先进制造技术的含义大全11篇

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关键词：集成；系统；技术构成

一、现代集成制造系统的含义与定位

现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacutring System)是计算机集成制造系统新的发展阶段，在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上，它不断吸收先进制造技术中相关思想的精华，从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。具体地说，它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机地结合，通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行。在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。

二、现代集成制造系统的技术构成

先进制造技术(AMT Advanced Manufacturing Technology)作为一个专有名词目前还没有准确的定义。通过对其内涵和特征的研究，目前共同的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。其具有如下一些特点：

1、从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要；

2、从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥；

3、从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节；

4、从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量；

5、从按照功能划分部门的固定组织形式向动态的自主管理的小组工作方式转变。

通过对先进制造技术的定义和特点的分析发现，现代集成制造系统拥有先进制造技术的绝大部分特点，只不过先进制造技术所涉及的范围要比现代集成制造系统大，现代集成制造系统在吸收计算机集成制造系统的优秀成果的基础上，继续推动并行工程、虚拟制造、敏捷制造和动态联盟的研究工作，并不断吸收先进制造技术中的成功经验和先进思想，将它们进行推广应用，由此使现代集成制造系统成为先进制造技术的核心。

（1）并行工程(CE Concurrent Engineering)并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。为了达到并行的目的，必须建立高度集成的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工作；为了达到产品的一次设计成功，减少反复，它在许多部分应用了仿真技术；主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，虚拟制造技术将是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。同时，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下，将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重迭，充分利用了原有技术，并吸收了当前迅速发展的计算机技术、网络技术的优秀成果，使其成为先进制造技术的基础。

（2）虚拟制造(VM Virtual Manufacturing)虚拟制造利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而使产品一次性制造成功，达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的。

（3）敏捷制造(AM Agile Manufacturing)敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础的，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求作出快速反应，以满足用户的需要。为了达到快速应变能力，虚拟企业的建立是关键技术，其核心是虚拟制造技术，即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是现代集成制造系统从信息集成发展到企业集成的必由之路，它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平，是现代集成制造系统的发展方向。

（4）绿色制造(GM Green Manufacturing)绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)最小，资源的使用效率最高。绿色制造的提出是人们日益重视环境保护的必然选择，发展不能以环境污染为代价。国际制造业的实践表明，通过改进整个制造工艺来减少废弃物，要比处理工厂处理已经排放的废弃物大大节省开支。绿色制造的实现可以通过计算机仿真来达到目的，即它是虚拟制造的一部分。从可持续发展战略的观点看，绿色制造是必然选择，它将成为现代集成制造系统的一个重要的组成部分。

从以上的分析中我们可以看到：各种先进制造技术是相互关联、彼此交叉的，在先进制造技术的含义下，现代集成制造系统成为它的核心，并随着先进制造技术的不断发展而发展。

参考文献

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【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 先进制造技术的含义

先进制造技术AMT（Advanced Manufactories Technology）是指以提高制造企业综合效益为目的，综合利用信息、能源、环保等高新技术以及现代系统管理技术，对传统制造过程中及产品的整个寿命周期中的使用、维护、回收、利用等有关环节进行研究并发行的所有适用技术的总称[1-2]。

相对传统制造技术，数字化制造技术是一项融合数字化技术和制造技术，且以制造工程科学为理论基础的重大的制造技术革新，是先进制造技术的核心。数字化先进制造是在计算机和网络技术与制造技术的不断融合、发展和广泛应用的基础上诞生的。它是对制造过程进行数字化的描述，将制造信息采用数字化的表征、存储、处理、传递和加工，从而在数字空间中完成产品的制造过程[3-6]。

2 数字化是先进制造技术的基础

2.1 先进制造技术的基本特征

先进制造技术包括以下五个基本特征。

（1）先进性。制造工艺作为先进制造技术的基础，必须是经过优化的先进工艺。先进制造技术的基础必须是优质、高效、低耗、清洁工艺，它从传统制造工艺发展起来，并与新技术实现了局部或系统集成。

（2）通用性。先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节，它覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、销售使用、维修服务，甚至回收整个过程。

（3）系统性。随着微电子、信息技术的引入，先进制造技术的驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。先进制造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。

（4）集成性。先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合，界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴交叉学科。

（5）技术与管理的更紧密结合。对市场变化做出更敏捷的反应及对最佳技术经济效益的追求，使先进制造技术十分重视生产过程组织管理体制的合理化和最佳化。

2.2 基于数字化的先进制造技术

数字化制造技术符合先进制造技术的上述五个基本特征。先进制造技术时代是数字化信息的时代，数字化技术是数字的生产、采集、存贮、变换、传递、处理及广泛利用的新兴科技领域。制造业从50年代数控机床的发明，标志着机械制造业向着数字化走出了第一步，随后制造信息化沿着三个方面推进，一是现场生产方面，如：NC/CNC/DNC/PLC/FMS/AC等；二是产品和工艺设计方面，如APT/CAD/CAM/CAE等；三是生产管理和集成方面，如MRP/PDM/ERP/CIMS等。可以说信息技术改变了当代制造业的面貌。

3 数字化是先进制造技术发展的核心

3.1 数字化先进制造的核心技术

数字化是先进制造技术的核心，它是在计算机和网络技术与制造技术的不断融合、发展和广泛应用的基础上诞生的。数字化先进制造主要包括以下几个核心技术[4，6]：

（1）制造过程的建模与仿真。制造过程的建模与仿真是在一台计算机上用解析或数值的方法表达或建模制造过程，建模通常基于制造工艺本身的物理和化学知识，并为实验所验证。

（2）网络化敏捷设计与制造。利用快速发展的网络技术，改善企业对市场的响应性。我国企业向国际接轨就必须在此领域开展研究，尽快掌握并赶上国外先进水平。

（3）虚拟产品开发。虚拟产品开发有四个核心要素：数字化产品和过程模型、产品信息管理、高性能计算与通讯和组织、管理的改变。

3.2 数字化对先进制造技术的实现

（1）数字制造的全球实现―网络制造。随着数字化技术、计算机网络技术及交通运输事业的迅速发展，这些企业可利用协同工作技术，在一定的时间、一定的空间内，利用计算机网络，小组成员共享通过数字网络在企业内部传递的知识与信息。

（2）数字制造的动态联盟―敏捷制造。为实现高增值、高产品质量及优质服务，只有借助于高性能计算机和高速网络，在数字化环境中，充分利用其他企业制造过程的信息流和数据库等有用的数字化资源，才能对变化市场做出快速的响应。对于某些产品一个企业不可能快速、经济地独立开发和制造其全部，必须根据任务，由一个公司的某些部门或不同公司按资源、技术和人员的最优配置。于是，一种以数字制造为平台的先进制造技术即数字制造的动态联盟―敏捷制造崭露头角。

（3）数字制造的计算机实现―虚拟制造。数字化表征与传递、建模与仿真是数字制造的核心科学问题。这种能实现制造形状与过程的数字化表征、非符号化制造知识的表征、制造信息的可靠获取及其传递的、由整个制造信息形成的数字空间，为计算机和计算机网络的应用提供了用武之地。

（4）数字制造的快速实现―快速原型制造。制造业面临两个重要的挑战：一是要大大减少开发时间，二是产品的个性化。虽然计算机辅助设计和制造（CAD和CAM）已在很大程度上改善了传统的产品设计和制造方法，但在计算机辅助设计和计算机辅助制造集成实践过程中仍有许多障碍。

虚拟制造技术在计算机上实现了产品实际的制造过程，对缩短产品开发的周期、减少开发费用、提高市场竞争能力做出了重大贡献。通过长期的探索与实践，催生了制造技术上的又一次新的变革―快速成型制造技术。

（5）数字制造的环保化实现―绿色设计与制造。制造业为人类的繁荣昌盛做出了巨大贡献的同时，每年产生了近55亿吨的无害废品和7亿吨的有害废品。因此，为了有效地保护环境，一定要在制造的各个阶段进行污染控制。有必要使用能在各个阶段评估环境被影响的后果的工具和方法学来支持设计和制造，一种具有意识的先进制造技术―绿色设计与制造ECD&M （EnvironmentallyConscious Design and Manufacturing ）。

4 数字化是先进制造技术发展的未来

目前，计算机和网络已成为制造业企业的基础环境和重要手段，目前世界500强企业无一例外地建立了内部网。制造业在知识经济到来时呈现明显的信息化趋势，可以说信息技术在促进当代制造业发展过程中的作用是第一位的，信息技术将在更深层次上渗透和改造传统制造业。

当前，数字化制造正在深入发展，其主要趋势呈以下四点：

（1）由二维向三维的转变―形成以MBD/MBI（Model Based Definition，MBD 基于模型的定义/Model-BasedInstructions，MBI基于模型的作业指导书）为核心的设计与制造。MBD是用集成的三维实体模型来完整的表达产品生命周期各阶段的产品定义技术标准，为设计人员服务，解决的是要制造什么的问题；MBI是以三维模型表达的车间工作规范和方法，为加工、装配、检测人员服务，解决的是怎么制造的问题。MBD/MBI技术将使工程技术人员从繁琐的二维图纸和表格文化中解放出来，可将更多精力转移到需求分析和产品创新研发上。

（2）真正并行和协同的实现-数字化制造中的直观可视化工作环境以及建模和仿真技术，为并行和协同工作提供了友好的协同工作环境及有效的实验验证手段和评估优化工具。数字化制造是制造业信息化发展的新阶段，也是目前制造业的重要发展方向，如精密化、智能化、网络化、极端化等，无一不与数字化制造技术的发展密切相关。

（3）数字化装配与维修的应用―装配是产品生命周期中的重要环节。虚拟现实技术（VR， Virtual Reality）的发展为解决装配序列规划和装配性能仿真提供新的思路和方法，虚拟装配技术可在无物理样机的情况下对产品可装配性、可拆卸性、可维修性和装配过程中的装配精度、装配性能等进行分析、预测和验证，并支持面向生产现场的装配工艺过程的动态仿真、规划与优化。目前虚拟装配技术已从简单的几何装配正朝着考虑精度、物性、过程、环境等多方面因素的装配技术方向发展，这是推进虚拟装配技术实用化发展的重要一步。

（4）数字化车间与数字化工厂―数字化工厂是数字化制造技术在车间和和工厂集成应用和高效运营的全新生产模式。它在三维工艺过程、工艺装备、生产线布局和生产管理综合优化和集成的基础上，实现产品在工厂、车间和生产线上由设计到制造的数字化执行、管理和控制问题，是实现企业挖潜和增效的最有效形式。目前，生产线建模仿真技术和车间布局规划已日益受到重视，它为高效物流实施以及精益生产、可重构制造、单元化制造等先进制造模式提供科学分析工具，尤其对多品种、变批量和混线生产等复杂生产模式具有重要指导意义。

5 结束语

先进制造技术是改造传统制造业的有效手段，为了有效地在我国利用先进制造技术改造传统制造业，需要明确研究、开发和应用先进制造技术的重点。综观以上先进制造技术的现状和发展，可以看出数字制造实为先进制造技术的核心技术，是实施其他先进制造技术的平台。

数字化先进制造技术是席卷全球的数字化浪潮中的重要一环，其本质是支持数字化或信息化制造业的技术。充分运用当代数字化技术，大力发展数字化先进制造技术符合本世纪制造业的发展趋势。

【参考文献】

[1]杨叔子，吴波，李斌. 再论先进制造技术及其发展趋势[J].机械工程学报，2006，42（1）：5-8.

