先进制造技术决定粮机制造水平的发展-各抒己见--中国农资供销网

先进制造技术决定粮机制造水平的发展

时间：2009-10-30 11:38:07来源：[标签:出处]作者：阿卡

1.当前机械制造技术的现状及发展动向

1.1 制造技术在国民经济发展中的重要地位
当今在各个国家企业生产力的构成中，制造技术的作用一般占到55%~65%。以机械制造为代表的先进制造技术，对一个国家经济的发展起至关重要的作用，它的水平高低在很大程度上反映了一个国家的工业发展水平。世界各主要工业国家，经济发展上的竞争主要是制造技术的竞争。美国、日本、德国、瑞士等发达国家的专家、学者将制造科学与信息科学、材料科学、生物科学一起并列为当今世界的四大支柱科学。
日本及亚洲“四小龙”经济的高速发展在很大程度上得力于对先进制造技术的重视及应用。美国曾有一段时期由于缺乏对制造技术的重视，使许多产品在国际市场失去了竞争力，贸易逆差剧增。当美国政府意识到：“振兴美国经济的出路在于振兴美国制造业”，“经济竞争归根到底是制造技术和制造能力的竞争”时，克林顿总统也提出“要促进先进制造技术的发展”，并将先进制造技术列为国家唯一重点支持的科技领域，从而引发了美国、欧洲、日本在制造技术上的新一轮竞争。也就是说，在当前和未来的竞争中，谁掌握了先进制造技术，谁就拥有了竞争力，进而就赢得了占领市场的主动权。
制造技术在国民经济发展中占有重要地位，粮机行业在粮油食品工业中同样占有重要地位。粮食机械的粮油食品加工的装备，是实现粮油食品加工的基础，它的发展对整个粮油食品加工业的发展起着举足轻重的作用。

1.2 国外机械制造技术的现状及发展

1.2.1 国外机构制造技术的现状
随着计算机和机电一体化技术的发展，发达国家在机械制造技术自动化方面已经达到相当水平，实现了机械制造系统自动化。
产品设计广泛采用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程分析（CAE）和计算机仿真技术；企业管理采用了科学、规范化的先进管理技术和管理模式，十分重视计算机辅助生产管理，通过制造资源计划和企业资源计划（MRPII/ERP）系统，对整个企业的物流、资金流、管理信息和人力资源进行数字化管理；在加工技术方面普遍实现了底层（车间）的自动化，广泛采用加工中心（MC）、数控技术（NC）、激光加工技术、高精密加工、精细加工以及快速成型制造（RPM）技术等。
近十几年来，发达国家更加注重制造系统自动化的发展，20世纪80年代提出了全新制造理念的先进制造技术。

