直接影響我國(guó)制造業(yè)發(fā)展機(jī)械工程技術(shù)難題的幾大因素

　　未來20年是我國(guó)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)由大變強(qiáng)，確立在世界領(lǐng)先地位的關(guān)鍵歷史時(shí)期，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)組織編寫了《中國(guó)機(jī)械工程技術(shù)路線圖》，不僅提出11個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)路線圖，而且在其基礎(chǔ)上凝練出若干能影響到機(jī)械工業(yè)，以至制造業(yè)發(fā)展進(jìn)程的重大、前沿性、標(biāo)志性的幾大技術(shù)問題。

　　1、 復(fù)雜系統(tǒng)的創(chuàng)意、建模、優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

　　建模、仿真、優(yōu)化及協(xié)同管理是機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)不變的核心和關(guān)鍵。復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)擁有復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)，組成復(fù)雜系統(tǒng)的各分系統(tǒng)、子系統(tǒng)與元素之間既相對(duì)獨(dú)立，又相關(guān)聯(lián)，上級(jí)系統(tǒng)擁有下級(jí)系統(tǒng)不具備的屬性和功能。復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)往往是機(jī)、電、液、控等多領(lǐng)域物理與信息技術(shù)的高度融合，具有多層次、多目標(biāo)、多時(shí)空、高維度、非線性、不確定性、開放性等特征。隨著計(jì)算、通信、感知、控制等技術(shù)的相互融合，復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)將進(jìn)一步呈現(xiàn)出智能化、網(wǎng)絡(luò)化、復(fù)合化、分布式和嵌入式等技術(shù)特征。

　　基于CPS的復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展和普及將大大加速汽車、航空航天、國(guó)防、工業(yè)自動(dòng)化、精密儀器、重大基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域裝備的轉(zhuǎn)型升級(jí)，不斷提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；將催生出眾多具有計(jì)算、通信、控制、協(xié)同和自治性能的功能產(chǎn)品，甚至產(chǎn)生新的行業(yè)。

　　2、 零件成形技術(shù)

　　零件成形技術(shù)是指應(yīng)用先進(jìn)的成形工藝、嚴(yán)格的幾何尺寸（控形）和內(nèi)在質(zhì)量控制（控性）技術(shù)，生產(chǎn)高幾何尺寸精度、高內(nèi)在質(zhì)量的零件或零件毛坯的先進(jìn)制造技術(shù)。零件成形技術(shù)的先進(jìn)性體現(xiàn)在：（1）節(jié)約材料與能源：材料利用率一般較傳統(tǒng)的成形工藝提高20%－40％，冷精鍛成形可使材料利用率提高到98％以上，鑄造成形技術(shù)也可達(dá)到90%以上。塑性成形技術(shù)大多數(shù)是在室溫下實(shí)施的，免除了加熱工序，節(jié)約了加熱能量，大大減少了零件生產(chǎn)過程的能量消耗。（2）免除或減少成形后續(xù)加工：凈成形零件的幾何形狀與尺寸，已全部達(dá)到零件的使用要求，成形后即可使用，完全免除后續(xù)加工；近凈成形產(chǎn)品，關(guān)鍵部位已達(dá)到使用要求，不需后續(xù)加工，一般可節(jié)約加工工時(shí)50％以上；精密成形產(chǎn)品，一部分尺寸已滿足使用要求，其余部分留有較小的加工余量，一般可減少加工工時(shí)30％以上。（3）提高零件的內(nèi)在質(zhì)量：成形過程中還同時(shí)考慮通過控制溫度、壓力、流體場(chǎng)、電磁場(chǎng)等外部載荷的施加，使得終零件達(dá)到相應(yīng)的性能。因此，發(fā)展零件成形技術(shù)，對(duì)機(jī)械工業(yè)節(jié)約資源、能源和環(huán)境友好，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展意義重大。

　 3、大型結(jié)構(gòu)件成形技術(shù)

　　大型鑄、鍛、焊結(jié)構(gòu)件是大型裝備中的關(guān)鍵核心構(gòu)件，其受力繁重，工況特殊，安全可靠性與技術(shù)要求極高。大型結(jié)構(gòu)件的成形制造涉及冶金、鑄造、鍛造、焊接、熱處理等多種制造工藝，制造過程復(fù)雜，技術(shù)含量高，涉及眾多學(xué)科領(lǐng)域的集成。

　 4、 高速精密加工技術(shù)

　　機(jī)械工業(yè)，特別是汽車工業(yè)的發(fā)展對(duì)生產(chǎn)效率提出了更高的要求，提高效率的一條重要途徑是提高加工的速度，實(shí)現(xiàn)高速化。同時(shí)，航空航天等領(lǐng)域某些特殊難加工材料也必須采用高速加工才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。國(guó)際上，金屬切削機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)到20000r/min、進(jìn)給速度高可達(dá)100m/min、加速度1g。

