第一篇：3D打印技術的目前現狀和發展趨勢

3D打印技術的目前現狀和發展趨勢

物聯網1501 張河鈺 0919150108

3D打印技術（3D printing），是快速成形技術的一種，它是一種數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印技術出現在20世紀90年代中期，實際上是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。

一、3D打印技術簡介

3D打印技術是指通過連續的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術，與傳統的去除材料加工技術不同，因此又稱為添加制造（AM，Additive Manufacturing）。作為一種綜合性應用技術，3D打印綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識，具有很高的科技含量。3D打印機是3D打印的核心裝備。它是集機械、控制及計算機技術等為一體的復雜機電一體化系統，主要由高精度機械系統、數控系統、噴射系統和成型環境等子系統組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設計與控制軟件等也是3D打印技術體系的重要組成部分。

目前，3D打印技術主要被應用于產品原型、模具制造以及藝術創作、珠寶制作等領域，替代這些領域傳統依賴的精細加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫學、建筑、服裝等領域，3D打印技術的引入也為創新開拓了廣闊的空間。如2010年澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司合作，嘗試以活體細胞為“墨水”打印人體的組織和器官，是醫學領域具有重大意義的創新。

二、3D打印技術及產業國際國內發展現狀

（1）國際情況

經過十多年的探索和發展，3D打印技術有了長足的進步，目前已經能夠在0.01mm的單層厚度上實現600dpi的精細分辨率。目前國際上較先進的產品可以實現每小時25mm厚度的垂直速率，并可實現24位色彩的彩色打印。

目前，在全球3D打印機行業，美國3D Systems和Stratasys兩家公司的產品占據了絕大多數市場份額。此外，在此領域具有較強技術實力和特色的企業/研發團隊還有美國的Fab@Home和Shapeways、英國的Reprap等。

3D Systems公司是全世界最大的快速成型設備開發公司。于2011年11月收購了3D打印技術的最早發明者和最初專利擁有者Z Corporation公司之后，3D Systems奠定了在3D打印領域的龍頭地位。Stratasys公司2010年與傳統打印行業巨頭惠普公司簽訂了OEM合作協議，生產HP品牌的3D打印機。繼2011年5月收購Solidscape公司之后，Stratasys又于2012年4月與以色列著名3D打印系統提供商Objet宣布合并。當前，國際3D打印機制造業正處于迅速的兼并與整合過程中，行業巨頭正在加速崛起。

目前在歐美發達國家，3D打印技術已經初步形成了成功的商用模式。如在消費電子業、航空業和汽車制造業等領域，3D打印技術可以以較低的成本、較高的效率生產小批量的定制部件，完成復雜而精細的造型。另外，3D打印技術獲得應用的領域是個性化消費品產業。如紐約一家創意消費品公司Quirky通過在線征集用戶的設計方案，以3D打印技術制成實物產品并通過電子市場銷售，每年能夠推出60種創新產品，年收入達到100萬美元。

（2）國內情況

自20世紀90年代以來，國內多所高校開展了3D打印技術的自主研發。清華大學在現代成型學理論、分層實體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優勢；華中科技大學在分層實體制造工藝方面有優勢，并已推出了HRP系列成型機和成型材料；西安交通大學自主研制了三維打印機噴頭，并開發了光固化成型系統及相應成型材料，成型精度達到0.2mm；中國科技大學自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領域得到應用。但總體而言，國內3D打印技術研發水平與國外相比還有較大差距。

近年來，國內如深圳維示泰克、南京紫金立德、北京殷華、江蘇敦超等企業已實現了3D打印機的整機生產和銷售，這些企業共同的特點是由海外歸國團隊建立，規模較小，產品技術與國外廠商同類產品相比尚處于低端。目前，國產3D打印機在打印精度、打印速度、打印尺寸和軟件支持等方面還難以滿足商用的需求，技術水平有待進一步提升。在服務領域，我國東部發達城市已普遍有企業應用進口3D打印設備開展了商業化的快速成型服務，其服務范圍涉及到模具制作、樣品制作、輔助設計、文物復原等多個領域。與內地相比，我國港臺地區3D打印技術引入起步較早，應用更為廣泛，但港臺主要著重于技術應用，而非自主研發。

（3）3D打印產業的未來發展前景

根據國際快速制造行業權威報告《Wohlers Report 2011》發布的調查結果，全球3D打印產業產值在1988～2010年間保持著26.2%的年均增長速度。報告預期，3D打印產業未來仍將持續較快地增長，到2016年，包含設備制造和服務在內的產業總產值將達到31億美元，2020年將達到52億美元。

但3D打印技術要進一步擴展其產業應用空間，目前仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰：一是成本方面，現有3D打印機造價仍普遍較為昂貴，給其進一步普及應用帶來了困難。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化學聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全方面也存在一定隱患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度還不盡人意，打印效率還遠不適應大規模生產的需求，而且受打印機工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴重沖突。四是產業環境方面，3D打印技術的普及將使產品更容易被復制和擴散，制造業面對的盜版風險大增，現有知識產權保護機制難以適應產業未來發展的需求。

Gartner公司2011年發布的最新技術發展展望報告判斷：3D打印技術目前正在進入概念炒作的高峰階段，其技術還有待充分成熟，主流市場也有待進一步培育。Gartner公司研究人員認為，3D打印技術成熟到適應市場需求還將需要5～10年的時間。在這一較為漫長的發展過程中，產業可能會面臨增長期望落空、技術遭遇瓶頸以及投資撤離等風險。

總之，從中長期看來3D打印產業具有較為廣闊的發展前景，但目前產業距離成熟階段尚有較大距離，對于3D打印市場規模的短期發展不宜過分高估。因此，現階段產業界對3D打印領域的投入應以加強創新研發、技術引進和儲備為主，尤其要重視自主知識產權的建設和維護，爭取在未來的市場競爭中占據有利地位。如受到概念炒作影響，在技術尚未充分完善的現階段大規模投入產能擴張，則投資回報將面臨著較大的風險。

（4）3D打印技術未來發展的主要趨勢

隨著智能制造的進一步發展成熟，新的信息技術、控制技術、材料技術等不斷被廣泛應用到制造領域，3D打印技術也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術的發展將體現出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。

提升3D打印的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質量、力學和物理性能，以實現直接面向產品的制造；開發更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質材料及復合材料等，特別是金屬材料直接成型技術有可能成為今后研究與應用的又一個熱點；3D打印機的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡便，更加適應分布化生產、設計與制造一體化的需求以及家庭日常應用的需求；軟件集成化，實現CAD/CAPP/RP的一體化，使設計軟件和生產控制軟件能夠無縫對接，實現設計者直接聯網控制的遠程在線制造；拓展3D打印技術在生物醫學、建筑、車輛、服裝等更多行業領域的創造性應用。

第二篇：先進制造技術的現狀和發展趨勢

先進制造技術的現狀和發展趨勢

摘要

近年來, 制造業出現了世界范圍的研究并采用“先進制造技術”的浪潮，先進制造技術已成為當代國際間的科技競爭的重點。本文論述了先進制造技術的發展現狀與發展趨勢，指出：信息化、精密化、集成化、柔性化、動態化、虛擬化、智能化、綠色化將是未來制造技術的必然發展方向。

1.先進制造技術簡介

1.1先進制造技術的定義

先進制造技術AMT(advanced manufacturing technology)是制造業不斷吸收機械、電子、信息(計算機與通信、控制理論、人工智能等)、能源及現代系統管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔和靈活生產，提高對動態多變的產品市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱。它集成了現代科學技術和工業創新的成果，充分利用了信息技術，使制造技術提高到新的高度。先進制造技術是不斷利用新技術逐步發展和完善的技術，因而它具有動態性和相對性。先進制造技術以提高企業競爭能力為目標,應用于產品的設計、加工制造、使用維修、甚至回收再生的整個制造過程，強調優質、高效、清潔、靈活生產，體現了環境保護與可持續發展和制造的柔性化。

1.2 先進制造技術的內涵和技術構成

先進制造技術的技術構成可以分為以提高生產效率和快速響應市場需求為目的的技術構成和以滿足特種需求為目的的技術構成。

以提高生產效率和快速響應市場需求為目的的技術構成強調制造系統與制造過程的柔性化、集成化和智能化。包括：

(1)系統理論與技術(著重制造系統組織優化與運行優化,以提高制造系統的整體柔性與效率)。

(2)制造過程的單元技術(著重制造過程的優化,以提高單元的效率與精度)。系統理論與技術涉及范圍包括：CIMS、敏捷制造、精益生產、智能制造等。制造過程單元技術涉及的范圍包括：設計理論與方法、并行工程、系統優化、運行、控制、管理、決策與自組織技術、虛擬制造技術、制造過程智能檢測、信息處理、狀態檢測、補償與控制、制造設備的自診斷與自修復、智能機器人技術、智能數控技術、精密成型技術等。