1.2.2 先进制造技术
先进制造技术已不是传统意义上的机械制造，而是集制造技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、激光技术、管理技术于一体的制造系统。它是制造业不断吸收信息技术及现代化管理方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检验、管理、销售、使用、服务及至回收的制造全过程（称为产品全生命周期），以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力的制造技术的总称。
（1）柔性制造系统（FMS）：柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的制造系统。它具有高度的应变能力，能根据制造任务或生产环境的变化迅速调整，以适应市场动态多变的要求，适用于品种多，中小批量生产。
柔性制造系统的组成：两台以上数控机床或加工中心及其它加工设备，物料运输系统，计算机控制系统及系统软件。
（2）计算机集成制造系统（CMS）：计算机集成制造系统，它是借助于计算机网络将分散于各处的独立信息，包括计算机辅助设计与制造技术（CAD/CAPP/CAM）、计算机辅助经营管理与决策技术（MRPII、ERP等）、自动化物流储运技术、计算机仿真和实验技术、计算机辅助质量管理与控制技术等，集成为一个有机的整体、实现数据共享，有效地协调和提高企业内部对市场需求的响应能力和产品质量，缩短产品开发周期，确保企业的整体效益，增强企业的生存和竞争能力。
（3）快速成型技术（RPM）：快速成型技术（RPM），它可以在没有任何刀具、模具及工装夹具的情况下，快速准确制造出产品或新产品原型。它是一项为适应产品对市场的快速响应而产生的技术，利用三维CAD数据，以材料逐层堆积的方式形成被加工零件，因此，几乎可以不受限制地加工出任意复杂形状的零件原形。制造过程具有高度的柔性化，通过改变CAD模型或反求数据结构模型，适当调整设备参数，即可在计算机的管理和控制下制造出不同形状零件或模型。
快速成型技术特点：高度柔性化与自动化；设计制造一体化；产品制造速度快，而且可加工出任意复杂的形状；成型材料使用广泛，如金属、纸张、塑料、树脂、石腊、陶瓷等均可。
（4）并行工程技术（CE）：信息技术的飞速发展，使市场全球化，世界范围内的竞争越来越激烈。制造业能否以最低的成本、最快的上市速度、最高的产品质量、最好的服务适时地推出让用户满意的产品，已成为市场竞争焦点。
并行工程是相对于顺序工程而言的，是集成的、并行的设计产品及相关过程的系统化方法。在产品设计期间，并行地处理整个产品生命周期中的关系，它强调设计过程的系统性，从设计开始就应考虑到影响产品质量的所有因素（包括设计、工艺、分析制造、装配、维修、市场销领带等），同时，还强调设计过程的快速“短”反馈，即用户与销售者参与产品设计开发工作，并对他们提出的建议作出快速反应，及时修正产品设计，确保最后一次性成功。
（5）虚拟制造技术（VMS）：虚拟制造又称拟实制造。利用信息技术、仿真技术和计算机技术对现实制造各个活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，并对产品性能进行模拟检测，预测产品制造成本，制造周期等，以发现可能出现的问题，采取预防措施，以达到最优化，从而使产品一次性制造成功。
（6）激光加工技术：激光加工作为先进制造技术已在工业领域得到了广泛应用，汽车工业中尤为突出，新车型试制50%~70%的零件均采用激光加工技术完成。激光加工是一种聚光性好、光束与工作位置控制方便的非接触热加工，利用同一加工机床可以进行孔加工、切断加工、焊接、表面处理、材料合成等多种加工。无论是金属还是非金属材料均可加工，对一些高硬度，高熔点的硬脆非金属材料特别适合。目前，激光快速找正、激光测量等技术都已得到广泛应用，并获得了巨大经济效益。
激光切割是激光加工中最成熟、应用最广泛的一种，它具有切缝窄、切速快、精度高（±0.01mm）和易实现自动化等优点。可以切割出任何自内形状，而且不需要更换工具，使切割效率在为提高。
激光打孔，根据所采用的激光类型不同，可以加工的最小孔径不同。利用长波长的CO2激光，可加工的最小孔径为50um，用短波长的YAG激光和红宝石激光，加工的最小孔径为10um左右。
激光表面热处理技术是激光加工技术中的一个重要方面，利用高功率密度激光束对金属零件表成进行处理，可对材料实现相变硬化，表成熔覆和表面合金化等表面改性工程。
机械制造业是国民经济的基础产业，是国民经济发展的支柱产业，现在世界各国都把发展先进制造技术放在国民经济中极重要的位置。随着技术、经济、信息、经营的全球化，市场竞争越来越激烈，先进制造技术已成为现代企业最重要的看家本领，是企业竞争力的最重要因素，也是提高产品自主开发能力和创新能力、提高产品质量的技术基础。

1.2.3 先进制造技术的发展趋势
随着信息技术的不断发展和市场需求的个性化与多样化，未来制造业发展的重要特征是全球化、网络化、虚拟化，先进制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、敏捷化、智能化、清洁化、集成化及管理创新的方向发展。
（1）信息化：信息化是当今社会发展的趋势，信息技术促进设计现代化和成型与加工制造的精密化。知识经济时代的到来，使制造系统原来以物质、能量为主导地位构成，转变为以信息力量为主导，借助于物质和能量生产价值，这一转变将使信息产业成为主导产业。机械制造业也将成为以信息为主导，采用先进生产模式，先进制造系统、先进制造技术和先进管理方式的新型产业。
（2）柔性化与敏捷化：使工艺装备与工艺路线能适用于生产各种产品的需要，能适用于迅速更换工艺，更换产品的需要；使生产推向市场准备时间缩为最短，使机械制造厂机制能灵活转向。
（3）智能化和数字化是先进制造技术和机电产品的发展方向。
（4）成型技术向精密成型的方向发展。
（5）加工技术向超精密、超高速以及新一代制造装备的方向发展。
（6）虚拟制造技术将得到广泛应用。虚拟制造技术以计算机支持的仿真技术为前提，形成虚拟环境、虚拟的制造过程、虚拟的产品、虚拟的企业，从而大大缩短产品开发周期，提高一次成功率。

