先進的儀表制造業技術:“精”是關鍵“智”是前景
先進制造技術的發展可以用8個字來概括:“數”是核心,“精”是關鍵,“極”是焦點,“自”是條件,“集”是方法,“網”是道路,“智”是前景,“綠”是必然。
先進制造技術發展特點
與科學技術與市場經濟的發展相應,先進制造技術的發展趨勢有以下特點:
①信息技術對先進制造技術的發展起著越來越重要的作用;
②設計技術的不斷現代化;
③成形技術向精密成形或稱凈成形的方向發展;
④加工技術向著超精密、超高速以及發展新一代制造裝備的方向發展;
⑤制造工藝、設備和工廠的柔性和可重構性將成為企業裝備的顯著特點;
⑥虛擬制造技術和網絡制造技術將廣泛應用;
⑦智能化、數字化是先進制造技術和機電產品的發展方向;
⑧以提高市場快速反應為目標的制造技術將得到迅速發展和應用;
⑨綠色制造成為21世紀制造業的重要特征;
⑩21世紀的企業面臨管理創新。
先進制造技術發展趨勢
先進制造技術的發展可以用8個字來概括:“數”是核心,“精”是關鍵,“極”是焦點,“自”是條件,“集”是方法,“網”是道路,“智”是前景,“綠”是必然。現分述如下:
“數”是發展的核心
“數”就是“數字化”。“數字化”不僅是“信息化”發展的核心,而且也是先進制造技術發展的核心。信息的“數字化”處理同“模擬化”處理相比,有著3個不可比擬的優點:信息,信息安全,信息容量大。數字化制造就是指制造領域的數字化,它是制造技術、計算機技術、網絡技術與管理科學的交叉、融和、發展與應用的結果,也是制造企業、制造系統與生產過程、生產系統不斷實現數字化的必然趨勢。它包含了3大部分:以設計為中心的數字制造,以控制為中心的數字制造和以管理為中心數字制造。對制造設備而言,其控制參數均為數字化信號。對制造企業而言,各種信息(如圖形、數據、知識、技能等等)均以數字形式,通過網絡,在企業內傳遞,以便根據市場信息,迅速收集資料信息,在虛擬現實、快速原型、數據庫、多媒體等多種數字化技術的支持下,對產品信息、工藝信息與資源信息進行分析、規劃與重組,實現對產品設計和產品功能的仿真,對加工過程與生產組織過程的仿真,或完成原型制造,從而實現生產過程的快速重組與對市場的快速響應,以滿足客戶化要求。
“精”是發展的關鍵
“精”是“精密化”。它一方面是指對產品、零件的精度要求越來越高,一方面是指對產品、零件的加工精度要求越來越高。顯然,這兩方面是一回事。有了前者,才要求有后者;有了后者,才促使前者得以發展。“精”可以說,是指加工精度及其發展,精密加工,細微加工,納米加工,如此等等。20世紀初,超精密加工的誤差是10微米,30年代達1微米,50年代達0.1微米,70至80年代達0.O1微米,至今達0.001微米,即1納米。由一組數據,可以看到微電子產品對加工精度的依賴程度,電子元件制造誤差為,一般晶體管50微米,一般磁盤5微米,一般磁頭磁鼓0.5微米,集成電路0.O5微米,超大型集成電路達0.005微米,而合成半導體為1納米。在現代超精密機械中,對精度要求*,如人造衛星的儀表軸承,其圓度、圓柱度、表面粗糙度等均達納米級;基因操作機械,其移動距離為納米級,移動精度為0.1納米。細微加工、納米加工技術可達納米以下的要求,如離子束加工可達納米級,借助于掃描隧道顯微鏡(STM)與原子力顯微鏡的加工,則可達0.1納米。實際上,納米級的加工就是移動原子級的加工。
“極”是發展的焦點
“極”就是條件,就是指在條件下工作的或者有要求的產品,從而也是指這類產品的制造技術有“極”的要求。在高溫、高壓、高濕、強磁場、強腐蝕等等條件下工作的,或有高硬度、大彈性等等要求的,或在幾何形體上極大、極小、極厚、極薄、奇形怪狀的。顯然,這些產品都是科技前沿的產品。其中之一就是“微機電系統(MEMS) ”,這是工業發達國家與有關國家所高度關注的項前沿科技。甚至可以說,“極”是前沿科技或前沿科技產品發展的一個焦點。例如,在信息領域中,分子存儲器、原子存儲器、量子阱光電子器件、芯片加工設備;軍事武器中,制導技術,打擊技術,微型慣性平臺,微光學設備;航空航天領域中,微型飛機,微型衛星,“納米”衛星(0.lkg以內)。MEMS可以完成特種動作與實現特種功能,乃至可以溝通微觀世界與宏觀世界,其深遠意義難于估量。
“自”是發展的條件
“自”就是自動化。它就是減輕人的勞動,強化、延伸、取代人的有關勞動的技術或手段。顯然,自動化是重要的,自動化總是伴隨有關機械或工具來實現的。可以說,機械是一切技術的載體,也是自動化技術的載體。*次工業革命,以機械化這種形式的自動化來減輕、延伸或取代人的有關體力勞動;第二次工業革命,電氣化進一步促進了自動化的發展。據統計,從1870年至1980年,加工過程的效率提高到20倍,即體力勞動得到了有效的解放;但管理效率只提高為1.8至2.2倍,設計效率只1.2倍,這表明腦力勞動遠沒有得到有效的解放。即使在美國,1984年,CAD在福特公司只占40%,通用公司34 % , Chrysler也不過67% ;此后,CAD發展極為迅速。今天在我國大量設計單位已“甩圖板”了,CAD已十分普及了。信息化、計算機化與網絡化,不但極大地解放了人的體力勞動,而且更為關鍵的是有效地提高了腦力勞動自動化的水平,解放了人的部分的腦力勞動。