以滿足特種需求為目的的技術構成使傳統制造工業與加工方法發生根本變化，其技術構成包括：

(1)精密與超精密加工、細微與超細微加工技術等。

(2)快速成型制造(RPM)；激光加工；電子加工；離子加工；化學加工技術等。

先進制造技術在不同發展水平的國家和同一國家所處的不同階段，先進制造技術的內涵和技術構成是不同的。

1.3先進制造技術的分類

(1)現代設計技術：現代設計技術是根據產品功能要求，應用現代技術和科學知識，制定方案并使方案付諸實施的技術。它是一門多學科、多專業相互交叉的綜合性很強的基礎技術。現代設計技術主要包括：現代設計方法，設計自動化技術，工業設計技術。

(2)先進制造工藝：現代制造工藝技術主要包括精密和超精密加工技術、精密成型技術、特種加工技術、表面改性、制模和涂層技術。

(3)自動化技術：自動化技術包括數控技術、工業機器人技術、柔性制造技術、計算機集成制造技術、傳感技術、自動檢測及信號識別技術和過程設備工況監測與控制技術等。

(4)系統管理技術：系統管理技術包括工程管理、質量管理、管理信息系統等，以及現代制造模式(如精益生產、CIMS、敏捷制造、智能制造等)、集成化的管理技術、企業組織結構與虛擬公司等生產組織方法。

2.我國先進制造技術的發展狀況

(1)在設計方面，計算機助設計(CAD)技術普及化。計算機輔助設計(CAD)技術，是電子信息技術的一個重要組成部分，是促進科研成果的開發和轉化，促進傳統產業和學科的更新和改造，實現設計自動化，增強企業及其產品在市場上競爭能力，加速國民經濟發展和國防現代化的一項關鍵性高新技術，也是進一步向計算機集成制造(CIMS)發展的重要技術基礎。CAD技術的廣泛應用，提高了我國企業整體的設計水平和產品開發能力。以二維CAD和產品數據管理為重點，在軟件市場和企業應用方面得到充分的發揮。

(2)在應用方面，各種高新技術發展迅速，并取得了顯著的成效。主要表現在以下幾個方面：快速原型制造技術由起步邁向成熟，應用初具規模；精密成形與加工技術水平顯著提高，在汽車零部件、重大裝配制造中獲得廣泛應用；熱加工工藝模擬優化技術取得重要進展，使材料熱加工由“技藝”走向“科學”；激光加工在基礎研究和技術開發方面有實質性進展，產業應用獲得經濟效益；數控技術取得重要進展，國內市場占有率有所提高；現場總線智能儀表研究開發獲重要進展，應用已有一定的基礎；現代集成制造系統研究和應用取得突破，在國際上已占有一席之地。

(3)在管理方面，新生產模式的研究和實踐具有特色，推動了我國制造業的技術進步和管理現代化。通過學習和引進工業發達國家的先進管理經驗，采用計算機管理，重視組織和管理體制、生產模式的更新發展，推出了準時生產(JIT)，敏捷制造(AM)，精益生產(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技術，通過精簡機構、減少管理層次和消除各種浪費現象，顯著提高了企業的經營效益。

3.先進制造技術的前沿

3.1無余量精密成形技術

目前，某些中小零件經過精密成形制成的，可以做到不經切削加工或極少余量加工即可裝配，因此國外某些學者提出成形的工件應該由“接近零件形狀(Near Net Shape Products)”向“完全成零件形狀(Net Shape Products)”發展, 即所謂的“凈成形技術(Net Shape Technique)”。

3.2毫微米技術與微型機械

“毫微米技術”又稱之為“超精密工程”，是高精度加工的技術前沿，據預測到2000年，普通加工、精密加工和超精密加工的精度可分別達到1um，0.01um和0.001um(毫微來一一納米)，而且“超精密工程”正在向原子級加工精度逼近。毫微米技術的發展還引發了微型機械的出現。微型機械是機械技術與電子技術在毫微米水平上相融合的產物。國外有人將毫微米技術與微型機械稱為“21世紀的核心技術”。

3.3自由造型制造與快速零件制造技術

近年來國外正在發展一種嶄新的稱為快速零件制造一的新技術，它是將 與各種自由造型制造等新的制造技術直接結合起來，從而使直接生產出零件的實體物理模型、樣件、鑄模或沖模。的出現將是制造技術的一場新的變革，它將使傳統的金屬切削加工技術面臨被部分或逐步替代的挑戰。

3.4新型材料的成型、加工技術

隨著材料使用結構的不斷變化, 新型材料的成形、加工技術的重要性越來越突出，未來的重點是超硬材料、功能梯度材料、復合材料、工程陶瓷、非晶微晶合金及各種功能材料的某些嶄新的成形，加工技術將不斷出現并得到應用，如未來的超導材料成形加工技術等。

3.5極限條件下的成形加工技術

下個世紀人類的活動區間將從陸地擴展到空間和海洋。宇航工程及海洋工程提出了極限條件下真空、失空、水下高壓等的成形加工技術要求，其中最重要的是空間焊接及水下切割、焊接技術。

4.先進制造技術的發展趨勢

4.1信息化

信息化是制造技術發展的生長點，信息技術正在以人們難以想象的速度高速發展。網絡技術特別是Internet/Intranet/Extranet技術的迅速發展，正在給制造業帶來新的變化和重大影響，制造網絡化是現代制造業發展的主要趨勢之一。基于網絡的制造技術（NMT）是指網絡技術和制造技術相結合的有關技術和研究領域。NMT的技術內容框架由計算機網絡技術和數據技術及其支撐下的基于網絡的制造系統管理和營銷技術群、基于網絡的產品設計與開發技術群、基于網絡的制造過程技術群、基于網絡的系統集成技術群構成。NMT具有一系列的創新功能特點，如時域特點、空間特點、生產方式特點、組織模式特點等。4.2精密化

現代高新技術產品需要高精度制造，社會的發展對機械產品的質量提出了越來越高的要求。這決定了發展精密加工、超精密加工技術是機械制造未來的一個重點。目前，加工制造技術向著超精密、超高速、創新裝備的方向發展。

4.3集成化

計算機集成制造(CIM)是信息技術和生產技術的綜合應用，旨在提高制造企業的生產效率和響應能力。因此，企業的所有功能信息和組織管理都是一個集成起來的整體的各個部分。其通俗含義就是用計算機通過信息集成實現現代化的生產制造，求的企業的總體效益。SIM的實現方法就是CIMS。

理想的CIMS能夠實現5個R：在正確的時間(Right time)將正確的信息(Right information)送到正確的地點(Right place)的正確的人(Right person)，從而幫助他做出正確的決策(Right decision)他通過管理、生產控制、工程設計等子系統的集成，使企業具有快速響應市場的能力(T)、較好的產品質量(Q)、較低的生產成本(C)和較好的服務(S)。

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。

4.4柔性化

柔性制造系統(FMS)集高效、高質量、高柔性三者于一體，它既是CIMS的重要組成部分，也是當前和未來制造業的一個主要生產系統，故發達國家都把FMS當作是制造業自動化的一個重點發展領域。目前，FMS在發達國家已發展成熟，并正向規模大型化、功能復雜化(柔性制造車間)及小型化、簡單化(FMC)這兩極方向發展。

80年代中期以來，國外的柔性制造設備開始與CAD/ CAPP/ CAM 等自動化技術和生產管理中的MIS等進行集成，借助計算機和網絡技術，將企業所有的技術、信息、管理功能和人員、財務、設備等資源與制造活動有機結合在一起，向CIMS發展，構成一個覆蓋企業制造全過程(產品訂貨、設計、制造、管理營銷)，能對全廠物質流、能量流、信息流進行有效控制和集成管理的完整系統，實現全局動態綜合優化、協調運作和整體高柔性、高質量、高效率，從而創造出巨大生產力。

現在柔性化不僅是指企業的制造技術柔性化，還包括生產方式柔性化，管理模式柔性化。

4.5動態化

由于先進制造技術本身是針對一定的應用目標、不斷吸收各種高薪技術逐漸形成、不斷發展的新技術，因而其內涵不是絕對的和一成不變的。

4.6虛擬化

虛擬制造系統(VMS)是指在虛擬環境下，以圖形虛擬和仿真技術為前提，通過不消耗實際資源和能量的生產活動，生產可視的虛擬產品，并具有現實制造系統所具有的一切特征、功能及運行機制從而做出可制造性和可裝配性評價及產品性能預測，做出收益和風險評價，并發現潛在的問題。