1.3 我国机械制造技术的现状
由于我国工业化进程起步较晚，机械制造业和机械制造技术与国际先进水平相比，还存在着一定的差距。自20世纪90年代初，我国开始密切关注各种新制造技术的发展，1995、1996连续两年在北京召开“先进制造技术发展战略研讨会”，原国务委员宁健指出：“先进制造技术是一个国家、一个民族赖以繁荣昌盛的重要手段，在相当长时间内，发展制造技术是至关重要的。”
近十几年来经过对先进制造技术的研究与全国范围内的推广应用，取得了丰硕的成果，机械制造自动化程度有了很大的提高。目前，许多大中型机械制造企业采用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺规程（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助管理等，实现了一定程度设计、制造、管理自动化。在制造装备及加工技术方面，应用了数控机床（NC）、加工中心（MC）、激光加工技术及快速成型技术等。
同时，我国在计算机集成制造系统CIMS软件工程、开放式系统结构与发展战略、CIMS总体与集成技术、产品设计自动化、工艺设计自动化、柔性制造技术、管理与决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术等方面均已获得不同程度的进展。
粮食机械行业是我国机械制造行业的一部分，近十几年来发展迅速，在制造技术、加工精度和产品质量等方面都有大幅度提高，开始走出国门，参与粮机行业国际市场的竞争。
部分知名企业和合资企业采用了现代设计方法和手段，通过计算机辅助设计完成三维实体造型、模拟装配、干涉试验，并在新产品开发中进行产品优化设计、结构分析及可靠性设计。加工制造方面采用先进的生产工艺和装备，如数控机床、数控折弯机、数控加工中心、激光切割、激光打孔、光电跟踪切割机等，还建有一些专业制造单元自动化生产线。这些CAD/CAM技术的应用，对提高产品质量、降低生产成本、加速新产品开发起着关键作用。
但是，有相当一部分粮机企业，对设计制造技术的自动化重视不够，认为粮食机械结构简单，制造精度要求不高，仍采用较落后的制造工艺与技术装备，生产自动化和优化水平较低，管理较为粗放，缺少现代化管理的方法和手段。
要振兴我国粮食机械，提高粮机企业及粮机产品的市场竞争力，必须依靠先进的制造技术。应根据粮机行业的具体情况，逐步采用自动化和半自动化，扎扎实实地做好基础自动化的工作，如先部分采用数控机床，使数控机床与普通机床并存，或用低档和经济型数控系统改造旧机床等，同时，还要加强信息流的自动化，不断提高自主设计能力和管理水平。

2、粮机新产品开发的方法
加入WTO这后，我国粮食机械制造企业面临着巨大的挑战和机遇。为使企业能在激烈的市场竞争中立于不败之地，企业必须具备适应动态多变市场的能力。在新的市场形势下，时间、成本、质量已成为赢得企业竞争力的主要决定因素，其中时间是核心。时间——尽可能快的新产品上市时间或尽可能短的产品交货时间，质量——产品设计制造质量和售后服务质量，成本——降低产品成本，而这种成本的降低并不是以牺牲质量为代价的，相反本成降低是通过减少产品在生命周期中的浪费和避免错误来获得的。企业新产品设计开发水平的高低直接关系到产品的质量性能、研制周期和经济效益，因此，必须采用先进的设计方法与手段，以满足瞬息万变且竞争激烈的市场需求。
传统的设计方法是静态的、凭借经验、通过手工计算与绘图，现代设计方法属于动态的、科学的、借助计算机来完成设计全过程。

