先进制造技术的论文(先进装备与制造技术(求论文))

2024-04-05 06:50:14 :19

先进制造技术的论文(先进装备与制造技术(求论文))

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先进装备与制造技术(求论文)

数控技术和装备发展趋势及对策论文 摘要:简要介绍了当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状,在此基础上讨论了在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别,不在于生产什么,而在于怎样生产,用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业,而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之,大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,其技术范围覆盖很多领域:(1)机械制造技术;(2)信息处理、加工、传输技术;(3)自动控制技术;(4)伺服驱动技术;(5)传感器技术;(6)软件技术等。 1 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面[1~4]。 1.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域,年产30万辆的生产节拍是40秒/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,刚度很差,材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从EMO2001展会情况来看,高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高,空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min,加速度达2g,主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件,只用30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需3h,在普通铣床加工需8h;德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。 在加工精度方面,近10年来,普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3~5μm,提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。 在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上,伺服系统的MTBF值达到30000h以上,表现出非常高的可靠性。 为了实现高速、高精加工,与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展,应用领域进一步扩大。 1.2 5轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用5轴联动对三维曲面零件的加工,可用刀具最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高。一般认为,1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因,其价格要比3轴联动数控机床高出数倍,加之编程技术难度较大,制约了5轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现,使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床)的发展。 在EMO2001展会上,新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头,可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。 1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究,如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller),中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上,面向机床厂家和最终用户,通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能),形成系列化,并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中,快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统,形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机,如在EMO2001展中,日本山崎马扎克(Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”(智能生产控制中心,简称CPC);日本大隈(Okuma)机床公司展出“IT plaza”(信息技术广场,简称IT广场);德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment(开放制造环境,简称OME)等,反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。