VMS是集CAD/CAM技術、計算機技術、可視技術、并行工程、快速原型虛擬逼真設計等多學科先進技術的綜合應用。其關鍵技術中最核心的是：虛擬環境下服務于產品全生命周期的建模、分布式并行協同求解技術、全局最優化決策理論與技術，實現虛擬制造系統對實際制造系統映射的虛擬設備、虛擬傳感器、虛擬車間和工廠的建立基于真實動畫感的產品制造、裝配、生產調度過程仿真等。

VMS的應用可以縮短產品的設計與制造周期，降低產品的開發成本，提高對市場變化的響應能力。

4.7智能化

智能制造是指綜合利用各個學科、各種先進技術和方法，解決和處理制造系統中的各種問題。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。

智能制造技術旨在將人工智能融進制造過程的各個環節，通過模擬專家的智能活動，取代或延伸制造環境中的部分腦力勞動，從而在制造過程中，系統能自動監測其運行狀態，在受到外界或內部激勵時能夠自動調整其參數，以期達到最佳狀態，具有自組織能力。

4.8綠色化

綠色制造技術是指在保證產品的功能、質量、成本的前提下，綜合考慮環境影響和資源利用的一種現代制造模式。其主要技術是：

(1)綠色設計技術。在產品設計階段就考慮在其生命周期全過程的無污染、資源低耗和回收。

(2)清潔生產技術。清潔生產(Clean Production)或稱清潔工藝(Clean Technology)技術，是近年來，根據社會、環境要求而發展的一種新型生產技術。它與一般的環保技術的區別在于要求將加工過程產生的廢物減量化、資源化、無害化，使污染盡量消滅在生產過程之中，以達到末端排放最小的目的。

(3)拆卸回收技術。

(4)生態工廠的循環制造技術。

(5)ISO140000環保管理標準。

4.9快速化

快速化是指對市場的快速響應，對生產的快速重組。它要求生產模式有高度的柔性與高度敏捷性。快速化能強有力地推動著制造技術的進步與發展，它是先進制造技術發展的“動力”。

4.10全球化

新世紀制造業將從單一企業或企業集團為主的競爭模式發展成為完全調和、多企業共同合作的全球化生產體系的競爭，全球化的制造系統將成為21世紀的主要制造模式。面向全球制造環境(GME)的制造技術主要有：面GME企業動態聯盟；面向GME的并行產品設計技術；面向GME的異地設計與制造技術；面向GME的產品信息集成技術；面向GME的并行產品集成開發系統等。

先進制造技術的競爭正在導致制造業在全球范圍內的重組，新的制造模式不斷出現，更加強調實現優質、高效、清潔、靈活的生產。

5．結束語

近幾十年來，以微電子、信息、新材料、控制論、系統科學等為代表的科學與技術的迅猛發展及其在制造領域的廣泛滲透、應用、融合與衍生，極大地拓展了制造活動的深度和廣度，急劇地改變了現代制造業的設計方法、產品結構、生產方式、生產工藝和設備以及生產組織結構，產生了一大批新的先進的制造技術和制造模式。新世紀的制造業將成為發展速度快、技術創新能力強的技術密集乃至知識密集的產業部門。

工業發達國家都把先進制造技術作為國家級關鍵技術和優先發展領域。經過近幾十年的發展，我國的制造工業已經取得了長足的進步。但和先進國家相比還存在很大差距。主要表現在：技術投入相對不足，原有技術基礎和研究開發能力薄弱，制造業產品落后，技術水平低，信息含量少，更新換代慢，以及市場營銷、經營管理、人才素質相對落后，缺乏國際競爭能力等方面。面對這樣形勢，我們必須注重科技人才的培養，大力發展對高新技術的研究，加強政策與法規建設，建立與發展我國自主的NC，CAD/CAM，FMS，CIMS，IMS等制造自動化單元技術，提高制造業現代化管理水平，發展適應我國國情的生產模式。努力縮小我國與先進國家之間的差距，使我國的制造業站在世界先進行列。

參考文獻

【1】王章豹，劉光復等 發達國家先進制造技術發展趨勢述要．合肥工業大學學報。1999(12)【2】李敏賢．面向21世紀的先進制造技術．機械工業自動化．2002(12)【3】朱世和，孫其新．面向新世紀的先進制造技術和生產模式．天津理工學院學報．1998(12)【4】戴俊平．先進制造技術的體系結構及發展．陜西工學院學報．2002(12)

【5】房貴如，劉維漢．先進制造技術的發展及國內外水平對比分析．機械科學研究院

【6】姚小群,陳統堅．展望新世紀的制造技術．東莞理工學院學報．2002(12)【7】陳國權．先進制造技術系統研究開發和應用的關鍵——人的因素．中國機械工程．1996

第三篇：塑性成形技術的研究現狀和發展趨勢

塑性成形技術的研究現狀與發展趨勢

摘要：本文敘述了塑性成形技術的研究現狀，介紹了現代塑性成形技術的發展趨勢，提出了當代塑性成形技術的研究方向。關鍵詞：塑性成形模具技術研究現狀發展趨勢

1引言

塑性成形技術具有高產、優質、低耗等顯著特點，已成為當今先進制造技術的重要發展方向。據國際生產技術協會預測，21世紀，機械制造工業零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式實現。工業部門的廣泛需求為塑性成形新工藝新設備的發展提供了強大的原動力和空前的機遇。金屬及非金屬材料的塑性成形過程都是在模具型腔中來完成的。因此，模具工業已成為國民經濟的重要基礎工業。

新世紀，科學技術面臨著巨大的變革。通過與計算機的緊密結合，數控加工、激光成型、人工智能、材料科學和集成制造等一系列與塑性成形相關聯的技術發展速度之快，學科領域交叉之廣泛是過去任何時代無法比擬的，塑性成形新工藝和新設備不斷地涌現，掌握塑性成形技術的現狀和發展趨勢，有助于及時研究、推廣和應用高新技術，推動塑性成形技術的持續發展。

實施塑性成形技術的最終形式就是模具產品，而模具工業發展的關鍵是模具技術進步，模具技術又涉及到多學科的交叉。模具作為一種高附加值產品和技術密集型產品，其技術水平的高低已成為衡量一個國家制造業水平的重要標志之一。

2塑性成形的現狀

精密成形技術對于提高產品精度、縮短產品交貨期、減少切削加工和降低生產成本均有著重要意義。近10年來，精密成形技術都取得了突飛猛進的發展。

精沖技術、冷擠壓技術、無飛邊熱模鍛技術、溫鍛技術、超塑性成形技術、成形軋制、液態模鍛、多向模鍛技術發展很快。例如電機定轉子雙回轉疊片硬質合金級進模的步距精度可達2μm，壽命達到1億次以上。集成電路引線框架的20~30工位的級進模，工位數最多已達160個。自動沖切、疊壓、鉚合、計數、分組、轉子鐵芯扭斜和安全保護等功能的鐵芯精密自動疊片多功能模具。新型轎車的大尺寸覆蓋件成形、大功率汽車的六拐曲軸成形。700mm輪機葉片精密輥鍛和精整復合工藝，楔橫軋汽車、拖拉機精密軸類鍛件。除傳統的鍛造工藝外，近年來半固態金屬成形技術也日趨成熟，引起工業界的普遍關注。所謂半固態成形，是指對液態金屬合金在凝固過程中經攪拌等特殊處理后得到的具有非枝晶組織結構，固液相共存的半固態坯料進行各種成形加工。它具有節省材料、降低能耗、提高模具壽命、改善制件性能等一系列優點，并可成形復合材料的產品，被

譽為21新興金屬塑性加工的關鍵技術。此外，在粉末冶金和塑料加工方面，金屬粉末鍛造成形，金屬粉末超塑性成形，粉末注射成形、粉末噴射和噴涂成形以及塑料注射成形中熱流道技術，氣體輔助技術和高壓注射的成功應用，大大擴充了現代精密塑性成形的應用范圍。

3現代模具的發展趨勢

模具生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志。本文詳細介紹了國內模具技術的現狀，探討了我國模具技術今后的發展趨勢。還比較了我國和國外模具技術的差距及產生差距的原因。因此，我國要想提高技術，必須做出相應的調整，要向大型、精密、復雜、高效、長壽命和多功能方向發展。只有模具技術向著更高方向的發展，才能提高產品的設計制造質量和效率。

