机电一体化毕业设计！答案加100分。

装备工业的技术水平和现代化程度决定了整个国民经济的水平和现代化程度。数控技术与装备是发展新兴高技术产业和尖端产业(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)的使能技术和最基础的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别不在于生产什么，而在于如何生产，用什么劳动手段生产”。制造技术和装备是人类生产活动中最基本的生产资料，数控技术是当今先进制造技术和装备的核心技术。当今世界，数控技术被广泛应用于制造业，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力。此外，世界发达国家还将数控技术和装备列为国家战略物资，不仅采取重大措施发展本国数控技术和产业，还对我国“高精”数控关键技术和装备实施封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术，已经成为世界发达国家加快经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

数控技术是利用数字信息控制机械的运动和工作过程的技术。数控装备是以数控技术为代表的新技术向传统制造业和新兴制造业渗透而形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备。其技术范围涵盖多个领域:(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工和传输技术；(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

数控技术的应用不仅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标志，而且在一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展中发挥着越来越重要的作用。)随着数控技术的不断发展和应用领域的不断扩大，因为这些行业所需设备的数字化已经成为现代发展的大趋势。从当前世界数控技术及其装备的发展趋势来看，其主要研究热点如下。

1.1高速高精度加工技术与装备的新趋势

效率和质量是先进制造技术的主要组成部分。高速高精加工技术可以大大提高效率，提高产品质量和档次，缩短生产周期，提高市场竞争力。因此，日本先进技术研究协会将其列为现代制造五大技术之一，CIRP将其确定为21世纪的中心研究方向之一。

在汽车工业领域，每年30万辆汽车的生产周期是40秒，多品种加工是汽车装备必须解决的关键问题之一。在航空航天领域，加工的零件多为薄壁薄筋，刚度差，材料为铝或铝合金。只有在高切削速度和小切削力的条件下，才能加工出这些筋和壁。最近采用“挖空”大型整体铝合金毛坯的方法制造机翼、机身等大型部件，而不是通过众多的铆钉、螺钉等连接方式组装多个部件，使部件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工设备提出了高速、高精度、高柔性的要求。

根据EMO2001的展示，高速加工中心的进给速度可以达到80m/min甚至更高，空转速度可以达到100m/min左右。目前，世界上许多汽车厂，包括中国的上海通用汽车公司，都用高速加工中心组成的生产线部分替代了组合机床。美国辛辛那提公司HyperMach机床最大进给速度60m/min，快速度100m/min，加速度2g，主轴转速达到了60 000r/min。加工一个薄壁飞机零件只需要30分钟，而在普通高速铣床上加工同样的零件需要3个小时，在普通铣床上需要8个小时。德国DMG公司生产的双轴车床主轴转速和加速度分别达到12*！000转/毫米和1克。

在加工精度方面，近10年，普通数控机床加工精度从10μm提高到5μm，精密加工中心从3 ~ 5μ m提高到1 ~ 1.5μ m，超精密加工精度开始进入纳米级(0.01μm)。

在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值达到了6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到了30000h以上，表现出了非常高的可靠性。

为了实现高速、高精度加工，电主轴、直线电机等配套功能部件发展迅速，应用领域进一步扩大。

1.2五轴联动加工和复合加工机床迅速发展。

利用五轴联动加工三维曲面零件，刀具可以切削出最佳的几何形状，不仅光洁度高，而且效率大大提高。一般来说，1五轴联动机床的效率可以和2台三轴联动机床的效率相当，尤其是立方氮化硼这种超硬材料铣刀用于高速铣削淬硬钢零件时，五轴联动加工比三轴联动加工能带来更大的效益。但过去由于五轴数控系统和主机结构复杂，编程技术难度大，其价格比三轴数控机床高出数倍，制约了五轴数控机床的发展。

目前，由于电主轴的出现，用于5轴联动加工的复合轴头结构大大简化，其制造难度和成本大大降低，数控系统的价格差距缩小。从而推动了复合轴头式五轴联动机床和复合加工机床(包括五面加工机床)的发展。

在EMO2001展会上，NIKO的5面加工机床采用了复合主轴头，可以实现4个垂直面和任意角度的加工，使5面加工和5轴加工可以在同一台机床上实现，还可以实现斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出的DMUVoution系列加工中心可在一次装夹下进行五面加工和五轴联动加工，并可由CNC系统或CAD/CAM直接或间接控制。

1.3智能化、开放性和网络化已成为当代数控系统发展的主要趋势。

21世纪的数控设备将是一个智能系统，它包括数控系统中的各个方面:为了追求加工效率和加工质量的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数的自动生成；为了提高驱动性能和易于连接的智能化，如前馈控制、电机参数自适应运行、负载自动识别、自动选型、自校正等。简化编程，简化操作的智能化，比如智能自动编程，智能人机界面；还有智能诊断，智能监控，方便系统诊断和维护等。

