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Abstract: Aiming at profound changes in manufacturing industry made by the rapid development of the human science and technology, on the goal to improve the disposition of the students of the Mechanical Manufacturing and Automation,the paper firstly discuses the way to cultivate the modern manufacturing concept with the core concept of Information Manufacturing,then research the teaching ideal and methods based on the course of Advanced Manufacturing Technology.
关键词: 先进制造技术;信息制造;制造观;教学方法
Key words: Advanced Manufacturing Technology;Information Manufacturing;Manufacturing Concept;Teaching Methods
中图分类号:G642.4 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)18-0176-02
0引言
上世纪末以来,伴随以信息技术、自动化技术等为代表的人类科技的快速发展,制造已由传统机械制造升华为集机械、液压、光电、信息、材料、检测、通讯、自控等领域最新知识成果为一体的崭新学科,并对应演化形成了“精益生产、敏捷制造、虚拟制造、绿色制造”等一系列以优质、高效、低耗、灵活、清洁生产为原则,以取得理想经济、社会效益为目标的系列先进制造技术。这在有力推动人类社会经济发展同时,也对制造领域人才素质的培养提出更高要求。为此,在机械制造及其自动化等专业的教学中如何依据人类制造技术的发展历程和演变规律实现对学生现代制造观的培养显然意义明显,这对于目前正处于工业化发展转型关键阶段的中国民族工业更加意义重大。
1现代制造观的培养思路和入手点
自人类以造物区别于其他生物开始,制造作为人类所从事的一项基本活动便伴随着人类科技的发展和社会进步也处于不断发展之中。人类在通过自身制造活动有目的地提高改善自身生产、生活方式的同时,其对自身制造活动的认识也伴随科技的发展逐步深入,与之对应形成了制造观。虽然,目前对于制造观在概念上仍然没有形成明确一致的定义,但从人类认知外部客观世界的基本规律出发可明显看出:制造观显然是人类在自身制造活动的不断实践中,基于所认知形成的核心制造要素、属性来刻画制造活动规律而形成的。人类关于自身制造活动基本属性、规律的认知显然是制造观的基本内涵。因此,对于现代制造观的培养应在产品零部件的加工、装配这一传统制造认知的基础上,进一步从现代制造的概念、属性特征以及基本规律三个层次入手,自上而下地逐步开展。首先应在概念层次上,从制造是什么和做什么的角度为学生明确现代制造的概念和内涵,使学生建立对于现代制造的基本认知。其次,可进一步结合当前主流先进制造技术特点及其应用情况,通过对现代制造所共同遵循目标、原则和方法的分析,从制造如何实现角度培养学生关于现代制造属性、特征的基本认知。最后可依据所分析的现代制造基本属性、特征,进一步通过对现代制造核心要素和实施开展本质规律的总结,从现代制造的过程、组织、控制管理和人的作用等层次进一步明确关于现代制造的基本认知。根据上面所分析的现代制造观的培养思路及入手点,下面就针对所提出的三个层次具体讨论现代制造观的培养问题。
2现代制造的大制造概念
针对制造的概念,在依据国际生产工程学会(CIRP)的定义阐明制造是一个涉及“产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务”的一系列相关活动和工作的总称的同时,还应结合制造业当前发展现状,进一步从如下所述的“宽领域、多学科、全过程、多目标”等几个层面深入解释现代制造的内涵。
2.1 现代制造的行业领域现代制造已不再仅仅是机械制造,在人类不断提高自身的生产、生活水平这一目标的作用下,制造已演变为人类所从事的一项基本社会经济活动,它涵盖了机械、电子、化工、轻纺、食品等国民经济的广阔行业领域。
2.2 现代制造的学科领域现代制造在涵盖国民经济广阔行业领域同时,通过对各学科知识、方法的综合应用,必然会打破传统的行业、学科领域界线,转变为集机械、电子、材料、能源、信息、管理、生命科学、材料科学等为一体的综合学科。
2.3 现代制造的基本过程现代制造已不再仅仅是单一的机械加工、装配过程,其在内容上涵盖了“市场需求分析、产品规划、产品设计、工艺设计、加工装配、销售服务及报废产品回收处理”等产品生命周期全过程中的所有环节和活动。
2.4 现代制造的目标现代制造打破了传统机械制造以经济效益为最终目标的束缚,在创造良好社会、经济效益促进人类社会可持续发展的宏观原则下,现代制造以产品的功能全面、造得快、造得好、造得省、造得准等作为制造活动实施开展所共同遵循基本目标。实际中,制造的优劣就是基于这些目标,从技术、经济和社会学角度综合开展评价做出的。
针对上述内容,如果可以同时结合以汽车为代表的某机电产品的制造发展历程对其加以解释说明和验证,就可以更生动地从概念上深化学生对于现代制造的基本认知,帮助他们树立现代制造的大制造概念[1][2]。
3现代制造的属性特征
毋庸置疑,现代制造的属性、特征与制造技术的发展密切相关。实际中,制造的特征和属性是制造活动实施开展所共同遵循的目标、原则、策略和方式的体现。它们是伴随人类社会和经济的发展,科技的进步以及人类对其自身制造活动的不断深入认知而逐步积累形成的[3]。制造的属性特征和制造技术之间存在紧密联系,一方面人类制造活动可以基于制造技术的发展不断形成新的属性特征,另一方面,新属性、特征为制造活动所带来的变化也为制造技术的进一步改进发展提供契机。鉴于此,实际教学中,在讲述先进制造技术各自优势特点和机理的基础上,可进一步针对所讲述的各项先进制造技术,通过对表1中对应内容的讲述说明人类制造活动因制造技术,特别是先进制造技术的发展应用所发生的改变,从而可阐明现代制造属性和特征的技术诱因。
如表1所示,伴随先进制造技术的实施发展,现代制造在产品研发周期、质量、加工手段、组织方式等方面发生了显著的提升转变。这在提高人类生产能力的同时也必然会引发人类制造活动开展方式、方法的改变,形成如表2所示的全新属性和特征[5][6]。
关键词:模具制造;激光淬火技术;激光叠加技术
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.024
0 前言