3.1我國模具技術的現狀

我國模具工業從起步到飛躍發展，歷經了半個多世紀，近幾年來，我國模具技術有了很大發展，模具水平有了較大提高。大型、精密、復雜、高效和長壽命模具又上了新臺階。模具標準件應用更加廣泛，品種有所擴展。模具材料方面，由于對模具壽命的重視，優質模具鋼的應用有較大進展。正由于模具行業的技術進步，模具水平得以提高，模具國產化取得了可喜的成就。歷年來進口模具不斷增長的勢頭有所控制，模具出口穩步增長。

20世紀80年代以來，國民經濟的高速發展對模具工業提出了越來越高的要求，同時為模具的發展提供了巨大的動力。這些年來，中國模具發展十分迅速，模具工業一直以15% 左右的增長速度快速發展。振興和發展中國的模具工業，日益受到人們的重視和關注。“模具是工業生產的基礎工藝裝備”已經取得了共識。目前，中國有17000多個模具生產廠點，從業人數約50多萬。在模具工業的總產值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其他各類模具約占11%。近年來，中國模具工業企業的所有制成分也發生了變化。除了國有專業廠家外，還有集體企業、合資企業、獨資企業和私營企業，他們都得到了迅速的發展。許多模具企業十分重視技術發展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業發展的重要動力。此外，許多研究機構和大專院校也開展了模具技術的研究與開發。

中國塑料模工業從起步到現在，歷經半個多世紀，有了很大發展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48in大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數齒輪模具及塑封模具。經過多年的努力，在模具CAD/ CAE/CAM技術、模具的電加工和數控加工技術、快速成型與快速制模技術、新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質量

和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。

進入21世紀，在經濟全球化的新形勢下，隨著資本、技術和勞動力市場的重新整合，中國裝備制造業在加入WTO以后，將成為世界裝備制造業的基地。而在現代制造業中，無論哪一行業的工程裝備，都越來越多地采用由模具工業提供的產品。為了適應用戶對模具制造的高精度、短交貨期、低成本的迫切要求，模具工業正廣泛應用現代先進制造技術來加速模具工業的技術進步，這是各行各業對模具這一基礎工藝裝備的迫切需求。

3.2我國模具技術與國外的差距

? 產需矛盾

工業發展水平的不斷提高，工業產品更新速度加快，對模具的要求越來越高，盡管改革開放以來，模具工業有了較大發展，但無論是數量還是質量仍滿足不了國內市場的需要，目前滿足率只能達到70%左右。造成產需矛盾突出的原因，一是專業化、標準化程度低，除少量標準件外購外，大部分工作量均需模具廠去完成。加工企業管理的體制上的約束，造成模具制造周期長，不能適應市場要求。二是設計和工藝技術落后，如模具CAD/CAM技術采用不普遍，加工設備數控化率低等，亦造成模具生產效率不高、周期長。總之，是拖了機電、輕工等行業發展的后腿。

? 產品結構、企業結構等方面

模具按國家標準分為十大類，其中沖壓模、塑料模占模具用量的主要部分。按產值統計，我國目前沖壓占50%-60%，塑料模占25-30。國外先進國家對發展塑料模很重視，塑料模比例一般占30%-40%。國內模具中，大型、精密、復雜、長壽命模具比較低，約占20%左右，國外為50%以上。我國模具生產企業結構不合理，主要生產模具能力集中在各主機廠的模具分廠(或車間)內，模具商品化率低，模具自產自用比例高達70%以上。國外，70%以上是商品化的。? 產品水平

衡量模具產品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的復雜程度、模具的使用壽命和制造周期等。

4現代模具工業的發展趨勢

具制造技術，主要是根據設計圖紙，用仿型加工，成形磨削以及電火花加工方法來制造模具。而現代模具不同，它不僅形狀與結構十分復雜，而且技術要求更高，用傳統的模具制造方法顯然難于制造，必須借助于現代科學技術的發展，采用先進制造技術，才能達到它的技術要求。當前，整個工業生產的發展特點是產品品種多、更新快、市場競爭劇烈。為了適應市場對模具制造的短交貨期，高精度、低成本的迫切要求，模具將有如下發展趨勢：

? 愈來愈高的模具精度；

? 日趨大型化模具：一方面是由于用模具成形的零件日漸大型化，另一方面也是由于高生產率要求的一模多腔所致。

? 擴大應用熱流道技術：由于采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量，并能大幅度節約制件的原材料，因此熱流道技術的應用在國外發展較快，許多塑料模具廠所生產的塑料模具50%以上采用了熱流道技術，甚至達到80%以上，效果十分明顯。熱流道模具在國內也已生產，有些企業使用率上升到20%~30%。

? 進一步發展多功能復合模具：一副多功能模具除了沖壓成形零件外，還擔負著疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務，這種多功能復合模具生產出來的不再是單個零件，而是成批的組件，可大大縮短產品的生產及裝配周期，對模具材料的性能要求也越來越高。? 日益增多高擋次模具;? 進一步增多氣輔模具及高壓注射成型模具：隨著塑料成形工藝的不斷改進和發展，為了提高注塑件質量，氣輔模具及高壓注射成型模具將隨之發展。? 增大塑料模具比例：隨著塑料原材料的性能不斷提高，各行業的零件將以塑代鋼，以塑代木的進程進一步加快，使塑料模具的比例日趨增大。同時，由于機械零件的復雜程度和精度的逐漸提高，對塑料模具的制造要求也越來越高。

? 增多擠壓模及粉末鍛模：由于汽車、車輛和電機等產品向輕量化發展，如以鋁代鋼，非全密度成形，高分子材料、復合材料、工程陶瓷、超硬材料成形和加工。新型材料的采用，不僅改變產品結構和性能而且使生產工藝發生了根本變革，相應地出現了液態（半固態）擠壓模具及粉末鍛模。對這些模具的制造精度要求是高的。? 日漸推廣應用模具標準化； ? 大力發展快速制造模具。

上述的目標其實也是正是我國要努力發展的目標，是我國模具行業要改進與學習的地方，是不斷縮小與國外水平的最好途徑。

5塑性成形的新技術

5.1高速高能成形

一種在極短時間內釋放高能量而使金屬變形的成形方法。包括： ? 電液成形 ? 電磁成形 ? 少無切削成形

5.2精密模鍛

在模鍛設備上鍛造出形狀復雜、鍛件精度高的模鍛工藝。

5.3粉末鍛造

該方法是粉末冶金成形和鍛造相結合的一種加工方法。普通的粉末冶金件，其尺寸精度高，而塑性、韌度差。鍛件的力學性能雖好，但精度低。將二者取長補短，便產生了粉末鍛造方法。

5.4液態模鍛

實質是把液態金屬直接澆入金屬型內，以一定壓力作用于液態(或半液態)金屬并保壓，金屬在壓力下結晶并產生局部塑性變形。液態模鍛實際上是鑄造加鍛造的組合工藝。它兼有鑄造工藝簡單、成本低，又有鍛造產品性能好、質量可靠等優點。對于生產形狀較復雜的工件，且在性能上又有一定要求時，液態模鍛更能發揮其優越性。

5.5超塑性成形

超塑性成形指金屬或合金在特定條件下。即低的變形速率(=10-2～10-4s-1)一定的變形溫度(約為熔點的一半)和均勻的細晶粒度(平均直徑為0.2～5μm)，其相對伸長率δ超過100％以上的特性。例如鋼可超過500％、純鈦超過300％、鋅鋁合金超過1000％。

超塑性狀態下的金屬在拉伸變形過程中不產生縮頸現象，金屬的變形應力可比常態下降低幾倍至幾十倍。因此，超塑性金屬極易成形，可采用多種工藝方法制出復雜零件。

5.6微成形

微成形指以塑性加工的方式生產至少在二維方向上尺寸處于亞毫米量級的零件或結構的工藝技術。

5.7內高壓成形

內高壓成形是近10 多年來迅速發展起來的一種成形方法，它是結構輕量化的一種成形方法，是利用液體壓力使工件成形的一種塑性加工工藝。作為生產支叉管等管路配件的一種方法，可追溯到30年前，但成形壓力一般小于30MPa。近年來，由于超高壓液壓技術的成熟，德國和美國已將該成形技術用于機器零件的制造，其成形壓力一般大于400MPa，有時超過1000MPa。目前，已用于汽車等機器制造領域的實際生產。

