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4.1 现代制造过程和发展趋势综述
中国现在以制造大国著称，世界各地都能看到“中国制造”（Made in China）的产品或货物。本讲介绍现代制造业采用的基本工艺，以及为迎合现代社会生产、生活、交通、运输、旅游，科研、生产、教育和经济发展方方面面的多重需求，由20世纪早期和中期的规模制造（mass produc-tion）发展到根据用户需求生产，灵活多变，款式多样，快速创新生产。中国机械工业联合会特别顾问朱森第日前在第三届中德先进制造技术探讨会上发表的题为《中国先进制造技术2030年路线图》的演讲中提及：制造业在中国工业化的进程中扮演了重要角色，未来10～20年，制造业的发展和提升仍将是中国国民经济发展的重要推动力。而中国制造业将从要素投入驱动、传统增长方式和出口拉动转为创新驱动、绿色低碳、智能制造、服务性制造和内需拉动。
朱森第认为，世界机械制造业发展的大趋势为：市场多样化、个性化；产品的高效低耗、大容量、高参数化；服务在价值链中的增值化；生产过程及设备的柔性化；产品和制造过程的绿色化；企业的虚拟化和制造的网络化；与以信息技术为代表的高新技术融合，实现产品、设计、制造、管理的数字化。《路线图》将机械工程技术发展趋势精炼地概括为：绿色、智能、超常、融合和服务，这也是未来机械制造业发展的走向。
在《路线图》涉及的11个技术领域中，产品设计、成形制造、智能制造、精密与微纳米制造、再制造及仿生制造是机械工程技术中的基础共性技术领域。
未来产品设计将更具多样化、个性化、精细化和超常化的功能与性能；具有更高的性价比和效能比，能更快地适应市场响应速度；具有更优的生态性、更丰富的文化内涵和情感表达。预计到2020年，我国将基本掌握大部分重大机电装备系统及其核心零部件的设计技术，通用的现代设计技术将在大型企业得到推广应用。到2030年，我国自主研发的设计工具软件将得到广泛应用，我国将在机电装备设计和制造领域进入世界先进行列。
同时，成形制造技术将朝着超常工况条件下的零件成形方向发展，朝着结构轻量化、成形件精密化方向发展，并向数字化、信息化、智能化方向发展，同时实现资源节约、环境友好、可持续发展。到2030年，我国与先进工业化国家的差距将缩短到10年，达到发达国家20世纪80年代时的水平。
智能制造技术是市场的必然选择，是先进生产力的重要体现。到2020年，在智能感知、学习、推理、决策、执行、服务等方面掌握一批技术，形成一批产业。到2030年，开放应用即插即用技术和系统，能够学习推理、自律的智能装备将形成批量，可重构、自组织、协调优化的智能制造系统将得到应用。
所谓制造业，按先前的说法，多从重工业和轻工业方面来分，现在又常说第三产业（the third industry）。总之，产业指生产物质产品的集合体，包括农业、工业、交通运输业等部门，一般不包括商业。中国的产业划分是，第一产业：农业（包括农、林、牧、渔各业），除了其中的农副产品加工、食品加工外，直接耕作和养殖的农、林、牧、副、渔不属于制造业；第二产业：工业（包括采掘、制造、自来水、电力、蒸汽、热水、煤气和建筑各业），其中只有工业制造（其中当然包括汽车、轨道车辆的机车、车厢制造，船舶工业、航空航天、环保产品制造）是典型的制造业；第三产业：流通部门（包括交通运输、邮电通信、商业、饮食、物资供销和仓储等）和服务业（包括金融、保险、公用事业、居民服务、旅游、教育、文化等）。上述部门很多既是制造业，又是产品的目标群体部门，而广大消费者，如城乡居民，包括全部人口又是最大的消费群体。
