過大力協作,充分、合理地利用全球資源,不斷生產出最具競爭力的產品。
(6)先進制造技術的目的在于能夠以最低的成本、最快的速度提供用戶所希望的產品,實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產,并取得理想的技術經濟效果。
美國從90年代初相繼提出了先進制造技術計劃、TEAM計劃、下一代制造(NGM)技術計劃、美國國家關鍵技術等,德國提出了“生產2000”計劃、“生產2000+”計劃、“微系統2000”計劃等、日本提出了智能制造系統計劃、韓國提出了高級先進技術國家計劃(G-7計劃)等。
圖1為先進制造技術的體系結構。
美國喬治?華盛頓大學于90年代初成立了由45位著名的未來學家和技術專家組成的新興技術預測委員會,在1996年的預測中,從可以預見到的最重要的技術進步中挑選85項將要出現的技術。共分為12個大類。其中在第類:制造業與機器人中有如下技術:
(1)計算機集成制造系統。在2012年,80%的工廠生產將實現計算機集成化;(2)生產自動化。到2015年,由于實現了生產自動化,工廠的就業人數在勞動力總人數中所占的比例將下降到10%以下;(3)大批量定制。到2011年,汽車、電器等30%以上的產品將廣泛實現大批量定制生產;(4)先進的機器人。到2016年,帶有傳感輸人、具有決策和學習功能、可移動的機器人將投放市場;(5)納米技術。到2016年,微型機器和納米技術將投人商業應用。
可以認為,這五種技術是最重要的先進制造技術。限于篇幅,這里僅對計算機集成制造系統和大批量定制作一簡單的介紹。這兩種技術對企業的影響范圍較大,有較大的適用性。
先進制造技術的發展趨勢可以概括為:
(1)數字化。在這方面,人們提出了CIMS、數字化工廠等概念。通過CAX(CAD,CAPP,CAE,CAM)系統和PDM系統,進行產品的數字化設計、仿真,并結合數字化制造設備,進行自動加工。并采用MRPII/ERP系統,對整個企業的物流、資金流、管理信息流和人力資源進行數字化管理。進一步的發展是,通過數字化的供應鏈管理(SCM)系統和客戶關系管理(CRM)系統,支持企業與供應商和客戶的合作。網絡技術的發展使企業內部和外部的數字化運作更加方便。
(2)知識化。知識將成為企業的最重要的生產要素,技術創新將是企業最重要的生存和競爭能力。知識管理技術、學習型組織等將受到越來越大的重視。
(3)模塊化。產品的模塊化和企業的模塊化將使企業能快速地、低成本地生產出顧客所需要的個性化產品。
(4)微小化。微機械及制造技術正在迅速發展,這將導致一大類全新的產品,深刻改變人們的生活。
(5)綠色化。強調產品和制造過程對環境的友好性。 2計算機集成制造系統(CIMS)
自從美國的Harringtong博士在1973年提出CIMS概念以來,CIMS在世界上走過了曲折的道路,人們對C1MS的本質認識有了巨大的變化,主要是:現代制造業的方向并不只是計算機的集成,信息的集成,而是人、技術、組織的整體集成,包括功能集成、組織集成、信息集成、過程集成、知識集成和企業間的集成⑷。由于計算機集成制造系統這一詞容易使人誤解,以為只要將計算機集成在一起就能構造成一個先進的制造系統。為此,我國的一些學者提出了現代集成制造系統(CIMS,ContemporaryInte?gratedManufacturingSystems)的概念。當前,CIMS的發展有以下特點。
2.1集成化
CIMS中有以下幾個關鍵的信息集成系統。CIMS在這些系統的基礎上進一步實現企業的總體集成。
(1)ERP(企業資源計劃)系統:國外有名的系統是SAP,Oracle,Baan,IBM等,國內有金蝶、用友、開思等。ERP系統集成了企業中的生產管理、財務、人事、采購、銷售等子系統。系統涉及面廣,十分龐大,對人員素質、數據和流程規范性要求髙,因此實施難度大,成功率不高。
(2)CAD/CAPP/CAM一體化:目前雖然有些CAD系統可以支持CAD/CAPP/CAM-體化,但主要針對基本上都采用數控加工的零件,如PRO/E軟件。由于不同產品中的零件差別很大,每個企業的加工條件和水平也不相同,因此復雜零件的CAD/CAPP/CAM-體化還沒有通用的系統。
(3)PDM(產品數據管理)系統:被用于管理和控制由CAX(CAD、CAPP、CAE、CAM等的統稱)系統所形成的大量的信息,避免花費很多時間去尋找本應該垂手可得的信息。PDM是設計自動化技術系統的核心,在產品的整個生命周期內管理全部的產品知識和信息,并為產品開發過程中的各個應用系統提供所需的數據,為不同應用系統提供集成平臺。PDM系統以產品數據庫為底層支持,以B〇M為組織核心,把定義最終產品的所有工程數據和文檔聯系起來,實現產品數據的組織、控制和管理。PDM系統一般是由CAD軟件開發商所開發的。因此,同一軟件公司的CAD系統和PDM系統能很好的無縫集成,而來自不同軟件公司的CAD系統和PDM系統間的集成性就差多了。PDM系統的實施難度比CAD系統要大,因為前者涉及管理、組織等問題。
(4)工作流管理系統:主要用于辦公自動化,是企業管理層的信息集成系統。目前工作流管理系統與知識管理系統緊密結合起來,使企業的知識得以共享和保存。
2.2網絡化
以因特網為代表的網絡技術正在制造業中產生越來越大的影響。人類正在進入一個新的時代--網絡經濟時代,在制造業中,也正在出現一種新的模式--網絡化制造模式。在網絡化制造中,新的網絡空間與傳統的物理空間緊密結合,產生出各種新思想、新觀點、新方法和新系統。制造企業將利用因特網進行產品的協同設計和制造;通過因特網,企業將與顧客直接聯系,顧客將參與產品設計,或直接下訂單給企業進行定制生產,企業將產品直接銷售給顧客;由于因特網無所不到,市場全球化和制造全球化將是企業發展戰略的重要組成部分;由于在因特網上信息傳遞的快捷性,并由于制造環境變化的激烈性,企業間的合作越來越頻繁,企業的資源將得到更加充分和合理的利用。企業內聯網(Intranet)/外聯網(Extranet)也將極大地改變企業內的組織和管理模式,將有效地促進企業員工的信息和知識的交流和共享〔5〕。
2.3敏捷化
進人21世紀,企業將面對日益激烈的國際化競爭的挑戰,另一方面,企業可以利用制造全球化的機遇,專注發展自己有優勢的核心能力及業務,而將其它任務外包和外協。企業將變得更加敏捷,對市場的變化將有更快的反應能力。但這些需要新的信息技術的支持,如供應鏈管理系統,促進企業供應鏈反應敏捷、運行髙效,因為企業間的競爭將變成企業供應鏈間的競爭;又如客戶關系管理系統,使企業為客戶提供更好的服務,對客戶的需求作出更快的響應。2.4虛擬化虛擬制造可以簡單地理解為“在計算機內制造”,通過應用集成的、用戶友好的軟件系統生成“軟樣機”,對產品、工藝和整個企業的性能進行仿真、建模和分析。虛擬制造包括:虛擬設計、虛擬裝配和虛擬加工過程。新產品的開發需要考慮很多因素。例如在開發一種新車型時,其美學的創造性要受到安全性、人機工程學、可制造性及可維護性等多方面的制約。在虛擬設計中,利用虛擬原型在可視化方面的強大優勢以及可交互地探索虛擬物體的功能,對產品進行幾何、制造和功能等方面的交互建模與分析,快速評價不同的設計方案,可以從人機工程學角度檢查設計效果,設計師可直接參與操作模擬,移動部件和進行各種試驗,以確保設計的準確性。這種技術的特點是:①及早看到新產品的外形,以便從多方面觀察和評審所設計的產品;②及早發現產品結構空間布局中的干涉和運動機構的碰撞等問題;③及早對產品的可制造性有清楚的了解。美國波音飛機公司在設計波音777飛機中采用了虛擬制造技術。采用飛行仿真器及虛擬原型技術在各種模擬的條件下,對飛機進行飛行試驗。