5.8可變輪廓模具成形

對于小批量多品種板料件成形，例如艦艇側面的弧形板、航空風洞收縮體板、飛機的蒙皮都是三維曲面，但批量很小甚至是單件生產，由于工件尺寸大，這樣模具成本很高，何況即使模具加工完成，也有一個需要修模與調節的過程，因此

用可變輪廓模具成形一直是塑性加工界及模具界的研究方向之一。

5.9半固態成形

半固態成形是20世紀70年代發展起來的金屬成形新技術，指對經過特殊處理的固體坯料加熱，或在液態金屬凝固過程中加以攪拌等處理而得到的具有非枝晶結構的固相、液相組織共存的半固態坯料進行成形加工，得到所需形狀和性能的制品的加工方法。它主要包括半固態鍛造、半固態擠壓、半固態軋制、半固態壓鑄等工藝類型，在汽車、通訊、航空、航天、國防等領域得到了越來越廣泛的應用，被稱為21世紀新興的金屬制造關鍵技術之一。

6當代塑性成形技術的研究方向

國內塑性成形技術與國外從上文可以看出還是有不小的差距，為了塑性成形技術逐步達到國際水平，不僅僅從理論分析，模具的設計、結構材料以及環保等方面來提升塑性成形技術的水平，隨著現代數字化技術的迅猛發展，以上可以提升的方面在不久的將來就是拼的數字化的競爭力，所以我著重從數字化方面說一下數字化塑性成形的未來研究方向。

6.1設計數字化技術

為了提高設計質量，降低成本，縮短產品開發周期，近年來，學術界提出了并行設計、協同設計、大批量定制設計等新的設計理論與方法，其核心思想是：借助專家知識，采用并行工程方法和產品族的設計思想進行產品設計，以便能夠有效地滿足客戶需求。實施這些設計理論與方法的基礎是數字化技術，其中基于知識的工程技術（KBE）和反向設計技術是兩項重要支撐技術。6.1.1反向設計

以實物模型為依據來生成數字化幾何模型的設計方法即為反向設計。反向設計并不是一種創造性的設計思路，但是通過對多種方案的篩選和評估，有可能使其設計方案優于現有方案，并且縮短方案的設計時間，提高設計方案的可靠性。反向設計是產品數字化的重要手段之一，作為21世紀數字化塑性成形技術的重要環節，反向設計這種思想對于消化吸收國外模具設計的先進技術，提高我國的模具設計水平具有重要的意義。6.1.2基于知識的工程設計

眾所周知，模具設計是一個知識驅動的創造性過程，它包含了對知識的繼承、集成、創新和管理。隨著世界制造業競爭的加劇，創新產品的開發已成為競爭的關鍵，而創新產品的競爭優勢在于其所擁有的知識含量。隨著智能技術的發展與完善，如何將人類知識作為改造傳統產業的原動力已成為重要的研究課題。

6.2分析數字化技術

6.2.1數字化模擬

金屬塑性成形過程的機理非常復雜，傳統的模具設計也是基于經驗的多反復性過程，從而導致了模具的開發周期長，開發成本高。面對激烈的市場競爭壓力，模具行業迫切需要新技術來改造傳統的產業，縮短模具的開發時間，從而更有效地支持相關產品的開發。塑性加工過程的數值模擬技術正是在這一背景下產生和發展的。6.2.2虛擬現實

虛擬現實技術是實際制造過程在計算機上的本質實現，即采用計算機仿真與虛擬現實技術，在計算機上群組協同工作，實現產品的設計、工藝規劃、加工制造、性能分析、質量檢驗，以及企業各級過程的管理與控制等產品制造的本質過程，以增強制造過程各級的決策與控制能力。

6.3制造數字化技術

6.3.1高速制造

高速加工技術是自上個世紀80年代發展起來的一項高新技術，其研究應用的一個重要目標是縮短加工時的切削與非切削時間，對于復雜形狀和難加工材料及高硬度材料減少加工工序，最大限度地實現產品的高精度和高質量。由于不同加工工藝和工件材料有不同的切削速度范圍，因而很難就高速加工給出一個確切的定義。6.3.2快速原型

現代意義上的快速成型技術始于70 年代末期出現的立體光刻技術（SLA），它是洶涌而來的數字化浪潮在加工領域中不可避免的延拓：連續的曲面被離散成用STL文件表達的三角面片，零件在加工方向上被離散成若干層。這種離散化使得任意復雜的零件原型都可以加工出來，加工過程也大大簡化了。

進入新世紀后，制造技術的發展將隨著市場的全球化、競爭的激烈化、需求的個性化、生產的人性化而體現出制造技術的信息化、科學化和服務化的趨勢。數字化以其柔性好、響應快、質量高、成本低，正在成為先進制造技術的核心。特別是近些年來研究提出和發展的很多先進制造理論和方法，如計算機集成制造、智能制造、敏捷制造、虛擬制造、網絡化制造等等，無一不是受益于數字化計算機技術的發展和應用。因此，我們必須從戰略的高度大力開展數字化制造技術的研究開發和加速用數字化制造技術改造傳統制造業的發展規劃。

7總結

經過將近一個世紀的衍生與發展，塑性成形技術與科學這一古老而年輕的領域中已經結出茂盛的果實，但同時，我們更應感到新世紀所賦予在肩的重任。為了保持和促進學科旺盛的生命力，為了塑性成形技術與科學的嶄新輝煌，我們責

無旁貸，我們任重道遠！

參考文獻

【1】 鄧明等.現代模具制造技術北京:化學工業出版社，2005，1-294 【2】精密塑性成形技術在中國的應用與進展。機械工程學報，2001,37（7）【3】 李德群等.對開展模具CAD/CAE/CAM的認識.。模具工業，1992,9(7):58-65 【4】張玨良.板料精壓與滾擠成形數值模擬技術的研究[學位論文]2008 【5】彭穎紅，趙震，阮雪榆模具設計與KBE技術第七屆全國鍛壓學術年會論文集北京航空工業出版社，1999 【6】21世紀數字化塑性成形技術與科學。模具技術，2003（2）

【7】精密微塑性成形技術的現狀和發展趨勢。塑性工程學報，2008,15（2）【8】海錦濤.塑性成形技術的新思路。中國機械工程，2000.02（29）【9】張軍.微細塑性成形試驗方法及技術研究.華中科技大學

【10】洪慎章.模具工業的發展趨勢及塑性成形技術的研究方向。模具制造，2003,12（15）

第四篇：冶金自動化技術現狀和發展趨勢

冶金自動化技術現狀和發展趨勢

來源: 發表時間:2008-9-9 15:49:36

我國已連續4年成為世界鋼材產量的第一大國，同時鋼材品種、結構調整正在卓有成效地加速進行，冶金自動化也發揮著越來越重要的作用。回顧我國冶金自動化取得巨大成就的同時，應清楚地看到我們的差距和問題，按照我國走新型工業化道路的要求，結合我國冶金工業發展需求，制訂我國冶金自動化技術的戰略規劃。

冶金自動化技術作為自動化在冶金行業的應用技術，其發展軌跡既遵從自動化學科自身的發展規律，也與鋼鐵工業的發展，包括工藝路線演化、制造裝備的更迭、生產流程和組織方式、企業運營模式的改革和進步等密切關聯。

一、冶金自動化技術現狀和差距

按照目前流行的自動化體系結構，典型的冶金自動化系統按功能層次可分為過程控制系統、生產管理控制系統、企業信息化系統3個層面。

（一）過程控制系統

在基礎控制方面，以PLC、DCS、工業控制計算機為代表的計算機控制取代了常規模擬控制，已在冶金企業全面普及。據最近中國鋼鐵工業協會的調查結果，按冶金工序劃分，計算機控制的采用率分別為高爐100%，轉爐95.43%，電爐95.9%，連鑄99.42%，軋機99.68%。近年發展起來的現場總線、工業以太網等技術逐步在冶金自動化系統中應用，分布控制系統結構替代集中控制成為主流。在控制算法上，回路控制普遍采用PID算法，智能控制、先進控制技術在電爐電極升降控制、連鑄結晶器液位控制、加熱爐燃燒控制、軋機軋制力控制等方面有了初步應用，取得了一定成果。在檢測方面，與回路控制、安全生產、能源計量等相關的流量、壓力、溫度、重量等信號的檢測儀表的配備比較齊全；高爐的軟熔帶形狀與位置、高爐爐缸渣鐵液位、煉鋼過程的熔池鋼水含碳量和溫度、連續鑄鋼過程的結晶器鋼坯拉漏預報、鋼材質量和機械性能預報等軟測量技術取得了初步成果。在電氣傳動方面，用于節能的交流變頻技術普遍采用；國產大功率交、直流傳動裝置在軋線上得到成功應用。