为了解决封闭的传统数控系统和工业化生产数控应用软件存在的问题。目前，许多国家都在研究开放式数控系统，如美国的NGC(下一代工作站/机床控制)、欧洲的OSACA(自动化系统内控制的开放式系统结构)、日本的Osec(控制器的开放式系统环境)、中国的ONC(开放式数控系统)等。数控系统的开放性已经成为数控系统的未来。所谓开放式数控系统，是指数控系统的开发可以在统一的操作平台上面向机床制造商和最终用户。通过改变、增加或削减结构对象(数控功能)，可以形成系列化，用户的特殊应用和技术诀窍可以方便地集成到控制系统中，从而快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成个性鲜明的名牌产品。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、数控系统函数库和数控系统功能软件开发工具是当前研究的核心。

网络化数控设备是近两年国际知名机床博览会上的一个新亮点。数控设备的网络化将极大地满足生产线、制造系统和制造企业的信息集成需求，也是实现敏捷制造、虚拟企业和全球制造等新型制造模式的基本单元。国内外一些知名数控机床和数控系统制造公司近两年推出了相关的新概念和样机，如Mazak Yamazaki在EMO2001展出的“CyberProduction Center”(简称CPC)；日本大间机床公司展出“IT广场”(信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子公司展示的开放式制造环境(OME)反映了数控机床加工走向网络化的趋势。

1.4重视新技术标准和规范的建立。

1.4.1数控系统设计与开发代码

如上所述，开放式数控系统具有更好的通用性、灵活性、适应性和可扩展性。美国、欧洲和日本相继实施了战略发展计划，研究制定了开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA和OSEC)。世界上最大的三个经济体在短时间内制定了几乎相同的科学计划和规范，这预示着数控技术新的变革时期的到来。2000年，我国也开始研究制定我国ONC数控系统的标准框架。

1.4.2关于数控标准

数控标准是制造业信息化发展的趋势。在数控技术诞生后的50年里，信息交换是以ISO6983标准为基础的，即用g代码和M代码来描述如何加工，其本质特征是面向加工过程。显然，它已经不能满足现代数控技术快速发展的需要。因此，国际上正在研究制定新的数控系统标准ISO 14649 (Step-NC ),旨在提供一种不依赖于特定系统、能够描述产品全生命周期统一数据模型的中性机制，从而实现整个制造过程乃至各个工业领域的产品信息标准化。

STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，将对数控技术乃至整个制造业的发展产生深远的影响。首先，STEP-NC提出了全新的制造理念。在传统的制造观念中，数控加工程序都集中在单台计算机上。在新标准下，数控程序可以在网上发布，这是数控技术开放和网络化发展的方向。其次，STEP-NC系统可以大大减少加工图纸(约75%)、编程时间(约35%)和加工时间(约50%)。

目前欧美国家对STEP-NC的研究非常重视，欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.1 ~ 2001.12.31)。来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、制造商和学术机构参加了这个项目。STEP Tools是一家美国公司，是制造数据交换软件的全球开发商。他开发了数控机床信息交换的超级模型，目标是用统一的规范描述所有的加工过程。目前，这种新的数据交换格式已经在装有西门子、FIDIA和欧洲OSACA-NC数控系统的样机上得到验证。

2.中国数控技术及其产业发展的基本估计

中国数控技术从1958开始，近50年的发展历程大致可以分为三个阶段:第一阶段是从1958到1979，即封闭发展阶段。现阶段，由于国外的技术封锁和我国基础条件的限制，数控技术的发展相对缓慢。第二阶段是在六五、七五时期和八五前期，即引进技术、消化吸收、初步建立国产化体系的阶段。在这一阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研发和产品的国产化取得了长足的进步。第三阶段是八五、九五后期，即进行产业化研究，进入市场竞争。现阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进展。“九五”末，国产数控机床国内市场占有率达到50%，国产数控系统(普及型)也达到10%。

纵观我国数控技术50年来的发展，特别是经过四个五年计划，总体上取得了以下成就。

a奠定了数控技术的发展基础，基本掌握了现代数控技术。目前，我国已基本掌握了数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其附件的基础技术，大部分已具备商业化发展的基础，部分技术已实现商业化和产业化。

B.数控产业基地初步形成。在攻关和部分技术商品化的基础上，建立了华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统制造商。兰州电机厂、华中数控等伺服系统和伺服电机厂商，以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等数控主机厂商。这些工厂基本形成了中国的数控产业基地。