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  先进制造技术的发展趋势  顾新建 李 晓  (浙江大学机械系,浙江 杭州310027)  摘 要:对先进制造技术的特点、体系结构和发展趋势进行了简要分析,并对其中的计算机集成制造系统和大批量定制技术的发展现状作了简要介绍。  关键词:先进制造技术;计算机集成制造系统;大批量定制  1 先进制造技术的发展趋势  先进制造技术是传统制造业不断地吸收机械、信息、材料及现代管理技术等方面最新的成果,并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程,实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造,并取得理想技术经济效果的前沿制造技术的总称。从本质上可以说,先进制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术和现代管理技术等的有机融合。  先进制造技术是制造业21世纪发展的方向。先进制造技术的特点如下:�  (1)先进制造技术贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用维修等全过程, 成为“市场—产品设计—制造—市场”的大系统。而传统制造工程一般单指加工过程。�  (2)先进制造技术充分应用计算机技术、传感技术、自动化技术、新材料技术、管理技术等的最新成果, 各专业、学科间不断交叉、融合, 其界限逐渐淡化甚至消失。�  (3)先进制造技术是技术、组织与管理的有机集成,特别重视制造过程组织和管理体制的简化及合理化。先进制造技术又可看作是硬件、软件、人件和支持网络(技术的与社会的)综合与统一。�  (4)先进制造技术并不追求高度自动化或计算机化,而是通过强调以人为中心,实现自主和自律的统一,最大限度地发挥人的积极性、创造性和相互协调性。�  (5)先进制造技术是一个高度开放、具有高度自组织能力的系统,通过大力协作,充分、合理地利用全球资源,不断生产出最具竞争力的产品。�  (6)先进制造技术的目的在于能够以最低的成本、最快的速度提供用户所希望的产品,实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产,并取得理想的技术经济效果。�  美国从90年代初相继提出了先进制造技术计划、TEAM计划、下一代制造(NGM)技术计划、美国国家关键技术等,德国提出了“生产2000”计划、“生产2000+”计划、“微系统2000”计划等、日本提出了智能制造系统计划、韩国提出了高级先进技术国家计划(G-7计划)等〔1〕。  图1为先进制造技术的体系结构。�  美国乔治·华盛顿大学于90年代初成立了由45位著名的未来学家和技术专家组成的新兴技术预测委员会,在1996年的预测中,从可以预见到的最重要的技术进步中挑选85项将要出现的技术。共分为12个大类。其中在第八大类:制造业与机器人中有如下技术〔2〕:  (1)计算机集成制造系统。在2012年,80%的工厂生产将实现计算机集成化;�  (2)生产自动化。到2015年,由于实现了生产自动化,工厂的就业人数在劳动力总人数中所占的比例将下降到10%以下;�  (3)大批量定制。到2011年,汽车、电器等30%以上的产品将广泛实现大批量定制生产;�  (4)先进的机器人。到2016年,带有传感输入、具有决策和学习功能、可移动的机器人将投放市场;�  (5)纳米技术。到2016年,微型机器和纳米技术将投入商业应用。  可以认为,这五种技术是最重要的先进制造技术。限于篇幅,这里仅对计算机集成制造系统和大批量定制作一简单的介绍。这两种技术对企业的影响范围较大,有较大的适用性。  先进制造技术的发展趋势可以概括为:�  (1)数字化。在这方面,人们提出了CIMS、数字化工厂等概念。通过CAX(CAD,CAPP,CAE, CAM)系统和PDM系统,进行产品的数字化设计、仿真,并结合数字化制造设备,进行自动加工。并采用MRPII/ERP系统,对整个企业的物流、资金流、管理信息流和人力资源进行数字化管理。进一步的发展是,通过数字化的供应链管理(SCM)系统和客户关系管理(CRM)系统,支持企业与供应商和客户的合作。网络技术的发展使企业内部和外部的数字化运作更加方便。�  (2)知识化。知识将成为企业的最重要的生产要素,技术创新将是企业最重要的生存和竞争能力。知识管理技术、学习型组织等将受到越来越大的重视。�  (3)模块化。产品的模块化和企业的模块化将使企业能快速地、低成本地生产出顾客所需要的个性化产品。�  (4)微小化。微机械及制造技术正在迅速发展,这将导致一大类全新的产品,深刻改变人们的生活。�  (5)绿色化。强调产品和制造过程对环境的友好性。  2 计算机集成制造系统(CIMS)  自从美国的Harringtong博士在1973年提出CIMS概念以来,CIMS在世界上走过了曲折的道路,人们对CIMS的本质认识有了巨大的变化,主要是:现代制造业的方向并不只是计算机的集成,信息的集成,而是人、技术、组织的整体集成,包括功能集成、组织集成、信息集成、过程集成、知识集成和企业间的集成〔4〕。由于计算机集成制造系统这一词容易使人误解,以为只要将计算机集成在一起就能构造成一个先进的制造系统。为此,我国的一些学者提出了现代集成制造系统(CIMS,Contemporary Integrated Manufacturing Systems)的概念。当前,CIMS的发展有以下特点。  2.1 集成化  CIMS中有以下几个关键的信息集成系统。CIMS在这些系统的基础上进一步实现企业的总体集成。�  (1)ERP(企业资源计划)系统:国外有名的系统是SAP,Oracle,Baan,IBM等,国内有金蝶、用友、开思等。ERP 系统集成了企业中的生产管理、财务、人事、采购、销售等子系统。系统涉及面广,十分庞大,对人员素质、数据和流程规范性要求高,因此实施难度大,成功率不高。�  (2)CAD/CAPP/CAM一体化:目前虽然有些CAD系统可以支持CAD/CAPP/CAM一体化,但主要针对基本上都采用数控加工的零件,如PRO/E软件。由于不同产品中的零件差别很大,每个企业的加工条件和水平也不相同,因此复杂零件的CAD/CAPP/CAM一体化还没有通用的系统。�  (3)PDM(产品数据管理)系统:被用于管理和控制由CAX(CAD、CAPP、CAE、CAM等的统称)系统所形成的大量的信息,避免花费很多时间去寻找本应该垂手可得的信息。PDM是设计自动化技术系统的核心,在产品的整个生命周期内管理全部的产品知识和信息,并为产品开发过程中的各个应用系统提供所需的数据,为不同应用系统提供集成平台。PDM系统以产品数据库为底层支持,以BOM为组织核心,把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来,实现产品数据的组织、控制和管理。PDM系统一般是由CAD软件开发商所开发的。因此,同一软件公司的CAD系统和PDM系统能很好的无缝集成,而来自不同软件公司的CAD系统和PDM系统间的集成性就差多了。PDM系统的实施难度比CAD系统要大,因为前者涉及管理、组织等问题。  (4)工作流管理系统:主要用于办公自动化,是企业管理层的信息集成系统。目前工作流管理系统与知识管理系统紧密结合起来,使企业的知识得以共享和保存。�  2.2 网络化  以因特网为代表的网络技术正在制造业中产生越来越大的影响。人类正在进入一个新的时代——网络经济时代,在制造业中,也正在出现一种新的模式——网络化制造模式。在网络化制造中,新的网络空间与传统的物理空间紧密结合,产生出各种新思想、新观点、新方法和新系统。制造企业将利用因特网进行产品的协同设计和制造;通过因特网,企业将与顾客直接联系,顾客将参与产品设计,或直接下订单给企业进行定制生产,企业将产品直接销售给顾客;由于因特网无所不到,市场全球化和制造全球化将是企业发展战略的重要组成部分;由于在因特网上信息传递的快捷性,并由于制造环境变化的激烈性,企业间的合作越来越频繁,企业的资源将得到更加充分和合理的利用。企业内联网(Intranet)/外联网(Extranet)也将极大地改变企业内的组织和管理模式,将有效地促进企业员工的信息和知识的交流和共享〔5〕。  2.3 敏捷化  进入21世纪,企业将面对日益激烈的国际化竞争的挑战,另一方面,企业可以利用制造全球化的机遇,专注发展自己有优势的核心能力及业务,而将其它任务外包和外协。企业将变得更加敏捷,对市场的变化将有更快的反应能力。