在過程建模和優化方面，計算機配置率有較大幅度提高，根據最近中國鋼鐵工業協會的調查結果，按冶金工序劃分，計算機配置率分別為高爐57.54%，轉爐56.39%，電爐58.56%，連鑄60.08%，軋

機74.5%。但是，應當清醒地看到，過程計算機更多地起到了數據匯總、過程監視和打印綜合報表的作用，由于冶金過程的復雜性，數學模型的適應性很差，過程優化方面的功能大打折扣，即使高價從國外引進的過程控制系統充分發揮作用的也不多。近年來，把工藝知識、數學模型、專家經驗和智能技術結合起來，在煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等典型工位的過程模型和過程優化方面取得了一定的成果，如高爐煉鐵過程優化與智能控制系統、有副槍轉爐動態數學模型、電爐供電曲線優化、智能鋼包精煉爐控制系統、連鑄二冷水優化設定、軋機智能過程參數設定等等，但如何保證其長期穩定運行并推廣普及還需進一步做工作。

（二）生產管理控制系統

根據最近中國鋼鐵工業協會的調查結果，按冶金工序劃分，生產管理控制系統計算機配置率分別為高爐5.97%，轉爐23.03%，電爐26.12%，連鑄20.64%，軋機41.68%。從功能上來講，信息集成和事務處理的層面多一些，決策支持和動態管理控制作用沒有發揮出來。近年來，冶金企業逐步認識到MES（制造執行系統）的重要性，在綜合應用運籌學、專家系統和流程仿真等技術，協調生產線各工序作業，進行全線物流跟蹤、質量跟蹤控制、成本在線控制、設備預測維護等方面取得了初步成果，但如何真正在冶金企業發揮作用并結合各企業現狀進行推廣還需做大量細致務實的工作。

（三）企業信息化系統

隨著企業管理水平的不斷提高，“信息化帶動工業化”在冶金企業成為共識，企業信息化方興未艾，受到企業領導高度重視，各企業紛紛開始信息化規劃和建設，很多企業已經構造了企業信息網，為企業信息化奠定了良好的基礎。漆永新在“解讀鋼鐵企業信息化”的報告中指出:“我國鋼年產量500萬t以上的8家企業100%上了信息化的項目，鋼年產量50萬ｔ以上的58家企業中有45家上了企業信息化的項目，占77.6%”。從功能角度講，企業資源計劃（ERP）成為熱點，以德國SAP為代表的ERP通用產品和韓國浦項、臺灣中鋼為代表的定制系統都在冶金企業找到了落腳點。此外，供應鏈管理系統（SCM）、客戶關系管理（CRM）、企業流程重組（BPR）等概念也被冶金企業所熟悉。企業信息化工作是企業管理的一場革命，不可能畢其功于一役，需要對其本質意義的深刻理解和方方面面條件的支撐，從觀念轉變、管理機制變革到信息的上通下達，還有相當長的路要走，才能真正發揮效益，避免掉入信息化投入的“黑洞”。

二、鋼鐵行業未來發展對冶金自動化技術的需求

（一）鋼鐵行業未來發展及制約因素

黨的十六大提出了全面建設小康社會的宏偉目標，2020年國民生產總值比2000年翻兩番。要實現新型工業化的目標，離不開鋼鐵工業強有力的支持，中國鋼鐵工業將繼續保持穩定發展態勢。根據中國鋼鐵工業協會2003年組織的市場調查結果，預計2005年國內實際鋼材消耗量達到2.5億ｔ，2010年達

到3.1億ｔ，要求國內鋼鐵產能有較大幅度的提高。目前我國仍有近2/3的優質鋼材需要進口，國內鋼鐵企業在品種質量方面還需要做艱苦的努力。鋼鐵行業未來在數量和質量兩方面的發展都存在著很多制約因素。在產能增加方面，首先是資源缺乏的矛盾日益突出，例如按目前的消耗水平，現有冶金礦產資源將很難保證本世紀內生產的需求；其次，能源結構不合理，二次能源利用還很不充分，能耗高；第三，推行高效、低耗、優質、污染少的綠色清潔生產雖已有了初步成效，但從總體上看還處于初始階段。在品種質量方面，首先是淘汰落后工藝裝備的任務還未完成，流程的全面優化和工藝裝備的進一步優化還受各種條件的制約，大型設備依賴進口，特別是薄板連鑄連軋生產線等基本全套引進；其次，在新品種開發方面，原創性自主創新不多，產品質量的技術保障體系尚需完善。

（二）冶金行業技術進步以及對冶金自動化技術的需求

以上問題的解決，最終必須依靠冶金行業技術創新能力的增強，同時，對冶金自動化技術提出了新的挑戰。

煉鐵系統（鐵、焦、燒）是高爐-轉爐流程降低成本和提高環境質量的瓶頸，目前現狀和國際煉鐵發展目標有相當的差距，要向渣量150～300kg/t、焦比240～300kg/t、噴煤250～300kg/t、風溫1250～1300℃、壽命大于20年的21世紀國際先進目標努力。對自動化技術的需求主要有:（1）開發更多的專用儀表，特別是直接在線檢測質量的儀表，采用數據融合技術；（2）針對高爐冶煉大滯后系統特點，前饋控制和反饋控制相結合，采用預測控制等先進控制技術；（3）數學模型、專家系統和可視化技術相結合，保證冶煉過程順行；（4）信息技術與系統工程技術相結合，不斷優化操作工藝，提高技術性能指標；（5）應當關注直接還原和熔融還原（HISmelt、Corex、Finex技術）等新一代煉鐵生產流程對自動化技術的新需求。

煉鋼是鋼鐵生產的重要工序，對降低生產成本，提高產品質量，擴大產品范圍，具有決定性影響：（1）目前，國內絕大多數鋼鐵廠（轉爐或電爐）均采用人工經驗控制煉鋼終點，效率低，穩定性差，無法滿足潔凈鋼或高品質鋼生產的質量要求，需要完善動態數學模型，并與爐氣分析等技術結合，提高煉鋼終點的自動控制水平。（2）煉鋼采取了很多綜合節能工藝技術，要求針對工藝的變化，建立能量/物料綜合優化模型，確定合理化學能輸入比例、頂底比例、優化電功率曲線和廢鋼/鐵水比例，以提高冶煉強度，縮短冶煉周期，提高生產效率，達到節能降耗的目的。（3）鐵水預處理和爐外精煉的發展要求建立化學成分、純凈度、鋼水溫度全線高精度預報模型，并對合金化、造渣、成分調節進行優化控制。（4）繼續優化高效連鑄和近終型連鑄技術，要求提升電磁連鑄自動控制技術；開發接近凝固溫度、高均質、高等軸晶化的優化澆鑄技術和鑄坯質量保障系統；同時考慮薄板坯連鑄、薄帶連鑄（StripCasting）等新工藝的自動化需求。

20世紀軋鋼技術取得重大技術進步的主要特征是自動化技術的應用，如計算機自動控制在連軋機上首先應用，使板帶材的尺寸精度控制得到了飛躍，AGC的廣泛推廣應用就是例證，以后的板形自動控制、中厚板的平面形狀自動控制、自由規程軋制等，無一不是以計算機為核心的高新技術應用的結果。今后，軋鋼生產工藝流程將更加緊湊，趨于鑄軋一體化生產和柔性化生產，對自動化提出新的要求:（1）要求先進的高精度、多參數在線綜合測試技術與高響應速度的控制系統相結合，保證軋鋼生產的高精度、高速度以及產品的高質量。（2）數學模型和人工智能相結合，軋鋼工藝控制和管理相結合，實現生產過程的優化和高品質化。（3）計算力學與數值模擬相結合，由軋制尺寸形狀預報和力學模擬轉到金屬組織性能預報和控制。（4）擴展控軋控冷技術與“超級鋼”技術相結合，在自由規程軋制基礎上實現真正的柔性化生產，即用同一化學成分的鋼坯，在軋機上通過工藝過程參數的控制，生產出不同級別性能的鋼材，大大提高軋制效率。

現代化鋼鐵廠，無論是以高爐-轉爐為代表的聯合企業還是以廢鋼為原料的電爐短流程鋼廠，都具有一個明顯的特征，即以產品為目標，以生產物流、能量流和信息流為紐帶，將幾個相對獨立的生產單元有機地結合起來，形成高效化生產線。由于鋼鐵企業生產效率高，物資、能源消耗、運輸、供應與銷售量大，使企業與外部市場、社會和環境建立起錯綜復雜的聯系。因此，對鋼鐵廠的生產與管理進行計算機控制，要求適應以下發展趨勢:

（1）生產過程隨著鋼鐵生產技術特別是連鑄與熱軋熱送的發展日趨連續化，高效化的連續生產，要求鋼廠計劃控制和管理系統對整個生產過程中的各工序間的物流、能流和生產時序進行準確預報，實現快速信息反饋，及時準確和靈活地調整生產工藝和產品方案。

（2）目前，產品萬能化的傳統鋼鐵廠正在消亡，代之而起的是產品專業化、生產集成化的新型鋼鐵廠。集成化鋼廠的基本特征是生產工序少，生產設備單機匹配，生產中的各種緩沖能力或緩沖容量逐漸減少，產品生產周期大幅度縮短，這要求計算機系統能對整個復雜的鋼鐵生產過程實現集中統一的生產管理、信息追蹤和決策調整。

（3）產品質量是鋼鐵企業的生命線。和傳統鋼鐵廠相比，現代化鋼鐵廠的主要特點是不再單純依賴某一單一的生產工序控制產品質量，而必須從原料開始對每一工序都實現嚴格的質量控制與管理，才能保證最終產品的質量。這就要求鋼鐵企業自動化系統應具備對產品進行質量預報、在線監測和智能控制的功能。

三、冶金自動化技術發展趨勢

冶金自動化技術在自動化技術的推動和冶金行業技術需求的拉動的雙重機制作用下，必將取得更大進展。

（一）過程控制系統

冶金流程在線連續檢測和監控系統。采用新型傳感器技術、光機電一體化技術、軟測量技術、數據融合和數據處理技術、冶金環境下可靠性技術，以關鍵工藝參數閉環控制、物流跟蹤、能源平衡控制、環境排放實時控制和產品質量全面過程控制為目標，實現冶金流程在線檢測和監控系統，包括鐵水、鋼水、熔渣成分和溫度的檢測和預報，鋼水純凈度檢測和預報，鋼坯和鋼材的溫度、尺寸、組織、缺陷等參數檢測和判斷，全線廢氣和煙塵的監測等。

冶金過程關鍵變量的高性能閉環控制。基于機理模型、統計分析、預測控制、專家系統、模糊邏輯、神經元網絡、支撐矢量機（SVM）等技術，以過程穩定、提高技術經濟指標為目標，在上述關鍵工藝參數在線連續檢測基礎上，建立綜合模型，采用自適應智能控制機制，實現冶金過程關鍵變量的高性能閉環控制，包括高爐順行閉環專家系統、鋼水成分和溫度閉環控制、鑄坯和鋼材尺寸及組織性能閉環控制等。

（二）生產管理控制系統

冶金流程的全息集成。實現鐵-鋼-軋橫向數據集成和相互傳遞，實現管理-計劃-生產-控制縱向信息集成，同時，整合生產實時數據和關系數據庫為數據倉庫，采用數據挖掘技術，提供生產管理控制的決策支持。

計算機全流程模擬，實現以科學為基礎的設計和制造。采用計算機仿真技術、多媒體技術和計算力學技術，基于各種冶金模型，進行流程離線仿真和在線集成模擬，從而實現生產組織優化、生產流程優化、新生產流程設計和新產品開發。

提升鋼鐵生產制造智能。在生產組織管理方面，基于事例推理、專家知識的生產計劃與運籌學中網絡規則技術，提供快速調整作業計劃的手段和能力，以提高生產組織的柔性和敏捷化程度；根據各工序參數，自動計算各工序的生產順序計劃及各工序的生產時間和等待時間，實現計劃的全線跟蹤和控制，并能根據現場要求和專家知識，進行靈活的調整；異常情況下的重組調度技術以及在多種工藝路線情況下，人機協同動態生產調度。在質量管理方面，基于數據挖掘、統計計算與神經網絡分析技術，對產品的質量進行預報、跟蹤和分析；根據生產過程數據和實際數據，判定在生產中發生的品質異常。在設備管理方面，采用生產設備的故障診斷與預報技術，建立設備故障、壽命預報模型，實現預測維護。在成本控制方面，采用數據挖掘與預報技術，建立動態成本模型預測生產成本；利用動態跟蹤控制技術，優化原材料的配比、能源介質的供應、產線定修制度、生產的調度管理，動態核算成本，以降低生產成本。

（三）企業信息化系統

企業信息集成到行業信息集成。信息化的目的之一是實現信息共享，在有效競爭前提下趨利避害，在企業信息系統的編碼體系標準化、企業異構數據/信息集成基礎上，進一步實現協作制造企業信息集成，全行業信息網絡建設及宏觀調控信息系統，直至全球行業信息網絡建設及宏觀調控信息系統。

管控一體化，實現實時性能管理（RealPerformanceManagement）。協調供產銷流程，實現從訂貨合同到生產計劃、制造作業指令、產品入庫、出廠發運的信息化。生產與銷售連成一個整體，計劃調度和生產控制有機銜接；質量設計進入制造，質量控制跟蹤全程，完善PDCA質量循環體系；成本管理在線覆蓋生產流程，資金控制實時貫穿企業全部業務活動，通過預算、預警、預測等手段，達到事前和事中的控制。

知識管理和商業智能。利用企業信息化積累的海量數據和信息，按照各種不同類型的決策主題分別構造數據倉庫，通過在線分析和數據挖掘，實現有關市場、成本、質量等方面數據-信息-知識的遞階演化，并將企業常年管理經驗和集體智慧形式化、知識化，為企業持續發展和生產、技術、經營管理各方面創新，奠定堅實的核心知識和規律性的認識基礎。

四、小結

我國冶金自動化技術取得了很大的進步，為鋼鐵工業的發展做出了貢獻，但與國際先進水平相比，還有相當大的差距。鋼鐵工業在數量和質量方面的發展為冶金自動化技術的發展既提供了機遇，也提出了新的挑戰。面對冶金企業花巨資大量引進的國外軟硬件產品、先進技術和自動化系統，我國冶金自動化工作者任重道遠。

冶金自動化技術發展應緊密關注冶金行業技術發展動態和企業需求，在保障功能的前提下注重提升性能，加強過程工藝、工裝設備、企業管理、生產組織、自動化等多專業的產學研聯合攻關，以提高冶金企業經濟效益、增強企業綜合競爭力為主要目標，制定科學、合理的研究開發計劃，走消化吸收、自主開發相結合，原始創新、集成創新相結合的技術路線，不斷推出新的冶金自動化技術成果，形成一批具有自主知識產權的綜合自動化軟件和硬件產品，全面提高我國冶金工業經濟效益和綜合競爭力，促進我國冶金自動化軟硬件產業的跨越式發展。

第五篇：淺析機電一體化技術的現狀和發展趨勢

焦作大學機電系畢業論文

摘要

摘 要

作為機電系的一名學生，將來工作學習都會以機電為主，所以必須掌握好各種機電的專業知識。機電一體化是現代科學技術發展的必然結果，我會本著認真的態度對待專業課的學習，提高自己的專業素養。

接下來我將介紹一下機電一體化技術的基本概要和發展背景，綜述國內外機電一體化技術的現狀，分析機電一體化技術的發展趨勢和前景。

關鍵詞：機電一體化；制造技術；發展趨勢；微電子技術；

焦作大學機電系畢業論文

Abstract

Abstract As a student of Electromechanical College, we will devote ourselves to mechanical and electronic, s so we should grasp all kinds of mechanical professional knowledge.The result of modern science and technology development is Mechatronics.I will study my specialized courses with serious attitude, and improve my professional attainments.Then I will introduce the basic overview of mechatronics technology and its development background, review its present situation at home and abroad, and finally, we will analyze its trend of development and prospect.Key words: Mechatronics;Manufacturing technology;Trend of development;Microelectronics technology

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目錄

目錄

1.引言………………………………………………………………………....4 2.機電一體化發展歷程及概要………………………………….…...………5 3.典型機電一體化產品………………………………………………………7 4.機電一體化的發展趨勢……………………………….………...…………8

4.1智能化………………………………………………………..…….…9 4.2模塊化………………………………………………………….……..9 4.3網絡化……………………………………………………………….10 4.4微型化……………………………………………………………….10 4.5綠色化………………………………………………………….……10 4.6系統化………………………………………………………….……11 4.7柔性化………………………………………………………….……11 5.我國發展“機電一體化”面臨的形勢和任務…………………………..12 6.我國發展“機電一體化”的對策………………………………………..13 7．結語…………………………………………………………………….…15 參考文獻…………………………………………………………………...…16 致謝………………………………………………………………….………..17