在新的人类历史进程中，材料、能源、信息以及生物技术已成为国家经济建设的支柱产业，其中材料技术占有十分突出的地位。20世纪四五十年代，材料的开发应用主要围绕机械制造业。因此，主要发展了以一般力学性能材料为主的金属材料。20世纪90年代以后，科学技术不断发展，材料工艺不断进步，从而全面推动了新材料的开发和应用，极大地提高了材料的性能和质量。可以看出，没有新材料就没有科技发展的物质基础。因此，在产品的开发、设计、制造过程中，一个合格的工程技术人员必须具备工程材料的基本知识，只有了解了材料的机械性能、物理性能、化学性能以及工艺和经济等各种性能，才能根据使用要求，合理地制定工艺方法，合理地选材和加工，生产出合格的产品。
凡与工程有关的材料均可称为工程材料。工程材料按其性能特点可分为结构材料和功能材料。结构材料通常以硬度、强度、塑性、冲击韧性等力学性能为主，兼有一定的物理、化学性能。而功能材料是以光、电、声、磁、热等特殊的物理或化学性能为主的功能和效应材料。
工程材料种类繁多，通常按化学分类法进行分类，分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料等。
描述工程材料的大小、性能和规格的常用方法如下表所示：
Properties of Different Types of Engineering Materials
Notes:
（1）MN/m 2 ：国际单位制（SI）中压强、应力、抗拉硬度等的单位，表示megaton per squaremeter（兆牛顿/平方米），通常多写成MN/m 2 ，可用MPa（兆帕）代替，1 MN/mm 2 与1MPa相等。
（2）GN/m 2 ：国际单位制（SI）中主要用于表示拉伸模量的单位，意为giganewton per squaremeter（十亿牛顿/平方米），多用GN/m 2 表示，可以Gpa（兆帕）代替，1 GN/m 2 与1Gpa相等。
（3）kg/m 3 ：国际单位制（SI）的密度单位，表示kilogram per cubic meter（千克/立方米），通常写成kg/m 3 。
商品的名称和品牌（或制造厂商）必定与它的制造者联系起来，因为制品和天然物或自然产生的东西是不同的。环视我们的周围，制品比比皆是。桌椅、板凳、书报、杂志、眼镜、眼药、手套、手镯、汽车、自行车，计算机、电视机、收音机、乐器、运动鞋和网球拍等。凡人造之物，皆可称为制品。
厂商和产品命名规则虽然牵涉到很多因素，但依然有规可循。而且，在今日内外竞争激烈的背景下，要想在国际贸易中立于不败之地，提升企业、公司的国际知名度，打入竞争激烈的国际市场，创建国际知名品牌，就必须遵守国际间英语使用的惯例（规则），使用各国共同认可的英语语言、践行国际间的通行说法，规范英语的表达。根据国家相关规定，中文公司名称应由A、B、C、D四个部分组成。其中，A代表公司注册地址，B代表公司商号名，C代表公司生产对象或经营范围，D则代表公司的性质，如：广州市官桥彩印有限公司。其中，“广州市”是A，代表公司注册地址；“官桥”是B，代表公司商号名；“彩印”是C，代表公司经营范围；“有限公司”是D，代表公司性质。
我国当前在将企业字号译成英文时，一般是简单地采用汉语拼音。用汉语拼音来取代英译有几个好处：①简便易行，容易流行；②汉语拼音比英译更有利于保证企业专名的唯一性；③盲目译成有意义的英文词，可能会与某个消费群体所在国的禁忌发生冲突，造成不良后果，而采用对外国人来说毫无意义的汉语拼音却可以有效地避免这种现象。但是，用汉语拼音取代英译的弊端也很明显，纯粹的汉语拼音组合，要起到取悦外国消费者的目的，实在很难；组合拼音形式笨拙，且往往过于冗长，违反了企业字号应简短易记的规则；一个优秀的企业字号应能够使消费者产生某种积极的联想，这一点汉语拼音更是难以做到。