2.5智能化
例如,隨著CAD系統中知識的積累,CAD系統的智能化程度將大幅度提髙。這種智能化具體表現為:①智能地支持設計者的工作,而且人機接口也是智能的。系統能領會設計人員的意圖,能夠檢測失誤,回答問題,提出建議方案等;②具有推理能力,使不熟練的設計者也能做出好的設計來。
2.6綠色化
包括綠色產品和綠色制造。要求產品的零部件易回收、可重復使用、盡量少用污染材料、在整個產品的制造和使用過程中排廢少、對環境的污染要盡可能的小、所消耗的能量也盡可能的少。要求制造和使用具有潔凈性。產品和制造過程的綠色化,不僅要求企業把環境保護當作自己的重要使命,同時也是企業未來生存和發展的戰略。因為不注意環境保護的企業將被市場所淘汰。
3大批量定制
當前我國已進人買方市場,一般產品和一般的制造能力嚴重過剩;隨著市場競爭的國際化,用戶可以在更廣泛的范圍內選擇自己需要的產品,用戶對產品的質量、價格和新穎性的要求越來越高。許多企業都在探索如何在這種新環境中生存和發展。大批量定制(MC,MassCustomization)就是一種很有前途的生產模式。大批量定制又稱大規模定制、大規模客戶化生產、批量定制、批量客戶化等。
從理論上講,大批量定制要實現以大批量的低成本和短交貨期生產用戶定制的單件產品,但實際上,大批量定制可以看作是一種低成本、快速滿足用戶個性化需求的產品設計、制造和營銷的新概念、新模式和新實踐。大批量生產和單件產品的定制生產一直是兩種水火不相容的生產方式。實現大批量定制不僅僅是技術問題,還涉及到組織、管理和技術的全面變革。真正實現大批量定制也并非是一個企業的事情,需要全行業、全社會的共同努力。因此,大講:量定制是一個大系統工程。
大批量定制從產品和過程兩個方面對制造系統及產品進行了優化,或者說產品維(空間維)和過程維(時間維)的優化。其中,產品維優化的主要內容是:
(1)正確區分用戶的共性和個性需求;
(2)正確區分產品結構中的共性和個性部分;
(3)將產品維的共性部分歸并處理;
(4)減少產品中的定制部分。
過程維優化的主要內容是:
(1)正確區分生產過程中的大批量生產過程環節和定制過程環節;(2)減少定制過程環節,增加大批量生產過程環節。
圖2描述了大批量定制中的產品維和過程維優化的基本原理。這里將企業產品中的各種零部件分為兩大類,一類是通用零部件,另一類是定制零部件。產品維優化方向是減少定制零部件數。這里還將產品的生產環節分成兩部分,一部分是大批量生產環節,另一部分是定制環節,過程維優化方向是減少定制環節數。大批量定制的實質是要減少圖2中的小矩形面積,理想的情況是該面積為零,但這實際上是不可能的。
圖2大批量定制中的產品維和過程維優化的基本原理大批量定制的典型案例有:
(1)美國萊維?斯特勞斯(LeviStrauss)服裝公司:該公司可以向用戶提供多達近千種不同的款式、花色,加上量體裁衣的服務,以保證用戶獲得稱心如意的牛仔褲。用戶只需多付10美元即可根據腰圍等個人尺寸在流水線上定制。公司的營業額上升了三成,庫存急劇減少,經營成本大幅降低。
(2)寶潔公司(P&G):把洗發劑的配方增加到5萬多種,只要顧客能拿出頭發的油性酸性指標,就可以按通常價格給顧客定制專用洗發劑。
(3)日本松下自行車工業公司:每輛車都是根據用戶的身體重量和愛好特制的,價格僅比現成的型號高10%,兩星期內交貨。不同定制的自行車中,大量零部件則是采用標準化戰略進行設計和制造的。
(4)福特公司:發動機的模塊化設計,即對6缸、8缸、10缸和12缸等不同規格的發動機結構進行調整,使其絕大部分組件都能通用,以盡可能少的規格部件實現最大的靈活組合。不同規格的發動機可在一條生產線上加工。每年節約數億美元。
(5)海爾集團:以58大門類9200個規格品種為素材,再加上提供的上千種“佐料”--2萬多個基本功能模塊,經銷商和消費者可自由地將這些“素材”和“佐料”組合,形成獨具個性的產品。目前可以提供適合B2B2C的模塊化網絡家電9萬種以上。
(6)波音公司:面對結構復雜、品種繁多、零件數以百萬計的大型民用客機,將飛機中的零部件分為三類:第一類是基本的、穩定的無個性特性件、第二類是用戶的可選件、第三類是用戶特定的零部件。由于前兩類的數量占了一架飛機的工作量90%左右,這樣接到訂單90%的工作量已經完成或接近完成,這就大大縮短了生產周期,庫存量也不高,生產成本也降低了。并且波音公司在飛機模塊化設計的基礎上,開發了一個飛機配置設計及制造資源管理系統。波音的銷售代表在與用戶談判時,可以利用便攜式計算機上的這個軟件系統與用戶協同配置飛機。這一軟件能直接從構型庫中存取數據。銷售人員能向用戶展示各種選項將如何影響飛機的價格和重量。這些信息有助于用戶作出考慮周全的經營決策。
關鍵詞:機械制造技術;發展現狀;發展趨勢;制造業;制造管理;產品設計
隨著我國經濟逐步全球化,各行各業帶來不同的發展機會,我國機械制造業也遇到了前所未有的發展契機,目前我國經濟正處于發展的重要階段,針對機械制造行業也提出來全新的發展要求,機械制造國際化是目前我國機械制造行業所面臨的全新的發展挑戰,只有通過技術人員不懈的努力和研究,才能使我國器械加工制造行業快速與世界接軌。
1機械加工制造技術的實際現狀
先進機械制造技術通過冷熱交替加工技術、加工制造環節、質量檢測環節、物流配送環節、產品生產設計、原材料采集應用等環節進行一體化設計,并通過現代化計算機信息技術和虛擬技術的使用促進了生產工藝正規化,有效優化技工生產方案,能夠有效預測生產瑕疵環節并且加以預防。我國的加工工藝研究過程已經從傳統經驗判斷逐漸改變成定量數據分析,從單元板塊技術演變成了集成化制造技術,逐步向智能化轉變,通過不同檔次的自動化機械制造技術系統的開發應用,促使我國目前的制造行業不斷發展,但是與其他發達國家相比還是有一定的差距。
1.1制造管理
發達國家基本采用計算機信息管理系統,并且重視組織管理體制的建立,在生產過程中能夠嚴控準時生產概念(JIT),并且保有敏捷制造加工、精細化生產等先進的管理理念,我國目前缺少大型加工制造企業,多數小型企業還處在經驗管理理念掌控過程中。
1.2產品設計
發達國家的產品設計環節基本依據全新數據進行合理設計,并且通過計算機設計系統進行無圖紙設計和生產。
2機械加工制造技術的未來發展趨勢
2.1集成化制造技術