　　高速精密加工具有生產(chǎn)效率高、加工精度高、表面質(zhì)量高和生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。高速切削刀具的發(fā)展改變了加工工藝，“以切代磨”使加工后的表面質(zhì)量提高，可直接加工硬度達(dá)50-60HRC的淬硬材料。另一方面，強(qiáng)力成型磨削工藝可實(shí)現(xiàn)“以磨代切”，一次磨削25～32mm，比普通磨床要快數(shù)百倍。高速精密加工正成為機(jī)械工業(yè)應(yīng)用廣泛的加工方法之一，在航空航天、汽車及零部件、模具等行業(yè)發(fā)展迅速，高速高精密數(shù)控機(jī)床在這些行業(yè)中將逐漸占主導(dǎo)地位。與此同時(shí)，新型刀具如超硬刀具、新型涂層刀具層出不窮，使得高速高效切削條件下刀具壽命顯著增長(zhǎng)，將進(jìn)一步拓展高速精密切削技術(shù)的應(yīng)用范圍。

　  5、微納器件與系統(tǒng)（MEMS）

　　微納器件與系統(tǒng)是利用微納和精密加工技術(shù)，集約電子、機(jī)械、材料、控制等新技術(shù)發(fā)展，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、生物、醫(yī)療、汽車、機(jī)械制造等產(chǎn)業(yè)的需求，研制能夠解決傳感、測(cè)量、驅(qū)動(dòng)、能源等問題的器件、部件和系統(tǒng)。目標(biāo)是以批量制造技術(shù)生產(chǎn)低成本、高精度、高可靠性的微納器件，拓展終端產(chǎn)品功能，提高終端產(chǎn)品性能，降低終端產(chǎn)品功耗和成本。

　　微納器件與系統(tǒng)的主要特征是：微型化。器件特征結(jié)構(gòu)尺寸范圍0.1mm-1mm。集成化。集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、直至接口、通訊和電源等于一體。高性能。體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短、性能穩(wěn)定。批量化。有利于大批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。

　   6、智能制造裝備

　　智能制造裝備是注入了數(shù)字化技術(shù)和智能化技術(shù)的制造設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)智能制造的核心載體，其主要特征是：對(duì)制造過程狀況（工況或環(huán)境）實(shí)時(shí)感知、處理和分析能力；實(shí)時(shí)辨識(shí)和預(yù)測(cè)制造過程狀況變化的能力；根據(jù)制造過程狀況變化的自適應(yīng)規(guī)劃、控制和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償能力；對(duì)自身故障自診斷、自修復(fù)能力；對(duì)自身性能劣化的主動(dòng)分析和維護(hù)能力；具有參與網(wǎng)絡(luò)集成和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的能力。智能制造裝備是制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及智能化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合體，是實(shí)現(xiàn)高效、高品質(zhì)、安全可靠的成形加工和生產(chǎn)的新一代制造裝備。

　　未來智能制造的產(chǎn)品主要是：智能機(jī)床/智能加工中心；智能機(jī)器人；智能成形設(shè)備；特種智能制造裝備。

　    7 、智能化集成化傳動(dòng)技術(shù)

　　智能化集成化傳動(dòng)技術(shù)是指將傳統(tǒng)的動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)與數(shù)字技術(shù)、信息技術(shù)、總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融合，實(shí)現(xiàn)液壓/氣動(dòng)/密封、齒輪、軸承等傳動(dòng)件在線實(shí)時(shí)控制、在線監(jiān)測(cè)、自我診斷、自我修復(fù)及多種元件與功能的集成。智能化集成化傳動(dòng)將提高產(chǎn)品性能、簡(jiǎn)化系統(tǒng)、提高系統(tǒng)柔性，提升傳動(dòng)效率、產(chǎn)品安全性、可靠性，是機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)和傳動(dòng)件發(fā)展的重要方向。

　　關(guān)鍵基礎(chǔ)件是現(xiàn)代裝備發(fā)展的基礎(chǔ)，特別是高效、能耗低、長(zhǎng)壽命、高安全性、高可靠性、高精度、高功率密度、適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境苛刻要求的傳動(dòng)件是未來需要大力發(fā)展的產(chǎn)品?，F(xiàn)代重大裝備裝機(jī)功率越來越大，工作環(huán)境越來越嚴(yán)酷，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性、準(zhǔn)確性、位置、速度、柔性等技術(shù)要求越來越高，智能化、集成化的傳動(dòng)技術(shù)和傳動(dòng)元件能適應(yīng)這些發(fā)展的要求，是裝備制造業(yè)的關(guān)鍵核心技術(shù)，對(duì)提升我國(guó)關(guān)鍵基礎(chǔ)件自主能力，突破重大裝備自主化發(fā)展瓶頸起著重要作用。

　　智能化集成化傳動(dòng)的特點(diǎn)：（1）具有在線監(jiān)測(cè)、自診斷、自維護(hù)功能；（2）可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)控制；（3）是多種元器件（包括傳感器、傳動(dòng)件、控制元件、執(zhí)行元件、軟件或數(shù)據(jù)庫(kù)）的集成和多種功能的集成；（4）即插即用。是指快速簡(jiǎn)易安裝傳動(dòng)組件即可投入使用，而不需安裝驅(qū)動(dòng)程序或重新配置系統(tǒng)。

　   8、 數(shù)字化工廠

　　數(shù)字化工廠是利用數(shù)字化技術(shù)，特別是泛在網(wǎng)絡(luò)（包括互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和無線網(wǎng)）技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取工廠內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，集成相關(guān)人員知識(shí)，智慧地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、銷售、服務(wù)的現(xiàn)代化工廠模式。目標(biāo)是使供應(yīng)鏈、工廠和加工單元的效率高、對(duì)環(huán)境的不良影響小、員工和用戶的滿意度高。

　　　

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