所以，一般情况下，企业字号可以用汉语拼音，我们也有很多成功的例子，如海尔集团（Hai-er），但如果真想要拥有一流的、有助于开拓国际市场的企业名称，多数情况下需下一番苦功，取一个叫得响、“秀”得出的国际化字号。当然，起字号名已经超出了普通翻译的范畴，经过“起字号”处理的企业名称，可以是中文字号和英文字号一一对应，也可以毫不相干。
看看以下一些著名公司的例子：
本田公司的英文名HONDA是日文“本田”的音译。
东芝公司的英文名rOSHIBA是日文“东芝”的音译。
海尔公司的英文名Haier是汉语“海尔”的音译。
雅弋尔衬衫公司的英文名Youngor是younger（年轻人）的变体。
中国联通的英文名Unicom是“联合通信”的英译United Communications的组合词。
科龙电器公司的英文名Kelon是汉语拼音Kelong的变体。
国美电器公司的英文名garmaid，使人联想到garage maid（洗车美女）。
通过以上例证我们可以学到几条起英文字号的经验：（1）所有的字号，不管是纯英文、生造英文还是汉语拼音，都必须简洁易记。如海尔公司的拼音Haier就是个佳例。
（2）应尽量修正为适合英语受众诵读的英文字号，使其易于为世界各地的消费者所接受。如康佳彩电不机械照搬汉语拼音Kangjia，而改成读音近似，而形状更具英语特色的Konka。
（3）尽量与中文拼音音似，或者在词义上与中文源语有某种关联，让国内人看了能很容易地与中文字号联系起来。像联想公司取的英文名Legend（英文释义为：传说）完全是一个再造的英文词，跟“联想”毫无关系，总让人觉得不合拍，后来又改为Lenovo。Lenovo应来源于拉丁语，Le是冠词，novo意为“新”。需知，当今中国，或者扩大至整个华人世界，既懂英语又懂中文的双语人群体日益壮大，企业在起名时也应照顾这部分人的感受。
企业名称不一定要有什么含义，像著名运动鞋公司耐克，其英文名Nike是“胜利女神”的意思，但译成汉语后，谁也不会想到它跟女神有关联，光从字面，也难以想到其跟“鞋”的关系，可是这些并不影响其作为著名品牌在中国。
我国已有许多大企业按前述原则为自己确定了量身定做的字号，例如：海信，Hisense；康佳，Konka；乐华，Rowa；美的，Midea；格兰仕，Galanz；高路华集团，Conrowa；创维电子，Sky-worth；西泠电器，Serene；雅戈尔，Younger等。
其实，世界上著名的商业公司在的产品命名上，也都是花费过不少心血的。
以美国的可口可乐公司为例。该公司成立于1892年1月。可口可乐饮料是在1886年5月由制药商J.S.彭伯顿发明的。他就在亚特兰大自家的彭伯顿制药公司里创制出这种饮料。公司的会计员F.M.鲁宾逊为这种饮料取名为CoCa-Cola，因为它含有南美的CoCa叶精和非洲的Cola树子两种主要成分。从英文角度讲，CoCa-Cola含三个［κ］音，有力/对称，容易上口，方便记忆，非常成功，很快出了名。而该商标的后半部Cola不是一个注册商标，因此当时市场上出现了好多以Cola为名的其他饮料，其中包括：Fig-Cola，Candy-Cola，Cold-Cola，Cay-Cola和Kaca-NoLa等。后来，所有这些“商标”都于1916年被法院宣布为非法，CoCa-Cola受到法律的保护。F.M.鲁宾逊用十分流畅的笔迹写成的CoCa-Cola被使用至今。值得庆幸的是，CoCa-Cola的名字，音译成汉语为“可口可乐”，与这种饮料的口感挂上了钩，更使其芳名和亿万中国饮用者贴紧了心。目前，CoCa-Cola已成为世界第一名牌商品，其商标价值高达244亿美元。