集成化制造技術是計算機技術有效應用的表象,通過現代化生產管理技術、先進的加工制造技術、全新的網絡信息化技術、自動化的加工生產技術等方面的運用,能夠將企業中全部生產活動信息進行有效匯集,并且實現了人性化、智能化管理生產系統,主要著重于信息匯集和共享,將網絡信息數據庫中的信息和機械加工生產計劃進行統一匹配和運行,通過整個技術的實際發揮,能夠促進產品質量的大幅度提高,并且大大縮短了生產周期,真正促進了我國機械加工制造行業的快速發展。
2.2精密化制造技術
現代化高科技產品主要通過高精度的加工制造工藝進行,主要分為精密加工工程、超精密加工工程、微細加工工程和全新納米加工技術等先進技術。精密和超精密的加工制造技術的快速發展,能夠有效提高機械制造行業的生產精準度和加工技術,有效提高了產品質量和性能,增加了機械產品的核心競爭力。
2.3智能化
智能化的加工制造生產技術應用是時展的必然結果。智能加工制造技術的應用能有效地將人工智能融入到機械加工制造各個環節中,并且逐步取代機械加工制造系統中的腦力勞動。加工制造過程中系統自動設定運行狀態的安裝,能夠將外界環境干擾和內部生產自動形成具體參數,并且有效設定最佳生產狀態,快速促進了我國機械加工制造技術的全新發展。
2.4標準化加工制造生產隨著我國機械加工制造要素的不斷發展,加工制造行業的標準化要求也越來越高。標準化加工能夠促進企業的技術經驗交流,增強企業的競爭力,并且促進企業正規化發展。隨著制造技術不斷地完善,制造標準也在不斷改變,并且通過標準完善能有效為我國機械加工制造技術的發展引向全新道路。
2.5網絡化信息通信技術
全新網絡化信息通信技術的迅速應用和普及給機械加工制造企業帶來重大的發展變革,產品的外觀設計、原材料選購、零件加工制造、市場開發和銷售都可以通過網絡化信息通信技術完成,實現了跨國界合作,網絡信息通信技術的不斷發展能夠有效促進信息技術的相互交流,并且在產品的研究開發和生產管理方面得到了加強,有效提高了我國企業的核心競爭力。
2.6全球化制造環境
隨著我國經濟不斷發展,各行各業在不同領域也受到國際化市場環境的沖擊,加大了國際社會對我國機械加工制造行業的沖擊和競爭,如果不能夠創新全新的機械加工制造技術,會直接影響我國機械制造行業的發展。目前網絡信息技術的不斷發展也促使我國機械加工行業與國際社會的不斷合作和競爭,也進一步刺激了我國制造技術的不斷發展,加工制造技術標準化是全球的機械制造行業所面臨的全新課題,只有不斷完善我國的加工制造生產技術,才能主導行業發展,符合社會發展需求。
2.7虛擬化制造技術
虛擬化制造技術是指機械加工制造技術中的設計環節,通過模擬實際操作技術和制造技術的使用能夠加快產品的研發速度和開發風險,通過虛擬化制造技術設計產品能夠有效地將產品的內部結構和性能通過仿真技術淋漓盡致地展現出來,能夠優化產品的自身性能,并且有效節約開發成本。虛擬化制造技術包含了產品的仿真運動操作、仿真環境干擾操作、動力實用性、外形設計方案、機械強度和硬度的測試和計算等方面。在加工制造過程中通過虛擬制造技術進行產品的生產和檢測,能有效檢測出產品的性能和缺陷,并給予合理生產計劃方案,有效優化產品加工工藝環節,促進了產品質量的有效提高,使機械加工生產過程更加合理化、科學化。
2.8綠色環保制造技術
綠色環保制造是通過環保生產過程(比如環保工藝設計、環保材料使用、環保設備投入、環保工藝技術、環保制造管理等方面)生產出綠色環保的機械產品的過程。產品在使用結束后能夠通過渠道進行回收再利用,通過采用環保制造能夠有效減少機械制造行業對于環境的污染,并且能夠將生產材料和加工能源最大限度地利用,從而降低了生產成本,直接創造了經濟效益,在未來的機械加工制造行業采用環保自動化系統應該主要考慮到長期可持續發展的戰略方針。目前我國采用的環保制造技術有以下三個方面:
2.8.1精密成型加工制造技術。精密成型加工技術包括精密鑄造類的數模精密加工成型鑄造技術、剛型鑄造精密成型技術、精密加工鍛造技術、精密焊接技術和切割技術等方面。目前,精密成型技術生產加工的小零件已經不需要車削或加工余量極小,精密成型配合磨削加工將取代大部分中小零件的車削加工。
2.8.2無切削液生產加工法。無切削液生產加工法主要是應用在機械的加工制造方面,無切削液主要能夠簡化生產加工工藝,并且有效節約生產成本,消除了冷卻液的使用所產生的系列問題,比如廢液排放的問題。
2.8.3急速成型操作技術。在零件加工技術中,通過對傳統加工技術的突破,能夠改變傳統的制作工藝,并且采用了累計原理設計出全新的加工制造技術,例如分體快速制造法、熔化沉積成型制造法等。通過這些技術的不斷完善,能夠節省原材料和能源的消耗,還能縮短生產周期,直接減少了加工成本,并且對于環境保護起到了至關重要的作用,所以將這些技術都歸類為綠色環保制造工藝。
3結語
我國的機械制造技術在不斷的研討和發展過程中,通過管理工作人員和技術科研人員的不斷開發促使我國的機械制造技術的發展道路更加順暢,根據機械制造業技術的不斷發展能夠逐步拉近了我國與現代化發達國家之間的技術差距,我國技術團隊在不斷優化自身專業素養和技術的同時也不斷完善技術開發領域的全新課題,實現我國機械制造行業快速、穩定的發展。
參考文獻
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關鍵詞:現代服務業;先進制造業;相關性分析
中圖分類號:F713 文獻標識碼:A 文章編號:1006-8937(2015)33-0119-03
1 研究背景
1.1 發展現狀
1980年以來,我國服務業一直在快速增長。然而,我國金融保險業、租賃和商務服務業、科學研究和綜合技術開發服務業等現代服務業占服務業總增加值的比重僅為26.6%,現代服務業發展的滯后,己經成為我國經濟增長的"瓶頸"。現代服務業主要指在工業化高度發展階段產生的,依托電子信息和網絡技術等高技術和現代管理理念、經營方式和組織形式而發展起來的服務業。
另外,自改革開放以來,我國制造業快速發展并趕超西方發達國家的同時,先進制造業作為制造業中極具競爭力的部分,與西方發達國家的差距也逐漸顯露出來。先進制造業包括高新技術制造業和新興制造業,也包括采用更為先進的制造技術改造后的制造業。根據國標行業分類,將電子及通信設備制造業、交通運輸設備制造業、普通機械制造業、電氣機械及器材制造業、化學原料及化學制品制造業、醫藥制造業等6個行業列為先進制造行業。
1.2 研究現狀
1.2.1 國內研究現狀
國內外有關現代服務業的研究主要集中在三個方面:現代服務業的概念、現代服務業的區位優勢和現代服務業產業集群。
榮曉華(2006)提出現代服務業又稱新興第三產業,一般包括金融保險業、信息服務業、旅游業、物流業、房地產及社區服務業等,是現代經濟的重要組成部分[1]。有關現代服務業的區位優勢的研究在國外尤為盛行。
Daniels(1985)通過對英國現代服務業的區位選擇研究,認為投資成本是現代服務業投資環境中的一個重要因素,它決定著現代服務業的功能水平[2]。而有關現代服務業產業集群的研究則最為豐富。