传统的模具制造消耗的资金量巨大,且在生产进度和产品开发周期方面难以满足企业和用户的双重需求,而近年来激光技术的不断发展及其应用范围的不断扩大为模具制造工艺带来了重大变革。在此背景下,如何在掌握激光技术的概念和原理的基础上,加强对这一技术在模具制造领域中应用的研究,已成为当前模具制造行业需要着重开展的关键工作。
1 激光技术的概念与原理
激光是上世纪六十年现的新光源,具有亮度高、方向性强和单色性好等特点,而激光技术则是基于激光而衍生出的相关技术[1]。激光技术的一般原理如下:以光或电流的能量对某类晶体、原子等易受到激发的物质进行撞击,从而使原子的电子因受激发处于高能量状态,而当电子要恢复至原来平衡的低能量状态时,既有原子则会将光子射出,从而释放出多余能量,此时,被放出的光子将与其他原子碰撞,激发原子进一步产生更多的光子,从而引发联锁反应,且光子均朝向同一方前进,转而形成强烈且集中朝向某一方向的光,这一光束能够被应用到焊接、雕刻、打孔、手术和切割等诸多领域,推动相关行业领域的发展[2]。
2 模具制造中激光技术的应用
2.1 激光淬火技术的应用
激光淬火,即借助激光对材料表面进行加热,使其达到相变点以上,在材料冷却过程中,奥氏体转化为马氏体,进而使得材料表面硬化的一种淬火技术。激光淬火技术在模具制造中的应用方法如下:(1)确定工艺参数。结合模具特点,合理选择淬火工艺参数,包括吸光涂层的种类与厚度、功率、扫描速度以及加工坐标系的运动方式和封闭路径等;(2)质量检测。借助三坐标测量机以及光学照相测量系统和Atos三维扫描仪等对激光淬火后模具表面与底面变型量予以确定,并借助超声波电子材料硬度计测量模具表面淬火层的硬度;淬火层的厚度与耐磨性则可对淬火后材料切片进行显微观察与性能试验完成;(3)离线激光热处理工艺软件的应用。借助NXCAM索尼数码摄像机平台对繁琐的数据模型加以处理,包括生成刀路、五轴联动机床后处理等,在结合工艺知识库与激光淬火工艺流程的基础上,对淬火工艺模板予以调用,并实现NC的程序的自动编写。最后,借助vericut软件构建激光淬火五轴联动机床的模具制造模拟方针平台,确保整个模具制造过程的安全性与准确性。
2.2 激光叠加技术的应用
上世纪八十年代,日本利用薄片叠加法制造出了拉伸膜,并于九十年代初,进一步推出了模具的激光叠加制造法,基于这一方法的模具制造原理为,利用激光对薄板进行切割操作,并将切割后的多层薄板叠加,使其形状逐渐变化,进而获得所需模具的三维形状。目前,激光叠加技术在模具制造方面已进入到试用阶段,基于这一技术制造的凹凸模具具有较高的质量,且切割厚度大都在12mm左右,加工尺寸的精度也高达0.01m。在经过激光切割处理后,模具切口表层将产生一个0.1-0.2mm且硬度为800HV的硬化层,这一硬化层的主要作用为,对厚度为1mm的钢板进行冲裁,而仅凭自冷硬化层便能够完成对1000件1mm厚钢板的冲压。值得一提的是,如果在经过激光切割后再进行淬火操作,冲压的数量可高达3-5万件。对基于激光叠加的模具制造进行分析可知,因各个薄板间的连接较为简单,因此,可借助叠加法来进一步制成冲模,进而降低成本并缩短生产周期,提高经济效益。激光叠加技术在模具制造领域中的另一突出应用还体现在基于激光切割与模具CAD结合的CAD/CAM系统方面,利用这一系统,能够实现板料切割的柔性制造,对于小批量、多品种的模具生产具有较强的适应性。
2.3 快速成型制造技术的应用
快速成型制造技术是20世纪80年代末出现的一项制造技术,现阶段,该技术已发展了十余种工艺形式,其中,以激光技术为依托的一类典型技术变式选择性激光烧结技术。这一技术在模具制造中的应用方法为,将激光器作为能量源,借助红外激光束使蜡、金属、陶瓷和塑料等相关物质的粉末能够均匀地在平面上烧结,在计算机控制下,赋予扫描器一定速度和能量密度,使其按照分层面的数据进行扫描[3]。激光扫描的区域,粉末则会被烧结从而形成具有一定厚度的实体片层,而未被扫描的区域仍然以松散的粉末状态呈现。此时,通过对物体截层厚度进行判断来操作工作台的升降,而后,当铺粉滚筒将粉末予以铺平后,方由激光器展开新一层的扫描。反复进行上述操作,直到将全部层面扫描为止。最后,将多余粉末予以去除,经过打磨烘干等相关处理后得到模具。
3 结论
本文通过对激光技术的概念和原理进行分析,进而分别对激光淬火技术、激光叠加技术、快速成型制造技术等激光技术在模具制造中的应用作出了系统探究。研究结果表明,激光技术在模具制造中的应用能够有效提高模具的生产效率、降低模具生产成本。未来,还需进一步加大对模具制造中激光技术的应用力度,为促进模具制造产业的健康、稳定发展提供可靠的技术支持。
参考文献:
[1]张忠选,王远振,张海涛.激光热处理在汽车模具制造中的应用[J].金属加工(热加工),2014,03(15):42-44.
关键词:模具制造设计 CAD/CAE技术
一、模具制造技术的性质和特点
模具的制造和使用方式形式多样,技术含量高,生产工艺独特,所牵系的生产要素多,应用范围广等几方面。除此之外,模具制造技术对生产者的业务能力和职业素质都有很高的要求。模具制造技术具有以下两个方面的原因特点:一,模具是单件生产的产品,即模具是根据成品之间的结构要求进行和制造的专用成型工具;二,模具制造的关键主要是制造凸模、凹模及相关成型零件的专门工艺,以及模具制造工艺过程的优化设计与高度节约问题。
二、模具设计,加工的几种技术
1.高速加工技术
高速加工概念起源于德国切削物理学家Carl Salomon,他认为在常规切削范围内切削温度随着切削速度的增大而升高,当切削速度达到临界切削速度后,切削速度再增大,切削温度反而下降,从而大大地减少加工时间,成倍地提高机床的生产率。高速加工的特点及在模具工业中的应用:
加工效率高由于切削速度高,进给速度一般也提高5-l0倍,这样,单位时间材料切除率可提高3-6倍,因此加工效率大大提高;切削力小高速加工由于切削速度高,切屑流出的速度快,减少了切屑与刀具前面的摩擦,从而使切削力大大降低;热变形小高速加工过程中,由于极高的进给速度,95%的切削热被切屑带走,工件基本保持冷态,这样零件不会由于温升而导致变形;加工精度高高速加工机床激振频率很高,已远远超出“机床-刀具-工件”工艺系统的固有频率范围,这使得零件几乎处于“无振动”状态加工,同时在高速加工速度下,积屑瘤、表面残余应力和加工硬化均受到抑制,因此用高速加工的表面几乎可与磨削相比。
2.逆向工程技术
按照传统的产品开发流程,开发过程是市场调研一概念设计一总体设计一详细设计一制定工艺流程一设计工装夹具一加工、检验、装配及性能测试一完成产品。即从“设计思路一产品”的产品设计过程,这被称为正向工程或顺向工程。模具工业中的逆向T程应用大致可分为以下几种情况:
在没有设计图样以及设计图样不完整或没有CAD模型的情况下,在对零件原型进行测量的基础上形成零件的设计图样或CAD模型;某些难以直接用计算机进行三维几何设计的物体,目前常用黏土、本材或泡沫塑料进行初始外形设计,再通过逆向工程将实物模型转化为三维CAD模型;人们经常需要对已有的产品进行局部修改。原始设计没有三维cAD摸的情况r,应用逆向工程技术建立C A D模型,再对CAD模型进行修改,这将大火缩短产品改型周期,提高生产效率。
三、 CAD/CAE技术的应用
