高端技術(shù)顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)

       自動(dòng)化技術(shù)使制造業(yè)工具和機(jī)器越來越先進(jìn)復(fù)雜，對(duì)工人的技能要求也越來越高，一人一機(jī)的日子即將一去不復(fù)返。

       今天，高端制造機(jī)器的目標(biāo)是一次設(shè)置后能夠同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，更棒的是，可以全天候無人監(jiān)管地工作。

       與新型增材制造（3D）相對(duì)的減材制造，目前依然是制造業(yè)的主流技術(shù)。金屬、陶瓷和塑料等材料制造棱形部件和轉(zhuǎn)軸等轉(zhuǎn)動(dòng)件時(shí)，材料外形加工的主要方法仍然是材料去除和材料成型。而創(chuàng)新技術(shù)3D打印即增材制造，雖然有些人認(rèn)為最有可能帶來制造業(yè)的下一次技術(shù)革命，但目前投入大規(guī)模生產(chǎn)尚未成熟。與傳統(tǒng)的金屬去除或金屬成型工藝不同，3D打印是一種累加的工藝，通過逐層堆疊塑料和金屬等制造工件，再用熱源加固。

       增材制造最初應(yīng)用于快速原型、限量生產(chǎn)和固定件制造上，現(xiàn)正向小批量生產(chǎn)發(fā)展，特別用于制造內(nèi)有空洞的小型復(fù)雜工件。3D打印金屬零部件時(shí)的局限性，是最大只能打印信封大小，且擴(kuò)展性差。一家機(jī)床制造商正在突破這種局限，把3D打印整合到標(biāo)準(zhǔn)加工中心平臺(tái)上。有了這些發(fā)展，許多減材制造機(jī)器和輔助設(shè)備比以前更加高端了。

       高端制造技術(shù)包括最新的高精度多功能機(jī)床、相關(guān)輔助設(shè)備、CAD/CAM和控制軟件，控制軟件可以提高生產(chǎn)率、改進(jìn)工藝流程、完善產(chǎn)品、提高競爭力。高端機(jī)床包括多任務(wù)銑床/車床、五軸加工中心、高功率激光器和水射流機(jī)，還有自動(dòng)化和相關(guān)類似于零部件的傳感器。制造業(yè)工具和機(jī)器越來越先進(jìn)復(fù)雜，對(duì)工人的技能要求也越來越高。

       多任務(wù)機(jī)器上運(yùn)行多功能操作，減少了機(jī)器從一種工藝（銑削）向另一種工藝（車削）和鉆削等其他工藝轉(zhuǎn)換時(shí)重新安裝零部件的步驟。一次安裝，大大減少了質(zhì)量公差的累計(jì)，同時(shí)減少了成品與印刷尺寸之間的偏差。

       柔性加工中心和全天候無人看管車削中心的發(fā)展仍在繼續(xù)，如汽車行業(yè)的原始設(shè)備制造商和分級(jí)制造供應(yīng)商正在使用能夠設(shè)置多個(gè)加工單元的加工中心。每個(gè)單元由機(jī)器人監(jiān)控，并配有帶導(dǎo)軌的托盤系統(tǒng)。伴隨產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)和要求根據(jù)MTConnect標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)安排的變化，每個(gè)加工單元可以重新配置。

       從大型公司到小型創(chuàng)新車間，自動(dòng)化正在迅速應(yīng)用。這既是為爭取利潤做出的努力，也是實(shí)際的必然要求，因?yàn)樯a(chǎn)需求不斷上升，而技工數(shù)量依然短缺。

       另外，機(jī)床制造商和切割工具供應(yīng)商正面臨挑戰(zhàn)，他們需要生產(chǎn)創(chuàng)新型工具處理鉻鎳鐵合金、鎳、鈷基合金和復(fù)合材料等機(jī)器難以處理的金屬和材料。

       軟件繼續(xù)推動(dòng)著制造業(yè)創(chuàng)新

       最新的編程工具提高了工作效率，使舊有系統(tǒng)和流程重新煥發(fā)生機(jī)，軟件繼續(xù)推動(dòng)著制造業(yè)創(chuàng)新。

       最新的編程工具不僅使舊有系統(tǒng)和流程重新煥發(fā)生機(jī)，還領(lǐng)銜探索與應(yīng)對(duì)制造業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)面臨挑戰(zhàn)的新方法，軟件繼續(xù)推動(dòng)著制造業(yè)創(chuàng)新。

       隨著CAC/CAM/CAE和產(chǎn)品生命周期管理（PLM）等軟件的出現(xiàn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員和制造專家從最初的設(shè)計(jì)理念到最終的工廠裝配都可以設(shè)計(jì)出新方法，并生產(chǎn)出振奮人心的新產(chǎn)品。在CAD/CAM領(lǐng)域中，集成3D設(shè)計(jì)造型的普及應(yīng)用成為新趨勢(shì)，工程師可以使用CAD設(shè)計(jì)和創(chuàng)造新產(chǎn)品。CAM軟件系統(tǒng)以制造為中心，可在Autodesk Inventor、達(dá)索系統(tǒng)公司的SolidWorks或者西門子公司的Solid Edge等建模軟件中兼容運(yùn)行。