Miller(2001)的研究表明大倫敦區聚集了全英國最重要的服務業集群、倫敦市中心的商業集群、倫敦市區的金融服務業集群、倫敦區的電影、電視等媒體制作集群[3]。
1.2..2 國外研究現狀
國外學者提出制造業企業要發展先進制造技術,搶占技術高地從而獲得競爭優勢。S.E.Gouvea da Costa(2009)認為企業因為同競爭對手競爭的需要而謀求技術進步,但也應當根據自己本身的組織結構選擇合適的先進制造技術[4]。先進制造業的內涵分析方面:龔唯平(2008)認為先進制造業是市場網絡組織體系、生產制造技術與制造模式具有先進性的制造業生產系統[5]。
先進制造業的行業評價方面:郭巍,林漢川(2010)選取北京市2008年28個制造業行業的統計數據,運用主成分分析法從多個層面、不同角度評價各個制造業行業的先進性程度[6]。
由上可知,雖然國內外對于現代服務業和先進制造業的相關研究都比較豐富,但是國內文獻大多采用定性的方法來總結現代服務業和先進制造業的發展規律和特點,而采用數學模型、經濟模型和數理統計工具來分析和預測現代服務業和先進制造業發展優勢和劣勢的研究較少。
2 現代服務業與先進制造業融合定量分析
2.1 變量選擇與數據說明
我們對數據的研究主要從相關性及因果性出發,主要有皮爾遜(Pearson)相關系數及格蘭杰因果關系檢驗。
為了保證相關細分行業的相關性分析,我們選取的時間跨度為1994~2012十年間武漢市現代服務業和先進制造業統計年鑒相關數據,研究數據主要來源于歷年《武漢市統計年鑒》。
現代服務業(S)包括交通運輸、倉儲及郵政業(S1)、信息傳輸、計算機服務和軟件業(S2)、金融業(S3)、房地產業(S4)、租賃和商務服務業(S5)、科學研究、技術服務和地質勘察業(S6)、水利、環境和公共設施管理業(S7)、居民服務和其他服務業(S8)、教育(S9)、衛生、社會保障和社會福利業(S10)、文化、體育和娛樂業(S11)、公共管理和社會組織(S12);先進制造業(M)包括電子及通信設備制造業(M1)、交通運輸設備制造業(M2)、通用設備制造業(M3)、電器機械及器材制造業(M4)、化學原料及化學制品制造業(M5)、醫藥制造業(M6)
本文,我們選取各行業的增加值,并分別對其進行GDP平減。另由于本文數據是從1994年開始按1994不變價計算,用GDP價格縮減指數除以現價GDP,便得到按不變價格計算的GDP。GDP價格縮減指數的計算公式為:
2.2 現代服務業與先進制造業的關系
2.2.1 相關性分析
根據1994~2012年的相關數據,武漢市生產業與制造業走勢趨勢大體相似,因此初步判斷二者之間具有一定的相關性。運用SPSS相關性檢驗,我們得到現代服務業與先進制造業Pearson相關性達到0.992,因此可以認為兩者高度相關。
2.2.2 格蘭杰因果關系分析
我們從定量角度說明,進行格蘭杰因果檢驗,現代服務業與先進制造業產值增長互相推動,共同促進武漢市GDP的增長。
2.3 現代服務業與先進制造業各細分行業的關系
2.3.1 相關性分析
運用SPSS對現代服務業與先進制造業各細分行業相關性進行定量分析,得到結果見表1。
表中,現代服務業(S)與交通運輸設備制造業(M2)的相關性系數為0.662,其他各細分行業的相關性系數均大于0.9,因此從定量角度,我們可以認為,S與M各細分行業高度相關。
2.3.2 格蘭杰因果關系分析
運用格蘭杰因果分析,得到現代服務業與先進制造業各細分行業因果影響結果。我們可以得出如下結論,現代服務業與先進制造業除電子及通信設備制造業(M1)以外的其他細分行業均互為因果。
2.4 先進制造業與現代服務業各細分行業的關系
由于相關性分析和格蘭杰因果分析建立在一段較長的時間段上才更具有說服力,我們對現代服務業選取具有代表性的幾個細分行業,通過這些細分行業相關性與因果分析,探究具體情況。選取的細分行業的原因主要有兩點:
①現代服務業這六個細分行業統計口徑基本保持不變,因此數據具有連續性;②這六個細分行業總體GDP占現代服務業總體比重較大。
2.4.1 相關性分析
運用SPSS對先進制造業與現代服務業各細分行業相關性進行定量分析,得到結果見表2。
上表顯示,先進制造業與現代服務業部分細分行業的相關性系數分別為0.938、0.986、0.986、0.980、0.961、0.995,均大于0.9,因此從定量分析,我們可以認為他們存在顯著相關。
2.4.2 格蘭杰因果關系分析
同樣運用格蘭杰因果分析,得到先進制造業與現代服務業各細分行業因果影響結果。我們可以得出如下結論,交通運輸、倉儲及郵政業(S1)在滯后為4時,導致先進制造業的進步,但是反過來,先進制造業整體GDP的增長,與交通運輸、倉儲及郵政業(S1)沒有關系。
先進制造業(M)與金融業(S3)互為因果,同期共同影響。先進制造業與房地產業沒有雙向因果關系,但存在明顯、持續的單向影響。
先進制造業(M)與科學研究、技術服務和地質勘察業(S6)在滯后期為3時,互為因果;滯后期為4時,教育(S9)推動先進制造業的發展;先進制造業與衛生、社會保障和社會福利業(S10)交叉影響,滯后期為2時,衛生、社會保障和社會福利業(S10)在一定程度上促進先進制造業的進步,而在滯后期為3時,這種促進作用不明顯,反過來先進制造業推動衛生、社會保障和社會福利業(S10)的發展,如此反復。
從相關性定量分析,我們可以認為先進制造業與現代服務業存在顯著相關。
2.5 細分行業間的關系
通過整體現代服務業GDP與先進制造業各細分行業GDP,整體先進制造業GDP與現代服務業部分行業GDP相關性與格蘭杰因果分析,我們得到,大部分變量間存在較為顯著的相關性和不同滯后期的因果關系。將先進制造業(M)與現代服務業(S)各細分行業相關性、因果關系分別分析,得到更明了的結果。
2.5.1 相關性分析
運用SPSS對現代服務業與先進制造業各細分行業相關性進行定量分析,得到結果見表3。
上表表明,S、M各細分行業間相關性系數大部分都在0.90及以上,因此,我們可以推出,各細分行業間存在一定的相關性。
2.5.2 格蘭杰因果關系分析
①電子及通信設備制造業(M1):
現代服務業各細分行業在滯后期為1時,都顯著促進了電子及通信設備制造業(M1)的增長;
在滯后期為3時,電子及通信設備制造業(M1)促進交通運輸、倉儲及郵政業(S1)、金融業(S3),科學研究、技術服務和地質勘察業(S6)的進步;
滯后期為4時,科學研究、技術服務和地質勘察業(S6)、衛生、社會保障和社會福利業(S10)影響了電子及通信設備制造業(M1)的GDP的提升。
②交通運輸設備制造業(M2):
在滯后期為3的時候,交通運輸設備制造業(M2)是金融業(S3)GDP增長的推動因素,而科學研究、技術服務和地質勘察業(S6)的GDP增長推動交通運輸設備制造業(M2)的進步。
在滯后期為1時,它促進了衛生、社會保障和社會福利業(S10)的發展?,F代服務業的其他行業的GDP增長與交通運輸設備制造業(M2)的發展沒有顯著的因果關系。
③通用設備制造業(M3):