再说奔驰（Benz，奔驰汽车公司是德国最大的企业，1990年销售额为542亿美元）。该商标名源于德国工程师、发明家、第一台汽油发动的汽车创始人K.Benz（1844-1929）的名字。奔驰牌汽车设计先进，外观豪华，行驶速度快而平稳，乘坐舒适。奔驰轿车车身较重，性能良好，功能多样，即使在高速公路上全速奔驰，也不至于浮起或摇晃。它的汉译名称“奔驰”，实为商标音意兼译的杰作。
又如国际商用机器公司（IBM）的起名。IBM是The International Business Machine Company的缩写，即美国国际商用（或办公）机器公司，是世界最大的机械公司。名字太长会影响其形象和消费者的记忆，因此其以缩写词IBM而著称。
制造商为了给自己的产品起个好名字，不惜花重金向著名心理学家和语文学家求救。例如，美商强生（Johnson&Johnson）公司，出产一种原名为Modess的背胶免带式卫生棉。Modess译为的“摩黛丝”已经够好听了。但是为了占领更多的市场份额，他们根据外国产品，在命名上遵守“直（音）译为主、意译为辅”的原则，经过企业构思与过滤，遴选出了“梦的丝”、“摩黛丝”、“摩登适”、“美贴适”、“美的适”、“美的舒”、“吸乐美”、“好自由”等多个候选名称，在台湾举办了多场命名评价测验，结果“梦的丝”脱颖而出，成为最为受测者喜欢的名称，其可能原因是“梦的丝”最能适应一些少女的梦幻、神话、诗情画意的联想。次为“摩黛丝”，原因则可能为少女们带有一点成熟、稳重之感。
计算机集成制造系统（CIM）是一种正在发展起来的新型制造系统。这种制造系统能够通过自动完成许多工序而更有效地制造产品，不必不断地进行人工控制。让我们先了解一下这种制造系统：为什么需要CIM；CIM是什么；ClM是如何运行的；CIM的效果是什么。
几年前，制造厂商把他们的产品卖给住在附近的消费者。现在情况不同了。加工制成品可以销往世界各地。现今的产品市场已是全球性的市场了。
这种全球性的市场是高度竞争的。要理解这一点，请看一下高速公路上或停车场内停放的汽车，其中有多少是外国车？再看看任何一家商店里的鞋或服装上的标签，其中有多少不是美国生产的？美国厂商很早就开始将产品在本国和其他国家销售。为了竞争，制造厂商必须以最低的成本生产出最好的产品。
（1）对灵活性的要求。
为保持竞争力，制造厂商们需要灵活性。他们必须做到迅速适应不断变化的市场，迅速而方便地更新产品，他们特别需要在没有大量材料库存的情况下做到这些。
（2）批量和品种。
储存原材料、在制品和成品需要花钱，减少库存量就能降低成本。另一方面，制造商要能够生产不同品种的产品，但是这样通常又要求有大量的库存。这就是批量与品种相矛盾的窘境。高产量意味着较低的成本，但是又需要有品种的多样化。这就是发展计算机集成制造的主要理由之一。
（3）产品更新。
为了迅速地更新正在生产的产品，就需要有灵活性。这样做通常有两个理由：设计的变化和工艺的变更。
（4）改进。
在新近的汽车款式展销会上，五月份生产的汽车，与上年度十月份生产的相比，会有一些重要的，但是不易觉察的变化。一旦在产品中发现了缺陷，就必须加以改进。这些改进要求对制造作相应的调整。
人们很可能猜想到计算机集成制造的关键元素是计算机，实际上，这要求许多台计算机一起工作。一家公司的主机可能放在中央区域，每个工厂也都有自己的计算机，同时在各个部门又分布着许多小型计算机。在计算机集成制造系统中，所有这些计算机都用来进行高效率的产品制造。