但这些需要新的信息技术的支持,如供应链管理系统,促进企业供应链反应敏捷、运行高效,因为企业间的竞争将变成企业供应链间的竞争;又如客户关系管理系统,使企业为客户提供更好的服务,对客户的需求作出更快的响应。  2.4 虚拟化  虚拟制造可以简单地理解为“在计算机内制造”,通过应用集成的、用户友好的软件系统生成“软样机”,对产品、工艺和整个企业的性能进行仿真、建模和分析。虚拟制造包括:虚拟设计、虚拟装配和虚拟加工过程。新产品的开发需要考虑很多因素。例如在开发一种新车型时,其美学的创造性要受到安全性、人机工程学、可制造性及可维护性等多方面的制约。在虚拟设计中,利用虚拟原型在可视化方面的强大优势以及可交互地探索虚拟物体的功能,对产品进行几何、制造和功能等方面的交互建模与分析,快速评价不同的设计方案,可以从人机工程学角度检查设计效果,设计师可直接参与操作模拟,移动部件和进行各种试验,以确保设计的准确性。这种技术的特点是:①及早看到新产品的外形,以便从多方面观察和评审所设计的产品;②及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题;③及早对产品的可制造性有清楚的了解。美国波音飞机公司在设计波音777飞机中采用了虚拟制造技术。采用飞行仿真器及虚拟原型技术在各种模拟的条件下,对飞机进行飞行试验。�  2.5 智能化  例如,随着CAD系统中知识的积累,CAD系统的智能化程度将大幅度提高。这种智能化具体表现为:①智能地支持设计者的工作,而且人机接口也是智能的。系统能领会设计人员的意图,能够检测失误,回答问题,提出建议方案等;②具有推理能力,使不熟练的设计者也能做出好的设计来。�  2.6 绿色化  包括绿色产品和绿色制造。要求产品的零部件易回收、可重复使用、尽量少用污染材料、在整个产品的制造和使用过程中排废少、对环境的污染要尽可能的小、所消耗的能量也尽可能的少。要求制造和使用具有洁净性。产品和制造过程的绿色化,不仅要求企业把环境保护当作自己的重要使命,同时也是企业未来生存和发展的战略。因为不注意环境保护的企业将被市场所淘汰。�  3 大批量定制  当前我国已进入买方市场,一般产品和一般的制造能力严重过剩;随着市场竞争的国际化,用户可以在更广泛的范围内选择自己需要的产品,用户对产品的质量、价格和新颖性的要求越来越高。许多企业都在探索如何在这种新环境中生存和发展。大批量定制(MC, Mass Customization)就是一种很有前途的生产模式。大批量定制又称大规模定制、大规模客户化生产、批量定制、批量客户化等〔6〕。  从理论上讲,大批量定制要实现以大批量的低成本和短交货期生产用户定制的单件产品,但实际上,大批量定制可以看作是一种低成本、快速满足用户个性化需求的产品设计、制造和营销的新概念、新模式和新实践。大批量生产和单件产品的定制生产一直是两种水火不相容的生产方式。实现大批量定制不仅仅是技术问题,还涉及到组织、管理和技术的全面变革。真正实现大批量定制也并非是一个企业的事情,需要全行业、全社会的共同努力。因此,大批量定制是一个大系统工程。�  大批量定制从产品和过程两个方面对制造系统及产品进行了优化,或者说产品维(空间维)和过程维(时间维)的优化。其中,产品维优化的主要内容是:�  (1)正确区分用户的共性和个性需求;�  (2)正确区分产品结构中的共性和个性部分;�  (3)将产品维的共性部分归并处理;�  (4)减少产品中的定制部分。�  过程维优化的主要内容是:�  (1)正确区分生产过程中的大批量生产过程环节和定制过程环节;�  (2)减少定制过程环节,增加大批量生产过程环节。�  图2描述了大批量定制中的产品维和过程维优化的基本原理。这里将企业产品中的各种零部件分为两大类,一类是通用零部件,另一类是定制零部件。产品维优化方向是减少定制零部件数。这里还将产品的生产环节分成两部分,一部分是大批量生产环节,另一部分是定制环节,过程维优化方向是减少定制环节数。大批量定制的实质是要减少图2中的小矩形面积,理想的情况是该面积为零,但这实际上是不可能的。�  大批量定制的典型案例有:�  (1)美国莱维·斯特劳斯(Levi Strauss)服装公司:该公司可以向用户提供多达近千种不同的款式、花色,加上量体裁衣的服务,以保证用户获得称心如意的牛仔裤。用户只需多付10美元即可根据腰围等个人尺寸在流水线上定制。公司的营业额上升了三成,库存急剧减少,经营成本大幅降低。�  (2)宝洁公司(P&G):把洗发剂的配方增加到5万多种,只要顾客能拿出头发的油性酸性指标,就可以按通常价格给顾客定制专用洗发剂。�  (3)日本松下自行车工业公司:每辆车都是根据用户的身体重量和爱好特制的,价格仅比现成的型号高10%,两星期内交货。不同定制的自行车中,大量零部件则是采用标准化战略进行设计和制造的。�  (4)福特公司:发动机的模块化设计,即对6缸、8缸、10缸和12缸等不同规格的发动机结构进行调整,使其绝大部分组件都能通用,以尽可能少的规格部件实现最大的灵活组合。不同规格的发动机可在一条生产线上加工。每年节约数亿美元〔7〕。�  (5)海尔集团:以58大门类9200个规格品种为素材,再加上提供的上千种“佐料”——2万多个基本功能模块,经销商和消费者可自由地将这些“素材”和“佐料”组合,形成独具个性的产品。目前可以提供适合B2B2C的模块化网络家电9万种以上。�  (6)波音公司:面对结构复杂、品种繁多、零件数以百万计的大型民用客机,将飞机中的零部件分为三类:第一类是基本的、稳定的无个性特性件、第二类是用户的可选件、第三类是用户特定的零部件。由于前两类的数量占了一架飞机的工作量90%左右,这样接到订单90%的工作量已经完成或接近完成,这就大大缩短了生产周期,库存量也不高,生产成本也降低了。并且波音公司在飞机模块化设计的基础上,开发了一个飞机配置设计及制造资源管理系统。波音的销售代表在与用户谈判时,可以利用便携式计算机上的这个软件系统与用户协同配置飞机。这一软件能直接从构型库中存取数据。销售人员能向用户展示各种选项将如何影响飞机的价格和重量。这些信息有助于用户作出考虑周全的经营决策。  参考文献  1 顾新建,祁国宁.知识型制造企业. 北京:国防工业出版社,2000  2 晓科. 美国专家预测2001年至2030年间将出现的新兴技术. 中国专利报, 1998-02-18(1)  3 顾新建,祁国宁,等. 机械制造系统工程学.杭州:浙江大学出版社,1996  4 祁国宁,顾新建.计算机集成制造系统方法论. 上海:上海科学技术出版社,1996  5 顾新建,祁国宁,陈子辰. 网络化制造战略和方法. 北京:高等教育出版社,2001  6 〔美〕大卫 M. 安德森, B.约瑟夫.派恩.21世纪企业竞争前沿:大规模定制模式下的敏捷产品开发. 北京:机械工业出版社, 2000  7 薛福康. 登上世界汽车工业的金字塔—记著名美籍华人汽车专家顾永平.光明日报,1999-05-02(1)  8 宜君. 海尔洗衣机:从专为您设计到个性化按需定制. 人民日报网络版,2001-09-05  中国航天冲压发动机技术研讨瞄准世界前沿  当前,各国研制的以导弹武器为代表的飞行器,都在向着更快、更远、更准、更高的目标进发,而实现这一目标的关键技术之一,就在于发动机技术水平的不断提高。8月4日,由航天科工集团公司主办、三院31所承办的我国冲压发动机领域的盛会——2005年冲压发动机技术交流会,吸引了国内数十家科研院所、企业高校的约140名专家、学者到会。航天科工集团公司科技委主任夏国洪、副主任花禄森、黄瑞松参加了会议。  航天产品,动力先行。我国一直非常重视冲压发动机技术的发展,上世纪50年代末,三院31所率先开展了冲压发动机技术的研究,被业界称为“亚非拉,头一家”。经过40多年的发展,现已建立了比较完备的研发体系,研制出多种冲压发动机装备用于型号产品,多项研究成果获得国家科技进步奖。  “目前,各国研制的导弹武器都向着速度更快、射程更远的方向发展,同时,未来的航天运输系统也需要先进的动力系统来支撑。因此,冲压发动机以其特有的先进技术,将成为21世纪航空航天动力的宠儿。”31所所长薛亮对冲压发动机的发展前景做了前瞻式的预测。  其实,冲压发动机技术的“热度”从本次会议收到的100多篇论文中也可见一斑。许多专家学者都把目光瞄准了世界前沿水平。其中,刘兴洲院士所作的《冲压发动机技术研究进展》,从未来战争的一体化、信息化、中远程精确打击等特点出发,引申出冲压发动机的发展需求,并对冲压发动机的一体化设计、燃烧、燃料、材料、控制、试验等技术前沿领域进行了介绍和展望,向与会代表描绘了未来冲压发动机的发展蓝图。  本次会议交流研讨的学术气氛浓厚,许多论文水平较高,是对我国近年来冲压发动机的前沿研究、产品设计和工程实践的经验总结;同时,本次会议使各单位增进了了解,对今后加强合作,促进信息、资源、技术和市场的共享将起到积极作用。

