制造技术难点热点

浅谈目前制造技术难点与热点问题机械 510 班毛涵直至今日，制造技术在给我们带来了物质生活的方方面面的同时，也发展到 了一个新的高度，但也遇到了新的难点与挑战。在当下，工业4.0 以及智能制造 是工业发展的必然趋势，也是制造技术的发展方向。工业4.0 是德国政府提出的一个高科技战略计划，旨在提升制造业的智能化 水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值 流程中整合客户及商业伙伴。德国所谓的工业四代(Indus try4.0)是指利用物联 信息系统(简称CPS)将生产中的供应，制造，销售信息数据化、智慧化，最后达 到快速，有效，个人化的产品供应。而智能制造是一种由智能机器和人类专家共 同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推 理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分 地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到 柔性化、智能化和高度集成化。从工业 4.0 以及智能制造的目标中透露出目前制造技术的一些缺陷，例如资 源利用效率不高，智能化程度偏低，物流资源整合不佳等。中国的制造业虽然近 年来发展迅速，但还是存在一些问题，例如：1、材料消耗高，能源消耗高。中国制造业消耗了大量的资源，却只创造了全球GDP的很少一部分，这主要 是因为我们的制造技术材料消耗高，资源利用率偏低，从而使得我们的制造效率 受到很大限制，直接影响了我国制造业的竞争力和产值。2、人均劳动生产率和设备生产率低。由于一些制造技术的落后和先进设备特别是智能化自动化生产设备的稀缺， 导致我国制造技术面临生产率较低的问题。在越来越注重效率的市场中，这个致 命的问题不断凸显，提高生产率迫在眉睫。3、产品质量不稳定，产品合格率较低。我国的制造业核心技术缺乏，高端制造装备关键功能部件制造技术缺失，导 致我国数控机床等制造装备严重依赖进口，限制了我国产品质量的提升。只有真 正掌握了核心的技术，才能从根本上完善我们的产品，提升产品的质量。我国的制造技术虽然近年来突飞猛进，但还是存在一些尚未解决的技术难点 例如：1、 机器人和高档数控机床技术。近两年,机器人高调卷土重 来,市场前景巨大；高端制造装备尤其是高档数控机床在我国需求依 旧迫切。但不管机器人还是高档数控机床在我国的发展仍然不容乐 观,它们仍然低迷的共同特征是所必需的基础元器件和数控系统依 赖舶来品,受制于人,关键功能部件例如摆角头、高性能减速器（例 如 RV 减速器）等制造技术缺失，导轨、丝杠等部件可靠性和性能保 持性不足。尤其是,由于结构原理以及实现技术的原因,摆角头和高 性能减速器均是串联式高端机床和机器人的核心功能部件,极大地 决定了机床和机器人的功能和性能,也是机床和机器人行业能否达 到和赶超世界先进水平的重要屏障。2、航空发动机技术。航空发动机一直是我国飞机制造业的瓶颈。过去我国航空发动机基本上只能靠仿制，这里面既有技术发 展初期没有技术积累的困难在，也有投入少，资金难的问题。近年 来我国开始自行研制航空发动机，但我国研制的发动机要达到要求 的稳定性和性能还有很长的路要走。从我们引以为豪的歼 20，歼 31， 到号称国产的大飞机C919,在发动机上都对外有很大的依赖。因此， 对航空发动机完成技术攻关无疑是我国航空业当前急需解决的问题。3、 CPU制造技术oCPU的制造中最关键的是制造设备，简单 来说，芯片工厂的先进工艺都是基于先进的设备基础之上,设备才是 芯片制造领域真正最核心的技术。但目前我国没有一家厂商能够自 行设计生产CPU制造设备，面对国外厂商的进口限制，我国CPU制 造技术的发展有着巨大的障碍。4、 我国汽车工业自主研发能力比较薄弱，缺乏具有自主知 识产权的核心技术，在新技术开发和应用方面相对较差，在发动机 总成开发技术和汽车电子控制技术方面处于劣势，对外有较大的依 赖性。走出中国，世界制造技术也存在着一些难点和热点问题，例如：1、工业 4.0 的实现德国提出的工业4.0为世界制造技术提出了新的要求，即实现智慧 工厂、智能生产的主题，让“原材料（物质）”=“信息”的设想成为现实, 目前仍然面对许多难题。