模具设计是随工业产品零件的形状、尺寸与尺寸精度、表面质量要求以及其成型工艺条件的变化而变化的,所以每副模具都必须进行创造性的设计。模具设计的内容包括产品零件成型工艺优化设计与力学计算和尺寸与尺寸精度确定与设计等,因此,模具设计常分为制件工艺分析与设计、模具总体方案设计、总体结构设计、施工图设计四个阶段。CAD/CAE,计算机辅助设计和辅助工程,它包括概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图和计算机辅助设计过程管理等。应用CAD技术可以设计出产品的大体结构,再通过CAE技术进行结构分析、可行性评估和优化设计。采用模具CAD/CAE集成技术后,制件一般不需要再进行原型试验,采用几何造型技术,制件的形状能精确、逼真地显示在计算机屏幕上,有限元分析程序可以对其力学性能进行检测。借助于计算机,自动绘图代替了人工绘图,自动检索代替了手册查阅,快速分析代替了手工计算,使模具设计师能从繁琐的绘图和计算中解放出来,集中精力从事诸如方案构思和结构优化等创造性的工作。在模具投产之前,CAE软件可以预测模具结构有关参数的正确性。
目前,世界上大型的CAD/CAE软件系统,如Pro/ENGINEER、UG、Solidworke、Alias等,都提供了有关产品早期设计的系统模块,我们称之为工业设计模块或概念设计模块。例如,Pro/ENGINEER就包含一个工业设计模块——ProDesign,用于支持自上而下的投影设计,以及在复杂产品设计中所包含的许多复杂任务的自动设计。此模块工具包括概念设计的二维非参数化的装配布局编辑器。这些系统模块的应用大大减少了设计师的工作量,节约了工作时间,提高了工作效率,使设计师把更多的精力用在新产品的开发及创新上。
四、结束语
随着时代的发展,模具制造业全球化是发展的必然趋势,其竞争不断加剧,使当前模具制造业面临极大的挑战,这一挑战主要来源于市场和技术两大方面。每个技术单元同时面向市场和合作伙伴,必须灵活地进行重组和集成,达到优势互补。高速切削、逆向工程、快速成形技术与CAD/CAE/CAM/RP虚拟环境的集成可使设计概念转换为产品的时间缩短几倍乃至几十倍,构成一个快速产品开发及其模具制造的综合系统,可以实现从产品的设计、分析、加工到管理的灵活经济的组织方式,应用CAD/CAE技术,推动模具制造技术快速发展。
参考文献:
[1]李志刚,曹延安.亚洲模具工业与技术的发展状况[J].模具工业,2007,(6).
【关键词】 中航重机; 3D打印; 第三次工业革命
最近一段时间以来,3D打印概念进入了人们的视线,并引起了无数发展遐想。有人把“3D打印技术”看作是“第三次工业革命”的主要标志之一,因为它带给我们的各领域的变革不可预估。这在一定程度上类似于当年网络概念的出现,开始人们根本无法想象网络时代的来临究竟会给人类带来何种变化,直到这种概念成为现实,才知道这种变化是翻天覆地的。只要能够设计出来任何我们需要的产品,就能够通过3D打印技术打印出来。近来,3D概念在二级市场得到有关炒作和资金响应,作为涉足3D打印技术的中航重机受到3D打印概念的影响,迎来连续6个涨停。市场的过度追捧是否已经让其股价大幅预支了未来的相关业绩,更多的是不是概念炒作呢?本文通过中航重机涉足3D打印迎来涨停分析3D行业的背景、崛起原因以及3D在中国的发展现状、问题和应对策略。
一、事件回放
中航重机股份有限公司(以下简称“中航重机(600765)”是经贵州省认定的高新技术企业,主营业务是液压泵的专业化生产,轿车配套用球笼式等速万向节生产研制与销售,具有近40年从事高压柱塞液压泵/马达研制生产技术经验。目前中航重机(600765)是中国实力最强、规模最大的高压柱塞液压泵科研、制造基地。中航重机(600765)自行研制开发的30个系列300多个型号的高压柱塞液压泵/马达在国内同行业的市场覆盖面和占有率居于领先地位,其产品目前在国内市场占有率最高、配套面最大、出口量最大。
2013年1月13日,在一年一度的国家科学技术奖励大会召开以前,兴业证券研究报告表示,中航重机子公司中航激光所属王华明研发团队,或将凭“3D激光快速成型技术”获得此次技术发明一等奖。研究报告后,该股股价在1月14日—24日的9个交易日里,就斩获6个涨停,股价变动见图1。
二、事件分析
中航重机自1月14日以来迎来多个涨停板,多次登上龙虎榜。其中,公司股价在1月14—24日连续6个涨停,光24日就上涨了7.35%,报收于15.62元/股。那么3D打印技术的内涵和优势、崛起的背景和原因是什么?中航重机(600765)股票连续涨停是中航重机业绩使然,还是受到3D打印概念的影响?以下笔者将作具体阐述和解读。
(一)3D打印的内涵和优势
3D打印,也可称之为增量制造,是通过打印机打出而非加工出各类工业与日常产品。之所以使用“打印”一词,是因为其原理与传统打印机相似,其“打印”都是通过电脑操作来完成。但本质上存在许多区别,比如传统打印机里面装的是墨粉,而3D打印机里面却是一个庞大复杂的材料系统。系统里面是根据产品需要配备的多种高技术的新材料。
3D打印机是一个庞大的系统工程,涉及到软件开发与应用、新材料,还涉及到打印装备、自动化控制系统,不是传统打印机看起来那么简单。3D打印和传统制造业比较见表1。
从表1可以看出:
1.3D打印技术的优点:无需模具就能成型,也不需要机械加工,就能直接从设计好的计算机图形数据中生成任何形状的物体。而传统的制造业最核心的一个环节就是要造模,很多高端产品能够设计出来,最大的困难是生产不出来成品,原因就出在造模环节,且耗时很长。而3D打印机则跨越了造模这个环节。
2.3D打印,即增量制造,也称作快速成型技术,是基于材料累加原理的快速成型操作过程,将计算机中的三维模型通过向物品分层添加材料来创造出实物的一种叠层制造技术,具有不受零件复杂程度限制、完全数字化控制等特点;而传统的制造业是减量制造,先做一个大的框架,然后根据需要减去不需要的部分。所以3D打印可以节约90%左右的材料。
3.这种技术是带有一种变革性的,短流程、低成本、数字化、高性能的制备构建制造一体化的技术。对构建的制造是重要的,尤其是这种技术一部分高性能难加工构建技术的革命,潜力巨大。
(二)打印概念崛起的背景和原因
3D打印技术最早出现于20世纪90年代中期的美国,当时发明家恩里科·迪尼(Enrico Dini)根据3D技术设计了一种神奇的打印机——3D打印机,其原理是利用光固化和纸层叠等方法,实现快速成型的一种技术。此后打印概念迅速发展、扩张和崛起,目前3D打印技术成为“第三次工业革命”的重大标志之一。从市场反应看,在纽约证券交易所上市的3D系统公司的股票2011年股价一直徘徊在15美元左右,2012年一次次上涨,与3D打印技术有关的上市公司股票,有的涨幅超过300%。
原因:自从信息技术成为推动人类社会进步的主导技术、信息产业成为经济发展主导产业以来,人类找不到新的增长点。在此背景下3D打印技术出现了,它应用范围广泛,扩展速度快,不仅可以“打印”出一幢完整的建筑,可以在航天飞船中给宇航员打印任何所需的物品,而且成本比传统制造降低了90%,准确性和精确度得到了高度提升。当然了,3D打印技术的出现和发展与我国目前的转变经济增长方式联系起来,改变制造方法和内容,改变制造过程,优化制造工艺,提高准确性,使制造行业发生从粗放到精细、从重数量到重质量的变化。