滯后期為1-3時,交通運輸、倉儲及郵政業(S1),房地產業(S4)都促進通用設備制造業(M3)的發展,反之則不成立,即這種影響只是單方向的;
在滯后期為1時,科學研究、技術服務和地質勘察業(S6)拉動通用設備制造業(M3)的發展,而在滯后期為3時,通用設備制造業(M3)反過來促進科學研究、技術服務和地質勘察業(S6)的進步;
通用設備制造業(M3)與教育(S9)的GDP增長在滯后期為2時互為因果,與衛生、社會保障和社會福利業(S10)在滯后期為1時互為因果。
④電器機械及器材制造業(M4):
僅在滯后期為4時,交通運輸、倉儲及郵政業(S1)促進電器機械及器材制造業(M4)的發展;電器機械及器材制造業(M4)與金融業(S3),房地產業(S4)在滯后期為2時互為因果;
滯后期為1-3時,電器機械及器材制造業(M4)均促進科學研究、技術服務和地質勘察業(S6)的進步,而教育(S9)僅在滯后期為3時,推動電器機械及器材制造業(M4)的GDP的增長。
電器機械及器材制造業(M4)在滯后期為1時,導致衛生、社會保障和社會福利業(S10)的進步。
⑤化學原料及化學制品制造業(M5):
化學原料及化學制品制造業(M5)分別與交通運輸、倉儲及郵政業(S1),科學研究、技術服務和地質勘察業(S6),衛生、社會保障和社會福利業(S10)的GDP增長互為因果,在1-3期,化學原料及化學制品制造業(M5)的發展在一定程度上促進金融業(S3)的進步,而反過來,房地產業(S4),教育(S9)在滯后期為1-3時,影響化學原料及化學制品制造業(M5)的增長。
⑥醫藥制造業(M6):
在滯后期為1時,交通運輸、倉儲及郵政業(S1)促進醫藥制造業(M6)的進步,而在滯后期為4時,醫藥制造業(M6)反過來拉動交通運輸、倉儲及郵政業(S1)的發展;
醫藥制造業(M6)僅在滯后期為3時促進金融業的發展;
滯后期為1-3時,房地產業(S4),衛生、社會保障和社會福利業(S10)均促進醫藥制造業的進步;
滯后期為1和4時,科學研究、技術服務和地質勘察業(S6)拉動醫藥制造業(M6)的GDP增長;
教育(S9)僅在滯后期為1時,促進醫藥制造業(M6)。
即醫藥制造業(M6)與現代服務業各行業沒有必然的互為因果關系,但是在一定程度、不同的滯后期對現代服務業某些細分行業有一定的單向或者交叉影響。
3 結 論
通過SPSS相關性分析,我們可以得出,無論從整體層面還是細分到各個具體行業,現代服務業與先進制造業行業之間都有著較強的相關性。從整體層面,現代服務業整體GDP與先進制造業整體GDP增長在滯后期為3時互為因果,并且這種互為因果表現為同期影響,融合發展。
通過現代服務業整體GDP與先進制造業六個細分行業的格蘭杰因果分析,我們得到,除了電子及通信設備制造業的GDP增長與現代服務業GDP沒有必然的同期因果關系外,先進制造業的其他五個細分行業交通運輸設備制造業,通用設備制造業,電器機械及器材制造業,化學原料及化學制品制造業和醫藥制造業均在同期與現代服務業存在著顯著的同期互為因果。
無論是整體層面,還是整體與細分行業的格蘭杰因果分析結果都表明,現代服務業與先進制造業存在著千絲萬縷的關系,這種關系具體到各個細分行業,如果影響,整體層面的因果關系是由哪些細分行業之間的互為因果、單向因果或者交叉因果導致。通過現代服務業部分細分行業與先進制造業各細分行業具體的格蘭杰因果分析,我們得到整體行業間細分行業的因果關系。
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【關鍵詞】制造技術;機械制造工藝;分析
隨著中國特色社會主義不斷發展,先進制造技術與機械制造工藝是促進國民經濟和提高市場經濟競爭力的基礎保障。先進制造技術被看作是世界各國綜合國力的衡量指標,擁有先進制造技術與機械制造工藝,就掌握了激烈競爭中的主動權。但受我國基本國情影響,在此方面與國法發達國家對比還存在較大差距,在實際生產中呈現組諸多不足。因此,我們對先進制造技術與機械制造工藝研究進行深入研究,并為其創新發展提供一切優越條件。筆者通過先進制造技術與機械制造工藝各自發展趨勢和特點分析,對其二者內在關系進行論述,并且提出了一些針對性建議,希望為我國進制造技術與機械制造工藝研究起到借鑒作用。
1先進制造技術與機械制造工藝分析
在科技飛速發展推動下,先進制造技術的概念得以不斷擴展與延伸,就目前來看,先進制造技術融合了互聯網技術、電子技術以及新的管理理念等,整個制造流程更加快捷與迅速,生產質量得以明顯提升。先進制造技術由系統管理、綜合自動化技術、先進制造工藝以及先進設計技術構成,這種構成方式一定程度上決定了我國制造水平的高低。為此,從國情及行業實際出發我國構建了相對完善的先進制造技術體系,涉及先進制造集成技術層、制造單元技術創新層以及先進制造技術層。其中先進制造技術層最為基礎,包含清潔、低耗、高效以及優質基礎知識制造技術,常用在鋼鐵焊接、鍛造以及機械制造等過程中。制造單元技術創新層處于第二層,涉及數控技術、機器人技術、清潔生產技術、并行工程等。而先進制造集成技術層,包括信息技術、管理科學、系統工程、新材料技術等,以更好的滿足市場發展需求。
機械制造工藝的重心是整個制造過程,為達到高產、高質以及高效目標,實現了信息流、物質流與傳統制造工藝技術的融合,產生的工藝包括熱處理工藝技術、機械物質表面處理工藝、機械處理與加工工藝等。
2先進制造技術在機械制造工藝中的應用
2.1人工智能技術的應用
人工智能技術可以對于人類進行智能模擬,最終對于機械或者是其它領域進行智能化與自動化的控制。人工智能技術可以對于機械等進行智能化控制,可以在遺傳編程、信息圖像、語言等各個方面進行應用。人工智能技術具有以下方面的特點。第一,性價比高。我們以電氣工程為例子進行具體說明。電氣工程一方面在運行中需要對于大量的數據信息等進行計算,分析等工作,另一方面需要對于運行的過程進行有效化監控。應用以往的方式需要花費大量的成本。而應用人工智能后,需要應用較小的成本,就能實現智能化控制與分析。第二,具有可靠性的特點。人工智能是在網絡信息技術、計算機技術等為基礎形成的新型高端技術類型,可以在全過程控制中保障電氣工程的安全。第三,具有可操作性的特點。光纖、電纜、網絡信息、計算機等眾多領域的進步與發展,為人工智能的應用提供了強大的技術支持,有利于其進步與發展。我們將人工智能與原有的自動化生產技術進行有效的融合,就形成了人工智能特點的新型自動化機械制造系統。這種系統可以在機械制造流程的各個階段進行合理化的應用。比如:對于自動化與智能化的有效應用,使得系統通過分析、研究、判斷、智能模擬、推理等眾多手段的應用對于機械制造全過程進行自動化與智能化的監控,有利于我們改進有關的應用方式、對于一些突發事件進行科學處理,提高機械制造的工藝與水平,使其實現應有的價值。
2.2全面構建信息化先進機械制造技術與工藝平臺