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先进制造技术课程论文 1先进制造技术的特点  1.1先进制造技术是一个发展的概念  事物的先进性具有明显的相对性.先进制造技术是相对于传统制造技术而言的。某种现阶段先进的技术若干年后可能会显得落后,甚至被淘汰。尤其随着计算机科学和电子科学的发展及渗入融合到现代制造系统中,反映现代科学理论的系统论、信息论、控制论和智能理论与控制技术有机融合为一体,导致先进制造技术具有明显的时效性。因此,先进制造技术体系只有不断补充新技术、淘汰落后技术,才能永远保持其先进性。***隐藏网址***这里有详细的介绍  1.2多学科集成的特性  先进制造技术并不是指某一项具体技术,而是机械、材料、电子、信息、自动化、管理、环保等多门学科的理论和技术相互渗透。共同发展而形成的技术综合体。先进制造技术在性质上跨越自然科学、环境科学社会科学。特另是经济学和管理科学;同时又与技术科学和众多门类的工程技术相联系,是多种学科的集成。先进制造技术特别强调人、技术、管理三者的有机结合。

[绿色制造技术论文] 绿色制造论文 5000字

  绿色制造技术是以绿色理念为指导,综合运用绿色设计,绿色工艺,绿色包装、绿色生产等为一体的科学技术。下面是我整理了绿色制造技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下!