(三)3D打印技术发展的问题
1.目前3D打印技术在中国还处于概念炒作阶段
中航重机股价上涨主要靠的是经营业绩还是3D概念炒作呢?笔者专门核实了中航重机2009、2010和2011年年报以及2012年1、2和3季度的季报。2008至2011年短期偿债能力分析见表2;2012年1至3季度短期偿债能力分析见表3;2008至2011年长期偿债能力分析见表4;2012年1至3季度长期偿债能力分析见表5;2008至2011年营运能力分析见表6;2012年1至3季度营运能力分析见表7;2008至2011年盈利能力分析见表8;2012年1至3季度盈利能力分析见表9;2009至2011年成长能力分析见表10;2012年1至3季度成长能力分析见表11。
经过计算、汇总、分析发现:流动比率,是指流动资产总额和流动负债总额之比,它用来衡量企业流动资产在短期债务到期以前,可以变为现金用于偿还负债的能力。速动比率,是指速动资产总额与流动负债总额的比值。其中速动资产是指流动资产减去变现能力较差且不稳定的存货、预付账款、待摊费用、一年内到期的非流动资产及其他流动资产等的余额。从表2可以得出,中航重机(600765)2008年到2011年流动比率平均1.28,其中2011年1.34,比2010年的1.42降低0.08,说明2011年信用风险有所增加;从表3可以得出,2012年1至3季度流动比率增加到平均1.66,企业的流动性越好,信用风险降低,但流动资产占有资金较多,会影响经营资金周转效率和获利能力。分析长期偿债能力时,笔者重点参考资产负债率和利息保障倍数两个指标。从表4可以得出,中航重机(600765)2008年到2011年资产负债率平均60.20%,其中2011年60.07%,比2010年的56.92%增加3.15%,说明2011年企业负债有所增加;从表5可以得出,2012年1至3季度资产负债率增加到平均60.49%,企业财务风险有所增加。从表4可以得出,中航重机(600765)2009年到2011年利息保障倍数持续下降,从2009年的603.17%降低到2011年的231.29%,说明企业支付利息费用的能力越来越弱;从表5可以得出,2012年1至3季度利息保障倍数降低到平均182.99%,特别是第一季度仅仅49.62%,说明2012年企业支付利息费用的能力持续变弱。
从表6可以得出,中航重机(600765)2008年到2011年总资产周转率平均56.49%,其中2011年56.84%,比2010年的53.10%增加3.74%,说明2011年营运能力有所增强;从表7可以得出,2012年1至3季度总资产周转率降低到平均22.77%,企业的营运能力下降明显。
从表8可以得出,中航重机(600765)2008年到2011年净资产收益率平均10.125%,其中2011年3.64%,比2010年的7.53%降低3.89%,说明2011年净资产盈利能力有所下降;从表9可以得出,2012年1至3季度净资产收益率降低到平均2.04%,企业的净资产盈利能力下降明显。从表8得出,2008年到2011年总资产收益率平均3.80%,其中2011年1.45%,比2010年的3.24%降低1.79%,说明2011年总资产盈利能力有所下降;从表9还可以得出,2012年1至3季度总资产收益率降低到平均0.80%,特别是2012年第一季度仅仅是-0.39%,企业的总资产盈利能力下降明显。从净资产收益率和总资产收益率两个指标看,中航重机(600765)盈利能力持续下降。
从表10可以得出,中航重机(600765)2009年到2011年总资产增长率平均39.93%,其中2011年22.28%,比2010年的35.95%降低11.67%,说明2011年总资产增长率有所下降;从表11可以得出2012年1至3季度总资产增长率降低到平均2.60%,企业的总资产增长率下降明显。从表10可以得出,2009年到2011年净资产增长率平均60.11%,其中2011年13.33%,比2010年的29.08%降低15.75%,说明2011年净资产盈利能力有所下降;从表11可以得出2012年1至3季度净资产增长率降低到平均2.29%,特别是2012年第一季度仅仅是-0.96%,企业的净资产盈利能力下降明显。从表10可以得出,2009年到2011年主营业务收入增长率平均32.22%,其中2011年30.89%,比2010年的46.51%降低15.62%,说明2011年主营业务收入增长率有所下降;从表11可以得出,2012年1至3季度主营业务收入增长率降低到平均31.06%,特别是2012年第一季度仅仅是-80.94%,企业的主营业务收入增长率下降明显。从总资产增长率、净资产增长率和主营业务收入增长率有关指标看,中航重机(600765)成长能力持续下降。
通过以上分析可以得出结论:中航重机(600765)2013年1月连续6个涨停不是因为企业的经营业业绩,而是概念炒作。目前,我国3D打印技术仍然处于概念炒作阶段。
2.目前影响3D打印技术发展的核心因素
目前3D打印主要应用于两大领域:一是工程类制造;二是民用发展。在工程类制造方面,一方面是应用于国防军工、航空航天等高端制造的重要零部件生产,这些部件生产要求高,传统工艺往往无法达到或者即使达到但成本过高;另一方面是用于工程制造的小批量或者单件产品生产,相对于传统生产拥有巨大的成本优势,原材料多为光敏树脂、塑料、金属等,价格均十分高昂。3D打印技术的核心技术取决于两个方面:一是打印装备,特别是激光(或电子束)喷嘴技术。二是材料,一些功能性材料。
三、应对策略
针对以上分析,笔者从监管部门、上市公司和投资者三个角度,提出以下应对策略。
(一)监管部门
作为全球制造业大国,中国也把3D打印技术作为传统制造业升级转型的重头戏。无论是2012年1月刚刚颁发的国家科技奖,还是国家力推的3D打印技术产业发展规划,都把3D打印产业放在产业领军者的地位。监管部门一定要站到提高国家综合竞争力的时代高度,认清3D作为“第三次工业革命”标志之一的重要技术和理念,高度衔接3D打印技术发展和专业升级、产业转型,做好两方面工作。
1.工业信息化部等部门通过建立健全切实有利于发展3D打印技术的法律法规体系并监督其有效实施,研究制定可行的3D打印相关战略规划,通过制定路线图等多项策略支持增材制造技术发展。
2.目前,3D打印技术本身已经成熟,但在对打印产品性能有决定性作用的材料领域,我国则有待突破。3D打印的原材料价格十分高昂,监管部门应加大财政支持力度,出台专项资金支持。
(二)上市公司
当今全球制造业的发展重心正在向尖端化、精密化、个性化、柔性化方面偏移,而这恰恰是3D打印产业的最佳用武之地。上市公司应该在国家政策引导下,推动3D打印技术和自身行业、产业、产品的深度结合,花大力气、大资金发展技术含量高、个性化强、有长远发展的3D打印技术相关产品。
(三)投资者
投资者树立价值投资理念,尽量避免“用脚投票”。比如航空发动机板块投资者可以从原材料、零部件、单元体及主要部件、整机制造等产业链四个领域关注投资机会,关注钢研高纳、中航动控、成发科技、中航重机、航空动力等上市公司。
【主要参考文献】
[1] 中航重机今年大涨91% 诺安中小盘错失牛股[N].第一财经日报,2013-01-24.