在實際的機械制造生產實踐中,先進制造技術與制造工藝的運用所產生的數據信息龐大而復雜,隨著制造業的發展,生產產品會更多樣復雜,要在經濟發展的洪流和時代變化的潮流中更好地促進制造行業水平的提升,就必須在現有水平的基礎上全面構建信息化的平臺,將機械制造技術與制造工藝與信息化發展相結合,運用各種網絡信息資源與先進數控技術為機械制造技術與工藝提供一個有利于整合數據、加工信息、技術工藝資料的信息化平臺,也可以運用類似于產品建模、工藝仿真、技術虛擬的信息化手段以提高制造加工精度和效率。
2.3加大資金投入力度
資金投入力度會直接影響機械制造技術與制造工藝的創新發展,因此政府要加大對此的資金和政策扶持。要深入調研機械制造業的發展情況,以長遠的眼光看待問題,制定有利于制造技術與制造工藝研究與創新的制造業發展戰略,政策激勵技術人員和整個行業對技術的創新,并根據相關法律法規規范制造行業;同時,相關部門要鼓勵機械制造技術與制造工藝研究項目的開展,提高工藝技術水平,推動可持續發展。
2.4培養專業人才
專業人才與機械制造技術與制造工藝的突破性發展密切相關,因此要更廣泛地培養這方面的專業人才。一方面,制造業企業可以與高校及相關研究機構保持合作,企業提供項目研究資金,研究機構提供科研成果以促進技術和工藝水平的提高。另一方面,高校和一些職業院??梢蚤_設機械制造相關專業,實行定點定向培養,為機械制造業輸送更加專業的人才,這不僅是為促進機械制造水平和質量的全面提升,也是為提升人才的綜合素質。
3先進制造技術水平與機械制造工藝質量提高對策
3.1注重整合,加強創新
近年來,我國科技發展水平迅速,新的先進制造技術不斷涌現,在此基礎之上產生了很多新的機械制造工藝,一定程度上推動了我國制造業的發展。面對新的社會發展形式,先進制造技術與機械制造工藝應注重彼此間的融合,進一步提高先進制造技術及機械制造工藝生產效率。同時,我國還應重視在先進制造技術和機械制造工藝方面的創新。創新不僅是機械制造企業長遠發展的基礎,而且是先進制造技術與機械制造工藝長遠的重要保障。
3.2增加投入,加大扶持
先進制造技術與機械制造工藝發展不僅需要政府的政策支持,而且需要相關部門的資金投入,給先進制造技術與機械制造工藝的發展奠定雄厚的政策及資金基礎。一方面,政府應結合我國先進制造技術與機械制造工藝整體發展情況,從長遠角度出發制定完善的發展政策,尤其規范行業發展行為,加大對業內做出杰出貢獻人員的獎勵,鼓勵其勇于創新,不斷攻堅克難,為行業的穩步、長遠發展做出應有貢獻。另一方面,國家相關部門應加大先進制造技術與機械制造工藝扶持力度,尤其職能部門應撥付專項資金用于新技術、新工藝的研究等,鼓勵實力雄厚的企業不斷優化制造技術,改進機械制造工藝等。
本科教育培養過程中的教學改革與創新,是高等教育的原動力和生命力。教育部早在2001年4 號文件《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》中,就要求本科教育要創造條件使用英語等外語進行公共課和專業課的教學。自此以后,雙語教學(bilingual education)成為了引人矚目的教學改革的熱點[1-3]。
先進制造技術最早源于美國,各種具體的先進制造技術如計算機集成制造技術、柔性制造技術等也都是是由美國、英國等西方國家提出的,因此,要教好、學好先進制造技術這門課程,及時跟蹤各種先進制造技術的發展動態,有必要在“先進制造技術”課程教學中采用雙語教學方法。
本文分析了“先進制造技術”課程的特點,對本課程采用雙語教學的可行性進行了分析。
一、“先進制造技術”課程的特點
幾年來,眾多高校都將“先進制造技術”課程列為機械類及機電類專業的專業選修課或者必學課。中南大學機電工程學院將本課程作為機械類專業的選修課,供全院機械專業16個班選修,每年選修該課程的學生均在110人以上,在大三第二學期開設。作為一門全面講授先進制造技術的課程,與其他專業課相比較,其特點如下:
(一)課程的內容多,覆蓋面廣
“先進制造技術”課程的內容十分繁雜,覆蓋面廣,包括柔性制造系統、計算機集成制造系統、快速成型技術、先進生產管理技術、特種加工技術、超精加工技術、納米加工技術、生物加工技術和綠色制造等各種先進的技術,還包括許多其他學科的知識,如管理科學、電子科學、材料科學、信息科學等。
(二)課程內容上既繼承又發展,具有動態性
“先進制造技術”課程所講授的內容中有很多的先進技術是既繼承又發展的,如在閉環物料需求計劃的基礎上,將企業的經營、銷售、財務、成本管理納入,則發展為制造資源計劃,而制造資源計劃經過擴充和進一步完善則發展成為企業資源計劃。
同時,隨著時間的推移,各種先進制造技術不斷吸收各種最新技術成果,并不斷發展和創新。故本課程的內容也具有動態性,需要不斷地更新。
(三)教材內容的滯后性
先進制造技術發展迅速,而教材的內容大多是已經成熟或即將成熟的知識,與相關學科的最新進展相比存在一定的滯后性。因此,授課教師必須及時檢索、查閱相關技術的最新研究成果,并補充到教學內容中,使學生能夠掌握制造技術的最新知識。
(四)教材內容的概述性
由于該課程涉及的內容多、課時少(我校為32課時),對于每一種先進制造技術,本課程都不進行深入、詳細的研究,而只介紹其基本原理、特點、應用和發展趨勢等。其中的某些內容與專業課的相關內容重疊,如本課程中的計算機集成制造系統與我校的專業選修課“計算機集成制造”重疊。
二、“先進制造技術”課程采用雙語教學的可行性分析
(一)“先進制造技術”課程的特點適合采用雙語教學
由于各種先進制造技術都是起源于美國、英國等西方國家,“先進制造技術”課程中專業術語多,且專業詞匯既偏又新,大都是從英文翻譯過來的,在傳統的教學中,都需要在黑板或課件上給出各專業術語對應的英文,而采用雙語教學,則更利于學生理解和掌握各種專業術語。
基于“先進制造技術”課程內容多和概述性等特點,學生不需要接受非常深奧的理論知識,所以相對其他的專業基礎課和專業課來說,更適合采用雙語教學。
基于“先進制造技術”課程的動態性和滯后性的特點,需要及時更新和增加各種新技術、新理念方面的內容,采用雙語教學能夠直接采用最新的文獻資料,使學生能夠了解國內外先進制造技術的最新發展動態。
所以,與其他基礎課和專業課相比較,“先進制造技術”課程更適合于采用雙語教學。
(二)當代大學生的英語水平適應本課程的雙語教學
我校的“先進制造技術”課程是針對所有機械類專業在第六學期開設的一門選修課,大部分同學在選修該課程時,通過了大學英語四級甚至六級考試,有較好的英語讀、寫、聽的能力,并且有部分同學已經進行過雙語課的學習,對雙語教學不再陌生。這部分英語水平較高的同學選修本課程后,其英語水平是完全能夠適應雙語教學的。
“先進制造技術”課程采用雙語教學,在教學中逐步使英語成為教與學的載體,使學生不僅能掌握課程涉及的專業知識,而且可以逐步聽懂英語授課,掌握專用術語的英文表述,能用英語就該課程的問題進行口頭交流與書面交流。
(三)雙語教學有利于提高學生的科技英語水平
