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微结构制造和智能制造或成机床两大发展趋势

日期:2014/07/07   来源:机电商报   作者:杨爱华
  摘要:中国要做制造业强国,必须抓住制造业尖端,同时重视基础,找准正确的发展方向。不仅做趋势的跟随者,更要做趋势的领跑者,才能真正引领国家的装备制造业做大做强。

      中国要做制造业强国,必须抓住制造业尖端,同时重视基础,找准正确的发展方向。不仅做趋势的跟随者,更要做趋势的领跑者,才能真正引领国家的装备制造业做大做强。

      经历了连续10年的快速增长之后,我国机床行业在2011年开始出现下行趋势,增速缓慢回落。在经历市场经济末位淘汰后的今天,“创新”已经成为重要出路。

      那么,该如何创新?第十二届中国国际机床工具展览会新闻发布会上,北京机床研究所所长刘炳业给出了他的答案:“目前机床制造主要呈现两大趋势,一是机床加工的尺度特征向极端方向发展;二是机床设备的应用向满足智能制造要求发展。”他表示,第一大趋势突出的是技术的前沿性,而第二大趋势则能体现出一个国家制造业基础的稳固程度。“能否在这两个方面做出成绩,反映了一个国家制造业的水平高度。”

重视微结构制造技术

      刘炳业认为,现代数控机床的加工精度始终是衡量机床技术发展水平的重要指标。而体现加工精度的效果如今已经不局限于尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度等方面,更体现在微结构的加工技术上,大量带有微结构的零件加工是当前精密机床发展面临的重要任务。

      太阳能发电元件、手机导光板、液晶显示器增亮膜、高速公路显示板、复眼透镜、衍射光栅、微型透镜等微结构零件应用日益广泛,这种微结构的出现使机床的加工进入新的领域。欧盟委员会宣布的“地平线2020”科研和创新计划中,其中三个主要目标之一“做产业界领袖”中重点发展领域就是“纳米技术”,这也正体现了微结构加工的发展要求。

      微结构的尺寸从几百微米到几微米不等,但微结构的加工表面的质量都在纳米级。刘炳业表示,“微结构的出现对机床加工提出了新挑战,机床的运动精度、平滑性、阻尼特性都有新要求,此外加工工艺、刀具、机床附件也都要发生新的变化。而这种对于极端尺寸的加工需要技术层面的极大创新。”

      在微结构制造领域,日本、德国、美国发展迅速,东芝机械、发那科、那智二越、库格勒、PrecitechNanotechnology等都研制出了很多新的机床产品。刘炳业表示,我国在微结构制造领域的研究也不能落后,否则会使国家面临高精尖制造技术受制于人的威胁。“国外的技术进步促使我国也必须发展以精度与尺度为特征的技术,研究开发尖端设备与工艺在精密制造机床设备领域中的应用,持之以恒地重视工作母机、超精密机床的发展,才能在全球制造业的高技术领域占有一席之地。”

智能制造势不可挡

      在尺寸精度、形状精度、表面粗糙度以及微结构加工技术不断被突破的今天,智能制造已经成为国际制造领域一个新趋势。

      近年来,许多国家相继提出了智能化制造的新战略。德国在2011年汉诺威博览会期间提出“第四次工业革命”战略目标以来,如今已经进入实施阶段。“第四次工业革命”的目标是工厂智能化。2013年美国以制造业回流为主题,开启智能时代的再工业化。日本在柔性制造的基础上,形成了当今比较成熟的智能化制造技术。反观中国,制造业劳动力成本不断上升,一些地区频频出现“用工荒”,这也迫使中国制造向智能化方向转型。

      智能化制造技术的大趋势可谓势不可挡,这也就要求机床也必须适应其使用要求。从国际智能制造技术的发展来看,最典型的应用特征是要求各种配置的高可靠性,作为智能制造最基本的组成部分,机床设备的可靠性成为最主要的考核指标。“这种趋势考验和衡量的是一个国家制造基础强弱和好坏的问题,涉及的技术层面范围更广。”刘炳业表示。

      刘炳业介绍说,智能制造技术可以看作是在前两代柔性制造技术基础上发展起来的技术。第一代柔性制造系统产生于20世纪80年代,其可靠性衡量特征是可连续24小时运行;第二代产生于20世纪90年代,要求设备可连续72小时可靠运行。当今的智能制造系统则可以连续720小时运行。因此,能够长时间不间断且高可靠性运行的机床设备是智能制造的基础。

      自第二代柔性制造系统开始,机器人参与到制造的过程之中。在第二代柔性制造系统中,机器人只能从事固定路径的搬运,而到了智能制造时代,机器人不仅可以通过视觉传感器感知无序摆放的工件,通过判断做出不同路径的抓取动作,还可以感知装配过程的零件对中状态,并配合智能夹具代替过去只能由人才能完成的工作。智能制造同样对机床的适应性也提出了要求,如能够配合带传感器及感知对位装配的机器人协同工作、能够远程通讯等。

      对于中国智能化制造的发展,刘炳业认为,应该同时解决制造系统的可靠性及元器件产品的质量、性能等问题。“智能化制造最大的特色是讲求集成,如果智能制造生产线上的元器件质量都有问题,那么集成度越高,问题就越大。”他还表示,在保证可靠性的前提下,还要发展与制造配套的一系列前沿技术,如控制与信息管理技术、人工智能传感器技术、机床主机制造技术、智能柔性家居技术、智能机器人技术和物流技术等。

      刘炳业最后强调,应该看到,中国的机床制造业在应对这两大趋势的挑战方面都有基础。“早在20世纪80年代,我国就研制出了世界领先的超精密加工技术及机床,随后又开发出了柔性示范生产线,这充分体现了中国人强大的研发能力。当前,中国制造的工业基础已经形成,只有不放弃基础才能更快地取得成功。”

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