2.1 运用三维设计软件进行产品设计
三维实体建模设计具有形象、直观、精确、快速等特点，可有效提高产品设计效率和质量，增强企业设计开发能力。目前常用的三维设计软件有：Solid Works、Solid Edge、PRO/E。他们功能强大，改变了传统由手工草图、二维零件图、二维装配图到三维样机的设计方法，采用直接创建实体装配。所具有的三维动态视图功能，大大克服了平面装配图的弊端，通过旋转视图和调整色差可以将三维装配图完整而清晰地展示在设计者面前，不仅可以显示外观而且显示实体内部结构品质。通过动态模拟装配，进行干涉检查和间隙检测，发现问题及时纠正，可有效提高新产品开发的设计成功率。利用已建立的三维模型可方便地生成二维工程图，并自动标注尺寸。它们具有的钣金设计功能，可完成复杂曲面的建模，并直接给出展开图以及切口边钱。内置国际零件库，可直接调用，避免做重复性的工作，非常方便设计。模具设计功能，可以根据已设计出的零件，设计型芯、分型面、上下箱、排列零件、设计流道、浇冒口，自动实现各种顶杆机构的设计。
三维实体模型的建立，为CAD/CAE/CAM的应用打下基础，可在此基础上完成后续的工程结构分析、数控加工仿真和数控代码生成等工作，实现产品整个设计过程的自动化，从而缩短产品开发周期，提高设计效率和质量，为粮食机械企业赢得更强的市场竞争力。
用三维实体设计所得的数字化模型，通过数控编程，可直接进行数控加工，实现无图纸制造。

2.2 采用有限无方法对新产品进行工程结构分析
目前，国际上有90%的机械产品和装备都要采用有限元方法进行分析，从而指导产品设计个性与优化。在我国机械制造业中，采用有限元方法设计开始的新产品已达到70%以上。由此可见，有限元分析已成为工程设计人员广泛使用的通用分析工具。有限元分析是利用数学近似的方法，对实物物理现象（几何及载荷工况）进行模拟的一种分析方法，它可完成静力分析、动力响应分析、模态分析、温度场与热力场分析等。
静力分析，用于几何实体在静态载荷条件下的结构响应分析，如变形、应变、应力刚化等。通过静力分析得到整体结构的静力学特性，由此分析整体结构在这种工况下的最薄弱环节以及各节点间的强弱差异，为几何实体的设计及优化提供理论依据。动力响应分析。模态分析，用来确定设计中结构或零部件的振动特性——固有频率和振型（模态形状），固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数，是其它动力学分析的起点，模态分析能够反映结构本躺与载荷无关的力学性能，全面地体现结构本身特性，暴露结构在某方向的最薄弱环节，为几何实体设计提供理伦基础。
利用有限元分析可以获取任意复杂工程结构的各种机械性能，并可直接对工程设计进行评价，以及就各种工程事故进行技术分析，它已成为替代大量实物试验的数值化“虚拟试验”。常用的有限元软件：ANSYS，MSC/MARC，紫瑞CAE等。

2.3 现代机械优化设计方法
现代机构优化设计是一种新的科学设计方法。它将最优化原理和计算技术应用于设计领域，使工程设计人员能够科学地从众多设计方案中寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。
传统机械产品设计中，多采用参照同类产品通过估算、经验类比或试验来确定初始设计方案中寻找出最佳设计方案，然后再对初始方案的设计参数进行强度、刚度、稳定性等性能分析计算，即所谓的“安全寿命可行设计”，经反复比较分析确定的最终设计方案往往并不是最佳方案。现代机械优化设计是借助计算机，应用一些精确度较高的力学数值分析方法进行分析计算，并从大量的可行设计方案中寻找出一种最优的设计方案，从而实现用理论设计代替经验设计，用精确计算代替近似计算，用优化设计代替一般的安全寿命可行性设计。
现代机构优化设计主要应用于以下几个方面：①机构综合——机构运动参数优化设计，如连杆机构、凸轮机构等再现函数和轨迹的优化；机构动力学优化设计等；②机构零部件结构设计——各种减速器的优化设计，液压轴承和滚动轴承的优化设计以及轴、弹簧、制动器等的结构参数优化设计；③专用机械设计——机床、锻压设备、压延设备、起重运输设备、汽车等的基本参数、基本工作机构和主体结构的优化设计；④生产工艺设计等。
近年来，市场由传统的相对稳定转向动态多变，机械产品更新换代周期日益缩短，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使产品设计过程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。

