機械與其他應用科學的關系

1、機械與其他應用科學的關系機械的重要性與未來發(fā)展學生姓名：金冠敬學號：r120401135120401135專業(yè)：機械設計制造及其自動化提交日期：20132013年9 9月2323日摘要機械涉及的知識面很廣，電、光、熱、材料、數(shù)學、力學、運動 學、流體、化學、物理、生物、 它都要用到。所有應用科學對 機械都有用，所有應用科學也離不開機械的協(xié)助，通過機械我們可 以生產(chǎn)出科學究所用到的儀器。如：生產(chǎn)光學儀器，力學器件等 等。反之也可以通過科學理論對機械設備進行改進和維護研究所用 到的儀器。如：生產(chǎn)光學儀器，力學器件等等。反之也可以通過科 學理論對機械設備進行改進和維護，機械可以說用到各個其他應用 科

2、學，各個其他應用科學又基本離不開機械。關鍵詞：機械，其他應用科學，重要性，未來發(fā)展 從機械專業(yè)的角度來說：機械具有相當重要的基礎地位。機械是現(xiàn) 代社會進行生產(chǎn)和服務的五大要素（即人、資金、能量、材料和機械） 之一。在馬克思說到工業(yè)社會時候，說工業(yè)社會，尤其是大工業(yè)社 會，即用機器生產(chǎn)機器的時代。無論從生活中接觸的各種物理的裝 置，如電燈電話電視機冰箱電梯等等都包含有機器的成分，或者包 含在廣義的機械之中，而從生產(chǎn)中來看，各種機床，自動化裝備， 飛機，輪船，神五，神六等等，都缺不了機械。更不用說化工廠， 電廠等。所以，毫不夸張的說，機械是現(xiàn)代社會的一個基礎。如果 有人要說農(nóng)業(yè)也是基礎的話，也無可

3、厚非，但是在現(xiàn)代的社會來 說，機械做為整個工業(yè)和工程的基礎，可以毫不夸張的認為也是社 會一根大柱子。任何現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)和工程領域都需要應用機械，就是人 們的日常生活，也越來越多地應用各種機械了，如汽車、自行車、 鐘表、照相機、洗衣機、冰箱、空調(diào)機、吸塵器，等等。機械的重要性機械制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，它的發(fā)展直接影響到國民經(jīng) 濟各部門的發(fā)展 ,也影響到國計民生和國防力量的加強 ,因此 ,各國都 把機械制造業(yè)的發(fā)展放在首要位置。隨著機械產(chǎn)品國際市場競爭的 日益加劇 ,各大公司都把高新技術注入機械產(chǎn)品的開發(fā)中 ,作為競爭取 勝的重要段。1 1 機械制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè) 國民經(jīng)濟中的任何行業(yè)

4、的發(fā)展 ,必須依靠機械制造業(yè)的支持并提供裝備。在國民經(jīng)濟生產(chǎn)力構成中,制造技術的作用占 60% 以 上 。 美 國 認 為 社 會 財 富 的 來 源 機 械 制 造 業(yè) 占 68%。當今制造科學、信息科學、材料科學、生物科學等四 大支柱科學相互依存 ,但后三種科學必須依靠制造科學才能 形成產(chǎn)業(yè)和創(chuàng)造社會物質(zhì)財富。而制造科學的發(fā)展也必須 依靠信息、材料和生物科學的發(fā)展,機械制造業(yè)是任何其他高新技術實現(xiàn)工業(yè)價值的最佳集合點。例如,快速原型成型機、虛擬軸機床、智能結構與系統(tǒng)等,已經(jīng)遠遠超出了純機械的范疇 ,而是集機械、電子、控制、計算機、材料等眾多 技術于一體的現(xiàn)代機械設備 ,并且體現(xiàn)了人文科學和

5、個性化 發(fā)展的內(nèi)涵。 從美國來看 ,自二次世界大戰(zhàn)以來 ,美國對機 械制造業(yè)的發(fā)展十分重視。從50 年代以來 ,在美國大學中設置工業(yè)工程專業(yè) ,培養(yǎng)機械制造系統(tǒng)人才 ,著眼于世界市場競 爭,企圖霸占國際制造業(yè)市場。 50 年代初 ,當?shù)谝慌_數(shù)控機床 在美國麻省理工學院誕生以后,美國在機械制造業(yè)中采取的主導政策是走數(shù)控和計算機群控,實現(xiàn)機械制造業(yè)中占主導地位的中小批量生產(chǎn)自動化的道路,以提高生產(chǎn)效率。但實踐證明這一策略未能秦效,在機械制造業(yè)的國際競爭中,德國和日本是勝利者。 70 年代轉向吸取德、日經(jīng)驗,使中、小批量生產(chǎn)通過成組技術 (GT) 實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性化和自動化。 1979 年美國國會通