[2] 中航重机六天五涨停 3D项目仍存不确定性[N].南方都市报,2013-01-22.
现代科技的迅猛发展,尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展,使产品结构发生了革命性的变化,机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋势;计算机技术的飞速发展和广泛应用,深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程,并改变着产品的结构和功能;先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。
>!<<P> 工程设计是人们运用科技知识和方法,有目标地创造工程产品构思和计划的过程,几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分(8 ~ 15%),然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70 ~ 80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱,是工业创新的核心环节,也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。 工程设计的全过程就是不断建立各种模型,并不断进行综合和分析的过程,即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类:一类是数值计算型的工作,包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格;另一类是符号推理性的工作,主要是方案设计工作。在设计方法学中,前者称之为细节设计,后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其作用主要体现在产品设计的早期阶段,把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架,及它应包括的各主要模块和组件,以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化,确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去,实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程,它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验,并通过广泛的调查研究而占有大量的信息资料,再经过反复思考、推理和决策,才能创造出与众不同的、满足用户要求的设计方案来。
在工程设计领域中存在这样一个误区:设计、构思的原始冲动是三维概念,最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力,成为创新的桎枯。
三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台,设计师们可以直接从三维概念和构思入手,进行概念设计,形成产品的初步框架,然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的智慧和创新能力,不必拘泥于平面图纸的限制和束缚,而把主要精力聚焦于创造性的劳动——创新。
2 概念设计与创造性思维和技术创新
2.1 创造性思维及其特点
要设计就要有创新,而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维,变换角度,开阔视野,才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维,即通过思维,不仅能揭示事物的本质,而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中,要努力发掘创造性思维的能力,充分注意扩散思维和集中思维的辨证统一,准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合,善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”,这样才有可能设计出新颖、独特、有创意的产品。
创造性思维具有如下一些特点:
(1)独创性:创造性思维所要解决的问题是不能用常规、传统的方式解决的问题。它要求重新组织观念,以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新颖的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑,敢于向传统的陈规旧习挑战,敢于否定自己思想上的“框框”, 从新的角度分析问题、认识问题。
(2)连动性:创造性思维又是一种连动思维,它引导人们由已知探索未知,开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或问题进行纵深思考,探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特点与它相似或相关的事物,从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、问题或解法,分析其相反的方面,从顺推到逆推,从另一角度探索新的途径。
(3)多向性:创造性思维要求向多个方向发展,寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散;也可以从不同角度对同一个问题进行思考、解决。
(4)善于想象:创造性思维要求思维者善于想象,善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象,善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言:“想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象力概括着世界上的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉。”只有善于想象,才有可能跳出现有事实的圈子,才有可能创新。
(5)突变性:直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断,出现思想的飞跃,突然闪现出一种新设想、新观念,使对问题的思考突破原有的框架,从而使问题得以解决。
2.2 概念设计呼唤技术创新
技术创新在概念设计中发挥着至关重要的作用。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想,在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会(用户)的需求而激发出的新颖构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发,是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格,不局限也不依赖于某种特定的模式,以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤:
(1) 多项现有技术的有机结合或综合运用往往会产生意想不到的效果;
(2) 对已有知识的创造性总结和应用常常带来重大的科技突破;
(3) 突发奇想但经过科学论证或实验证明所产生的新思路、新方法、新技术;
(4) 新知识与现有知识的合理嫁接;
(5) 产品功能上的兼收并蓄和去粗取精;