“集”是發展的方法
“集”就是集成化。它一是技術的集成,一是管理的集成,一是技術與管理的集成;歸根結底,其本質就是知識的集成,當然亦即知識表現形式的集成。已如前述,先進制造技術就是制造技術、信息技術、管理科學與有關科學技術的集成。“集成”就是“交叉”,就是“雜交”,就是取人之長,補己之短,這是發展的一大方法。目前,“集”主要指:
①現代技術的集成,機電一體化是個典型,它是高技術裝備的基礎,如微電子制造裝備,信息化、網絡化產品及配套設備,儀器、儀表、醫療、生物、環保等高技術設備。顯然,在機電一體化技術中,關鍵往往是;a檢測傳感技術;b信息處理技術;c自動控制技術;d伺服傳動技術;e精密機械技術;f系統總體技術,而這些技術又同許多學科有關,又是一個“集”。②加工技術的集成,特種加工技術及其裝備是個典型,如增材制造(即快速原型)、激光加工、高能束加工、電加工等等。③企業集成,即管理的集成,包括生產信息、功能、過程的集成;包括生產過程的集成、全壽命周期過程的集成;也包括企業內部的集成,企業外部的集成。當然,管理的集成不可能不包含管理與技術的集成。還有一點值得注意,即由生物技術與制造技術集成而成的“微制造的生物方法”,或所謂的“生物制造”;即依據生物是由內部生長而成“器件”,而非同一般制造技術那樣由外加作用以增減材料而成“器件”。可以預期,這是一個嶄新的充滿著活力的領域。
“網”是發展的道路
“網”就是網絡化。制造技術的網絡化是先進制造技術發展的必由之路,是制造業走向整體化、有序化,這同人類社會發展是同步的。制造技術的網絡化由兩個因素決定:一是生產組織變革的需要,一是生產技術發展的可能。這是因為制造業在市場競爭中,面臨多方的壓力;采購成本不斷提高,產品更新速度加快,市場需求不斷變化,客戶定單生產方式迅速發展,制造所帶來的沖擊日益加強等等;企業要避免傳統生產組織所帶來的一系列問題,必須在生產組織上實行某種深刻的變革。這個變革體現在兩方面:一方面利用網絡,在產品設計、制造與生產管理等活動乃至企業整個業務流程中充分享用有關資源,即快速調集、有機整合與利用有關制造資源;與此同時,這必然導致制造過程與組織的分散化網絡化,企業要拋棄傳統的“小而全”與“大而全”這類“夕陽技術”,而集中力量在自己zui有競爭力的核心業務上。在制造技術網絡化中,電子商務應用值得關注。電子商務將業務數據數字化,并將數字信息使用和計算機業務處理同Internet進行集成,成為一種全新的業務操作模式。在電子商務下的網絡化制造中,供應鏈管理、客戶關系管理、產品生命周期管理共同構成了制造的增殖鏈。它具有兩大優點:商務的直接化與透明化,這對降低成本、加決流通、提率、增加商業機會大有好處,從而對企業內部重組、經營戰略與競爭模式有著深刻影響。
“智”是發展的前景
“智”就是智能化。制造技術的智能化是制造技術發展的前景。近20年來,制造系統正在由原先的能量驅動型轉變為信息驅動型,這就要求制造系統不但要具備柔性,而且還要表現出某種智能,以便應對大量復雜信息的處理、瞬息萬變的市場需求和激烈競爭的復雜環境,因此,智能制造越來越受到高度的重視。智能化制造模式的基礎是智能制造系統,智能制造系統既是智能和技術的集成而形成的應用環境,也是智能制造模式的載體。與傳統的制造相比,智能制造系統具有以下特點:①人機一體化;②自律能力;③自組織與超柔性;④學習能力與自我維護能力;⑤在未來,具有更的類人思維的能力。由此出發,可以說智能制造作為一種模式,是集自動化、集成化和智能化于一身,并具有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。同時,收集、存儲、處理、完善、共享、繼承和發展人類專家的制造智能;當然,目前還只能算初步,但潛力極大,前景廣闊。隨著知識經濟時代的初露端倪,知識將作為發展生產力主要的源泉,并導致以知識生產率取代勞動生產率,從而智能化制造的價值日益攀升。目前,特別是分布式數據庫技術、智能代理技術和網絡技術等發展,將突出知識在制造活動中的價值地位。
“綠”是發展的必然
“綠”就是“綠色”,“綠色”是從環境保護領域中引用來的。人類社會的發展必將走向人類社會與自然界的和諧,就是走向“*”。人與人類社會本質上也是自然世界的一個部分,部分不能脫離整體,更不能對抗與破環整體。《老子》講的“無為”就是這個意思,即不去“為”違背客觀規律之“為”。人類必須從各方面促使人與人類社會同自然界和諧一致,制造技術也不能例外。保護環境,就是保護生產力;改善環境,就是發展生產力。制造業的產品從構思開始,到設計階段,制造階段、銷售階段、使用與維修階段,直到回收階段、再制造各階段,都必須充分計及環境保護。所謂環境保護是廣義的,不僅要保護自然環境,還要保護社會環境、生產環境,還要保護生產者的身心健康。在此前提與內涵下,還必須制造出價廉、物美、供貨期短、售后服務好的產品。作為“綠色”制造,產品還必須在一定程度上是藝術品,以與用戶的生產、工作、生活環境相適應,給人以高尚的精神享受,體現著物質文明、精神文明與環境文明的高度交融。每發展與采用一項新技術時,應站在哲學高度,慎思“塞翁得馬,安知非禍”,即必須充分考慮可持續發展,計及環境文明。