[2]江征风，吴华春.以数字制造为基础的先进制造技术[J].组合机床与自动化加工技术，2005，6：5-7.

[3]张训杰，童伟国，陈林静，胡金泽.先进制造技术与数字化制造[J].装备制造技术，2007，11：106-107.

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中图分类号：TG333.17 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-02

在科学技术飞速发展的当今，先进制造技术是影响国家综合竞争力的最直接条件，而良好的机械制造工艺就是先进制造技术最好的体现。随着我国对工业化发展越来越重视，因而先进制造技术引起了更多人的普遍关注，对其研究力度不断加强，并收获了令人满意的成果。可是，我国的先进制造技术与机械制造工艺与国外相比还存在较大差距，因此我们并不能止步于此，我们要正确看待二者的特点及其相互关系。在激烈的市场经济中，怎样样能做到制造技术与制造工艺不断创新，这是对于我们来说既是一次挑战，又是一次机遇，因而我们找对最佳的发展途径，将对机械制造业发展具有实际意义。

1 先进制造技术的确定和体系建立

先进制造技术具体是指什么？目前还缺少规范的、统一的定义。当广泛被接受的含义是：先进制造技术是促进制造业汲取高科技技术并应用到实践生产中所取得的成绩，并能把它贯穿于整个制造流程的制造技术的合称。

先进制造技术是制造业的综合竞争能力，其不断革新是社会发展的必然选择。目前，先进制造技术快速发展，逐渐形成高新技术群，并经过不断完善，已经构成了健全的体制系统。可是，受各国不同基本国情制约，先进制造技术内容和构成方式上差异很大。对于我国来说，我家相关部门已确定了多层次技术群组成的先进制造技术

体系。

首先，现代先进制造技术要以优质、节能、环保、经济、高效为中心，在逐渐向基础制造工艺扩展。其次，新型制造单元技术创新。这是为了适应市场需求及新兴产业的促进下，制造技术与其他现代高科技技术向融合而产生了现代先进制造技术，例如数控技术、网络监控技术、航天技术等。

最后，先进制造技术集成化。这是将应用信息技术与系统管理技术的完美结合，它是基于计算机网络和数据库等技术结合而产生的。

2 先进制造技术的现状与特征分析

2.1 先进制造技术现状分析

先进制造技术是现代技术创新与工业进步的典型代表，是衡量制造业水平的关键指标，也是国家工业赖以生存的保障。近年来，世界各工业发达国家已经深刻意识到先进制造技术在国家发展中的重要地位，并给予了前所未有的高度重视，各自都在对其进行深层次科研，可见，市场经济的竞争实质是先进制造技术的竞争。不同的先进制造技术格局已经形成，并在各自领域取得了许多科技成果，例如：网络监测系统、数控系统、虚拟制造系统等。

2.2 先进制造技术特征分析

2.2.1 全球化

随着经济全球化浪潮的袭来，对制造业也产生了巨大的冲击，主要体现在制造业的资源配置逐渐扩展到世界各国，这就推动了制造业在全球范围内发展。某种产品的制造过程可能由不同国家共同完成，将根据不同国家的国情及制造技术先进程度来对制造过程进行分配，这样做除了能够充分利用资源、减低成本、便捷方便外，还能够促进国家交流，缩小国家间贫富差距，有利于构建和谐社会。

2.2.2 多元化

由于技术创新瞬息万变，尤其是信息技术的进步使得原有的生产方式与生活方式逐渐被取代，关键体现在多元化、复杂化及人性化。今后的市场走向依然充满不确定性，没有水能够准确预见其发展趋势，当人们不仅仅满足于生理需求后，更追求自我个性化的展现。更多的消费者对原有的制造业提出了新要求，制造业既要提供特定的战略、舒适的环境及合理时间使用的有形产品，又要能够保证产品的使用质量及后期服务，制造业生产出的产品，要对市场需求有充分了解后才能生产，要避免盲目制造

产品。

2.2.3 灵敏化

以前的制造业生产出的产品种类单一、批量大、传统、统一化等特征；随着时代的发展，制造业逐渐向灵敏化发展。制造厂家通过各种合作方式来增强竞争力，最大化利用资源，节省投资成本，根据市场需求的快速变化调整制造生产目标。其建设重点就是实现各方面先进技术全面结合，使得整个制造业能够准确应对瞬息万变的市场需求，保证所生产产品能够在社会上大量流动，为制造业带来更大的经济效益。

2.2.4 服务化

现代制造业是以市场需求变化为前提的，服务质量是确保产品被人们接受的重要保障，制造业已经意识到服务的重要性，并不断努力向服务业转型。现代的制造业所考虑的重点不仅仅是设计与生产，更重要的是根据对市场的实际考察，将产品后期服务作为关键环节来抓，服务化应该体现于为社会服务、为消费者服务，制造业应将服务化作为主要建设内容。受这层发展趋势影响，很多企业对服务的关注度不断加大，而且服务所带来的综合效益会更可观。

2.3 mT的体系结构

面向制造的设计技术群。面向制造的设计技术群系指用于生产准备的工具群和技术群。设计技术对新产品开发生产费用、产品品质以及新产品上市时间都有很大影响。产品和制造工艺的设计可以采用一系列工具，例如计算机辅助设计（CAD）以及工艺过程建模和仿真等，生产设施、装备和工具，甚至整个制造企业都可以采用先进技术进行有效地设计。

制造工艺技术群（ 制造技术环境）。制造工艺技术群是指用于物质产品生产的过程及设备。制造工艺技术群是有关加工和装配的技术，也是制造技术的传统领域。

3 针对机械制造工艺进步先进制造技术的措施

制造业所涉及到的领域很多，例如：机械、轻工、化工、电子、航天、建筑等等，制造业从实质上分析，其不仅仅是通常认为的基础产业，而且是创新生产力的生产过程。制造技术是现代制造业发展的前提，而机械制造则是制造技术的直接体现，这也是制造技术创新的方向。第一，先进制造技术已经被大范围的运用到机械制造领域，促进了机械制造工艺的进步，并对其他相关产业也有积极影响。第二，机械制造工艺不断革新，其重点内容又是先进制造技术。所以，先进制造技术和机械制造工艺的关系是相互促进，在其发展过程中不能倾向用于任何一方。

我国的制造业起步比较晚，与其他制造业国家相比差距比较大，而机械制造业又是制造业的重要组成部分。虽然经过几代人艰辛努力，我国机械制造业积极汲取国外的先进制造技术，但还是处于初级阶段，要想达到成熟阶段还有很漫长的道路需要探索。面对新形势下机械制造工艺创新，先进制造业应采取以下措施。

3.1 强化先进制造技术过程全面开发

强化先进制造技术过程全面开发包括技术装备、生产技术、管理体制、市场观念及人员调配等环节。它对提升制造业市场综合竞争力是很有必要的措施，因此，我们要给与其高度重视。除此以外，我们也需要关注机械制造技术自身创新，这可以丰富先进制造技术、带动相关制造业打下坚实

基础。

3.2 扎实基础工作，合理采用先进制造

技术

在机械制造业不能盲目的使用先进技术，要在各项基础工作牢靠的前提下，合理采用先进制造技术。总之，先进制造技术要以市场需求为发展核心，循序渐进，不能操之过急，因地制宜，协调发展。应该具有针对性的挑选出某些重点行业，将其作为试点来建设，不断总结实践经验，等技术使用熟练后，再进行大范围推广建设，这样能大大降低制造业投资风险。

3.3 重视人才素质道德建设

人才是先进制造技术不断进步的决定性因素。他们的素质道德高低对制造业影响最大，因此，要想确保先进制造技术应用与创新，那么一定要重视人才素质道德建设。通过对制造技术研究人员开展定期的思想道德教育，并及时向他们传播最先进的制造技术，在每次培训过后，还应该制定严格的考核制度，只有顺利通过考核的人员才可以上岗。这样能培养出一批高素质。技术硬、通管理的制造人才。

3.4 积极汲取国外先进制造技术

我国制造技术起步滞后于发达国家，因此我们要虚心接受它们的先进技术，并通过积极的汲取过程不断丰富我们自身的制造技术。经过我国对制造业的长期探索，已经形成具有中国特色的制造技术，我们在未来的制造技术发展中，要积极汲取国外先进制造技术，探索出最符合中国的先进制造技术。

4 结语

总而言之，随着社会不断的进步与科技飞速的发展，先进制造技术仍是提高国家竞争力的重要保障。我们对先进制造技术应该有侧重点，建设具有中国社会主义特色的先进制造技术。不言而喻，随着我们对制造技术研究的继续深化，不久的将来，它会有更广阔的发展空间，并在世界制造业激烈的市场经济中站稳脚步。在党的正确方针引领下，相信我国的制造技术会有更长远发展，在世界的大舞台上会绽放耀眼光芒。

参考文献

[1] 刘晓宇，艾春雨.先进制造技术与机械制造工艺[J].科海故事博览・科技探索，2011，3（2）：16-18.