(6) 学科间的交叉、交融和借鉴;
(7) 新技术、新材料、新工艺的有机结合及应用;
(8) 科学研究中的新发现和新成果应用于工程实践……。
由此可以进一总结出多种行之有效的创新技法:
国内的一批上市公司借着3D打印技术的东风,也赢得了市场狂热的关注。随着股价的狂飙,也引起了市场的质疑,3D打印相关的上市公司股价快速上升让人们想起20世纪90年代互联网的虚假繁荣景象,先是股市飙升,然后坠毁。不过,发展百年的制造业正需要一项新的技术变革推进工业进步,或许我们正站在新的起点,也孕育着重大投资机会。
美国刮起旋风,国内刚刚起步
3D打印技术和互联网一样,诞生于美国。早在1994年,几名来自麻省理工学院的科研和技术专家就发明了3D打印技术并申请了专利。美国政府将人工智能、3D 打印和机器人作为重振美国制造业的三大支柱,其中3D 打印是第一个得到政府扶持的产业。
成立于1990年的美国Stratasys公司率先推出了基于FDM(多路复用)技术的快速成型机,并很快了Dimension系列3D打印机。由于FDM技术有其得天独厚的优势,适合汽车、家电、电动工具、机械加工、精密铸造及工艺品制作等领域使用,Stratasys的FDM快速成型机目前在全球RP(快速成型)市场已占有近半的份额。
1997年,为了将3D打印技术推向市场,Z Corporation公司正式成立。从那时起,Z Corporation就一直占据着3D打印机市场的半壁江山。2011年,Z corporation被上市公司3D systems收购,售价1.37亿美元现金。
2012年,这两只股票迎来暴涨,市盈率均在90倍左右。Stratasys 的股价从15美元涨到90美元,3D Systems(DDD)从32美元涨到了70美元。
自20世纪90年代初,国内就有多所高校开始自主知识产权的RP(快速原型制造)技术研发,但是相比RP技术领先的美国、日本等国家,国内还没有一款能达到国际水平的3D打印机推向市场,只有部分有实力的企业和科研院到专业的RP或3D打印服务商那里租用3D打印机或者订制模型。
近年来,国内已经对3D打印技术有十分强烈的需求。国海证券分析师后立尧介绍,3D 打印优势包括可降低约50%制造费用,缩短加工周期70%,实现设计制造一体化等。目前,在3D打印技术主要的应用领域中,消费电子、汽车、医疗分别占20.3%、19.5%和15.1%。国内3D 打印在材料、设备和应用上仍有难题,成本较高,多用于实验,规模化应用尚需时日,他测算国内3D 打印市场规模将在上万亿元。
炒概念风险大,未来前景仍存
美国3D打印市场如火如荼,国内A股的相关上市公司也借着东风热炒一番。2012年8月,从事多金属复合材料的银邦股份购入一台3D打印机尝试新业务,市场就开始兴起对3D打印概念的炒作。
3D打印技术在国防军工、航空航天等高端制造的重要零部件生产上的应用,将使传统工艺的成本大幅降低。新年伊始,嗅到风声的投资者已经早早进入中航重机。有军工和3D打印机概念的中航重机,2013开年1月股价率先翻倍,涉足3D打印技术的南风股份、银邦股份、大族激光等一批上市公司,股价也在概念的炒作下突飞猛进。
目前中国制造业的3D 打印使用密度仅有美国的20%。作为一种全球最前沿的制造技术,3D 打印将是中国制造业升级的重要一环,国内3D 打印产业化的空间巨大。不过,海通证券在报告中也指出,3D打印概念股在中国起步于20世纪90年代,目前与美国技术仍有差距,且在产业化方面差距更远。即便是美国,也仅仅是两家3D打印上市公司巨头实验性质的案例,根本尚未推向实际应用。
从上市公司的情况来看,中国3D打印介入较早的都是非上市公司,上市公司中概念性炒作比较多,而实质性产品很少,众多上市公司也只是停留于着手开展3D打印技术的业务,技术几乎都处于研究推进阶段,并没有实现盈利,近几年对上市业绩难有真正显著的影响。国内3D打印市场正处于萌芽阶段,短期内由于技术、材料和成本原因难以商业化,仅靠“3D 打印”概念被热捧而无真正业绩支持的公司将不可避免面对股价调整的结局。
海通证券认为,从历史规律看,任何一种新技术逐渐得到推广普及的过程中,总是存在短期影响被高估、长期影响被低估的趋势,3D 打印有可能在未来带来巨大变革,但这种影响在短期内尚难看到。
不过,任何一项技术变革都是质疑和期望并存的。互联网时代的到来诞生出一批如微软、苹果、亚马逊等跨国企业巨头,国内也诞生了阿里巴巴、腾讯、百度等知名企业,如果投资者看到时代格局的变化,买入了这些公司的股票,会分享到商业变迁带来优质硕果。
当然,一项技术或者产业的真正革新必定需要时间观察,但是至少我们看到3D打印技术的诞生,将为制造业变革带来一种技术上的可能。或许我们正站在一项新技术时代的起点,有必要付出一些精力去观察这项技术带给我们的投资良机。
昂诺投资投资部经理胡红伟认为,3D打印是一个崭新的概念,甚至被称作第三次工业革命的开端,涉及的个股比较多,炒作的热度和持续度难以预料,后市将出现明显分化,投资者可适当关注具备实质受益且估值不高的个股逢低介入。
具有美好未来的3D打印技术,值得长期关注,紧盯上市公司项目进展和盈利状况,或许投资者能够抓住某个踏踏实实做3D打印技术的公司,等到产业真正的发展之时,或许机会也就真正的来临了。
另外,具备技术研发实力和资金背景的上市公司,投资者可重点持续关注,如中航重机、机器人、南风股份和银邦股份等上市公司在3D打印技术的进展状况和盈利状况。此外,一些现今没有涉足3D打印技术,但是拥有较强技术储备和设计3D打印材料的上市公司也不能忽视。如主要涉及激光切割及激光钻孔业务的光韵达、在三维模型建立及激光熔覆等一系列3D打印的基础技术上拥有较强的技术储备的大族激光等。
重点上市公司投资标的
机器人:金属3D打印设备提供商
3D打印技术应用材料分为非金属和金属材料,由于非金属强度等机械性能较差,远不能满足工程实际需求,所以其工程化实际应用受到较大限制。金属快速成型技术可满足工程使用条件,其应用领域范围更加广泛。机器人是目前A股上市公司中唯一能提供成套金属3D打印设备的上市公司。
2007 年公司高功率激光装备业务取得了突破,公司掌握了激光熔覆关键技术,将业务范围成功开拓到激光再制造领域。2011 年底,公司完成激光快速成型系统中数控机床的设计工作,并对数控机床的运动系统、数控控制系统进行开发。
机器人依托激光加工技术优势,拓展激光成套装备业务,已于2012年3季度成功研制出激光快速成型设备,俗称“3D打印机”,主要采用金属原料,应用于航空航天、船舶等高端装备制造领域。激光快速成型系统储备多年,已到业绩释放期。
机器人已拥有一般激光3D 成型技术,收入已实现确认。截至2012 年底,激光快速成型系统及相关业务的合同累计金额达到5000 万元以上,不过投资者也要看到,激光快速成型系统及相关业务的销售收入金额较小,对机器人整体经营业绩贡献不明显。
南风股份:重型金属构件精密成型
据2012年8月公告,南风股份子公司南方风机研究所将投资“重型金属构件电熔精密成型技术项目”,总投资额为1.68亿元,资金由南方风机研究所自筹。值得注意的是,其旗下控股的3D打印子公司风机研究所是王华明团队领导,持股31%的王华明就是国内激光成型技术的领军人物。
南风股份生产的是核电用件,面对几百吨一个的核电部件,做模具是不可想象的,过去只能切开来一块块地做,而南风的技术是在电熔炉中直接用数据和特殊材料来形成,在耗材、成本和时间上都有很大优势。银河证券认为,南风股份已在成型工艺、质量关键技术取得突破进展,成功成型制造核电精密坯件样,已掌握并完成了重型金属构件批量产业化大型成套装备系统的设计和优化。南风股份项目将进入产业化,建设期为两年,项目正常生产预计年收入 5亿元、 净利润为1.2亿元。
银邦股份:布局3D打印应用领域
关键词:3D打印技g;航空航天材料;智能化设计;作用
中图分类号:TP399 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)01-0103-01