  绿色制造技术论文篇一

  PCBN刀具与绿色制造技术

  【摘 要】 聚晶立方氮化硼(简称PCBN)是目前利用人工方法合成的硬度仅次于金刚石的新型刀具材料,这种材料的物理性能、化学性能和优异的干切削特性,使之不仅适用于有色金属及其合金的切削加工,还适用于黑色金属及其合金的切削加工,在满足一定条件要求时,最符合绿色制造技术要求,具有非常广阔的发展前景。

  【关键词】 PCBN刀具 绿色制造 切削液 干切削 红硬性

  前言:绿色制造是一种现代化制造模式,是人类可持续发展战略在现代制造业中的体现。绿色制造,又称环境意识制造(Environmentally Conscious Mannufacturing)、面向环境的制造(Manufacturing For Environment)等。它是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的影响(负作用)最小,资源利用率最高,并使企业经济效益和社会效益协调优化。

  保护地球环境是21世纪最优先考虑的课题。在机械加工领域,一些保护环境措施的研究开发及其成果已得到广泛应用。目前,对节约能源和减少废物的主要加工方式,即干式、半干式切削加工技术、微量润滑切削、低温微量润滑切削等绿色切削工艺和应用技术的研究,正在加速进行。

  1 切削液的使用对绿色制造技术的影响

  在节约能源方面,机械制造中切削液所消耗的功率要占总功率的60%以上,切削液占生产成本的15%,而刀具费用仅占3%~4%; 因此,干式、半干式切削加工技术对节约能源是切实有效的。

  减少废弃物方面,主要是减少切削液的废液量。目前研究工作多致力于切削液的长效化和重复循环使用等技术的开发与应用。在切削液长效化(长寿命化)方面,切削液的合成化是开发的项目之一,而合成切削液是以化学合成的油剂为基液来使用的,它和水的亲和性要求我们必须处理产生的废水,切削液的传输、回收、过滤等装置及其维护费用较高,增加了生产成本。切削液还会使滑动部分润滑液被洗掉,切削液的渗漏、溢出会污染环境,易发生安全、质量事故,而且对电气系统产生不良影响。作为高压润滑油添加剂含在高负荷用切削液中的氯系化合物,在高温切削和废油燃烧处理时,可产生剧毒物,并影响加工表面质量,已开始逐步废除。作为清洁生产重要组成部分的绿色切削研究表明:干式切削和高速切削的有机结合将是一种理想的具有高效、低耗、优质、环境污染小、综合效益好的绿色切削,是未来机械切削加工的主流。

  2 干切削是绿色切削

  干式切削在机械加工中的作用,在于找到一种代替冷却和润滑的方法。目前,比较成功的干式切削法有两种:高速干式切削和低温冷风切削。

  2.1 高速干式切削法。该加工方法是在无冷却、润滑油剂的作用下,采用很高的切削速度进行切削加工。干式切削必须选用适当的切削条件。首先,采用很高的切削速度,尽量缩短刀具与工件间的接触时间,再用压缩空气或其他类似的方法移去切屑,以控制工作区域的温度。随着数控技术的广泛使用,机床刚性和动态性能不断提高,提高机床的切削速度并非难事。实践证明,当切削参数设置正确时,切削产生的热量80%可被切屑带走。

  2.2 高速干式切削法的优势。干切削加工工艺已在西方工业发达国家有了相当的应用。由美国Makino公司推荐的“红月牙”(Red Crescent)干切工艺,既可以充分发挥刀具的切削性能,与湿切相比又能大大提高生产率。其机理其实就是金属软化效应:由于切削速度很高,产生的热量聚集于刀具前部,使切削区附近材料达到红热状态,屈服强度下降,进而达到提高切削效率的效果。

  高速干式切削法有如下优点:首先,由于它省去了油屑分离过程,无冷却润滑油箱和油屑分离装置以及相应的电气设备,因此,机床结构紧凑。其次,这种方法极大地改善了加工环境;加工费用也大大降低。为进一步延长刀具寿命、提高工件质量做了保障。

  2.3 高速干式切削法对刀具的要求。高速干式切削法对刀具有严格的要求:①刀具应具有优异的耐高温性能,可在无切削液条件下工作;②切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小,并辅以排屑良好的刀具结构,减少热量堆积;③干式切削刀具还应具有比湿式切削刀具更高的强度和抗冲击韧性。

  总体而言,干切削工艺要求刀具是在较高切削温度下,被切材料强度有明显下降,变得易切削,而刀具材料的强度在同样状态下要有较好的红硬性及热稳定性,还要有较好的耐磨性和抗粘结性。