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使用者请注明文章内容出处

陈晓川 刘晓冰

（大连理工大学CIMS中心，大连，116023）

内容提要：近几年新的先进制造技术模式和哲理层出不穷，本文结合我国国情，通过分析现代集成制造系统与其它先进制造技术的关系，论述了我国现代集成制造系统的技术构成和发展策略及途径，希望为我国制造业的发展做些有益的探索。

关键词：现代集成制造系统，并行工程，虚拟制造，分布式网络化研究中心

引言

信息技术的发展引起的革命使我们进入了信息时代。信息革命不仅引起人们的思想观念、生活方式的变化，而且导致了生产方式和制造哲理的巨大变化，可以说近十年来提出的新的制造哲理都离不开信息技术提供的支撑，以信息化制造技术为代表的先进制造技术正使制造业处于重要的历史性变革时期。多年来，我国的综合国力不断增强，入关在即，市场竞争十分激烈，国内市场已从卖方市场转化为买方市场，而且正在迅速成为国际市场的一部分，许多大中型企业在竞争中处于不利地位，甚至破产、倒闭。本文结合我国国情，通过分析现代集成制造系统与先进制造技术的关系，论述了我国现代集成制造系统的技术构成和发展策略及途径，希望为我国制造业的发展做些有益的探索。

现代集成制造系统的含义与定位

现代集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing System）是计算机集成制造系统新的发展阶段，在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上，它不断吸收先进制造技术中的相关思想的精华，从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。具体地说，它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机的结合，通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行，在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。从集成的角度看，早期的计算机集成制造系统侧重于信息集成，而现代集成制造系统的集成概念在广度和深度上都有了极大的扩展，除了信息集成外还实现了企业产品全生命周期中的各种业务过程的整体优化，即过程集成，并发展到企业优势互补的企业之间的集成阶段。

现代集成制造系统的研究范围应该介于国家攀登计划和国家攻关计划之间。与攀登计划研究项目相比较，它更注重成果的应用性，尽可能将技术产业化，并推动我国制造业的现代化进程；与国家攻关计划相比较，它更注重解决我国制造业发展中的关键的共性问题、前瞻性问题和示范性问题【1】。

现代集成制造系统的技术构成

图1 现代集成制造系统的技术构成

先进制造技术（AMT－Advanced Manufacturing Technology）作为一个专有名词至今还没有一个明确的、一致公认的定义。通过对其内涵和特征的研究，目前共同的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称【3】。它具有如下一些特点：

从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要； 从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥； 从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节； 从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量； 从按照功能划分部门的固定组织形式向动态的自主管理的小组工作方式转变。 通过对先进制造技术的定义和特点的分析我们发现，现代集成制造系统拥有先进制造技术的绝大部分特点，只不过先进制造技术所涉及的的范围要比现代集成制造系统大，因此通过对先进制造技术的综合考察，我们提出了一个现代集成制造系统的技术构成模式。如图1所示，即在先进制造技术中，现代集成制造系统在吸收计算机集成制造系统的优秀成果的基础上，继续推动并行工程、虚拟制造、敏捷制造和动态联盟的研究工作深入进行，并不断吸收先进制造技术中的成功经验和先进思想，将它们进行推广应用，由此使现代集成制造系统成为先进制造技术的核心，具体说明如下：

1、并行工程（CE－Concurrent Engineering）：

并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。为了达到并行的目的，必须建立高度集成的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工作；为了达到产品的一次设计成功，减少反复，它在许多部分应用了仿真技术；主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，虚拟制造技术将是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。同时，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下，将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重迭，充分利用了原有技术，并吸收了当前迅速发展的计算机技术、网络技术的优秀成果，使其成为先进制造技术中的基础。

虽然并行工程在我国进行的研究工作中属于热点，也取得了一些成果，但是目前还存在以下一些问题：

(1)研究的广度和深度不够：虽然并行工程的研究工作已经广泛开展，但是无论从研究的内容上看，还是从研究的水平上说都明显存在差距。如：并行工程在成本和质量上的应用才刚刚起步，与供应商的集成问题还没有提上日程。

(2)与并行工程有关的技术实用化不够：在实用技术研究方面，目前还没有商品化软件诞生，而国外公司已经推出商品化软件（如：PTC的Pro-Engineering、CV的CADDS5）。

(3)并行工程的实施队伍不够：由于科研力量薄弱，在研究上还不能全面开花，并行工程的实施就更是难上加难了。而且，当前国内机械行业在激烈的市场竞争中经济效益不好，CAD/CAM技术还有待普及，全面实施并行工程还缺乏基本的物质基础。

由于并行工程所处的基础性地位及我国研究工作的不足，就决定了必须将它作为现代集成制造系统的基础性研究工作不断深入地进行。

2、虚拟制造（VM－Virtual Manufacturing）：

虚拟制造利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的【4】。

目前，虚拟制造技术已经在国外有所应用，例如：美国Boneing公司设计的一架VS-X虚拟飞机，可用头盔显示器和数据手套进行观察与控制，使飞机设计人员身临其境地观察飞机设计的结果，并对其外观、内部结构及使用性能进行考察；日本Matsushita公司开发的虚拟厨房设备制造系统，允许消费者在购买商品前，在虚拟的厨房环境中体验不同设备的功能，按自己的喜好评价、选择和重组这些设备，他们的选择将被存储并通过网络送至生产部门进行生产；美国Coventry School of Art and Design开发的虚拟原型制作系统，设计者在设计的初始阶段能够在计算机中构造虚拟原型并对此原型进行评价【6】。

国内的研究刚刚起步，主要集中在三个方面【7】：

（1）产品虚拟设计技术：

主要包括虚拟产品开发平台、虚拟测试、虚拟装配以及机床、模具的虚拟设计实现等。其中清华大学利用美国国家仪器公司的Labview开发平台实现了锁相电路的虚拟，机械科学研究院采用C语言和OpenGL进行编程初步实现了立体停车库的虚拟现实下的参数化设计，可以直观地进行车库的布局、设计、分析和运动模拟。

（2）产品虚拟制造技术

主要包括材料热加工工艺模拟、加工过程仿真、板材成型模拟、模具制造仿真等。北航与一汽用OPTRIS开发的板料成型软件已经基本能够模拟类似车门的中等复杂程度的汽车覆盖件和其他冲压成型件的冲压成型过程；沈阳铸造研究所开发的电渣熔铸工艺模拟软件包ESRD3D已经应用于水轮发电机变曲面过流部件生产中，其产品在刘家峡、李家峡、天生桥、太平役等7个电站中使用；合肥工业大学研制的双刀架数控车床加工过程模拟软件已经在马鞍山钢铁股份有限公司车轮轮箍厂应用，使数控程序现场调试时间由几个班缩短到几小时，并保证一次试切成功；北京机床研究所、机械科学研究院、东北大学、上海交大和长沙铁道学院等单位也研制出一些这方面的仿真软件。

（3）虚拟制造系统

主要包括虚拟制造技术的体系结构、技术支持、开发策略等。其中提出了比较成熟的思想并可能实现的是由上海同济大学教授提出的分散网络化生产系统和西安交通大学谢友柏院士组建的异地网络化研究中心。

从以上的论述中可以看到国内外研究水平差距是很大的，而且由于虚拟制造技术既是并行工程的发展方向又是敏捷制造的核心，这就决定我们必须以它作为现代集成制造系统的中心技术，以带动相关技术的研究工作的进行，并使它们协同一致顺利地发展。

3、敏捷制造（AM－Agile Manufacturing）：

敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求作出快速反应，以满足用户的需要。为了达到快速应变能力，虚拟企业的建立是关键技术，其核心是虚拟制造技术，即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是现代集成制造系统从信息集成发展到企业集成的必由之路，它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平，是现代集成制造系统的发展方向。

自从1991年美国提出敏捷制造的思想后，美国政府就赞助许多研究单位开发实现敏捷制造的基础结构和工具，并鼓励在不同行业进行示范应用，目前已经取得了一定进展。例如：在遥测装置生产的敏捷制造示范项目中，它联合了加利福尼亚的圣地亚国家实验室、联合信号公司堪萨斯城分部和新墨西哥的圣地亚国家实验室以及机械主箱、印刷电路板供应商。通过联合弥补了单一企业资源不足的弱点，这一联盟的生产时间比单一企业的生产时间减少了50％，生产率提高显著。现在美国的很多大公司都参加了这一研究计划，在欧洲和日本等发达国家也纷纷成立了相应的机构，进行相应的研究和实施工作。我国专家从1993年就开始对敏捷制造进行跟踪研究，主要包括：实施敏捷制造的技术基础；虚拟公司的建立步骤及其体系结构和运行模式；虚拟公司的组织与应用等。与国外相比，这些研究工作只能算原则性的研究工作，距离实用还需要走很长的一段路。因此，在我国企业目前还不可能实现敏捷制造，但是从科学研究的角度看，我们认为需要在合适的条件下建立一个研究性的虚拟企业，加深我们对虚拟企业在实际应用中所遇难题的理解，即在实践中吸取有益的经验，为今后的发展作一定的技术储备。

4、绿色制造（GM－Green Manufacturing）：

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期中，对环境的影响（负作用）最小，资源的使用效率最高。绿色制造的提出是人们日益重视环境保护的必然选择，发展不能以环境污染为代价，国际制造业的实践表明，通过改进整个制造工艺来减少废弃物，要比处理工厂处理已经排放的废弃物大大节省开支。绿色制造的实现可以通过计算机仿真来达到目的，即它是虚拟制造的一部分。从可持续发展战略的观点看，绿色制造是必然选择，它将成为现代集成制造系统的一个重要的组成部分。

从以上的分析中我们可以看到：各种先进制造技术是相互关联、彼此交叉的，在先进制造技术这一大厦下，现代集成制造系统成为它的核心，并随着先进制造技术的不断发展而发展，即现代集成制造系统应该是一个动态的概念。

我国现代集成制造系统的发展策略

在市场竞争的推动下，先进制造技术发展十分迅速，新思想、新概念层出不穷，通过对现代集成制造系统与先进制造技术关系的分析，我们认为在制定我国现代集成制造系统的发展策略时，应该注重以人为本的思想，运用并行工程的哲理，使各种先进制造技术相互衔接、协调发展，并不断吸收先进制造技术的成熟成果，为先进制造技术在我国的广泛应用起到促进的作用。