6、過議案撥款發(fā)展柔性化制造系統(tǒng),并于 80年代末完成了高度柔性化的全自動化小型工廠 (small work) 標準化工作 ,并向中小型企業(yè)推廣。但由于忽略了市場的多 變性和人因的作用 ,在與德、日的競爭中未能占上風,而使機械制造業(yè)每況愈下,一度認為機械制造業(yè)已成“夕陽工 業(yè)”。通過 10 年論證 ,從概念上實現(xiàn)了從柔性制造到敏捷制 造的轉化 ,把宏觀的國際市場需求與具體的公司生產(chǎn)密切結 合 ,充分發(fā)揮人的因素 ,形成對市場的快速反映,提出了敏捷制造的新概念。2.2. 敏捷制造 (Agile(Agile Manufacturing)Manufacturing) 2121 世紀機械制造 業(yè)的發(fā)展趨勢

7、機械制造業(yè)在國際市場的激烈競爭中 ,美國屢屢受挫。 70年代后 ,機 械制造業(yè)被看成是“夕陽工業(yè)”。產(chǎn)業(yè)衰退 ,巨額貿(mào)易赤字 ,經(jīng)濟空前 滑坡 ,有關工業(yè)競爭“關鍵問題”討論將近10 年。 1986 年在美國科學技術基金會(NSF)支持下，麻省理工學院(MIT)深入研究衰退原因和 振興對策,認為產(chǎn)品在上市的時間(T)、質(zhì)量(Q)、成本(C)和服務(S)等 產(chǎn)品競爭四大關鍵因素中 ,質(zhì)量已不再是市場競爭的最大優(yōu)勢。 創(chuàng) 新周期縮短和全球化市場的形成 ,企業(yè)面臨著不可預測 和不斷變化 的市場 ,只有快速響應市場需求 ,提供滿足用戶個性需求的產(chǎn)品 ,才能 在競爭中取勝。 1988 年美國通用汽車公司

8、 (GM) 與李海大學 (Lehigh University)工業(yè)工程系共同提出一種新的制造企業(yè)戰(zhàn)略敏捷制造(Agile Manufac2turing), 并成立了國家制造科學中心 (NCMS) 和制造信 息資源中心 (MIRC), 得到國家自然科學基金會、國防部、商業(yè)部和 眾多公司支持 ,經(jīng)國會聽證后向聯(lián)邦政府提出建議?，F(xiàn)在由政府部門 主持、企業(yè)與大學共同參與研究、開發(fā)和應用,稱為 21 世紀制造企業(yè)的戰(zhàn)略。1敏捷制造的思路 敏捷性體現(xiàn)在 : 持續(xù)變化性 ( 產(chǎn)品、技術、管理模 式 )、 快速反應性 (以適應市場的變化 )、質(zhì)量高標準、低費用。 實現(xiàn) 敏捷制造條件 :設備高度柔性 ,可編程性

9、和模式 化。信息系統(tǒng)標準化 和可維護性。人的因素和管理機構。實施方式 :虛擬公司、競爭合作,用戶參與設計與 制造 ,兼顧經(jīng)濟效益和社會效益 ,增加信息服務和 系統(tǒng)管理功能。2敏捷制造特色 革新制造企業(yè)的組織機構、管理策略與制度 , 建立 社 會化的虛擬公司。 提高從產(chǎn)品設計、制造、銷售全過程的整體 柔性。 在政府部門協(xié)調(diào)下 ,企業(yè)、高校和科研機構結合。用戶參與設計與制造。 發(fā)揮人因 (知識、技藝和創(chuàng)造性 )和信息的作用。 但歸 納起來 ,敏捷制造的主要特色是制造柔性和成 員間的合作。3敏捷制造在美國初見成效 美國 Ingersoll-R 公司空氣壓縮機敏捷 制造工程，原 新品設計需時812個月

10、，樣機制造和評定1218個月, 耗資50萬美元?，F(xiàn)只需原來1/31/2時間,花費12152萬美元。 美國計算機廠商康柏公司 ,1996 年啟動虛擬生產(chǎn)計 劃,與臺商合作在 深圳設廠 ,面向大陸 ,產(chǎn)品質(zhì)量、技術、開 發(fā)、運送、存貨都符合康 柏全球統(tǒng)一標準。員工技術水平和 工作態(tài)度也達到要求 ,這樣的虛擬 公司組合使計算機平均 價格下降 57 美元 ,市場競爭取得了巨大成 功?，F(xiàn)美蘋果 機、IBM、臺宏基、神達亦已運用此種模式組織生 產(chǎn)。4過程工業(yè)的敏捷制造策略指定統(tǒng)一質(zhì)量標準，如ISO-9000,經(jīng)濟效益與環(huán)境污染控制。3.3.制造柔性柔性制造是相對于原有的硬件式剛性制造系統(tǒng)而言 的,制造系統(tǒng)