  3 PCBN刀具的使用可实现绿色干切削

  3.1 PCBN刀具材料。聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)是立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)颗粒加结合剂在高温高压下的烧结体,而CBN也是利用人工方法在高温高压条件下合成的,其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料。PCBN以优越的切削性能应用于切削加工的各个领域,尤其在高硬度材料、难加工材料的切削加工中更是独树一帜,适用于高速及超高速切削加工技术,能在高切削速度下长时间地加工出高精度零件(尺寸分散性小),精车后的淬硬钢表面粗糙度可达Ra0.3~0.6,尺寸精度可控制在0.013mm。大大减少了换刀次数和刀具磨损补偿停机所花费的时间。因此,很适合于数控机床及自动化程度较高的加工设备,并且能使设备的高效能得到充分发挥。

  3.2 PCBN刀具最符合绿色制造技术要求。立方氮化硼合金(PCBN)的热传导性和热化学稳定性使得之具备很高的热稳定性,加之其较高的硬度、高红硬性、高耐磨性及小摩擦系数,PCBN不仅适用于有色金属及其合金的切削加工,还适用于黑色金属及其合金的切削加工,最符合绿色制造技术要求,能加工如高速钢、硬质合金、陶瓷等传统刀具难以加工的新型工件材料,是国内外公认的用于硬态切削、高速切削以及干式切削加工的理想刀具材料,主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷涂材料等。在石油电站设备中使用的高合金耐磨铸铁,采用PCBN刀具较硬质合金刀具提高切削效率4倍以上,单件刀具成本下降为原来的1/5。另外在硬质合金等烧结材料的切削加工方面,PCBN刀具也显示了很好的切削性能。国外的汽车制造业大量使用PCBN刀具切削铸铁材料,PCBN刀具已成为国外主要汽车制造厂家各条生产线上使用的新一代刀具。   3.3 PCBN刀具在干切削时的切削参数选择。PCBN刀具在干切削时主要用于精加工和半精加工,它摩擦系数小,排屑流畅,散热速度快于被加工材料,只要选择合适的参数,PCBN材料高温下硬度损失小,加工速度达到一定值后,切削速度与刀具寿命关系便不再符合泰勒公式,切削速度高出一定数值后寿命反而增加,因为干切时切削温度高,PCBN刀具的红硬性和热稳定性,使之高温硬度损失少,而工件材料在高温下硬度损失大,硬度降低后更易于切削(简称金属软化效应),使切削加工更易于进行而不需要使用切削液。PCBN这些特性非常适于干切削加工高硬度材料,以车削、铣削、钻削代磨削可获得以往只有用磨削加工才能得到的加工表面质量,前提条件是正确选择切削参数。

  在选择刀道具几何参数时,往往刀尖部分研磨成圆弧(γε=0.4~1.2mm)来增强刀尖强度,刀刃研磨出负倒棱来增强切削刃强度,取小后角(?艽6°),前角?艽0°、后倾角=0°,主偏角依据机床刚度在45°~60°之间进行调整,具体根据加工情况而定。

  在切削用量的选择方面,切削速度、深度、进给量的选择均根据PCBN刀具材料的特有性能决定。如:高速或超高速的切削速度、1mm以下但不过于小的切削深度以及选择大的进给量(目的是为了产生金属软化效应),三方面的指标综合调整,使得高硬度材料的切削加工精度高,工件表面完整性好,切削表面纹理整齐、光亮、Ra?艽8μm,几乎不破坏工件表面组织、不产生退火软化层、无变质层,达到以车代磨的目的,可以降低成本,取得良好的经济效益。

  4 结束语

  综上所述,先进制造技术是当今世界制造业发展的主体技术,绿色制造技术是人们重视环境和合理利用资源的必然结果。干切削制造技术作为一种绿色制造的工艺,对于节省资源,保护环境和降低成本具有重要意义,而PCBN刀具非常适合硬态材料的干切削。经过十几年,尤其是近几年高速切削技术及刀具材料、涂层技术的不断研究突破,加之对环境要求的法律法规越来越严格,绿色制造技术的应用已越来越广泛,PCBN刀具材料的应用必将更加广泛。

  参考文献

  1 郭丽君.PCBN刀具在切削加工中的应用.农机化研究,2005(11):205-206

  2 谢国如.PCBN刀具在干切削中的应用研究.机械工程师,2006(2):82-83

  3 蒋向东.聚晶立方氮化硼刀具的性能及其选用.农机化研究,2006(2):133-134

  4 互联网.PCBN刀具在中国市场的应用现状与思考.中华机械网,2009-04-01

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浅谈虚拟制造技术及发展应用论文

浅谈虚拟制造技术及发展应用论文

  虚拟制造技术是在 CAD/CAM/CAE技术基础上发展起来的。一方面,CAD/CAM/CAE技术为虚拟制造的实现提供了较为成熟的技术基础,如建模技术、分析优化技术、制造过程仿真技术 、分析评价技术、设计分析评价技术和产品信息集成 、转换 、共享技术等。特别是特征建模技术在虚拟制造技术中占有极为重要的地位。另一方面,虚拟制造技术超越了CAD/CAM/CAE技术,CAD/CAM/CAE技术主要考虑产品本身信息的集成与建模,而虚拟制造技术还要考虑加工过程的建模等问题。