焦作大學機電系畢業論文

第1章 引言

1.引言

現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。

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第2章

機電一體化發展歷程及概要

2.機電一體化發展歷程及概要

自從電子技術一問世，電子技術與機械技術的結合就開始了，只是出現了半導體集成電路，尤其是出現了以微處理器為代表的大規模集成電路以后，“機電一體化”技術之后有了明顯進展，引起了人們的廣泛注意。

“機電一體化”這個詞是日本安川電機公司在上世紀60年代末作商業注冊時最先創用的。當時及70年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結合。國內早期將“機電一體化技術”與“機械電子學”并用，近年來“機電一體化”更流行使用。

80年代，信息技術嶄露頭角。微處理機的性能提高，為更高級的機電一體化產品所采用，典型的機電一體化產品如數控機床、工業機器人和汽車的電子控制系統等。微機作為關鍵技術引入了飛行器系統后，使機械-電子系統在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應用。

關于“機電一體化”這個名詞的起源，說法很多。早在1971年，日本“機械設計”雜志副刊就提出了“Electronics”這一名詞，從圖2-1可見它是融合機械技術、電子技術、信息技術等多種技術為一體的新興的技術。采用機電一體化技術設計和制造出的產品，稱之為機電一體化產品。

圖2-1 從系統科學的觀點來看，機電一體化產品又可稱之為機電一體化系統，它是集機械元件和電子元件于一體的復合系統。

信息技術驅使機械系統在不同程度上利用數據庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數據庫驅動系統。這樣，對機電一體化的系統設計方法的探索、成型 5 焦作大學機電系畢業論文

第2章

機電一體化發展歷程及概要

和系統集成以及并行工程設計和控制的實施日顯重要。此外，光學也進入了機電一體化，產生了“光機電一體化”的新領域。

進入90年代，通信技術進入了機電一體化，機器可像機器人系統那樣遙控和虛擬現實多媒體等技術緊密聯系的計算機控制的網絡化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可兩用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微傳感器和執行器技術的發展，和半導體技術以光刻為基礎的方法以及和傳統機電一體化微型化方法的結合，開創了以精密工程和系統集成為特點的機電一體化新分支“微機電一體化”。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術的發展而日益發展，穩步進入了21世紀。

機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。

因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。

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第3章

典型的機電一體化產品

3.典型的機電一體化產品

機電一體化產品分系統(整機)和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統有：數控機床（圖3-1）、機器人（圖3-2）、汽車電子化產品（圖3-3）、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統、CAD／CAM系統等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產品的技術現狀、發展趨勢、市場前景分析從略。

圖3-1 圖3-2

圖3-3 7 焦作大學機電系畢業論文

第4章

機電一體化的發展趨勢

4．機電一體化的發展趨勢

機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。

20世紀70~80年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：①Mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；②機電一體化技術和產品得到了極大發展；③各國均開始對機電一體化技術和產品給以很大的關注和支持。

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。

我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，不取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉 焦作大學機電系畢業論文

第4章

機電一體化的發展趨勢

綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。因此，機電一體化的主要發展方向如下：

4.1智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這主要收益于模糊技術、信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發展。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。除此之外，其系統的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯系。

4.2模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

4.3網絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和 9 焦作大學機電系畢業論文

第4章

機電一體化的發展趨勢

飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computer integrated appliance system, CIAS)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。

4.4微型化

微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發展方向。

4.5綠色化

工業的發達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。

4.6系統化 焦作大學機電系畢業論文

第4章

機電一體化的發展趨勢

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體花產品。事實上，許多機電一體化產品都是受到動物的啟發研制出來的。

今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態”時不穩定，但在動態(工作)時卻是穩定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(大腦)停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(大腦)工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發現的一些生物體優良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物——軟件”或“生物——系統”，而生物的特點是硬件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割。看來，機電一體化產品雖然有向生物系統化發展趨，但有一段漫長的道路要走。

4.7柔性化

未來的機電一體化產品,控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中，各個子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環境條件做出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個系統。

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第5章 我國發展“機電一體化”面臨的形勢和任務

5.我國發展“機電一體化”面臨的形勢和任務

機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統產業，其目的是節能、節材，提高工效，提高產品質量，把傳統工業的技術進步提高一步；二是開發自動化、數字化、智能化機電產品，促進產品的更新換代。

(一)我國“機電一體化”工作面臨的形勢

1.我國用微電子技術改造傳統工業的工作量大而廣，有難度。

2.我國用機電一體化技術加速產品更新換代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。

3.我國用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在我國工業系統中，能耗、耗水大戶，對環境污染嚴重的企業還占相當大的比重。近年來我國的工業結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業的“故土難離”“死守故業”問題，但不可否認也有優化不出理想的產業，優選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業的面前，這就是發展機電一體化，開發和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時，可為傳統的機械工業注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現文明生產。

(二)我國“機電一體化”工作的任務

我國在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統產業；另一句話是大張旗鼓地開發機電一體化產品，促進機電產品的更新換代。總的目的是促進機電一體產業的形成、為我國產業結構和產品結構調整作貢獻。

總之，機電一體化技術既是振興傳統機電工業的新鮮血液和源動力，又是開啟我國機電行業產品結構、產業結構調整大門的鑰匙。12 焦作大學機電系畢業論文

第6章 我國發展“機電一體化”的對策

6.我國發展“機電一體化”的對策

(一)加強統籌安排，協調發展計劃

目前，我國從事“機電一體化”研究開發及生產的單位很多。各自都有一套自己的發展策略。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，各主管部門的有關計劃和規劃，也有統一考慮不足，統籌安排不夠的問題，同時缺少綜觀全局的有權威性的發展計劃和戰略規劃。因此，建議各主管部門責成有關單位在進行深入調查研究、科學分析的基礎上，制定出統管全局的“機電一體化”研究、開發、生產計劃和規劃，避免開發上重復，生產上撞車!(二)強化行業管理，發揮“協會”作用

目前，我國“機電一體化”較熱，而按目前的行業劃分方法和管理體制，“政出多門”是很難的。因此，我國有必要明確一個“機電一體化”行業的統管機構，根據目前國家政治體制改革和經濟體制改革的精神，以及機電一體化行業特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協會的建設，賦予其行業管理職能。“協會”要進一步擴大領導機構——理事會的代表層面和覆蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設；要通過其精明干練的辦事機構、經濟實體，組織“行業”發展計劃、戰略規劃的擬制；指導行業布點布局的調整，進行發展突破口的選擇，抓好重點工程的試點和有關項目的發標、招標工作??

(三)優化發展環境、增大支持力度

優化發展環境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業內外都重視、支持“機電一體化”發展的氛圍，如盡快為外商到我國投資發展“機電一體化”產業提供方便；盡可能為興辦開發、生產機電一體化產品的高新技術企業開綠燈；盡力為開發、生產機電一體化產品調配好資源要素等。

增大支持力度，在技術政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統產品的發展，對未采用機電一體化技術落后產品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術對傳統產業進行改造，對有關機電一體化技術對傳統產業有機改造，對有關技術開發、應用項目優先立項、優先支持，對在技術開發、應用中做出貢獻的單位領導、科技人員進行表彰獎勵等。

(四)突出發展重點，兼顧“兩個層次” 焦作大學機電系畢業論文

第6章 我國發展“機電一體化”的對策

機電一體化產業覆蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產業發展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，大膽取舍，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術對傳統產業進行改造，在傳統的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術在淺層次上結合。第二個層次是“提高”工作，即在新產品設計之初，就把“機械”與“電子”統一起來進行考慮，使“機械”與“電子”密不可分，深度結合，生產出來的新產品起碼正做到機電一體化。

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結語

結語

綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

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參考文獻

參考文獻

[1] 李建勇.機電一體化技術.北京：科學出版社，2004.[2]黃勇 陳子辰.機床數控系統的發展趨勢 浙江大學，2003.[3]李運華．機電控制.北京：北京航空航天大學出版社，2003． [4]高鐘毓．機電控制工程.北京：清華大學出版社，2002． [5]劉助柏．知識創新思維方法論．北京：機械工業出版社，1999.焦作大學機電系畢業論文

致謝

致謝

三年的讀書生活在這個季節即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。三年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的指導老師。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，常常讓我感到“山重水復疑無路,柳暗花明又一村”。

感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！

這三年中還得到眾多老師的關心支持和幫助。在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意，同時也感謝學院為我提供良好的做畢業論文的環境。

最后再一次感謝所有在畢業論文中曾經幫助過我的張艷老師和同學，以及在設計中被我引用或參考的論著的作者。

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