目前，在美国并行工程已到了推广应用阶段，在虚拟制造方面也有商品化软件投入市场，在这方面我们存在巨大的差距，主要表现在：从研究工作方面看，科研经费紧缺，科研力量分散，科研成果难以推广应用，人才流失严重；从企业方面看，企业的整体素质不高，管理工作落后，科研能力薄弱，当面临国际竞争时大多难以为继，很难在现代集成制造系统方面花费过多，而且受企业人员素质的制约，一些先进的技术还不易取得立竿见影的实际效果，这些都影响了企业应用先进制造技术的热情；从国家政策方面看，虽然国家对制造业十分重视，但是，由于我国当前正处在改革过程中，多种机制同时运行，多方利益难以协调，在资金使用上往往顾此失彼，而且国家财政困难，也难以使用重金支持现代集成制造系统的研究。针对上述实际情况，我们提出下列解决方案：

（1）以企业需求为出发点，以“甩图板”工程为契机，大力普及CAD技术，帮助企业进行人员培训，提高企业人员的素质（其中包括技术水平、劳动态度、道德水平等），不断提高企业的管理水平，在计算机集成制造系统成功示范企业中及时推广并行工程，并适当宣传虚拟制造、敏捷制造等思想和技术，为企业的进一步发展提供坚实的基础。

（2）在政府方面，应发挥政府的协调职能，组织企业和科研部门进行多方面、多层次的合作，加强科研成果的应用推广，而且应组织多学科、跨地区的科研力量共同攻关；从宏观上加强对现代集成制造系统的指导，集中大家的智慧制定出符合我国国情的发展计划，并将计划的执行落到实处。

（3）在技术的先进性方面，不要过度追求世界领先，应该根据企业实际要求，解决实际问题，力争尽快创造效益，以此取得企业的支持并获得资金上的帮助，以便形成良性循环，促进研究工作的进一步开展。同时，应该参与国际合作，跟踪国际研究动态，当然，也可以适当引进一些关键的、有发展潜力的技术，进行消化和创新，缩短我国与世界先进水平的差距，保持一定的技术领先性。

（4）针对我国科研力量分散的弱点，仿照分散网络化生产的思想，利用计算机网络，开展合作研究，建立分布式网络化研究中心，协调一致进行科技攻关。所谓分布式网络化研究中心就是利用信息技术、网络技术、计算机技术对现实研究活动中的人、物、信息及研究过程进行全面的集成，在一定时期内为了共同的目标以最佳的人员和单位组合来开展科学研究工作，调动各方面的积极性通过协同工作达到研究工作的广泛开展和深入进行，缩短科研周期，增强科技成果的竞争力，也可以说分布式网络化研究中心是将现实的研究机构的职能在网络中的映射，是一种“虚拟”的工作模式【9】。

综上所述，发展我国的现代集成制造系统应该以企业的需求为动力，通过政府的政策和计划的协调，继续深入开展并行工程、虚拟制造、敏捷制造和绿色制造的研究与应用，并利用分布式网络化研究中心，组织各地区的科研力量集中突破与现代集成制造系统密切相关的如STEP标准的应用、CORBA规范的推广、企业过程重构理论的研究等具有重大战略意义的理论研究工作，逐步使现代集成制造系统成为我国制造业的灵魂。

参考文献

李伯虎等，现代集成制造系统的发展与863/CIMS主题的实施策略，CIMS，1998，10:7～15 吴澄，李伯虎，从计算机集成制造系统到现代集成制造系统，CIMS，1998，10:1～6 李敏贤，面向21世纪的先进制造技术，机械工业自动化，1998，20(4):1～3 虚拟制造技术研讨与演示会论文集，机械科学研究院，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、张友良，虚拟制造技术及其应用，机械科学与技术，1998，17（3）: 477～479 陈晓川、张暴暴、刘晓冰、冯辛安，虚拟制造技术研究概况综述，机械制造，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 陈晓川、刘晓冰、冯辛安，分布式网络化研究中心及其体系结构，计算机辅助设计与制造，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）

通常意义上讲我们所涉及的机械制造技术是对产品的设计、加工、出售、使用、维修以及回收等整个过程进行研究的学科。当今大量应用先进机械制造技术的最终目的是迎合社会发展,提高产品质量以及企业竞争力。技术的革新极大程度上提高了我们技术的进步,人民群众对其要求也是越来越高,不仅要求外形美观,质量高档,价格合理,使用方便,还要求有多样的品种,快捷的更新,满意的服务以及高程度的自动化。为了迎合社会的发展,满足当代人越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。

1、机械制造技术现状及特点

(1)我们的机械制造技术近些年来得到了迅猛的发展,日益受到经济管理部门关注,取得了一系列的突破:

近年来,更是取得了明显进步,尤其是在自主开发创新能力方面以及行业整体技术水平方面显著提高。虽然我国也在不断开发,引进及采用现今的机械制造技术,但与发达国家相比,仍然存在诸多问题,主要体现在设计,工艺,自动化以及管理等方面。

(2)机械制造技术的特点先进的机械制造技术具有与时俱进性,系统性,市场性及全球性等特点。先进的机械制造技术,既保持了过去制造技术中的有效要素,又要不断吸收各种高新技术成果,并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程,与时俱进,不断更新;先进制造技术并不限于制造过程本身,它涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容,并将它们结合成一个有机的整体,是一个系统工程;20世纪80年代以后,机械制造业赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变为时间、成本和质量的三要素的矛盾,先进的机械制造技术把这三个矛盾有机结合起来,是市场竞争三要素的统一;随着全球市场的形成,使得市场竞争变得越来越激烈,先进制造技术正是为适应这种激烈的市场竞争而出现的。

2、机械制造技术发展趋势

(1)科技新时代的到来,尤其是网络新时代的到来,标志着机械制造技术也必将朝着信息化方向发展。网络通讯技术的迅速发展和普及,给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行此外,网络通讯技术的快速发展,加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习,推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。所谓机械制造技术信息化是指机械制造业以信息为主导,借助于物质和能量的力量生产出价值,而不同于以往以物质和能量为主导,借助于信息的力量生产出价值。不久的将来,信息产业和智力产业将成为社会的主导产业。

(2)自动化和智能化在我们国家的技术革新中占据了重要的地位,这要求我们在这容易领域,实现重要的突破,这就是在机械制造业中主要表现在制造系统中的集成技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、柔性制造技术和适应现代化生产模式的制造环境等方面。智能化是柔性自动化的重要组成部分。随着社会的发展,人类早已从繁重的体力劳动中解放出来,然而生活水平的提高促使人类不满足于此,如今我们还要从繁琐的计算、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,智能化促进柔性化的发展,它使生产系统具有更完善的判断与适应能力。智能制造将作为一种模式,是集自动化、柔性化、集成化和智能化于一身,并不断向纵深发展的高技术含量和高技术水平的先进制造系统,也是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统,它突出了在制造诸环节中,以一种高度柔性与集成的方式,借助计算机模拟的人类专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。

(3)技术和管理柔性化实现机械制造的柔性化是为了更好的适应多变的市场和产品需求,柔性化包括技术柔性化和管理柔性化。我们这里所谈论到的所谓技术柔性化也就是我们在施工过程中所使用装备和技术路线不受工艺及产品种类的约束,这样的技术就会使我们的工艺得到更大的提升。我们需要在工作中重视管理的柔性,这就是要求我们需要了解管理柔性化的优势,在我们的实际管理中需要重视组织和管理体制、生产模式的更新发展,推出如准时生产、敏捷制造、精益生产、并行工程等新的管理思想和技术。在整个的流程中我们的人为因素发挥了重要的作用,为了就会使我们整个制造生产系统无论在技术、管理或是人员、组织上都具备充分的柔性必须进行柔性化管理。柔性化管理必须重视人性化管理,尊重人性,从而增强员工的责任感和自主精神,充分调动员工积极性,在日益强调环保的今天,绿色制造技术的出现,赋予柔性化更深的含义。

(4)灵活化和绿色化实现机械制造灵活化也就是尽可能地缩短从设计生产到出售使用的时间,使机械制造厂的机制能灵活转向。未来的市场是具有高度不确定性的,为了迎合多变的不可预期的市场,机械制造必须具有高度的灵活性。随着环保意识的增强,绿色制造应运而生并得到高度关注。所谓绿色化是指产品的设计,加工,及出售等整个过程都是绿色无污染的,所用的材料,设备是绿色无污染的,所得的产品自然是绿色产品,产品使用完以后再通过绿色处理加以回收利用。

3、结语

在技术飞速发展的今天,我们越来越能发现机械制造行业的重要性。我们国家近些年来逐渐将机械制造业发展成为我国工业中的核心,其在国民经济的发展中有着不可替代的作用,对于提高我国的综合技术实力有着十分关键的作用。这就是要求我们从业人员不断加强机械制造技术水平,掌握好相关的发展方向,也就能在最终实现提高产品质量及企业效益的目标,保证我国在激烈的市场竞争中处于不败之地。

参考文献

[1]谭学深.浅谈我国机械制造技术的现状及发展方向[J].中国科技信息,2008(15):117-119.

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符合市场需求的模具CAD/CAM技能人才的知识、技能分模具CAD和模具CAM两大技术。模具CAD技术由基于CAD/CAM软件的产品零件三维造型设计和以产品模型为核心的模具结构设计，根据产品制造工艺可以开发冲压模具CAD、注塑模具CAD、压铸模具CAD。模具CAM技术是模具零件加工工艺制订和基于模具CAD/CAM软件的模具零件数控编程与操作。

根据CAD/CAM技能人才所需知识和技能，可以设计出CAD/CAM教学课程结构。CAD/CAM课程由CAD/CAM基础理论、CAD/CAM应用软件基础、基于应用软件的注塑模具设计、基于应用软件的冲压模具设计、基于应用软件模具加工工艺、基于应用软件的数控加工编程与操作。上述课程在具体实施过程中理论教学与实践教学各占50%并进行一体化教学，以便学生能从实际出发真正得到该技能的锻炼。

二、以CAD/CAM软件使用技能为先导

从模具CAD/CAM知识技能结构可以看出，模具CAD/CAM的教学改革首先应该从模具CAD/CAM应用软件的使用着手。

随着计算机技术的进步，机械行业的设计与制造技术也得到了空前的发展，各种以计算机，特别是以PC为运行平台的三维设计与制造软件应运而生，以CAD/CAM软件技术为核心的现代集成制造系统（CIMS，Compute Integrated Manufacture Systems）代替了传统设计与制造方法。在模具设计与制造领域中以美国PTC公司的Pro/ENGINEER、麦道公司的UG、CNC Software公司的Mastercam软件形成的系统目前在先进制造企业有着举足轻重的地位。