随着科学技术的不断发展,航空航天领域也呈现出前所未有的发展新态势。航空航天材料的设计也在向多样化、智能化及信息化方向发展。但是在材料的设计过程中仍然面临着设计成本高、设计精确度要求高等问题,这就要求设计者们必须严密地设计出需要的航空材料,并且尽可能地减小误差,这也给设计者带来了很大的技术难题。3D打印技术为此类问题的解决提供了新的方案[1]。
1 3D打印技术的概念及发展特点
1.1 3D打印技术的概念
3D打印技术即一种快速打印样品成型技术。其原理是将金属粉末或塑料粉末等当做打印“墨”,根据数字模型要求,再通过逐层打印的方式打印出成品,这种技术在国外也被称为“增材制造”。3D打印技术的发展得益于计算机技术的不断创新与突破,其打破了传统打印的意义。此外,随着3D打印技术的不断完善与成熟,其越来越多地应用于生活、社会活动以及高科技等各个方面,诸如航天航空领域,对于我国高科技的发展有着重要的意义。
1.2 3D打印技术的发展特点
3D打印技术发展历程大致如下:1984年的基于数字资源的三维立体模型打印技术、1993年发明的3D印刷技术(3DP)、1996年具有真正意义上的的“3D打印机”问世、2005年第一台彩色“3D打印机”――Spe问世、2010年可以打印整个身躯轿车的“3D打印机”出现、2011年能够打印飞机的“3D打印机”出现。3D打印技术在不断朝着复杂、多样化以及高科技等领域的方向发展。因为其不需要传统的机械加工或制造模具就能直接根据计算机图形数据生成任何形状的物体,极大地缩短了产品的生产周期,提高了产品的生产效率。这对航空航天材料的智能设计起着很大的作用[2]。
2 3D打印技术运用于航空航天材料设计上的优势
2.1 节省材料
一个飞机机身的模型需要许多零件和部分组成,而应用3D打印技术之后,不用剔除航空材料的边角料,提高了材料的利用率。此外,3D打印技术取代了传统的大规模、占用空间以及耗人力等的生产线,从而最大化地节省了材料,降低了成本。
2.2 制作材料精度高
材料的精确设计是确保航天航空领域安全发展以及快速发展的最基本要求。而传统的材料设计技术无法保证人为的错误以及将误差降到最低等,这就限制了航天航空的发展。因此,3D打印技术运用于航天航空领域时,给航空航天的智能化材料设计带来的将是质的飞跃与创新。
2.3 无需传统模具
3D打印技术在智能化材料设计过程中不用使用传统的刀具、机床以及其他磨具,通过将产品的外形等通过计算机技术如AUTO CAD技术设计出来,然后直接打印生成实物产品。这在很大程度上简化了传统磨具下的制造工艺。
2.4 缩短材料制作周期
3D打印技术可以自动、快速、直接和精准地将计算机中的三维设计转化为实物模型,甚至能够直接制造零件和模具,绕过了传统的制造工序,从而有效地缩短了材料设计的研发与制作周期。
3 3D打印技术对航空航天材料智能化设计的促进作用
3.1 促进了航空航天材料设计技术的革新
3D打印技术的运用加快了其材料智能化的设计进程,打破了传统的设计思维和方法,使得航天领域设计技术的不断发展及完善,更是将高科技与制造业设计的结合推向了一个新的高度,加快了智能设计技术的发展与革新。
3.2 促进了航空航天材料设计成本的降低
在航空领域,不管是创新设计还是机械制造,都需要严密规整的模型。在造一架飞机时,要经过无数的模型模拟,而每一次模型的制造以及模拟都需要很大的财力支持。而应用3D打印技术,这种资金消耗将得到大幅度降低。3D打印技术依靠高精确度使得设计时模型能够精准使用物料,这使得设计材料时所使用的资金的到合理的运用。
3.3 促进了航空航天材料设计的创意性发展
在航空航天领域,其运用3D打印技术可以促进材料设计的智能创新,可以促进飞机机身的多形状化发展、零件的多颜色发展等。在使用3D打印技术之后,我们有理由期待一种更先进更具有创意性的航空航天产品。
3.4 促进航空航天材料设计的人性化发展
运用3D打印技术实现材料设计智能化之后,材料制作可以向着个性化、多样化方向发展,例如:我们可以根据每家航空公司理念等的不同设计出富有个性化、突出其理念的产品,而不是趋同的制作,比如航天飞机上的座椅可以根据员工的操作习惯以及身体结构量身“3D”打造。这体现出材料制作的个性化,而这得益于3D打印技术的运用。
4 结语
综上所述,笔者认为基于计算机技术的3D打印技术以其高精确度、高生产率等特点将快速融入航空航天领域材料的智能化设计。但是,目前该技术仍然存在着强度低、材料存在局限性等缺点,因而其应用范围还不是太广泛。不过我们相信,3D打印技术的进一步完善会深刻的影响我们生活。
参考文献:
关键词:现代制造技术;特征;趋势
摘要制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱,其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%~55%。在一个国家的企业生产力构成中,制造技术的作用一般占60%左右。专家认为,世界上各个国家经济的竞争,主要是制造技术的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化,这种竞争日趋激烈,因而各国政府都非常重视对先进制造技术的研究。
随着高新技术和知识经济的迅猛发展,生命科学、材料科学、信息技术、微电子技术、航空航天等新兴的科学技术不断涌现。以计算机技术、信息技术、自动化技术与传统制造技术相结合的先进制造技术应运而生,对传统的制造业产生了巨大的影响和冲击。目前,世界各国尤其是工业发达国家都非常重视制造技术的开发研究和应用,在这一领域的国际竞争日趋激烈,我们要想在新一轮的较量中立于不败之地,就必须大力发展制造技术。
一、现代制造技术的主要特征
随着通讯和网络的发展,全球性的贸易壁垒正在逐步消失,制造技术已发展成为一个涵盖整个生产过程、跨多个学科且高度复杂的集成技术。制造的概念和内涵得到大大扩展,它是一种涵盖面很广的广义制造概念,是“大过程”、“大制造”,包括光、机、电产品的制造,工艺流程设计,通用产品和高精尖产品的制造以及材料制备;不仅包括机械加工方法,而且还包括高能束加工方法、硅微加工方法、电化学加工方法等;它不但包括从毛坯到成品的加工制造过程,而且还涉及产品的市场信息收集与分析、产品的选型决策、产品的设计制造过程、产品的销售和售后服务、报废产品的处理以及产品的疲劳强度和全寿命过程的预估等产品整个生命周期的全过程。
经济的发展和社会的进步对制造科学提出了新的要求与期望,它与信息科学、生命科学、材料科学、管理科学等不同学科之间的交叉融合更为紧密,形成了多学科交叉、多方位立体发展的模式。一方面,制造技术为信息科学、生物科学和材料科学提供观察、实验、检测、制造的装备和技术支持;另一方面,信息科学、生物科学、材料科学的最新成果也会应用于制造业,进一步丰富制造科学的内容,同时,它们的发展也给制造业不断提出新的使命和挑战,从而促进制造科学的进一步提高。制造生产模式对制造过程、制造系统和产品的优质将起着关键的作用,而制造生产模式是管理科学、社会人文科学与制造科学的交叉、融汇和发展而成的结果,有着统率生产过程、加速高新技术的发展、决定产品质量和市场竞争能力的作用。
先进制造技术的发展与信息技术的发展密不可分。信息技术,特别是计算机技术,极大地改变着制造的面貌,是先进制造技术的发展与制造科学形成的客观条件。信息这一要素已成为现代制造业中最重要的资源和最宝贵的竞争要素。制造技术不仅加工、处理信息,而且将制造信息录制、物化在原材料上,提高其信息含量,使之转化为产品。现代制造业,尤其高科技、深加工企业,其主要投入已不再是材料和能源,而是信息和知识;其所创造的社会财富实际上也是某种形式的信息,即产品信息和制造信息。未来的产品一般应是基于信息或知识的产品。未来的制造技术将向数字化、智能化、网络化发展,信息技术将贯穿整个制造业。
二、制造技术的发展趋势
21世纪,制造业日趋全球化,先进制造技术向着自动化、柔性化、集成化和智能化方向发展。总的来看,纳米技术、超精密加工技术和可持续制造技术是今后发展的关键。