  1. 虚拟制造技术的基本概念

  虚拟制造技术VMT(Virtual Manufacturing Technology)是20世纪80年代后期提出并得到迅速发展的一个新思想。它是以虚拟现实和仿真技术为基础,对产品的设计、生产过程统一建模,在计算机上对产品从设计、加工和装配、检验、使用等整个生命周期进行模拟和仿真。采用虚拟制造技术,可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程,以此来优化产品的设计质量和制造过程,优化生产管理和资源规划,使产品的开发周期和成本最小化。

  2. 虚拟制造技术的主要特点:

  2.1 运用信息技术对制造系统的要素进行全面仿真和高度集成

  通过产品模型、过程模型和资源模型的组合与匹配来仿真特定制造系统中的设备布置、生产活动 、经营活动等行为, 优化制造系统各要素(人、技术、管理 、环境等)的整体配置.从而确保制造系统的可行性 、合理性 、经济性和高适应,为先进制造技术的进一步发展提供了更广大的空间,同时也推动了相关技术的不断发展和进步。

  2.2 人与虚拟制造环境交互的自然化

  虚拟制造环境是以人为中心,使研究者能够沉浸到由模型创建的虚拟环境中去,通过多种感知渠道直接感受不同媒体映射的模型运行信息,并利用人本身的智能进行信息融合,产生综合映射,从而深刻把握事物的内在实质。人与虚拟制造环境的交互有利于加深人们对生产过程和制造系统的认识和理解,有利于对其进行理论升华,更好地指导实际生产。也有利于对生产人员进行模拟操作训练、异常工艺的应急处理等,加快企业人才的培养速度。

  3 虚拟制造技术的研究内容与关键技术

  3. 1 虚拟制造技术的研究内容

  由于虚拟制造涉及的技术领域极其广泛,并且许多技术并非虚拟制造所特有,有些技术在其它领域也早有研究和应用,如 CAD/CAM/CAE技术为虚拟制造的实现提供了较为成熟的技术基础,多媒体远程通讯 、网络技术、信息集成 、三维实体建模技术等计算机各项技术的发展,为虚拟制造功能的实现提供了有力支撑。近年来,虚拟制造无论在基础研究 ,还是技术开发方面都取得了很大的进步,信息集成技术在虚拟制造中也得到了广泛的应用。但是虚拟制造技术并不是已有各单项技术的简单组合,而是对制造知识进行系统化组织,对工程对象和制造活动进行全面建模,在相关理论和已积累知识的`基础上实现集成。

  就目前的研究情况来看,虚拟制造技术针对产品生产与制造过程的拟实仿真、制造企业活动知识抽取、系统过程评价的中断介入等,这需要有高计算能力 、高速度、低成本的硬件和软件的支撑,而目前软件的发展远远滞后于硬件 ,虚拟制造技术要真正成为现代制造技术利器,还有许多相关技术有待研究和开发,虚拟制造技术的研究与应用有着巨大的潜力。

  3.2 虚拟制造的关键技术

  虚拟制造的关键技术可分为软硬两个方面。目前,这些技术仍处于发展完善之中,相比之下,软件方面的开发远远落后于硬件。

  软件方面的关键技术,包括制造系统建模 、产品开发和制造过程仿真以及可制造性评价等。软件技术是创建高度交互的、实时的、逼真的虚拟环境所需的关键技术。在进行软件开发时,要考虑虚拟环境的建模以及所建环境的可交互 性、可漫游性等。

  软件方面涉及的主要技术有可视化技术,即将各种信息以一种有意义 、可理解的虚拟方式显示给用户;环境构造技术开发,即一种像通用操作系统那样的环境,以便促进可视化和其它VM功能;信息描述技术,即采用不同的方法、不同的语义或语法表达不 同的信息,集成结构技术,建立硬件和软件技术;仿真技术,在计算机中设计制作实时系统模拟的过程;方法论,找出用于开发和使用VMS 的方法;制造的特征化技术。获取、测量和分析影响制造过程中材料去处的变量;VMS 的实施、测量和检验技术;在VM 环境下的人——机、人——人等关于人机工程学方面的评价和优化技术。

  硬件方面涉及的主要技术有输入/输出设备,如头盔式立体显示器(HMD ) ,适用的计算机屏幕、可视化眼镜,数据手套、三维鼠标、数据衣服、虚拟音响设备;与输入/输出有关的存储信息设备;能支持各种设备、数据存储和高速运算的计算机系统,该系统应具有按用户需求实时提供高质量画面的能力;网络体系结构设备和不同站点的硬件设备(如小型机、图形工作站、PC 机等)。

  通过软硬技术的结合,建立虚拟现实计算平台,在VRS 中综合处理各种输人信息并产生作用于用户的交互性输出结果的计算机系统。

  4. 结束语

  虚拟制造技术是一门新兴的先进制造技术,本文从虚拟制造的特点、虚拟制造的研究内容以及几个关键技术出发,对虚拟制造的研究现状、存在问题和研究方向进行了综述和评议。可以看出,尽管近年来国内外取得了一定的研究成果,但还有许多难题需要进行进一步深人的研究,特别是制造系统建模和仿真以及面向虚拟产品开发全过程的集成系统等有待研究和开发,相信通过全世界虚拟制造研究人员的努力,数字化制造的时代一定会到来。

  参考文献:

   黄炜.虚拟制造技术及其研究.苏州职业大学学报,2006.(11)

  肖田元.虚拟制造.北京:清华大学出版社,2004.

