高端技術(shù)顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)

       自動化技術(shù)使制造業(yè)工具和機器越來越先進復雜，對工人的技能要求也越來越高，一人一機的日子即將一去不復返。

       今天，高端制造機器的目標是一次設置后能夠同時執(zhí)行多個任務，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)動件時，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)有空洞的小型復雜工件。3D打印金屬零部件時的局限性，是最大只能打印信封大小，且擴展性差。一家機床制造商正在突破這種局限，把3D打印整合到標準加工中心平臺上。有了這些發(fā)展，許多減材制造機器和輔助設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床、相關(guān)輔助設備、CAD/CAM和控制軟件，控制軟件可以提高生產(chǎn)率、改進工藝流程、完善產(chǎn)品、提高競爭力。高端機床包括多任務銑床/車床、五軸加工中心、高功率激光器和水射流機，還有自動化和相關(guān)類似于零部件的傳感器。制造業(yè)工具和機器越來越先進復雜，對工人的技能要求也越來越高。

       多任務機器上運行多功能操作，減少了機器從一種工藝（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，同時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)的原始設備制造商和分級制造供應商正在使用能夠設置多個加工單元的加工中心。每個單元由機器人監(jiān)控，并配有帶導軌的托盤系統(tǒng)。伴隨產(chǎn)品模型設計和要求根據(jù)MTConnect標準和生產(chǎn)安排的變化，每個加工單元可以重新配置。

       從大型公司到小型創(chuàng)新車間，自動化正在迅速應用。這既是為爭取利潤做出的努力，也是實際的必然要求，因為生產(chǎn)需求不斷上升，而技工數(shù)量依然短缺。

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

       軟件繼續(xù)推動著制造業(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，軟件繼續(xù)推動著制造業(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，還領(lǐng)銜探索與應對制造業(yè)生產(chǎn)設計面臨挑戰(zhàn)的新方法，軟件繼續(xù)推動著制造業(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)品設計人員和制造專家從最初的設計理念到最終的工廠裝配都可以設計出新方法，并生產(chǎn)出振奮人心的新產(chǎn)品。在CAD/CAM領(lǐng)域中，集成3D設計造型的普及應用成為新趨勢，工程師可以使用CAD設計和創(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，可以為越來越復雜的多任務加工機床（multitasking machines，MTM）和五軸聯(lián)動加工的操作編程。多任務加工機床只需一次設置，減少了裝夾次數(shù)和加工成本。隨著價格下降，多任務加工機床越來越普及。這些復雜的機床編程需要模擬，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際切割金屬之前在虛擬世界中看到并驗證產(chǎn)品設計。

       除了多任務加工機床和模擬，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，成為對制造商越來越具有吸引力的選擇。云應用節(jié)約了安裝現(xiàn)場應用和企業(yè)內(nèi)部應用的高昂成本，同時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)絡的CAE應用，讓用戶有機會利用互聯(lián)網(wǎng)上近乎無限的計算能力。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上查看廠區(qū)設備的狀態(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，幾乎可以實時查看機器狀態(tài)，并根據(jù)條件的改變進行調(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。另一項進展是直接通過車間的CNC控制器而不是機器人自身的控制器為機器人編程。西門子和庫卡公司合作，直接通過西門子的控制系統(tǒng)控制庫卡公司的機器人。Fanuc公司也在對自己的機器人產(chǎn)品做類似的嘗試。

       檢查和測量方面，2013年為三坐標測量機（CMM）開發(fā)的觸屏版DMIS軟件上市，旨在降低CMM使用者的學習曲線。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、測量和分析復雜的飛機系統(tǒng)和機身零部件，這些應用對整個任務至關(guān)重要，因此對其精度有很高要求。（工業(yè)和信息化部國際經(jīng)濟技術(shù)合作中心 陳蕓蕓 劉佳源 邵宇琦 編譯）