计算机以三种基本方式融入制造过程，即制订计划、进行生产和控制。计算机可以用来对产品及其生产进行规划，它帮助工程师和计划制订人员更快、更准确地完成工作。在计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）中就涉及这方面的内容。
（5）制订生产计划。
工艺规划人员使用计算机辅助工艺规程软件（CAPP）。利用这种软件，工艺规划人员可以迅速决定最佳生产流程和所需的制造时间。
利用计算机也可以更快地进行零部件数控编程和计算机数控编程。利用计算机可以进行多种决策，而投入的人力极少。
也许你已经了解如何制订材料需求计划（MRP）。这些程序帮助规划材料的使用。另一种形式的程序也称为MRP。这个MRP指的是制造资源规划。这类规划不仅涉及材料需求，而且涉及人员、时间和资金要求。计算机模拟用于分析产品的设计，也有助于制订计划。模拟意味着假设。在计算机进行模拟时，须将对生产要素的估计输入到计算机中，然后由计算机模拟以后的状况。在实际生产开始之前，设计中的问题或缺陷将会被发现并得到改正。这就能为后续的生产节省时间和资金。
数字控制是指通过存储在纸袋或磁带、表卡、计算机磁盘上的数据或由计算机直接输出的信息来控制机床的操作。自动演奏钢琴是一个较早的利用穿孔纸带输出指令的例子，要演奏的乐符（指令）在钢琴乐谱上被编制成一系列小孔（像穿孔磁带那样），然后由钢琴（利用脚踏的琴箱为动力的风动装置）读出（执行指令）。
因为采用的是数字信息，所以这个概念被称为数字控制（NC），数字控制就是通过一系列的刀具与工件的动作指令来实现机床或其他加工设备的操作。这些指令的有序集合构成了一个数控程序，该程序可重复使用而获得完全一致的结果。机床进行人工操作也许可以制造出不可超越的优质加工产品，却不能保持产品质量的一致性。NC不是一种加工方法，而是一种加工控制方式。数控技术被认为是20世纪制造业最神奇、最具成果的进步。
早期的数控设计是将控制装置安装在现有的机床上来实现数字控制的。随着经验的获得，数控机床在整体操作方面要比传统机床效率更高。而这种控制技术对于生产设备的适应范围也越来越广，在检测、弯管、火焰切割、包线、电子芯片的电路板填充、纤维制品的激光切割、绘图设备和制造工艺规程等方面都已经成功地应用了数控技术。有些情况下，添加的控制系统比本体机床要昂贵，但这笔花费常常是值得的，与以前的电子技术相比，，固态集成电路使得控制技术的实现更为可靠，也更为廉价。
数控技术可以使用在原材料相似的加工场合，还可以应用在生产尺寸各异、几何形状复杂的零件加工中。其应用适合中小批量加工，以及每个工件要求加工工序相似的加工场合。这种技术也能使那些需要经常变换产品的生产厂家从中获益。
数控机床具有很多优点，包括对切削速度和进给量、工件定位、刀具选择和排屑等的程序优化。NC技术的应用已经使现有的机床设计发生了一定程度的变化，数控机床具有自己的独特特点。例如，转塔车床的转动架由原先的水平置于机床的前部改为倾斜地放置于后部。采用了这种结构，在转塔上就可以放置大量的刀具。
NC技术还促成了刀具库加工中心的发展。在可安装24把刀具的刀具库加工中心，每一把刀具都可以根据程序进行选择和使用。这样的加工中心几乎可完成所有类型的加工，如铣、钻、镗、表面加工、定点加工和沉孔加工。有些加工程序可以经过编程而同步进行。NC程序可以实现对所有现存刀具库中的切削刀具的选取和放回，如果设备允许的话，还可将刀具安装到主轴上。零件可以在托盘之间装载和传送，可以进行旋转加工以及加工后的检测。另外，NC技术的采用也使得在加工中利用机器人操作成为可能。