理论教育 制造技术的发展历程与人类文明进步的关联

制造技术的发展历程与人类文明进步的关联

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:制造技术的发展与人类文明的进步密切相关,并互相促进。1831年法拉第提出电磁感应定律,1864年麦克斯韦电磁场理论的建立,为发电机、电动机的发明奠定了基础,从而迎来了电气化时代。据报道,美国公司的交货期最少可缩短为几十小时。1945年美国制造出第一台电子计算机,以后经历了电子管、晶体管、小规模集成电路、大规模和超大规模集成电路的发展过程。

制造技术的发展历程与人类文明进步的关联

制造是人类按照所需目的,利用掌握的知识与技能,借助手工或工具,采用有效的方法将原材料转化为最终物质产品,并投放市场的全过程。制造不仅是指单独的加工过程,还包括市场调研与预测、产品设计、选材与工艺设计、生产加工、质量保证、生产过程管理、营销和售后服务等产品寿命周期内一系列的活动。制造出的产品是用来满足顾客的需要,因此为了使顾客心甘情愿地掏钱买东西,并使自己的产品占据越来越大的市场份额,获得最大的利润,就必须想方设法地满足顾客的要求,不断地改进制造技术、降低生产成本、提高产品质量和改善售后服务。在当今的买方市场中,“顾客第一”已成为制造业的共识,也就是说,为了提高企业竞争力,就必须提高人员素质、改进组织机构与经营管理水平,以及提高产品设计制造水平等,在“竞争五要素”上狠下工夫:

(1)能够开发市场急需的、功能实用的和满足用户要求的产品。在这里强调功能的实用性,不片面追求高科技和功能的全面先进性,因为先进不等于实用。

(2)能够在最短的时间内将产品投放市场或送到用户手中。这是衡量竞争力的一个重要指标。

(3)能够制造出品质优秀的产品。只有质量好的产品才能得到顾客的青睐。产品质量的内容主要是指工作性能、外观造型、噪声、振动、能耗、可维修性、可回收性及宜人性等。

(4)能够向市场提供价格低廉的产品。价格往往是顾客购物时首先考虑的因素。为了降低产品的价格,除了减少“冗余”功能外,还应该在经营管理水平及产品设计等方面采取措施。

(5)能够向用户提供优良的服务。这包括售前的技术咨询、产品性能演示及售后周到的培训与维修,应该努力提高产品销售人员的业务素质,建立完善的销售、培训和维修网。

制造技术的发展与人类文明的进步密切相关,并互相促进。在石器时代,人类利用天然石料制作劳动工具,采集自然资源为主要生活手段。到青铜器铁器时代,人们开始采矿、冶炼、铸锻、织布及打造工具,满足以农业为主的自然经济的需要,生产方式是作坊式手工业。1765年,瓦特发明蒸汽机,纺织业和机械制造业发生了革命性的变化,引发了第一次工业革命,开始出现近代工业化大生产。1820年,奥斯特发现电磁效应,安培提出电流相互作用定律。1831年法拉第提出电磁感应定律,1864年麦克斯韦电磁场理论的建立,为发电机电动机的发明奠定了基础,从而迎来了电气化时代。以电作为动力源改变了机器的结构,开拓了机电制造的新局面。19世纪末、20世纪初,内燃机的发明使汽车进入欧美家庭,引发了制造业的又一次革命。流水线及泰勒管理方法应运而生,进入大批量生产时代,尤其是汽车工业和兵器工业,为第二次世界大战的大规模军工生产奠定了物质基础、技术基础,并积累了管理经验。第二次世界大战后市场需求的多样化、个性化、高品质趋势推动了微电子技术、计算机技术和自动化技术的飞速发展,导致了制造技术向程序控制的方向发展,柔性制造单元、柔性生产线、计算机集成制造及精益生产等相继问世,制造技术由此进入了面向市场多样需求柔性生产的新阶段,引发了生产模式和管理技术的革命;20世纪50—60年代以来,一些工业发达的国家和地区在达到了高度工业化的水平以后,就开始了从工业社会信息社会转化的过程,形成了一个从工业社会向信息社会过渡的时期。这个时期的主要特征是电子计算机、遗传工程、光导纤维、激光和海洋开发等技术的日益广泛而深入的应用。

对机械制造业发展影响最大的是电子计算机的应用,出现了机电一体化的新概念,出现了一系列如机床数字控制、计算机数字控制、计算机直接控制(又称“群控群管理”)、计算机辅助制造、计算机辅助设计、成组技术、计算机辅助工艺规程设计、计算机辅助几何图形设计和工业机器人等新技术。

这些新技术的产生有多种内在的和外部的因素,但最根本的是以下两个。

1)市场发展的需要

从市场的特点来看,20世纪初,工业化形成的初期,市场对产品有充分的需要。这一时期的特点是产品品种单一、生命周期长、产品数量迅速增加,各类产品的开发、生产和出售主要由少数企业控制,促使制造企业通过采用自动机或自动生产线提高生产率来满足市场的需求。

20世纪60年代以后,世界市场发生了很大的变化,对许多产品的需求呈现饱和趋势。在这种饱和的市场中,制造企业面临着激烈的竞争,企业为了赢得竞争就必须按照用户的不同要求开发新产品。这个时期市场的变化,归纳起来有以下一些特征:

(1)产品品种日益增多,为了竞争的需要,生产企业必须根据用户的不同要求开发新产品。为适应品种的多变,企业必须改变旧有的适用于大批量生产的生产方式,代之以应变能力强的、能很快适应生产新产品的生产方式,寻求一条有效的途径解决单件小批量生产的自动化问题。(www.daowen.com)