本课程可以选一CAD/CAM应用软件为教学基础，将软件教学与模具设计与制造知识融合在一起。例如以PTC公司的Pro/ENGINEER作为教学软件，Pro/Moldesign是Pro/E的可选模块，提供了模具设计常用功能。该模块可以完成如下任务：产品模型的输入与数据诊断、对产品模型进行拔模检测与厚度检测、设置模型的收缩率、创建各种分型面、自动分割成型零件、型腔布局、浇注系统和冷却水道的创建、标准模架的加载、充模和开模仿真。EMX和PDX是Pro/ENGINEER程序中的一个扩展模块，EMX是专门提供注塑模具各种标准模架零件及各种机构的设计，PDX模块用于冲压级进模和单工序模具设计。由此我们可以看出，指导学生学习模具CAD/CAM软件的使用方法也就成了模具CAD/CAM技能教学的第一步，在此基础上进一步与注塑模具设计和冲压模具设计、模具制造工艺理论课程结合，便可以使学生快速掌握相关实用知识技能。

三、将模具理论知识讲授和CAD/CAM软件教学融合，形成一体化教学

学生在单纯的模具理论与结构学习时，由于许多知识都比较抽象，往往不易接受。因为有了CAD/CAM软件的三维造型，使教学过程非常形象逼真。例如：学生在注塑模具理论的学习过程中，短时间内就可以通过实体造型模拟学习到大量实用的模具结构知识，理解诸如拔模斜度、浇注系统、成型零件等模具基本概念。

在学习分模的过程中，又可以顺理成章地推出模具分型面的理论知识使学生快速地掌握型腔模具分型面的含义，继而熟练地进行分模操作。同时，单纯的CAD/CAM软件操作教学如果没有相应的模具知识作为枝叶也会变得枯燥无味，学生兴趣减弱，难以掌握其操作方法。

又如在传授数控加工程序的编程教学应该以讲解切削理论公式计算和被实践证明的工艺方法和工艺参数进行比较传授，使学生既懂得原由又容易接受并快速熟练的掌握。在传授CAM数控编程的参数设置方法时，可适时地引入切削原理的内容。

四、一体化教学模式开发

模具CAD/CAM教学在实践过程中可按模具CAD/CAM职业能力，针对某一项能力素质，将能力必须具备的知识点与技能结合起来，融合在理论与实践的教学内容中，采用一体化教学与综合实训相结合的教学模式开发教学模块。如在培养模具CAD/CAM职业能力之一的注塑模具设计与制造能力时，首先对设计与制造注塑模具时必须具备的基本能力进行剖析分解，把该能力需具备的理论知识点和技能通过开发典型注塑模具设计实例（实例的开发可由简单到复杂），具体操作可根据注塑模具设计流程把注塑模具设计的理论基础知识和软件应用知识结合讲解。模具设计顺序和插入讲解的知识为：①设计产品参照模型可插入讲解CAD/CAM软件基础知识，讲解并练习三维建模操作方法；②注塑件工艺分析插入讲解塑料材料成型特性、成型理论，讲解并练习使用软件进行拔模斜度设置并进行塑件厚度，拔模检测等模具分析的操作方法；③成型零件设计插入讲解模具结构理论（型腔数目确定及布置、分型面确定的理论和方法），讲解并练习分型面设计方法、拆模操作方法；④浇注、冷却系统设计插入讲解浇注和冷却系统理论（浇口形式、位置），讲解并练习浇注和冷却系统设计操作方法；⑤模架设计插入模架结构设计理论，模具模架设计软件操作；⑥模具零件制造工艺确定插入加工工序确定、毛坯的选择方法；⑦制造设置插入加工机床的选择、切削刀具选择、装夹方法的确定、加工零点的确定、退刀平面的确定、制造参数的选择（主轴转速、背吃刀量、进给速度等）和操作方法；⑧创建NC序列数控加工仿真插入讲解NC序列的创建、刀具轨迹的仿真、切削仿真NC序列的验证并运用软件实现。

同理根据冲压模具CAD/CAM技能可进行冲压模具CAD/CAM教学模块的开发。

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关键词： 三维CAD技术；机械设计；影响；分析

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

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）19-0051-02

0 引言

机械设计是一种古老的拥有几百年历史的技术工作，随着世界经济的发展变化，科学技术的更新换代，机械设计领域也获得了新生。而三维CAD技术也在不断发展，对于机械设计而言，它是一个用处极大的技术，能够促进机械设计的良好发展。故本文就三维CAD技术在机械设计中的应用及其对于机械设计的影响进行了简要的分析，希望我国机械制造业能够同三维CAD技术一起得到良好的发展。

1 机械设计和三维CAD技术的含义

1.1 机械设计的含义 机械设计顾名思义也就是指设计机械产品的工作领域，具体说来就是依据机械的使用要求，设想、分析并计算机械的运转原理、整体构造、运转模式、能量传递方式、每一个零件的尺寸、材质和形状等等各种方面，并且将它们转化成为具体的能够作为制造依据的描述。

1.2 三维CAD技术的含义 新兴的三维CAD技术是先进制造技术的重要组成部分，其中CAD是指计算机辅助设计，而三维CAD技术则为一种更加深层次的先进的计算机辅助设计技术。三维CAD技术包括软件和硬件两个方面，软件系统是三维CAD技术的核心，对于三维CAD技术所具有的功能起到决定性作用；而硬件则是指三维CAD技术的物质基础。

2 三维CAD技术的发展状况

就目前而言，我国的三维CAD技术发展较为良好，硬件方面已经达到了较高的水准，在进行设计的时候，基本不会出现差错，软件方面也较为适应现阶段的发展状况。现在广泛应用中的软件包括Pro/E、I-DEAS、UG、Solid-Works、Solid-Edge、CADAM、CADDS等等，大多数软件不仅能够完成三维造型，还具有CAM、CAE等功能，远远超过了二维CAD技术。现在计算机的质量、性能不断提高，信息处理趋向智能化，多媒体技术也逐渐被广泛应用，三维CAD技术也正往集成化、开放化、智能化的方向不断发展。然而社会经济仍在持续快速发展，客户对于三维CAD技术的要求也不断变化、标准越来越高，并且同一些更加先进的科技发达国家相比，我国的三维CAD技术还有一定的进步空间，所以我们需要正确地把握三维CAD技术的发展趋势，更加深入地研究三维CAD技术，使其应用更加广泛，技术水平越来越高。

3 三维CAD技术在机械设计中的应用及影响

3.1 三维CAD技术在机械设计中的应用 三维CAD技术在机械设计中，主要应用于三维实体建模、模具的集成制造、工程分析（如结构分析中的应力/应变计算、动态特性、热传导特性分析等）、设计审查与评价（如公差分配审查、干涉检查、运动仿真等）、计算机辅助绘图、工程数据库的建立及操作、工程设计信息的处理、检索和交换等方面。

3.2 三维CAD技术对于机械设计的影响 三维CAD技术对于机械设计的影响主要包含以下几个方面：

3.2.1 方便机械零件的设计 通过三维CAD技术软件来设计新的机械零件，可以提高完成速度，并且能够提高零件之间相互配合的精确度，防止因为单个零件出现问题而导致装配失败。

3.2.2 能够缩短机械设计的周期 采用三维CAD技术来进行机械设计，可以利用相邻零件的形状和位置来设计新的机械零件，以提高零件设计的效率。在对新机械进行设计开发的时候，工作人员仅仅需要对其中的部分零部件进行重新设计、制作，其他大部分的零件设计都可以直接使用之前的信息；三维CAD系统还有一种高度变型设计的功能，能够采用快速重构的方式获得一个全新的机械产品。这些功能能够将机械设计的计划时间缩短近三分之一，大大地提高了机械设计的速度以及机械产品的生产效率。比如在装配环境中，依据箱体的外形以及其余搭配要求就能够迅速精准地设计出相对应的箱盖。

3.2.3 方便直观地装配零件 在装配机械零件的过程中， 资源查找器中的装配路径查找器将零件之间的装配关系都记录起来了，倘若产生干涉状况或是没有正确地进行装配，就会及时地在资源查找器中显示出来，并且对零件的装配实施静干涉检查，然后就可以及时地对零件进行重新装配，从而能够保证设计的正确性；并且，还可以隐藏机械零件，在将外部零件隐藏之后，就使工作人员能够清楚地看到内部的装配结构，从而检验装配是否达到要求；另外，当某个零部件或者整个机械产品完成装配的时候还可以进行运动仿真，完整清晰地观察到机械运动的过程，从而在整体上对其进行检验。

3.2.4 方便直观地修改零件 在完成机械零件造型的同时，零件环境中的资源查找器也将完成该零件的所有指令都列出来了，点击这些指令就能够清晰全面地获取制成此零件每个步骤的信息。当零件需要修改时，也只需点击资源查找器中相对应的指令就可以简单地完成，这种操作即使是在装配环境中也可以进行的，只要点击需要修改的零件就可以进入零件环境去完成零件的修改。

3.2.5 有利于提高机械设计的技术水平和产品质量

在机械设计的过程中，将机械产品与信息技术结合起来，并采取CAD设计方法和CIMS对产品进行生产制造，使机械产品设计和制造都能够有良好的发展。三维CAD技术采用先进的设计方法保证产品的设计水平，大型企业数控完善的加工手段则保证了产品的质量。

3.2.6 有利于加强机械设计者的现代化设计意识 三维CAD技术将设计模式进行了彻底的更新，是一种基于高科技背景的高端的设计技术。所以面对这种先进的现代化的技术，从事机械设计的工作人员既要拥有丰富的理论知识、实践经验及最新的相关信息等机械设计的基本要素，也需要具备现代化的先进的设计思维，能够及时更新机械设计的相关技术和方法等，从而使机械设计工作与时俱进。

4 结束语

我国的机械设计随着我国制造业不断发展而发展，而新兴的、摆脱了传统设计模式束缚的、引进了现代设计观念和手段的三维CAD技术在机械设计领域的引入，是促进机械制造业发展良好的重要因素。所以为了充分实现从中国制造到中国创造的实质转变，我们需要对三维CAD技术进行更深入的研究，使其在机械设计中得到更好得应用，为机械设计提供强而有力的技术支撑，从而使机械产品设计、制造的水平得到进一步的提升。

参考文献：

[1]张立荣.三维CAD技术在机械设计中的应用[J].煤炭技术，2011（02）.