   贾广飞,葛敬霞,印建平.虚拟制造技术及其在我国的发展策略

   薛浩然.虚拟制造技术发展策略浅析.山西电子技术 ,2003, (3):37—38.

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求:有关机械制造与自动化的论文 7000字左右

先进机械制造技术在我国的应用摘要】分析了我国先进机械制造技术的特点及发展现状的同时,进一步阐述了我国先进机械制造技术的发展趋势。【关键词】先进制造技术;机械制造;应用(下转第119页)0引言机械制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为目标,包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。随着社会的发展,人们对产品的要求也发生了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。1先进制造技术的特点1.1是面向21世纪的技术先进制造技术是制造技术的最新发展阶段,是由传统的制造技术发展起来的,既保持了过去制造技术中的有效要素,又要不断吸收各种高新技术成果,并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。先进制造技术与现代高新技术相结合而产生了一个完整的技术群,它是具有明确范畴的新技术领域,是面向21世纪的技术。1.2是面向工业应用的技术先进制造技术并不限于制造过程本身,它涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容,并将它们结合成一个有机的整体。先进制造技术的应用特别注意产生最好的实际效果,其目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长;目的是要提高制造业的综合经济效益和社会效益。1.3是驾驭生产过程的系统工程先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合,使制造技术成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。1.4是面向全球竞争的技术20世纪80年代以来,市场的全球化有了进一步的发展,发达国家通过金融、经济、科技手段争夺市场,倾销产品,输出资本。随着全球市场的形成,使得市场竞争变得越来越激烈,先进制造技术正是为适应这种激烈的市场竞争而出现的。因此,一个国家的先进制造技术,它的主体应该具有世界先进水平,应能支持该国制造业在全球市场的竞争力。1.5是市场竞争三要素的统一在20世纪70年代以前,产品的技术相对比较简单,一个新产品上市,很快就会有相同功能的产品跟着上市。因此,市场竞争的核心是如何提高生产率。到了20世纪80年代以后,制造业要赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的矛盾。先进制造技术把这三个矛盾有机结合起来,使三者达到了统一。2先进机械制造技术的发展现状近年来,我国的制造业不断采用先进制造技术,但与工业发达国家相比,仍然存在一个阶段性的整体上的差距。1)管理方面。工业发达国家广泛采用计算机管理,重视组织和管理体制、生产模式的更新发展,推出了准时生产(JIT)、敏捷制造(AM)、精益生产(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理,多数小型企业仍处于经验管理阶段。2)设计方面。工业发达国家不断更新设计数据和准则,采用新的设计方法,广泛采用计算机辅助设计技术(CAD/CAM),大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用CAD/CAM技术的比例较低。3)制造工艺方面。工业发达国家较广泛地采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高,尚在开发、掌握之中。4)自动化技术方面。工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS),实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段,柔性制造单元和系统仅在少数(上接第116页)企业使用。3我国先进机械制造技术的发展趋势1)全球化。一方面由于国际和国内市场上的竞争越来越激烈,例如在机械制造业中,国内外已有不少企业,甚至是知名度很高的企业,在这种无情的竞争中纷纷落败,有的倒闭,有的被兼并。不少暂时还在国内市场上占有份额的企业,不得不扩展新的市场;另一方面,网络通讯技术的快速发展推动了企业向着既竞争又合作的方向发展,这种发展进一步激化了国际间市场的竞争。这两个原因的相互作用,已成为全球化制造业发展的动力,全球化制造的第一个技术基础是网络化,网络通讯技术使制造的全球化得以实现。2)网络化。网络通讯技术的迅速发展和普及,给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行。此外,网络通讯技术的快速发展,加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习,推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。3)虚拟化。制造过程中的虚拟技术是指面向产品生产过程的模拟和检验。检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性,以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标,进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真,通过仿真软件来模拟真实系统,以保证产品设计和产品工艺的合理性,保证产品制造的成功和生产周期,发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。4)自动化。自动化是一个动态概念,目前它的研究主要表现在制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造技术和适应现化生产模式的制造环境等方面。制造自动化技术的发展趋势是制造全球化、制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化。5)绿色化。绿色制造则通过绿色生产过程、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品,产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响,同时使原材料和能源的利用效率达到最高。4结束语制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志,也是国际间科技竞争的重点。我国正处于经济发展的关键时期,制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上发展先进制造技术的世界潮流,将其放在战略优先地位,并以足够的力度予以实施,才能尽快缩小与发达国家的差距,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。总之,在我国研究和发展先进制造技术势在必行。参考文献.森林工程,2002(3):23-25..石油机械,2002(11):36-38.

先进制造技术的论文(先进装备与制造技术(求论文))

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