(2)产品生命周期明显缩短。由于生产生活的需要对产品的功能不断提出新的要求,同时由于技术的进步为产品的不断更新提供了可能,从而使产品的生命周期越来越短。以汽车为例,1970年平均生命周期为12年,1980年缩短为4年,1990年仅为18个月,2000年缩短为1年左右。

(3)产品交货期的缩短。缩短从订货到交货的周期是赢得竞争的重要手段。据报道,美国公司的交货期最少可缩短为几十小时。

2)科学发展到一个新阶段,为新技术的出现提供了一种可能

从科学技术的发展条件来看,近40年来,科学技术在各个领域发生了深刻变化,出现了新的飞跃。相关资料显示,人类掌握的科学知识在19世纪是每50年增加1倍,20世纪中叶每10年增加1倍,20世纪70年代每6年增加1倍,目前每2~3年增加1倍。

1945年美国制造出第一台电子计算机,以后经历了电子管晶体管、小规模集成电路、大规模和超大规模集成电路的发展过程。

计算机的发展和应用给制造业带来了深刻的变化,出现了一系列新技术,如计算机辅助制造系统、柔性制造系统和计算机集成制造系统等。经过30年的发展,这些技术日益成熟,已部分或全部应用于生产实际。与此同时,自动控制理论、制造工艺及生产管理科学也都有了日新月异的变化,这就为柔性制造系统的产生提供了基础。

计算机辅助制造技术的发展应从数控机床的发展算起,自1952年美国麻省理工学院研制成功第一台数控铣床,计算机辅助制造技术就被公认为是解决单件小批量生产自动化的有效途径。此后,随着控制元器件方面的不断革新,电子管、晶体管和大规模集成电路的相继出现,仅用了20年就发生了四次根本性的变革。与此同时,机床本身也在机械结构和功能方面有了极大的发展,滚珠丝杠、滚动导轨和变频变速主轴的应用,加工中心的出现,都给机床结构带来了极大的变化。伺服系统也从步进电动机、直流伺服到交流伺服,控制理论方面也有了长足进步。

20世纪70年代初期出现了计算机数控系统,给计算机软件的发展带来了一个极大的转机,过去的硬件数控系统要进行某些改变或增加一些功能,都要重新进行结构设计,而计算机数控系统只要对软件进行必要的修改,就可以适应新的要求。与此同时,工业机器人和自动上下料机构、交换工作台和自动换刀装置都有很大的发展,于是出现了自动化程度更高、柔性更强的柔性制造单元,又由于自动编程技术和计算机通信技术的发展而出现了一台大型计算机控制若干台机床或由中央计算机控制若干台计算机数控系统机床的计算机直接控制系统,即分布式数控。

20世纪70年代末、80年代初,计算机辅助管理物料自动搬运、刀具管理和计算机网络数据库的发展及CAD/CAM技术的成熟,出现了更加系统化、规模更加扩大的柔性制造系统。

纵观世界的工业发展,从20世纪初到80年代,以大量生产为代表的先进制造方式曾经创造过辉煌。在1955年的全盛时期,美国汽车制造业创造出年产700万辆汽车并占据世界汽车总销售量75%的记录,通过广泛应用专用高效机床、组合机床、单品种加工自动线和流水装配线等制造技术,使汽车的装配周期从过去单件装配方式的514 min缩短为19 min。大量生产创造了比单件生产高数百倍的生产效率,成为世界主导的生产方式传播到各工业国家,甚至连欧洲最保守的奔驰公司也向大量生产方式转变。美国汽车产量在1965年达到了930万辆,1973年达1 260万辆,在经济衰退期的1993年还接近1 000万辆。但随着经济的发展,世界经济的构成出现了多元化,经济和科技的发展使市场日益国际化、全球化,用户对产品的需求日益多样化、个性化,竞争更加激烈。日本汽车工业摒弃了大量生产方式在人力资源、库存资金积压上造成的极大浪费,特别是单一品种生产对市场变化的需求极不适应的种种弊端,发展了按市场订单进行及时生产的丰田汽车模式,即精益生产模式。日本汽车从1950年仅生产67万辆,到1970年已达530万辆,1980年达到1 000万辆,开始超过美国。20世纪60—80年代,以数控机床应用为基础的柔性制造技术在汽车、飞机及其他行业中得到发展,其应用结果表明,柔性制造适用于多品种、变批量产品的生产。80年代末,柔性制造技术发展了以数控加工中心、数控加工模块及多轴加工模块组成的柔性自动线,使自动线柔性化,给单一品种的大量生产方式带来了转机,正在不断发展和进步的柔性制造方式将是适应21世纪工业生产的主导方式。改革开放以来,中国的制造业有了很大的进步,产品的外观和包装有了很大的提高,产品的花样和品种也增加了很多,已有不少产品打入了国际市场。但与工业发达国家相比,除了价格优势外,在功能、质量、投放市场时间和售后服务等方面均存在一定的差距。中国政府及社会各界人士已充分认识到了这个问题,积极商量对策,采取多种措施,赶上世界潮流,在2002年12月召开的中国机械工程学会的年会上,就把“制造业与未来中国”作为大会的主题。放眼世界,随着经济全球化进程日益加快,新一轮的世界产业结构调整正在不断推进,国际分工正在更为宽广的领域中展开。如何在全球经济格局中占据有利位置,如何应对高科技时代的激烈竞争,如何化解全球化这把双刃剑可能带来的伤害,如何赢得未来世界对自己国家和民族的尊重,已经成为各国必须应答的命题。

从制造业的发展历程可看出:制造技术沿革总是在市场需求和科技发展这两方面的推动作用下演化的,当前制造技术的前沿已发展到以信息密集的柔性自动化生产方式满足多品种、变批量的市场需求,并开始向知识密集的智能自动化方向发展。

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