在選修“先進制造技術”課程時,學生已經經過了持續十多年的英語學習,在英語的學習中花費了大量的時間和經歷,但是學習的都是基礎英語?;A英語的教學在于培養學生英語交流的基本技能,包括聽、說、讀、寫等,大都是在應付永無休止的考試,而臨到畢業面對社會緊缺的懂專業技術又能熟練使用英語的崗位時,卻發現自己連面試的勇氣都沒有。另外,基礎英語教學不可能偏向某個專業,不能考慮學生在專業方面的需求。因此,在進入專業課程學習階段的后英語學習時代,英語應該成為一種應用工具,掌握這個工具并體現其價值的唯一途徑就是應用。
因此,通過“先進制造技術”雙語教學,在教學中保證英語的使用比例,真正進行“雙語”教學,在教學過程中使用原版教材、制作雙語教學課件,在講授課程內容的同時介紹科技英文特點(清晰、準確、精練、嚴密等)和特有的表達方式、英漢互譯的技巧,盡量運用整段英語講述和解釋,促進學生養成用英文思考、獲取專業知識的習慣,強化英語聽讀能力。這樣的雙語教學,將激發學生學習科技英語的興趣,全面提高學生科技英語水平。
(四)課程有合適的雙語教材可供選用
根據Longman 應用語言學詞典對雙語教學的定義:“The use of a second or foreign language in school for the teaching of content subjects”,即在學校里使用第二語言或外語進行學科教學。因此,雙語教學既可以采用國外原版英文教材,也可以采用自編或者國內學者編寫的英文教材。
目前,與“先進制造技術”相關的原版教材主要有“21st Century Manufacturing”和“Manufacturing Technology:Foundry,Forming and Welding”這兩本,這些原版英文教材語言背景地道、學科優勢明顯、注重實踐性和實用性、內容淺顯易懂。但也存在教與學方面的問題,如課程體系的設置與國內高校存在差異、知識點多而分散、重點不突出,如果直接選用這些原版教材,無法滿足本課程的教學要求,故只適合推薦為課外參考書。
國內學者編寫的教材有《先進制造技術》(英文版)教材。該書由西安交通大學唐一平教授主編,該書的第一版被編者稱為:“國內首本制造技術英文版教材”,現在已由科學出版社出版了第二版。該新版教材滿足我校“先進制造技術”課程雙語教學大綱要求,教材中的文章都是從20 世紀90 年代以后出版的書刊中選取的,內容新穎,體現了本學科的前沿性和先進性,而且注重了知識的系統性。該教材內容取舍得當,英文較為地道,詞匯和語法淺顯易懂,每一章后面有難點、重點語句及詞匯的注釋,書末還有全部詞匯表和相應參考書列表。目前,國內已有多所高校的“先進制造技術”課程采用該教材。
使用英文教材授課的教學準備工作量很大,是一般教學準備工作量的三至四倍。我校于2006年出臺的《中南大學雙語教學管理辦法》第六條規定了對雙語教學的激勵措施:(1)同等條件下,在崗位津貼、校內教改立項、本科教學質量優秀獎評選等方面進行傾斜。(2)雙語教學課程教學工作量的計算在一般標準基礎上,再乘以1.5至2.5的系數。其他高校對雙語教學也有相應的激勵政策。
三、結束語
“先進制造技術”具有課程內容多、教材內容具有滯后性和動態性等特點,授課教師應及時跟蹤國內外制造技術的最新成果,雙語教學非常適合該課程教學的特點。本課程有合適的雙語教材,各高校對雙語教學有政策支持,通過本課程的雙語教學能夠極大地提高學生的科技英語水平,了解世界先進制造技術的發展動態,是完全可行的。
參考文獻:
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所謂“先進制造業”,即不斷吸收信息、機械、材料以及現代管理等方面的高新技術,并將這些先進的技術綜合應用于制造的各個環節和全過程,實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產,從而取得很好經濟社會和市場效益的制造業總稱。國家信息化專家咨詢委員會委員朱森第認為,先進制造業并不是國民經濟行業基礎性分類中的產業概念,而是備選分類中按照所要觀察的產業特性而制定的相關產業分類,比如高新技術產業、新興戰略性產業等。
今年9月份,工業和信息化部了《信息化和工業化深度融合專項行動計劃(2013-2018年)》,提出面向國民經濟重點領域智能制造需求,創新智能制造裝備產品,提高重大成套設備及生產線系統集成水平;加快工業機器人、增材制造等先進制造技術在生產過程中應用;培育數字化車間、智能工廠,推廣智能制造生產模式等。按照規劃,我國政府將在2016~2018年推進智能制造模式在各行業中的全面應用,推動工業機器人在重點行業中的規模應用;開展重點行業先進制造技術模式的試點示范。
試看工業強國近年來的工業化發展軌跡,基本上都和先進制造業有密切關系。在今年4月份舉辦的2013漢諾威國際工業博覽會上,“工業4.0”成為最大熱詞。前三次工業革命的到來造就了機械、電氣和信息技術,如今,物聯網和制造業服務正宣告著德國第四次工業革命——工業4.0的到來。在未來,廠商們將以“信息物理融合系統”(Cyber-Physical Systems:CPS)為框架建立包含其設備、制造過程,倉儲系統和工業產品的全球性網絡。
由于2008年金融危機的關系,美國政府意識到制造業仍是國家經濟發展的支柱,因此要加快制造業的發展。美國提出的“再工業化”,就是在制造業中廣泛使用人工智能、機器人以及數字化制造技術,從而提升制造業水平,使得制造業以更高的效率,更小的資源消耗和勞動力成本來完成,實現個性化的產品制造。
歐盟、日本也都把發展先進制造業作為一種潮流。以信息技術為代表的創新技術發展迅速且滲透性很強,遍布各個工業化的角落,而且與制造業深度融合,包括設計、開發、生產、總裝、加工、調試、維護、遠程監控甚至培訓,整個業務鏈條都和信息網絡技術有關,生產的效率也自然得到提高,可以用比較少的資源消耗取得較好的效果。
在第三次工業革命中,智能化制造是引發制造業變革的主動力,而中國的制造業目前狀態還是:勞動密集型產業、附加值低的產業、生產性制造占主體,這樣的制造業面臨資源、環境、勞動力成本提高和利潤空間壓縮的制約,結果是大批量的低價產品到了其他國家,反而容易受到其他國家的反傾銷訴訟。
一方面發達國家都在盡快占領未來的制造業高地,另一方面作為發展中國家,巴西、越南以及一些東歐國家也在全球制造業工廠的地位上和中國形成競爭。在前有圍堵,后有追兵的情況下,全社會要更加意識到中國制造業轉型升級的重要性。朱森第認為,怎么實現工業化轉型升級,就要依靠科學技術,發展能源消耗少、對環境影響小的產業,不斷發展壯大先進制造業。
2012年底,國家信息化專家咨詢委員會對發達國家的新一輪工業革命進行了深入思考,提出了加速發展先進制造業的國家戰略課題,結論是發展先進制造業對中國而言是非常緊迫的,如果現在不抓緊發展,就會錯失良機。專家建議未來十年我國先進制造業的發展重點是:智能制造;集成電路制造;增量制造;工業機器人;激光加工;顯示器件制造;光電子器件制造;生物制造;微納制造;新材料。
關鍵詞:先進制造技術;先進制造模式;制造業
1 先進制造技術概述