       現(xiàn)在的CAM軟件為用戶提供了更多選擇，可以為越來越復(fù)雜的多任務(wù)加工機(jī)床（multitasking machines，MTM）和五軸聯(lián)動(dòng)加工的操作編程。多任務(wù)加工機(jī)床只需一次設(shè)置，減少了裝夾次數(shù)和加工成本。隨著價(jià)格下降，多任務(wù)加工機(jī)床越來越普及。這些復(fù)雜的機(jī)床編程需要模擬，CGTech公司的Vericut軟件或CAM軟件的內(nèi)置模擬等高端數(shù)控模擬工具讓編程人員在實(shí)際切割金屬之前在虛擬世界中看到并驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

       除了多任務(wù)加工機(jī)床和模擬，很多新的CAM軟件包增加了優(yōu)化走刀路線的功能，可提高占大部分加工時(shí)間的粗車加工的速度。高速粗車加工技術(shù)中有的是用第三方軟件，如Celeritive Technologies公司的老牌VoluMill刀路優(yōu)化程序；有的則使用二次開發(fā)的系統(tǒng)，比如DP Technology公司的ProfitMilling或Delcam公司最近開發(fā)的旋風(fēng)銑Vortex高效區(qū)域清除策略，這一策略已經(jīng)集成到該公司的PowerMill和PartMaker兩款CAM軟件中，目前正在申請(qǐng)專利。

       云端模型降低制造成本

       高端軟件是未來高端制造業(yè)的主要支撐，這些軟件將越來越多地開發(fā)云版本，美國制造業(yè)向云端遷移的步伐在繼續(xù)。

       現(xiàn)在發(fā)布的產(chǎn)品生命周期管理軟件和企業(yè)資源規(guī)劃軟件都有云版本，向云端遷移的步伐還在繼續(xù)。云端模型降低了成本，成為對(duì)制造商越來越具有吸引力的選擇。云應(yīng)用節(jié)約了安裝現(xiàn)場應(yīng)用和企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用的高昂成本，同時(shí)把與新軟件安裝和內(nèi)部軟件支持的成本外包了出去。

       基于云的CAE模擬應(yīng)用，如Autodesk的Sim 360系統(tǒng)中的有限元分析，為用戶提供了使用基于網(wǎng)絡(luò)的CAE應(yīng)用，讓用戶有機(jī)會(huì)利用互聯(lián)網(wǎng)上近乎無限的計(jì)算能力。另一新品Autodesk的CAM360，最近也把CAM軟件放在了云端。Geometric Technologies和達(dá)索系統(tǒng)公司等其他開發(fā)商，也已經(jīng)測試并向用戶提供至少是有限的云端CAM。

       高端軟件是未來高端制造業(yè)的主要支撐，這些軟件將越來越多地開發(fā)云版本。

       云端企業(yè)資源規(guī)劃軟件現(xiàn)在可以讓工廠管理人員輕松地在智能手機(jī)上查看廠區(qū)設(shè)備的狀態(tài)，這些系統(tǒng)越來越緊密地與制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）結(jié)合起來，幾乎可以實(shí)時(shí)查看機(jī)器狀態(tài)，并根據(jù)條件的改變進(jìn)行調(diào)整。

       在數(shù)字控制（CNC）方面，直接在車間數(shù)控編程的選擇越來越多。另一項(xiàng)進(jìn)展是直接通過車間的CNC控制器而不是機(jī)器人自身的控制器為機(jī)器人編程。西門子和庫卡公司合作，直接通過西門子的控制系統(tǒng)控制庫卡公司的機(jī)器人。Fanuc公司也在對(duì)自己的機(jī)器人產(chǎn)品做類似的嘗試。

       檢查和測量方面，2013年為三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）開發(fā)的觸屏版DMIS軟件上市，旨在降低CMM使用者的學(xué)習(xí)曲線。還有兩款新型觸屏軟件包，即Hexagon公司的PC-DMIS Touch和Next Metrology Software公司的TouchDMIS系統(tǒng)。

       在航空航天領(lǐng)域，計(jì)量軟件工具必不可少。像Verisurf公司的X7 Model-Based Definition（MBD）這樣的軟件，能讓航空航天工程師創(chuàng)造、建設(shè)、測量和分析復(fù)雜的飛機(jī)系統(tǒng)和機(jī)身零部件，這些應(yīng)用對(duì)整個(gè)任務(wù)至關(guān)重要，因此對(duì)其精度有很高要求。（工業(yè)和信息化部國際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作中心 陳蕓蕓 劉佳源 邵宇琦 編譯）