11、 柔性化是適應多變市場需求的必要條件。1剛性制造 最早的機械自動化出現(xiàn)在美國通用汽車公司 ,稱為 Detroit-Type 自動化 ,它的出現(xiàn)從根本上改變了手工工場式的制造,但它適應不了需求多變和多品種小批量生產(chǎn)的要求 這種硬件式的制造系 統(tǒng)稱為剛性制造。2柔性制造系統(tǒng) (FMS) 60 年代英國 Molins 公司建成計算機控制 的自動化加工 系統(tǒng) ,它標志著硬、軟件結合 ,有高度應變能力的一種 新型 制造系統(tǒng) ,與 Detroit-Type 相對,稱為柔性制造系統(tǒng) (FMS) 并提出 制造柔性這一概念。從 70 年代普及數(shù)控技術和全 自動化技術至 80 年代,CAD、CAE、CAP、CAM

12、、CAD/CAE CAD/CAM、MRP、工 藝數(shù)據(jù)庫、物料傳輸?shù)葐雾椉夹g已經(jīng)日 臻完善。 90 年代的知識工程 和 AI 應用、優(yōu)質(zhì)低成本制造，并行工程等均以柔性為其主要研究內(nèi) 容。3制造柔性定義 制造柔性定義為 : 制造系統(tǒng)對外部因素變化的順 應（響應 ）能力和對系統(tǒng)內(nèi)部因素變化 （干擾、漲落或故障 ）的適應 能 力。敏捷制造要求制造柔性必須成為大系統(tǒng)的一部分,它 包括 :人員、設備儀器和軟件三方面的柔性 ,這樣才能保證 敏捷制造系統(tǒng)的快 捷響應能力。實現(xiàn)柔性制造說是容易做 時難。目前統(tǒng)計表明 90%以 上的制造系統(tǒng)只能加工1類零件,65%的系統(tǒng)只能加工210個品種 規(guī)格的零件。要生 產(chǎn)滿

13、足柔性性 ,則就要大大增加系統(tǒng)的復雜性 ,這 是個十分 復雜的問題。4.4.虛擬制造技術虛擬制造技術是一種新的人機界面形式 ,它是利用計 算機技術、 強大的軟硬件功能和其它交互設備 ,在計算機工 作平臺上 ,產(chǎn)生一個 虛擬環(huán)境。應用人類的知識、技術與感 知能力 ,與虛擬世界中的對象 進行交互作用 ,對所要進行的 產(chǎn)品設計和生產(chǎn)制造活動進行全面的建 模和仿真 （包括:產(chǎn) 品設計、加工裝配、物流、生產(chǎn)計劃、組織管理 等）。在產(chǎn)品 未生產(chǎn)出來前就實際地模擬出產(chǎn)品的設計開發(fā)和制造全 過 程,并對產(chǎn)品性能進行全面模擬實驗 ,預測產(chǎn)品的設計和制 造合理 性、產(chǎn)品性能和制造周期等 ,以達到最佳化。使產(chǎn)品的開

14、發(fā)生產(chǎn)周期 最短、成本最低、質(zhì)量最佳。 現(xiàn)在虛擬技術的范圍已經(jīng)從新產(chǎn)品開 發(fā)設計、制造擴 展到虛擬公司組合、市場開拓和營銷活動、產(chǎn)品技 術經(jīng)濟評 價等。而所有這一切均在計算機平臺上完成。由于虛擬制 造技術在面對激烈市場競爭中顯示出了巨 大的技術優(yōu)勢。因此 ,目前 已為各先進工業(yè)國家和公司所 極度重視。我國在機械工業(yè)部門主持 下,已于 1998年 9月 在北京召開了第一次“虛擬制造技術研討會” , 以推進虛擬 制造技術在我國的研究和應用。5.5.軟件技術計算機技術應包括 :計算機硬件和軟件兩大部分。其 中軟件技術 又是充分發(fā)揮計算機功能的必要基礎條件?？?以說只有通過計算機 技術（硬件和軟件 ）