如：（1）工业4.0时代对芯片的高集成度硬件和 算法、高效率和低功耗、高可靠性的要求更为严苛；（2）在“工业4.0” 中，从生产设施到产品都会纳入互联网中，这将遇到前所未有的安全挑 战，工厂与外界实现联网之后，恶意软件的入侵、受到网络攻击的危险 性将进一步提升，需要制定保障网络安全的对策与解决方案；（3）工厂 要对内外的各种物品与服务进行联网，那么，通信方式、数据格式等许 多内容都需要标准化;（4）实际生产过程与各种业务管理系统协同之后， 系统整体更加复杂化，对其进行管理将更困难；（5）适用于工业的、具 有高可靠性的通信基础设施建设有待完善。第四次工业革命自动化-信息物理系统（5S）通过价值槌实现橫向集成務蠶程2、智能汽车智能汽车最大的亮点就是不需要人去驾驶，人只需要舒服地坐在车上享 受这高科技的成果就行了。因为这种汽车上装有相当于汽车的“眼睛”、 “大脑”和“脚”的电视摄像机、电子计算机和自动操纵系统之类的装置， 这些装置都装有非常复杂的电脑程序，所以这种汽车能和人一样会“思考”、 “判断”、“行走”，可以自动启动、加速、刹车，可以自动绕过地面障碍 物。在复杂多变的情况下，它的“大脑”能随机应变，自动选择最佳方案， 指挥汽车正常、顺利地行驶。但智能汽车技术仍然面对许多难点，例如传感 器造价较高，GPS的定位精度远达不到智能汽车的需求，避开运动障碍的程 序设计，快速准确识别交通标识牌等。3、3D 打印技术3D打印（3DP）是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基 础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体 的技术。它能显著提高制造速度，但目前还面临成本高，可以打印的材料仍 然只有塑料、陶瓷和某些金属，成本较高等问题。4、智能机器人高级智能机器人具有感觉，识别，推理和判断能力，可以根据外界条件 的变化，在一定范围内自行修改程序。所不同的是，修改程序的原则不是由 人规定的，而是机器人自己通过学习，总结经验来获得修改程序的原则。这 种机器人已拥有一定的自动规划能力，能够自己安排自己的工作。这种机器 人可以不要人的照料，完全独立的工作，故又称为高级自律机器人。这种机 器人也开始走向实用。不过，尽管机器人人工智能取得了显著的成绩，控制 论专家们认为它可以具备的智能水平的极限并未达到。问题不光在于计算机 的运算速度不够和感觉传感器种类少，而且在于其他方面，如缺乏编制机器 人理智行为程序的设计思想等。5、全息投影全息投影技术也称虚拟成像技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物 体真实的三维图像的技术。目前较多应用于舞台表演中，但我相信在未来会 有更多的应用，比如重现犯罪现场，军事地图分析，模拟教学等等。目前也 还存在一些技术上的问题，例如为了让投影更真实，需要具备360度保真， 并且可以智能化感应，也就是是可以自主感应到观众与自身的距离，根据观 众的距离远近来调节画面的远近与大小，当观众的视觉发生偏移是，画面也 会偏移；而且还需要更高效的内存分配，实现CPU和GPU内存共享，同时实 现百万级的并行处理。6、高温超导当温度降温到一定程度，金属的电阻会突然消失变为0,这种现象就是超导 现象，它在受控热核反应装置、回旋加速器、磁悬浮列车、超导扫雷具、强电、 弱电方面都有巨大的应用前景。但超导体的广泛应用要解决材料在技术方面的很 多问题。如在材料方面，要求超导体应有较高的临界温度和临界电流。其安全稳 定性要考虑，而提高超导材料的超导转变温度是超导材料得以广泛应用的基本前 提，临界电流的提高也是至关重要的。高温超导体本身也存在一些弱点。如强烈 的各向异性，短的相干长度，不均匀性等等。现代在液氢温区大规模应用高温超 导体还需要努力，进一步发展制备工艺。从这些难点和热点问题我们都能深切体会到我们的制造技术仍然有很长的 路要走，就像不断进步的科技一样，制造技术也在不断的发展当中，并且会让我 们的生活越来越便利和快捷。无论是无人驾驶汽车的研制，还是智能机器人的开 发，都离不开制造技术的进步和发展。制造技术作为工业生产的基础，它的进步 是许多美好的科学设想能够得以实现的必要前提。而我认为创新是制造技术进步 的基石，可靠性是制造技术应用的核心。作为一名机械类的大学生，未来我们很 可能成为制造业的一员，那么我们就很有必要培养自己敢于创新，善于创新的品 质，将来才能为制造技术的发展带来新的活力，把自己的聪明才智献给科技的进 步。当今世界制造技术飞速发展，但也有一些难点问题有待解决，相信在未来制 造技术一定有更大的进步，让我们的生活更加美好！