篇（8）

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

中图分类号：U415.6 文献标识码：A文章编号：

1、概要

机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也己成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能加自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

2、机电一体化的发展状况

机电一体化的发展大体可以分为3 个阶段。20 世纪60 年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，己经开发的产品也无法大量推广。

20 世纪70 ~80 年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础这个时期的特点是：mechatronics 一词首先在日本被普遍接受，大约到20 世纪80 年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认，机电一体化技术和产品得到了极大发展，各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。

20 世纪90 年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头角，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术的发展开辟了广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。

我国是从20 世纪80 年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列入“863 计划”中。在制定“九五”规划和2010 年发展纲要时，充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，并取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。3、机电一体化的关键技术 机电一体化技术是一个技术群体的总称。其关键技术有：传感与检测技术信息处理技术、先进制造技术、伺服驱动技术、自动控制技术、系统总体技术等。 3.1传感与检测技术传感与检测技术关键元件就是传感器。传感器是整个机电一体化系统（或产品）的环境接口，是自动化、信息化以及智能化应用和发展的关键技术。传感器的水映了一个国家的科技发达程度，特别是新型高科技传感器的研究和开发世界各国都非常重视，比如多功能集成传感器、智能传感器、仿生传感器等。多功能集成传感器就是具有“一器多感”技术特点的传感器。智能传感器就是带有微处理器的，具有信息自我处理功能的传感器。仿生传感器就是模拟人的感觉器官的传感器，是机器人技术发展的核心。3.2信息处理技术信息处理技术包括信息的交换、传递、存储和处理，主要工具就是计算机。计算机及信息处理系统是整个系统（或产品）的信息处理中心，充分利用计算机超强的信息处理能力以及丰富的软件资源，增强了系统的功能，提高了系统的柔性、可靠性，使系统具有了一定的智能。3.3 先进制造技术先进制造技术是机电一体化发展的必然产物，是机电一体化技术的基础。先进制造技术保障系统（或产品）构造功能的最优化。先进制造技术采用具有柔性操作的先进制造设备：机械加工中心、机床、工业机器人等机电一体化产品，实行先进的组织管理，组成柔性制造单元和柔性制造系统，提高制造作业及制造系统的柔性和生产率，以满足机电一体化系统（或产品）的需要，满足社会发展的需要。 3.4 伺服驱动技术 伺服驱动技术是系统直接执行操作的技术，其目的是从动力学角度分析系统行为，保证系统整体运行的最优化。伺服驱动装置包括电动、气动、液压等各种类型，按照控制指令将电信号转换成流体能或机械能驱动运功机构，对整个系统的动态特性、控制质量和功能具有决定性的影响。 3.5自动控制技术自动控制技术是在自动控制原理的指导下，结合计算机技术对具体的控制装置和控制系统进行设计、仿真、调试，最终实现机电一体化系统的整体性能最优化20 世纪80 年代以来，如模糊控制，专家系统和人工神经元网络等人工智能控制技术，得到快速发展并被广泛应用。 3.6 系统总体技术系统总体技术包括系统的总体设计和接口技术，是用跨学科的思维能力来进行综合集成的技术。系统总体设计是以系统整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将系统整体分解成相互联系的若干功能单元，再对功能单元进行二次分解，最终确定一个可行的技术方案。接口技术的实质是机械技术和电子技术的具体应用，是各要素或子系统之间的联系条件。在某种意义上说，机电一体化系统设计归根结底就是接口设计。

4、机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下：4.1智能化智能化就是要求机电产品具有一定的智能，使其具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。如果人类社会的发展和进步体现在人脑的智能上，那么机电一体化的发展和进步就体现在其产品的智能上。智能化是机电一体化技术与传统自动化技术的主要区别之一，也是21 世纪机电一体化技术发展的主要方向。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步和发展，为机电一体化技术的发展开辟了广阔天地。4.2 模块化模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

4.3网络化

20 世纪90 年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，利用现场总线和局域网技术使家用电器网络化己成大势，家庭网络（h o menet ）就是将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系（compute , Integrated Appliancesystem , CIAS) , 使人们在家里享受科技带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。4.4 微型化微型化是指机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电一体化（Micro Mechatronics）是机电一体化的一个重要分支，国外称其微型电子机械系统 (Micro Electro MechanicalSystems).它泛指几何尺寸不超过1cm 的机电一体化产品，并向着微米、纳米级发展。采用精细加工技术加工生产微机电一体化产品，其体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。4.5集成化机电一体化的集成是从全局角度和系统目标出发，将总体功能分解成相互有机联系的若干子功能，再将系统分解成若干个功能单一的功能单元，然后通过软、硬件将各个功能单元有机地联系起来，使其性能最优功能最强。集成是机电一体化发展的内在动力，它是一种创新性的过程，正是由于这种创新性，将机、电、信息、控制等各种相关技术有机结合，实现系统整体最优，促使机电一体化领域的不断拓展。4.6 系统化系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，一般除Rs232 外，还有Rs485 、DCs 人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义。一层是机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。

4.7 人性化

机电一体化产品的使用对象和服务对象都是人。所以对于未来的机电一体化产品，一方面必须加强它们与生命机体的相似性，给产品赋予人的智能、情感和人性；另一方面充分协调产品与人和环境的关系，使产品更关注人的生理、心理特性和极限，更适宜人的使用与操作。 4.8绿色化工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源．回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境服废后能回收利用。

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随着科学技术的迅速发展和教育改革的不断深入，为适应社会对具备实践性、创造性等综合能力强、素质高的工程技术人才的迫切需要，我国高等教育正在逐步实现由传统的应试教育向现代的综合素质教育转化。

金工实习是机械工程类学科必不可少的一门专业基础必修课程，也是培养学生接触工程实际、理论联系实际、实践动手能力的一个必不可少的实践教学环节[1]。该课程能使工科类大学生了解常用金属材料的性能，了解基本的机械加工工艺和先进制造的加工工艺，能开拓思维、丰富感性知识，为其学习后续课程、进行毕业设计以及从事机械设计和制造方向的工作奠定必要的基础[2]。同时，金工实习的内涵也从传统的“学习工艺知识，提高动手能力”朝着“增强工程实践能力，培养创新精神和创新能力”方向发展[3]。

目前，大学毕业生实际操作能力、动手能力差，缺乏创新能力，理论与实际脱节是用人单位反映的主要问题。因此，高校的工程实践训练部门更应重视对学生实践能力的培养[4]。

由此可见，随着社会用人单位对大学生综合素质要求的提高，高校金工实习也面临着严峻的挑战。所以，如何在高校现有条件下，对金工实习教学体系进行改革，以期适应工程实践的要求，是亟待探讨并研究的。

二、传统金工实习教学存在的问题

传统的金工实习教学存在一定的问题，主要表现在：

（一）学生接受理论知识较慢。我校金工实习一般安排在大学二年级上学期进行，此时，学生缺乏基础理论知识，同时，专业课程刚刚开始，所以，指导教师在讲授理论知识时，发现多数学生响应缓慢。另外，由于教学手段单一，学生对理论学习兴趣不大。

（二）传统教学模式呆板，缺乏创新过程。实习过程中，从零件的图纸、材料选用到加工工艺流程，全部由教师统一给出，学生只需要机械的模仿加工操作过程，缺乏主动思考和创新的过程。因而学生普遍觉得实习过程简单繁冗，很难提起学习兴趣。

（三）学生分析解决问题能力较差。由于实习时间、实习设备的限制，经过金工实习的学生虽然掌握了实习各工种的基本操作技能，但工程实践能力较差，有时候面对简单的实际工程问题仍然不能提出合理有效的加工方案。

三、金工实习教学改革思想与方法

（一）转变观念，深刻认识金工实习教学的内涵

长期以来，作为一门独立的实践性教学课程，金工实习教学的主要目的是：通过实习教学，使学生了解和掌握机械加工制造工艺与材料成型工艺的基本知识，提高学生的实际动手能力，转变学生的思想作风，为后续专业课程的学习准备必要的工艺知识和实践基础。随着机械制造业的发展和社会需求的变化，金工实习教学的内涵也随之发生了深刻的变化，教学目标向“学习工艺知识，增强工程实践能力，提高综合素质，培养创新精神和创新能力”的新型课程教学目标转化，其中，目标转化的实质体现在：强调对学生的知识能力、素质培养方面的综合作用[5]。

金工实习教学环节体现了基础性、实践性和创新性的教学内涵，是当前我国高校本科学生教育中让学生全面融入工程实践活动中的一次难得机会，对培养学生的工程实践能力、设计能力和技术创新能力具有重要的基础作用。

(二）精心组织，优化金工实习教学内容

首先，针对不同专业的特点和要求，编写了重点突出、层次清晰、目标合理的教学实纲。对于机械类专业学生，大纲突出了对学生主动性、综合性和工艺性的要求；对于非机类专业学生，教学内容侧重广而全，并不要求深度，有的项目点到即可。

在具体实施过程中，着眼于培养掌握先进制造技术，具有较强工程实践能力的复合应用型人才。所以在实习过程中，适当增加了新知识、新工艺、新技术的教学，以期学生了解到科技的最新发展及其在机械制造方面的应用。

实习教学内容分为常规训练项目、先进制造技术训练项目和创新技术训练三个层次。

常规训练项目包括：车、钳、铣、刨、磨、铸、锻、焊、热处理等常规技术，通过学习训练，使学生具备一定的动手能力，掌握常规加工工艺知识。重点训练项目放在车、钳、铸、焊，要求学生重点掌握，达到从分析图纸、制订工艺、准备设备、刀具到操作加工能够独立自主完成的目的；对于其余项目，学生掌握基本操作方法，并能加工简单零件即可，对于典型加工方法、零件定位装夹方法等由实习教师加以演示，学生在教师的协助下能够完成零件的加工。

先进制造技术训练项目包括：数控车、数控铣、加工中心、数控电火花、线切割、水射流加工、三坐标检测等，重点训练项目放在数控车和数控铣方面。通过训练，将常规加工知识与先进制造技术有机结合，学生能掌握数控程序编制的基本方法，常用数控指令的应用场合和编程规则，数控设备加工的一般操作以及对特种加工等新工艺、新知识的感性认识。

创新技术训练：对于机械类专业学生，在实习教学中，通过分组讨论、主题研讨等方式，对自主设计和命题设计的零件进行不同加工方法的比较，不同加工工艺的比较等，培养学生的综合运用知识能力以及创新能力。