15、的應用 ,一切先進 技術才能發(fā)揮作用?，F(xiàn)在軟件功 能已經(jīng)十分強大 ,幾乎在 涉及工程的一切領域中都可找到優(yōu)秀的軟件 作為技術支 持。對某種技術來說 ,在一定程度上也可說軟件功能就決 定了它的技術水平。6.6.管理技術管理是隨著資本主義的商品生產(chǎn)發(fā)展起來的 ,至今已 進入了一個 全新時代 ,它的歷程可歸納如下。1傳統(tǒng)管理 從 18 世紀后期至 20 世紀初 , 在手工業(yè)工場中憑管理 者經(jīng)驗辦事 ,管理者就是資本所有者 ,工人憑經(jīng)驗干活 ,師 傅帶徒弟。2科學管理 20世紀初至 40年代 ,這時由自由資本主義向壟斷資本 主義過渡 ,資本所有者與管理者分離 ,并從經(jīng)驗管理中總 結,使之系統(tǒng) 化、科學

16、化、理論化 ,進而指導管理實踐 ,形成 科學管理理論。代表 人物有泰勒 （美）、法約爾 （法 ）、梅奧 （美）等。 泰勒主張科學制定工 時定額 ,作業(yè)環(huán)境標準化、計件工 資、編制工藝規(guī)程、管理人員職能 制等。 法約爾提出了管理的 5種職能 :計劃、組織、指揮、協(xié) 調(diào)、 控制等。 14 條管理原則 : 分工、權力和責任統(tǒng)一、紀律、 命令的統(tǒng)一性、指揮的統(tǒng)一性、個人利益服從整體利益、報 酬、集權、等級 系列、秩序、公平、保持人員穩(wěn)定、首創(chuàng)精神、 集體精神等。 梅 奧的“行為科學”理論 ,研究工人在生產(chǎn)中的行為和產(chǎn)生行為的原因。內(nèi)容包括 :人的本性和需要、行為的動 機、生產(chǎn)中的人際關系 等。他在哲學

17、、醫(yī)學和心理學方面研 究認為 :工人是“社會人” ,不 同意泰勒認為工人是“經(jīng)濟人” 的看法?？茖W管理只注重“正式組 織” ,而在企業(yè)中還存在著 “非正式組織”。提出促進生產(chǎn)率的第一 因素是士氣和干勁 , 而工作條件和工資報酬是第二因素?？傊?,泰勒 等人研究管理的重點放在工作方法和工作條件上 ,以此來實現(xiàn)管理科 學化。而梅奧等人則是以人為 中心來研究管理問題。3現(xiàn)代管理 二次世界大戰(zhàn)至今 , 資本主義企業(yè)管理進入現(xiàn)代管理 階段?？茖W技術迅速發(fā)展 ,大型復雜重大工程出現(xiàn) ,跨國公 司出現(xiàn) ,環(huán) 境和市場多變 ,市場競爭加劇反映了現(xiàn)時代的特 點。為適應社會發(fā)展 在管理理論上發(fā)展為兩派 :一是以泰

18、勒為代表的科學管理理論和法約 爾為代表的組織管理理論 的延伸、演變 ,吸取了自然科學、技術科學 的新成就 ,如:系 統(tǒng)工程、計算機等。另一是以梅奧為代表的行為科 學派。兩派結合形成了現(xiàn)代管理 ,也就是科學管理和人際關系相結合 的管理。但敏捷制造的出現(xiàn)又把過去僅局限于企業(yè)內(nèi)部的管理擴展 到了整個社會和市場。7 7 人因工程 (Human(Human Factor)Factor)在現(xiàn)代管理中 ,已把人的因素在生產(chǎn)和科技進步中的作用放到了 中心位置上 ,這一轉變是有一過程的。起初的 考慮只在體能上 ,以研 究如何最大限度的發(fā)揮人在生產(chǎn)過 程中體能的潛力 ,從而逐步發(fā)展到 人的主觀能動性的發(fā)揮 , 以實現(xiàn)面向市場的快速響應。結論本文僅機械制造業(yè)中部分高新技術的發(fā)展情況 ,讓我們看到了機 械產(chǎn)業(yè)的冰山一角，足已看到機械這一大產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)并良好發(fā)展的必 然趨勢，正是因為機械的重要性及其廣泛性，讓它與其他應用科學 密不可分，也致使機械將長盛不衰。標注CD. “敏捷制造(AM)又稱靈捷制造、迅速制造和靈活制造等，它是將柔性生產(chǎn)技術、熟練掌握生產(chǎn)技能和知識的勞動力與促進企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間相互合作的靈活管理集成在一起，通過所建立的共同 基礎結構，對迅速改變或無法預見的消費者需求和市場時機作出快