制造業是工業的主體,是生產工具、生活資料、科技手段、現代裝備及其技術進步的依托,既占有基礎地位又處于發展核心,而制造技術則是發展制造業并提高其產品競爭力的關鍵因素[1]。
隨著制造業競爭日益激烈的形勢,美國、日本、西歐、新加坡等發達國家和地區以及部分新興工業國,都投入大量資金用于進行先進制造技術及其系統的研究開發,并將其列為國家的重點發展領域。
1994年,美國投入14億美元研發經費將先進制造技術作為重點扶持的科技領域,1996年,更是投入高達3420億美元的資金用于制造業的生產技術設備更新投資;1986~1993年,日本投入3萬億美元進行制造業的技術設備更新和工藝改造; 1991~1994年,歐共體投入74億美元進行先進制造技術探索與開發[2]。
2 先進制造技術的內涵及特點
先進制造技術,是指制造業不斷吸收現代信息技術及管理技術的成果,先進制造技術綜合應用于產品制造全過程,包括設計,加工,檢測,管理,銷售,使用,服務以及回收。目的是實現高效率,低耗能、更清潔、更敏捷的產品生產,提高在市場動態多變的現實中的適應能力和競爭能力。
現代裝備制造業的先進制造技術,是現代科學技術和市場經濟發展的產物,具有“數、精、極、自、集、網、智、綠、信”等特點及發展趨勢,相互滲透,相互依賴,相互促進。
其中,“數”是發展的核心,數字化制造是制造技術,計算機技術,網絡技術和管理科學相互融合的結果; “精”是發展的關鍵,精密化是指對產品,零件的精度要求以及產品零件的加工精度要求越來越高; “極”是發展的焦點,極端化是指需要在極端條件下工作,或者產品的要求比較極端;“自”是條件,自動化是指從自動控制、自動調節、自動補償、自動辨認等,發展到自學習、自組織、自維護、自修復等;“集”是發展的方法,集成化是指技術的集成、管理的集成、技術與管理的集成,其實質是知識表現形式的集成,集成化主要指的是現代技術的集成,加工技術的集成,企業內部與外部的集成、生物技術與制造技術的集成等;“網”是發展的道路,網絡化是先進制造技術發展的必由之路,它由生產組織變革的需要,以及生產技術發展的可能這兩者共同決定;“智”是發展的前景,智能化是指系統具有人機一體化、自組織與超柔性、自我學習與維護及自律的特點、未來還需具有更高級類人思維能力;“綠”是發展的必然,綠色化目標是使產品在整個周期中,包括設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理,對環境的負面影響極小,資源利用率極高,從而使得企業經濟效益和社會效益協調優化;“信”是發展的方向,信息化具有高科技,好效益,低消耗,優資源的特點[3]。
3 先進制造模式的研究
目前,世界上各發達國家正在進行現代先進制造技術的探索與研究,同時也取得了很多成果,特別是在管理體制,經營理念,方案評價,方法建立,制造技術等方面探索研究后,提出了各種先進制造的模式,主要有以下幾種:
(1)精益生產(LP)
精益生產不但是一種生產方式,更是一種運用于現代制造業的組織管理方法。精益生產是通過系統結構、人員組織、運行方式和市場供求等方面的變革,使生產系統能很快適應用戶需求不斷變化,并能使生產過程中一切無用、多余的東西被精簡,最終達到包括市場供銷在內的生產的各方面最好結果的一種生產管理方式。與傳統的大生產方式不同,其特色是“多品種”,“小批量”。
(2)柔性制造(FM)
柔性制造適用于多品種、中小批量生產加工,是一種具有高柔性同時也是高自動化的制造模式。柔性制造技術是對各種不同形狀加工對象實現程序化柔性制造加工的各種技術的總和。
(3)計算機集成制造(CIM)
計算機集成制造是指以計算機為核心,將各種與制造相關的技術系統,集成在一起的信息技術,目的是使企業實現整體優化,其市場競爭力得以提高。
(4)智能制造(IM)
智能制造是指計算機模擬人類進行分析,判斷,推理,構思及其決策等智能活動,并且把智能機器和這些活動進行有機融合,應用于企業制造中的各子系統,實現整個企業經營運作的高柔性化和高集成化。
智能制造代替人類咋在制造過程中的部分腦力勞動,并對這些智能信息進行搜集,存儲,完善,共享,繼承與發展。
(5)敏捷制造(AM)
敏捷制造是指制造企業運用通信手段,采用快速配置各種資源,包括技術、管理和人,以有效和協調的方式來響應用戶需求,實現制造快速靈敏的一種制造模式。
敏捷制造的目的是使制造企業能夠快速靈敏地響應市場的動態多變,滿足市場的多樣化需求,獲取長期的經濟效益。
(6)綠色制造(GM)
綠色制造是指將環境影響和資源消耗因素綜合考慮的一種制造模式,其目標是使產品在整個周期中,包括設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理,對環境的負面影響極小,資源利用率極高,從而使得企業經濟效益和社會效益協調優化。
綠色制造是人類社會可持續發展戰略在現代制造業中的體現。
(7)虛擬制造(VM)
虛擬制造是指利用計算機仿真和建模,建立虛擬產品模型,在產品進行實際加工之前,對產品的性能,可制造性進行評價,也對產品的整個加工過程進行仿真,以達到產品生產最優的一種制造模式。
3 先進制造技術的發展展望
先進制造技術其實就是信息技術,管理科學和相關的科學技術相融而成的制造技術。
21世紀制造業高速發展的同時,先進制造技術得以飛速發展,根據現代制造科學與技術的發展趨勢分析,先進制造技術在未來發展的方向表現在以下幾個方面:
(1)產品的創新設計和優化設計。產品的數字化建模,仿真分析,評價及設計規范;產品的創新開發設計,優化,管理,維護技術;系統整體化設計的理論,技術和方法。
(2)網絡化制造理論及關鍵技術。網絡環境下的系統與裝備的協同優化;制造系統的信息模型,約束條件,運行理論及控制手段。
(3)新型成形制造原理和技術。新型材料及工藝的成形原理及技術;快速成形制造原理及技術;高能束精密成形制造原理及技術。
(4)高速高效數字制造理論和技術,新材料,新原理,新工藝的數字制造裝備技術。
(5)制造中,精密,超精密測量,量值溯源原理和新傳感器技術;多尺度空間精度測量技術;表面微觀計量理論及技術。
(6)納米技術。納米材料及其性能測量;納米尺度加工、制造、測量和裝配技術;
納電子與分子原子制造的原理及技術。
(7)仿生技術。仿生機械制造技術,結構,功能,能源與運動機械仿生技術;機械超前反饋仿生與制造的科學和技術; 生物工程技術;新一代生物芯片制造技術。
(8)微電子制造科學和關鍵技術。微機械、微傳感、微光器件制造技術;納米級光學光刻、非光學光刻、淺溝槽刻蝕、銅互連等機理和技術;集成電路新型封裝工藝原理和技術。
(9)綠色制造技術。產品與人類和自然的協調理論;產品綠色制造工藝技術;產品的再制造和維修科學和技術;產品綠色使用理論和方法;廢舊產品資源回收再利用技術。
(10)面向航空、航天、海洋、能源、交通和國防裝備等重大工程制造的科學和技術。
參考文獻(References)
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