（三）完善扩充，改革教学方法和教学手段

改革传统教学方法和教学手段，采用电化教学、多媒体教学，让学生直观了解生产加工的过程，感受先进制造技术和新型加工方法，激发学生的学习兴趣。

为了使学生在有限的实习时间中尽可能快得融入到实习氛围中，在现场教学前，利用购置的多媒体课件以及教师利用Flash、Photoshop、PowerPoint等软件制作金工实习图片、动画，通过录像、动画等方式形象展示各教学环节训练内容，增加学生的感性认识，使得在接下来的现场教学环节中，缩短教师纯讲授时间，以便有更多时间用于学生动手操作，这样，学生更有兴趣，更容易接受。

教师要转变传统的教学观念，改变传统的填鸭式教学方法，与学生进行互动教学，启发学生的创造性思维。

在每个教学环节，实习项目的主要用途、加工方法、原理应在最快的时间内分阶段向学生讲授完成，内容逐步加深，让学生在实际操作中理解消化。

比如，在数控车教学中，分三个阶段进行教学：

第一阶段：理解车床的加工原理；数控车床坐标的含义；刀具刀尖在坐标系统中的重要性以及一般操作。

第二阶段：数控车加工一般工艺流程；为什么要创建一个编程坐标系统；为什么要对刀；对刀结果的含义；对刀的原理；几个简单数控指令的编程规则；师生共同编写简单零件程序，并上机现场加工。

第三阶段：程序进行调试方法以及如何更快捷编程（循环指令的运用等）；

在掌握了基本加工原理、操作后，让学生分组讨论，确定工艺，采用启发式、讨论式教学，提高教学效率和教学质量。

（四）加强建设，提高实习指导教师素质

金工实习是一项特殊的教学实践活动，对指导教师自身素质有其独特的要求。教师自身的理论知识水平、工程意识以及实际加工、动手能力直接影响教学效果。我校金工实习各环节中，指导教师教学人员、工程技术人员、高级技工、技师担任，他们在工作经历、经验、理论知识、实践能力、工程意识、创新意识、动手能力、知识层次、教学能力等方面存在较明显差异。由此，我校在组织金工实习时，有计划、有意识地注意解决教学队伍肢体素质提高的问题，通过集体探讨、外校经验借鉴等措施，对各实习环节教学内容、教学手段、教学步骤等方面进行了较详细的规定和说明，同时，对学生在实习各阶段应达到的水平也进行了要求。所有这些措施，提高了现有指导教师的理论素质和技能水平，切实提高了他们的实践能力和业务水平。

四、总结

加强实践教育，加大创新教育，是高校所面临的共同主题，金工实习是一门理论性与实践性相结合的课程，其教学改革也势在必行。所以，尽快地解决面临的问题，适应社会的发展需求，改革教学方法，提高教学效率，培养具有实践能力和创新意识的高素质、高技能的复合型人才是高校金工实习课程的任务。

【参考文献】

[1]刘京秋.金工实习的管理模式研究[J].北华航天工业学院学报,2007,17(3):56-57.

[2]宋成亮.金工实习教学中面临的主要问题及其对策[J].武汉科技学院学报, 2005,(6).

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主导产业结构优化从国家层面，地区层面的研究的比较多，但是以县级为单位进行产业结构优化系统研究还不多，县级产业结构的调整和优化表现出与国家和地区层面不同的特点和侧重，从国家层面讲主要是一二三产业之间合理配置及内部的优化，但是像浙江嵊州市这样在长三角处于制造业县级中心城市地位，产业结构的优化虽然大体也要符合这个原理，但更主要体现为制造业产业之间以及内部的整合和升级，因为一方面县级产业结构规划不可能面面俱到。另一方面县级也要从全球化。县级政府只有紧紧把握产业全球化发展和演进的脉搏，并大力推进当地产业全球化及全球化发展中的结构优化，才能在走向经济全球化的过程中和区域一体化过程中实现自己的竞争优势。

一、县级主导产业结构的特点

1、产业层次不高

县级主导产业基本上处于国际分工的低端，主要产业以低水平加工业为主，众多低层次出口产品主要集中在传统出口市场展开低价竞争，新兴产业尚在发展当中，具体到嵊州（见表1）主要是以领带、针织、服装等劳动密集型产业和电声零配件、电机、普通造纸等低附加值产业为主，高新技术和高加工度产业的规模明显偏小，比重不大，嵊市的电声行业是一股独大，产值超亿元企业只是天乐集团，3000万元以上也只有8家，虽然有几个专业区块以同类产品集聚为主，但缺乏带动作用强的骨干企业。极大多数企业以家庭作坊式生产，生产设备简陋。

2、技术创新能力差

县级主导产业在科研方面的意识不强，研究开发投入占销售收入偏低，难以形成明显的核心竞争力（见表2）。一般来讲国际竞争性公司的研究发用占销售收入的5%。

3、县级主导产业脆弱性较大

嵊州市由于工业结构的特点：嵊州主导轻工业占比达68%，主要以纺织、服装、印染、造纸为主，而又是劳动密集性产业，由于这种行业发展的成熟，其脆弱性总问题更为严重。具体来讲，嵊州主导产业面临的系统性脆弱性问题主要有：一是劳动成本的提高，在完善民工制度的形势下，企业在劳动成本上需化较高的支出；二是出口受限、退税下调、人民币升值的情况下，导致整个行业竞争加剧，企业只能以损失自己的部分利益来维持目前的生存；三是原材料市场的不稳定，在原材料供应极其缺乏的背景下，企业需要更为强势的嗅觉来洞悉市场行情，而一些企业在这方面又比较缺乏，因此受其影响比较大。四是产品影响力不大，市场单一，没有自主品牌和核心竞争力，就会导致行业内恶性竞争相互残杀，因此差别生产和提升自主品牌和核心竞争力显得更为必要。因此加快产业调整，尽快找到新的路子，转入新的创新型、持续发展的产业尤为显得重要。

面临的特定脆弱性问题主要有：一是企业对国际标准和技术性贸易壁垒影响较大产品标准化是产品国际竞争的基础因素，在很大程度上决定着产品贸易的走向，从更广泛的意义上讲决定主导产业产品在世界市场上的地位。另外，随着电子元件产品大量进入国际市场，在知识产权纠纷、反倾销调查和技术贸易壁垒等方面，将会面临新的问题，而我市的电声企业明显准备不足。二是行业协会的作用还没有发挥。我国东部县的主导产业主要是制造行业，这些企业的出口业务往往占了很大比重，目前大部分行业协会仅对国内外贸法规和政策关注较多，对国际贸易协定和外国贸易法规较少关注。当行业直接卷入国际贸易摩擦，遭遇国外反倾销、反补贴、知识产权调查等贸易大棒时，这些行业协会就发现知识储备不够，就是在国内同类产业竞争中，也难以发挥应有的作用。整个行业内没有形成产业专业化分工，每个企业遵循小而全的生产模式，对未来的产业资源整合带来了很大难度。

4、县级主导产业与区域内其他县市的融合性差

第一，原来不同的产业，分别对应不同的产业体系，现在这些产业体系之间可以实现兼容和通用，第二，原来不同产业之间分工发生了模糊以到消灭，原有产业中具有较大产业影响力的代表性企业，或者是产业中的多数企业，开始由原来的单一经营转为融合意义上的多元经营，也就是说这些企业向融合的另一方产业扩展了自己的经营范围，降低了专业化程度，原来不同产业的企业之间的分工，转化了同一产业内的企业之间的分工以及企业内的分工，第三，原来不同产业的企业在融合时发生业务交叉和市场竞争，事实上，竞争不仅仅是融合的结果，竞争本身是融合的标志，竞争还促进了融合，第四，在已经实现融合后的产业内仍然存在分工，目前，对东部县级主导产业来说，产业融合最大的问题是区域之间的同构和本区域内自身产业的分工合作问题，这种同构和自身产业的分工不足激化了县级主导产业的竞争，在一定程度上不利于主导产业的发展。对嵊州来说，在浙江省政府做出了打造浙江先进制造业基地的战略决策以来，杭州、绍兴、温州、台州等地区纷纷行动。由于各地也同样具有建设先进制造业基地的强烈愿望和实际行动，为了各地的经济增长、社会就业和地方利益，行政区域间的竞争程度将远远超过相互协作的程度，竞争不仅仅表现为争夺相对有限的市场份额和资源份额，而且还上升到地区间支柱行业的竞争和引进外资的竞争，构成发展竞争的新局面。嵊州制造业与周边县市比较，产业结构趋同（见表3），最明显的是纺织、机械业都是各县市的主导产业和优势产业，是打造先进制造业基地的首选产业，因此，嵊州打造以纺织、机械业为方向的先进制造业基地面临较大的竞争。

对于嵊州市平讲主导产业来说还没有形成有效的分工合作体系，企业生产加工成本较高。企业生产组织方式普遍存在“大而全，小而全”现象，产业目前尚未形成有效的分工合作体系。

二、县级主导产业的优化对策

1、产品结构调整

传统的产品结构调整是指产业根据市场需求及其结构的变化要求，对产品的品种、规格、样式、比例及其相互间的组合关系进行改变和优化的行为和过程。从内容上看，产品结构调整包括产品的品种结构调整、产品的规格结构调整、产品的样式结构调整、产品的质量结构调整等。

2、产业的技术结构调整

其含义包括三个方面：一是对产业现有技术存量的重新协调、选择与整合；二是对产业现有技术的使用、发挥状况进行改进；三是对产业潜在可用技术的选择、开发、吸收与引进。从系统的观点看，衰退产业的技术结构调整是对衰退产业技术系统内诸技术元素间的质的组合和量的比例关系的重新选择、协调与整合的过程。该过程的实现有两条途径：一是产业技术存量的调整，意指上述含义的前两个方面；二是产业的技术增量调整。县级主导产业必须以传统产业高新化和高新技术产业化，引领产业结构调整的未来技术的调整也可从产品类型上进行分析，从产品类型上分，创新可大致分为原始创新、消化吸收再创新和集成创新三种。嵊州市企业在产品创新上大多属于后两种，尤其是消化吸收创新方面，很多企业把眼光瞄准了国外的先进技术与设备，通过技术攻关和工艺改进，研制出自己的拳头产品。比如为了提升产品档次，嵊州美多电器有限公司投资200多万元，购进先进的激光切割机和激光焊接机，对设备进行了投入和技术改造，加快新产品的开发，提高产品工艺质量水平，使他们企业生产的厨具能够跟国外产品进行接轨。在集成创新方面，天乐集团的集五大功能为一体的家庭影院产品和“福威重工”的多功能农用机械都是成功的例子。但集成创新和消化吸收创新门槛相对较低，适合企业在技术和产品上的改良和提升。