3、我国粮机设备的发展方向

3.1 提高控制水平，发展机电一体化技术
机电一体化是机械设备发展的必然趋势，它将机械技术、电子技术、检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术和计算机技术等多种技术集于一体，其中信息处理技术使机电一体化产品具备自动化、数字化和智能化等物性。
目前，磨粉机是实现机电一体化最具代表性的粮机设备。如意大利圣加蒂贝公加公司的“Synthesis全能智能型”磨粉机，机电一体化水平较高，它实现了喂料伺服系统、松紧辊系统及轧距调节系统的自动控制，控制系统数据处理采用PLCS7-266系列，通过串行口对输入和输出信号进行控制。喂料筒内装有红外线传感器，能测到10个以上点的料位数据，根据测得的数据，通过变频电机，来控制调节喂料辊的转速。喂料辊转速，磨辊轧距，料位，研磨功率及故障报警，均可在操作面板上显示，并可设定修改参数。
我国自主生产的磨粉机自动化水平偏低，有待进一步提高。

3.2 提高加工精度，注重外观质量
我国的粮机制造，一方面通过更新、改造旧设备，加强底层自动化，以提高加工精度和生产效率，如数控机床、数控加工中心，数控折弯机、激光切割机、激光打孔机等。另一方面，依靠先进的制造工艺来提高加工精度、外观质量和强度。如CO2气体保护焊，不仅操作简单、焊接成本低，而且焊件变形小；氩弧焊是对不锈钢、铜、铝件的特殊焊接，焊接变形小，焊缝致密，成形美观。铸件推广采用精密制造技术，使铸件表面光洁、尺寸精确。应注重产品的外观质量，包括外形、油漆、色泽搭配、表面光洁度等，必须推广应用涂装生产线，确保产品外观质量。

3.3 提高设备操作与使用维修的方便性
提高设备使用的方便性，使操作更人性化。国外先进磨粉机从喂料系统的检修，到磨辊的更换均已变得非常容易，采用模块化结构设计，以模块为装拆单元，整体装卸，使整个模块单元移出机外，进行清理、检修、维护，非常方便，省时省力。喂料系统能够沿滑道整体从磨粉机中拉出，检查维修非常方便。磨辊的更换，借助可升降手推车式平台，将磨辊连同支座和带轮一同拆装。国际著名品牌的磨粉机，磨辊轴承装拆，都配有专用的液压装置，使轴承装卸非常方便，省力，且不会损坏轴承。又如高方筛筛格垂直压紧装置，布勒等产品都有专用的扭力扳手，旋紧到位后，会啪的一声响，自动提示，确定已经压紧。
现在的产品设计，越来越注重人们的使用与操作的方便性，家电、机电产品都是如此。

3.4 提倡选用新材料
随着材料科学的不断发展与进步，新型材料不断涌出。在新产品的设计中，应当放开思路大胆选用新材料。新材料的选用主要以提高机械性能、结构性能、减轻设备重量、改善卫生条件为目的。

3.5 粮机设备向大型、高效率方向发展
目前，粮油加工企业正走向规模化生产。因此，为满足市场需要，粮机设备也正向着大型、高效率的方向发展。

4、结语
近年来，我国粮食机械行业的大幅度提高与发展，取得了可喜的成绩。但同时也应看到，仍存在着许多问题，尤其是低价竞争导致的恶性循环，许多厂家处于低利润运行，企业资金严重不足，致使以牺牲产品质量为代价降低成本，粮机行业的生存和发展正处于关键时期。
如何在激烈的市场竞争中赢得胜利，海尔的成功经验有许多值得我们借鉴和学习。众所周知，家电市场的竞争最为激烈，冰箱、彩电、洗衣机价格相继“跳水”，而此时的海尔实施差异化发展战略，海尔差异化战略的内涵是：“你跳水，我跳高”，海尔的“跳高”体现在技术升级，使海尔对市场有了超前的把握，发掘了用户潜在的需求。“你开闸，我开发”，加大了产品的开发力度。“你降价，我提质”，海尔把质量体系向外延伸，从前端的设计，到周到的售后服务，提升产品的价值，使物有所值，物超所值。“你国内，我全球”，国内打价格战，海尔把相当的精力放在开拓全球市场上。
要想在激烈的市场竞争中立足，必须提高企业的技术含金量（包括设计技术、制造技术和管理技术），做好产品的市场定位，创名牌产品，以优质高效的产品来赢得市场。