扫描隧道显微镜的发明与应用使人们对世界的认识进入纳米尺度,从宏观转向微观扩展。纳米技术和纳米制造技术是当前竞相研究的最前沿领域,它将使人们在生产方式和生活方式上有更大的改观。纳米技术包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米装配技术、纳米测量技术和纳米机械学等。纳米技术对制造业已经产生了很大的影响,对传统制造方法、制造工艺与手段带来了巨大冲击;同时,纳米技术的发展带动了微型系统制造技术的发展。微型系统是机械技术和电子技术在微/纳米尺度上相融合的产物,发展极其迅速,有可能对世界各国的科技、经济发展和国防建设产生重大影响。其覆盖领域十分广泛,从1959年科学家提出微型机械的设想,到第一个硅微型压力传感器问世,以及微型齿轮、微型齿轮泵、微型气动涡轮及联接件、硅微型静电电机、微型加速度计,直至2000年重仅200多克的微卫星上天,微型系统受到了世界各国越来越多的青睐,其应用领域将不断扩大。
制造技术的全球化和中国加入WTO给我国的制造业带来了前所未有的发展机遇,同时也面临着巨大的挑战。当前,人类社会已进入信息时代和知识经济时代,国际经济合作与交往日益紧密,全球产业结构进入大调整的重要时期,世界正在形成一个统一的大市场。世界范围内制造业的竞争变得越来越严酷,人们对于产品的个性化和服务的要求越来越强烈,产品的生命周期越来越短,只有采取积极的应对措施,才能逐步缩短我国在制造领域与工业发达国家的差距。
进入21世纪,用户的消费观念有了很大改变,对企业和产品提出了更新、更高的要求,产品的交货时间、新产品的开发时间和上市时间,甚至产品的整个生命周期都显著缩短 产品的开发周期缩短,对市场的响应已经成为企业竞争力的关键所在。谁能在最短的时间内交货,开发出新产品并打入市场,并在产品整个生命周期之内提供最好的服务,谁就能够占领市场。同时,原来对于产品质量、成本要求的内涵也有所改变,质量除了指对产品本身的性能、功能、外观、可靠性和使用寿命等方面的要求外,更重要的是指如何在产品整个生命周期之内全面地满足客户的要求,包括各种服务,顾客对产品及其服务的满意程度是衡量产品质量和企业竞争力的重要指标。成本也不是指单一的产品制造和销售成本,而且是指包括产品的运行成本、维护成本及报废后的处理成本在内的全部成本。为了降低成本,要求企业的产品和制造系统均具有高度的柔性,以响应快速变化的市场,增强企业竞争力。
现代焊接技术自诞生以来一直受到诸学科最新发展的直接影响与引导,众所周知受材料,信息学科新技术的影响,不仅导致了数十种焊接新工艺的问世,而且也使得焊接工艺操作正经历着手工焊到自动焊,自动化,智能化的过渡,这已成为公认的发展趋势。
单面焊双面成形操作过程中,不需要采用任何辅助措施,只是在坡口根部进行组装定位时,应按焊接时的不同操作手法留出不同的间隙,在坡口的正面进行焊接时,就会在坡口的正、背两面都能得到均匀整齐、成形良好、符合质量要求的焊缝。该技术不受构件形状、尺寸和空间位置的限制,操作方便,且焊接接头强度高,质量好,安全可靠。单面焊双面成形技术以其独到的优点,广泛应用于锅炉、压力容器的焊接过程中,也是在重要焊接结构过程中,既要求焊透而又不在背面进行清跟所必须采用的焊接技术。
一、焊接的概念及其技术的应用与发展
(一)、焊接概念
焊接的概念是被焊工件的材质(同种或者异种),通过 加热或者加压或者两者并用,并且用填充材料,使工件的材质达到原子之间的结合,形成永久性连接的工艺过程。
(二)、焊接技术的应用与发展
焊接技术应用广泛,主要应用于制造金属结构、制造金属零件或毛坯、连接电器导线、造船、锅炉及压力容器、机械制造、建筑结构、化工设备等制造维修行业中。还适用于各种金属材料,各种结构形状的焊接。除此之外还用于造船、锅炉、桥梁、起重机机械及冶金机械制造业中和汽车制造、化工机械、矿山机械等部门。
随着科学技术的发展,焊接已从简单的构件连接方法和毛坯制造手段发展成为制造行业中一项生产尺寸精准的产品的生产方法。因此,保证焊接产品质量的稳定性和提高劳动生产率已成为焊接生产发展的的重大问题。在机械制造业中不少过去一直用整铸整锻方法生产的大型毛坯改成了焊接结构,这大大简化了生产工艺,降低了成本。许多尖端技术如宇航、核动力等如果不采用焊接结构,实际上是不可能实现的。
现代焊接技术自诞生以来一直受到诸学科最新发展的直接影响与引导,众所周知受材料,信息学科新技术的影响,不仅导致了数十种焊接新工艺的问世,而且也使得焊接工艺操作正经历着手工焊到自动焊,自动化,智能化的过渡,这已成为公认的发展趋势。
在今天焊接作为一种传统技术又面临着21世纪的挑战。一方面,材料作为21世纪的支柱已显示出几个方面的变化趋势,即从黑色金属向有色金属变化;从金属材料向非金属材料变化,从结构材料向功能材料变化,从多维材料向低维材料变化;从单一材料向复合材料变化,新材料连接必然要对焊接技术提出更高的要求。另一方面,先进制造技术的蓬勃发展,正从住处化,集成化,等几个方面对焊接技术的发展提出了越来越高的要求。突出“高”“新”以此来迎接21世纪新技术的挑战 。
20世纪中期焊接方法也有了突飞猛进的发展,随着科技的进一步发展,出现了新的高精密度热源电子束,等离子束、激光束等,使其精密度,温度都大大的高出了电弧焊。真空电子束焊可以一次焊接透200mm的金属,激光焊具有可以在大气中进行焊接的优点,由于聚焦后的光斑只有0.2-2mm,由于焊缝小,当然变形也就小多了,接头质量高。比如在航空发动机、汽车车身等重要领域立刻创造出了明显经济和社会效益,完全等合段抟高效,低耗、清洁、灵活生产的技术发展方向。
新材料的出现对焊接技术得出了新的课题,成为焊接技术发展的重要推动力,许多新材料,如耐热合金,钛合金,陶瓷等的连接都提出了新的课题。特别是异种材料之间的连接,采用通常的焊接方法,已经无法完成,固态连接的优越性日益显现,扩散焊与磨擦焊已成为焊接界的热点,比如金属与陶瓷已经能够进行扩散连接这在以前是不可想象的,所以固态连接是21世纪将有重大发展的连接技术。
通过前面的介绍我们已经知道焊接现在已从简单的构件连接方法和毛坏制造手段发展成为制造行业中一项基础工艺和生产尺寸精确的制成品的生产手段。因此,保证焊接产品质量的稳定性和提高劳动生产率已成为焊接生产发展亟待解决的问题。使得实现对焊接过程的自动控制、焊接工艺制造的自动化的需求越来越迫切。另外,计算机技术、控制理论、人工智能、电子技术及机器人技术的发展为焊接过程自动化提供了十分有利的技术基础,并已渗透到焊接各领域中,取得了很多成果,焊接过程自动化已成为焊接技术的生长点之一。从焊接技术发展来看,焊接自动化、机器人化以及智能化已成为趋势。
经过总结焊工的智能经验并把它们运用到现在很先进的高科技中,能够快速、灵活、安全的实现自动化焊接,现在在发达国家焊接自动化控制已经获得了满意的效果,对于宏观焊接质量(如熔透控制,接头尺寸等)的控制已取得了较大的进展,对于微观焊接质量(焊缝的金相组织及机械性能)的控制也已经起步。焊接过程正由宏观单面焊双面成形技术以其独到的优点,广泛应用于锅炉、压力容器的焊接过程中,也是在某些重要焊接结构制造过程中,既要求焊透而又无法在背面进行清跟和焊接所必须采用的焊接技术。通过对这个课题的研究,使我更加了解了单面焊双面成形技术的重要性。从中我也学会了许多学习的方法和许多知识,让我受益匪浅。单面焊双面成形操作过程中,不需要采用任何辅助措施,只是在坡口根部进行组装定位时,应按焊接时的不同操作手法留出不同的间隙,在坡口的正面进行焊接时,就会在坡口的正、背两面都能得到均匀整齐、成形良好、符合质量要求的焊缝。该技术不受结构形状、尺寸和空间位置的限制,操作方便,且焊接接头强度高,质量好,安全可靠。
参考文献
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[2]戴树新主编:焊接生产管理与检测[M]北京:机械工业出版社,2007
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