3、产业的组织结构调整

产业的组织结构调整是指产业为了达到较高的市场绩效，在有关政策指导下，结合自身的产品结构调整和资产结构调整，通过相关企业合并、兼并、破产、退出、出售、拍卖、收购与重组等方式对企业的外部市场结构，如市场的集中度和市场进入退出壁垒等以及企业的内部结构，如企业产权结构、企业组织结构等进行改变和优化的行为和过程。总体而言，嵊州市企业离科学规范管理的标准还有很远，这也意味着组织结构调整依然艰苦。目前嵊州已经加对对领带服装、绢丝针织、厨房用具、电机、机械、电子电声、生物医药、汽摩托车配件和造纸十大特色工业行业进行了整合，重点培育领带服装/电器厨具/机械电机融合而成三大主体产业集群，从而推动产业结构的融合提升。领带产业面临加快产业的整合与升级，拉长产业链的压力。

4、产业的空间区位调整

所谓产业的空间区位调整，就是指产业根据外部环境变化和自身发展的需要，通过生产单元、销售单元、控制（决策）单元等产业基本功能单元的主动空间迁移而对产业的生产区位、市场区位和决策区位进行全部或部分的空间重构的行为与过程。产业的空间区位调整的实质就是产业的空间转移。从概念上看，衰退产业空间区位调整包括生产区位调整、市场区位调整和决策区位调整三个内容。其中，具有重要意义的是产业生产区位的调整。通常讲的产业空间区位调整就是指产业的生产区位调整。

【参考文献】

[1] 江世银：区域产业结构调整与主导产业选择研究[M].上海人民出版社，2004.

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    1、数控高速切削加工的含义

    高速切削理论由德国物理学家Carl.J.Salomon在上世纪三十年代初提出的。他通过大量的实验研究得出结论:在正常的切削速度范围内,切削速度如果提高,会导致切削温度上升,从而加剧了切削刀具的磨损;然而,当切削速度提高到某一定值后,只要超过这个拐点,随着切削速度提高,切削温度就不会升高,反而会下降,因此只要切削速度足够高,就可以很好的解决切削温度过高而造成刀具磨损不利于切削的问题,获得良好的加工效益。

    随着制造工业的发展,这一理论逐渐被重视,并吸引了众多研究目光,在此理论基础上逐渐形成了数控高速切削技术研究领域,数控高速切削加工技术在发达国家的研究相对较早,经历了理论基础研究、应用基础研究以及应用研究和发展应用,目前已经在一些领域进入实质应用阶段。

    关于高速切削加工的范畴,一般有以下几种划分方法,一种是以切削速度来看,认为切削速度超过常规切削速度5-10倍即为高速切削。也有学者以主轴的转速作为界定高速加工的标准,认为主轴转速高于8000r/min即为高速加工。还有从机床主轴设计的角度,以主轴直径和主轴转速的乘积DN定义,如果DN值达到(5~2000)×105mm.r/min,则认为是高速加工。生产实践中,加工方法不同、材料不同,高速切削速度也相应不同。一般认为车削速度达到(700~7000)m/min,铣削的速度达到(300~6000)m/min,即认为是高速切削。

    另外,从生产实际考虑,高速切削加工概念不仅包含着切削过程的高速,还包含工艺过程的集成和优化,是一个可由此获得良好经济效益的高速度的切削加工,是技术和效益的统一。

    高速切削技术是在机床结构及材料、机床设计、制造技术、高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC系统、高性能刀夹系统、高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高效高精度测量测试技术、高速切削机理、高速切削工艺等诸多相关硬件和软件技术均得到充分发展基础之上综合而成的。因此,高速切削技术是一个复杂的系统工程,是一个随相关技术发展而不断发展的概念。

    2、数控高速切削加工的优越性

    由于切削速度的大幅度提高,高速切削加工技术不仅提高了切削加工的生产率,和常规切削相比还具有一些明显的优越性:第一、切削力小:在高速铣削加工中,采用小切削量、高切削速度的切削形式,使切削力比常规切削降低30%以上,尤其是主轴轴承、刀具、工件受到的径向切削力大幅度减少。既减轻刀具磨损,又有效控制了加工系统的振动,有利于提高加工精度。第二、材料切除率高:采用高速切削,切削速度和进给速度都大幅度提高,相同时间内的材料切除率也相应大大提高。从而大大提高了加工效率。第三、工件热变形小:在高速切削时,大部分的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走,因此加工表面的受热时间短,不会由于温升导致热变形,有利于提高表面精度,加工表面的物理力学性能也比普通加工方法要好。第四、加工精度高:高速切削通常进给量也比较小,使加工表面的粗糙度大大降低,同时由于切削力小于常规切削,加工系统的振动降低,加工过程更平稳,因此能获得良好的表明质量,可实现高精度、低粗糙度加工。第五、绿色环保:高速切削时,工件的加工时间缩短,能源和设备的利用率提高了,加工效率高,加工能耗低,同时由于高速切削可以实现干式切削,减少甚至不用切削液,减少污染和能耗。

    3、数控高速切削技术的应用领域研究

    鉴于以上所述高速切削加工的特点,使该技术在传统加工薄弱的领域有着巨大应用潜力。首先,对于薄壁类零件和细长的工件,采用高速切削,切削力显着降低,热量被切屑带走,可以很好的弥补采用传统方法时由于切削力和切削热的影响而造成其变形的问题,大大提高了加工质量。其次,由于切削抗力小,刀具磨损减缓,高锰钢、淬硬钢、奥氏体不锈钢、复合材料、耐磨铸铁等用传统方法难以加工的材料,可以研究采用数控高速切削技术来加工。另外,在汽车、模具、航天航空等制造领域, 一些整体构件需要比较大的材料切除率,由于数控高速切削的进给速度可随切削速度的提高而相应提高, 使得单位时间内的材料切除率大大提高,因而在模具制造、汽车制造、航空航天制造中,数控高速切削技术的应用将产生巨大的经济效益。第四,由于高速切削时,加工过程平稳、振动小,与常规切削相比, 高速切削可显着提高加工精度1~2级,完全可以取消后续的光整加工, 同时,采用数控高速切削技术, 能够在一台机床上实现对复杂整体结构件同时进行粗、精加工,减少了转工序中可能的定位误差, 因而也有利于提高工件的加工精度。因此, 高速切削技术在精密制造中有着广阔的应用前景。如某企业加工的铝质模具,模具型腔长达1500mm,要求尺寸精度误差±0.05mm,表面粗糙度Ra0.8μm,原先的制造工艺为:粗刨—半精刨—精刨—手工铲刮—手工抛光,制造周期要60小时。采用高速铣床加工后,经过半精加工和精加工,加工周期仅需6小时,不仅效率提高,而且模具质量也大大提高。

    4、实现数控高速切削加工的关键技术研究

    数控高速切削加工是一个复杂的系统工程,涉及到切削机理、切削机床、刀具、切削过程监控及加工工艺等诸多相关的硬件与软件技术,数控高速切削技术的实施和发展,依赖于此系统中的各个组成要素的,这些实现数控高速切削技术离不开的关键技术,具体体现在以下方面:

    1)高速切削机理:有关各种材料在高速加工条件下,切屑的形成机理,切削力、切削热的变化规律,刀具磨损规律及对加工表面质量的影响规律,对以上基础理论的实验和研究,将有利于促进高速切削工艺规范的确定和切削用量的选择,为具体零件和材料的加工工艺制定提供理论基础,属于原理技术。目前,黑色金属及难加工材料的高速切削工艺规范和切削用量的确定,是高速切削生产中的难点,也是高速切削加工领域研究的焦点。

    2)高速切削机床技术模块:高速切削机床需要高速主轴系统、快速进给系统和高速CNC控制系统。高速加工要求主轴单元能够在很高的转速下工作,一般主轴转速10000 r/min以上,有的甚至高达60000-100000r/min,且保证良好动态和热态性能。其中关键部件是主轴轴承,它决定着高速主轴的寿命和负载容量,也是高速切削机床的核心部件之一,主轴结构的改进和性能的提高是高速机床的一项重要单元技术。另一项重要的单元技术是高速进给系统。随着机床主轴转速的提高,为保证刀具每齿或每转进给量不变,机床的进给速度和进给加速度也相应提高,同时空行程速度也要提高。因此,机床进给系统必须快速移动和快速准确定位,这显然对机床导轨、伺服系统、工作台结构等提出了新的更高要求,是制约高速机床技术的关键单元技术。

    3)高速切削刀具技术模块:由机床、刀具和工件组成的高速切削加工工艺系统中,刀具是最活跃的因素。切削刀具是保证高速切削加工顺利进行的最关键技术之一。随着切削速度的大幅度提高,对切削刀具材料、刀具几何参数、刀体结构等都提出了不同于传统速度切削时的要求,高速切削刀具材料和刀具制造技术都发生了巨大的变化,高速切削加工时,要保证高的生产率和加工精度,更要保证安全可靠。因此,高速切削加工的刀具系统必须满足具有良好的几何精度和高的装夹重复定位精度,装夹刚度,高速运转时良好的平衡状态和安全可靠。尽可能减轻刀体质量,以减轻高速旋转时所受到的离心力,满足高速切削的安全性要求,改进刀具的夹紧方式。刀具系统的技术研究和发展是数控高速切削加工的关键任务之一。

    4)数控高速切削工艺:高速切削作为一种新的切削方式,要应用于实际生产,缺乏可供参考的应用实例,更没有实用的切削用量和加工参数数据库,高速加工的工艺参数优化是当前制约其应用的关键技术之一。另外,高速切削的零件NC程序要求必须保证在整个切削过程中载荷稳定,但是现在使用的多数CNC软件中的自动编程功能都还不能满足这一的要求,需要由人工编程加以补充和优化,这在一定程度上降低了高速切削的价值,必须研究采用一种全新的编程方式,使切削数据适合高速主轴的功率特性曲线,充分发挥数控高速切削的优势。

    高速切削加工技术的发展和应用有赖于以上原理方面、机床、刀具、工艺等各项关键单元技术的发展和综合。

    5、高速切削技术应用方面研究状况和发展趋势