建立了一支数控研究、开发和管理人员的基本队伍。

虽然数控技术的研发和产业化取得了很大进展，但我们也应该清醒地认识到，我国高端数控技术的研发，特别是产业化方面的技术水平，与我国的实际需求还有很大差距。虽然纵向看中国的发展速度很快，但横向比(与国外相比)不仅在技术水平上有差距，在某些方面也有发展速度上的差距，即一些高精尖数控设备的技术水平差距有扩大的趋势。国际上对中国数控技术水平和产业化水平的估计大致如下。

a从技术水平来说，比国外先进水平大约落后10 ~ 15年，从高精尖技术来说就更大了。

b产业化水平，市场占有率低，品种覆盖面小，尚未形成规模化生产；功能部件专业化生产水平和成套能力低；外观质量比较差；可靠性不高，商业化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。

C.在可持续发展能力上，竞争前数控技术的研究、开发和工程能力薄弱；数控技术的应用领域没有得到大力拓展；相关标准规范的研究制定相对滞后。

造成上述差距的主要原因如下。

A.认知。对国内数控产业进程的艰巨性、复杂性和长期性认识不足；对市场不规范、外国封锁和扼杀、体制困难估计不足；对我国数控技术的应用水平和能力分析不足。

B.系统方面。多从技术角度关注数控产业化问题，少从系统和产业链角度关注数控产业化问题；没有完整的高质量的配套体系，完善的培训和服务网络等配套体系。

C.机制。机制不好造成人才流失，制约了技术和技术路线、产品的创新，制约了规划的有效实施，往往是理想的，难以实施的。

D.技术方面。企业在技术上的自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平低，对数控系统新标准的研究不够。

3中国数控技术及产业化发展的战略思考

3.1战略考虑

我国是制造业大国，在世界产业转移中应尽量接受前端转移而不是后端转移，即掌握先进的制造业核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空心化”。以资源、环境和市场为代价，我们可能只能得到世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而不是拥有核心技术的制造业中心地位，这将严重影响我国现代制造业的发展进程。

我们应该从国家安全战略的角度关注数控技术和产业问题。首先，从社会保障的角度来看，由于制造业是我国就业人口最多的行业，发展制造业不仅可以提高人民生活水平，还可以缓解我国就业压力，保证社会稳定。其次，西方发达国家从国防安全角度出发，将高技术数控产品列为国家战略物资，对我国实行禁运和限制。“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例子。

3.2发展战略

从我国基本国情出发，以国家战略需求和国民经济市场需求为导向，以提高我国制造装备产业综合竞争力和产业化水平为目标，选择21世纪初能够引领我国制造装备产业发展升级的关键技术，以及支撑产业化发展的配套技术和支撑技术作为研发内容，实现我国制造装备产业的跨越式发展。

强调以市场需求为导向，即以数控终端产品为主，整机(如数控车床、铣床、高速高精数控机床、典型数字机械、重点行业关键设备等。)带动了数控行业的发展。重点解决数控系统及相关功能部件(数字伺服系统和电机、高速电主轴系统及新型设备附件等)的可靠性和生产规模。).没有规模，就不会有高可靠性的产品；没有规模，就不会有低价有竞争力的产品；当然，没有中国规模的数控设备最终也很难有光明的前途。

在高技术装备的研发中，要强调产、学、研和最终用户的紧密结合，以“造、用、销”为目标，根据国家的意志进行重点研究，解决国家的燃眉之急。

在赛前数控技术方面，强调创新和研发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。

参考资料:

[1] cmtba产业发展部。CIMT2001旅游[J].世界制造技术与设备市场，2001 (3): 18-20。

[2]梁选，周延友。机床技术发展的新动向[J].世界制造技术与设备市场，2001 (3): 21-28。

中国机床工具工业协会数控系统分会。CIMT2001旅游[J].世界制造技术与设备市场，2001(5):13-17。

杨，李东如，何，等？21世纪数控机床技术发展战略研究[M].北京:国家机械工业局，2000。

中国制造业信息化的战略思考

随着中国加入WTO和经济全球化，中国正在成为世界制造业的中心。中国制造企业面临着更加激烈的国际国内市场竞争。如何快速提高企业的核心竞争力很重要，就是加快企业的信息化进程。制造业信息化作为国民经济和社会信息化的核心，一直受到我国政府的高度重视。科技部已正式启动制造业信息化重大工程，将投入8亿元大力推进制造业信息化关键技术研究与应用示范工程。从20世纪80年代中期企业逐步开始应用CAD软件，到90年代我国实施CAD应用工程，再到财务软件的广泛应用，我国制造企业在信息化的道路上走过了近20年的时间，获得了很多经验和教训。本文将深入分析中国制造企业在信息化过程中的深层次战略问题，从而帮助制造企业在信息化的道路上少走弯路，让信息技术真正为企业服务，成为企业发展的动力。2.制造信息价值链的基本要素是国家和地方主管部门、制造企业、咨询服务企业、系统软件供应商、制造应用软件供应商、计算机及外设供应商、网络产品供应商、渠道和代理商、软件和系统集成商。制造信息价值链的每一个基本要素都是相互联系、相互作用、相互影响的。每个环节出现问题，都可能导致制造业信息化工程的失败。图1制造业信息化价值链1。国家和地方主管部门是制造业信息化项目的管理者和推动者，其职责是:1)负责国家和地方信息化工作的宏观指导和管理。2)负责制定政策、实施项目和计划，重点支持和示范推动信息化应用项目的发展。3)负责先进信息技术的推广。4)负责建立和维护公平的市场秩序和竞争机制，确保各基本要素都能实现共赢。2.制造企业是最终客户，是信息化的主体，其他所有要素都是为这个客户服务的。每个制造企业都需要根据自身的行业、规模、发展阶段、管理体系来选择个性化的信息化解决方案。企业要实施好信息化项目，必须注意以下几个问题:1)企业领导必须建立对信息化的基本认识，必须认识到信息化是一种工具，是一种手段，需要被我们用来服务于企业的发展。2)信息化是首席工程，企业领导必须把它作为企业发展的战略任务来抓，努力工作。3)信息化是一个复杂的系统工程，企业必须将信息化作为一个长期的阶段性实施项目进行科学管理。在项目实施前，要对信息化项目要解决的问题、各阶段的目标、人员组织、费用和考核标准进行规划。在实施过程中，需要对每个阶段的实施结果进行监测、评估和分析。关系到企业生死存亡的信息工程的成功实施，必须满足项目成功的三个基本条件，即实施周期、实施成本和实施效果。4)任何试图提高效率、降低成本的创新，一开始总是会降低效率、增加成本。企业需要很长时间去适应这个大系统，才能将创新成果融入企业，信息工程也不例外。因此，制造企业应对信息化过程中的困难和问题有一个客观理性的认识，企业领导要敢于冒有准备的风险。5)信息工程的关键是企业可以借助咨询服务商或软件公司，找出自己的需求。信息软件实际上是企业管理思想和理念的载体。如果软件中包含的管理思想和理念与制造企业相冲突，信息工程就不可能成功。因此，企业需要一支既懂管理，又能清晰描述自身企业的管理模式和信息化需求，并能与咨询公司或软件公司沟通合作的管理人才队伍。6)软件既然是工具，就要有能熟练使用这个工具的人。因此，企业需要培养一批能熟练掌握软件的应用型人才。7)随着技术的发展，软件的应用平台越来越复杂。因此，企业需要精通计算机硬件、网络和数据库的维护人才来保证系统的正常运行。在国外，越来越多的企业将这类工作外包给专业的软件服务和集成商。8)信息化建设需要消耗相当大的资金。因此，企业要充分考虑获得资金的渠道和方式，做好预算和成本控制，避免信息化项目因为资金问题而半途而废。3.咨询服务企业是制造业信息化的枢纽，其职责是:1)帮助企业诊断分析其信息化需求，制定制造业企业信息化总体规划。2)帮助企业选择、实施和监督信息软件、硬件和系统的集成方案。3)帮助企业培养多层次的信息化人才。4)持续跟踪研究制造业信息化领域的技术、市场、产品和服务的发展趋势，进行深入的调查研究，推荐最适合制造企业的信息化解决方案。4.制造软件企业是制造信息化的工具制造商，其职责是:1)提供能够满足制造企业功能需求，在企业的计算机和网络平台上安全可靠运行，并与其他应用软件集成的软件产品。2)软件产品应先进、实用、可靠、兼容、开放、易学易用。3)为制造业提供软件产品的安装、培训和服务。其中，服务包括软件实现、软件升级、定制开发、解决应用中的问题。5.软件服务和集成商是制造业信息化的桥梁，职责是:1)帮助企业进行信息化软件的定制开发、培训和系统升级。2)帮助企业实现不同应用系统的信息集成。3)帮助企业维护整个信息系统，解决信息备份和信息安全问题。6.计算机及外设供应商、网络产品供应商、系统软件供应商构成了制造业信息化的基础平台，与具体应用无关。平台必须保证整个信息系统的可靠性、安全性和兼容性。7.渠道和代理商负责帮助产品供应商进行产品销售、服务和技术支持。大部分硬件和网络供应商以及系统软件供应商主要以分销和渠道销售为主；制造业应用软件公司以直销为主，独立从事产品销售、服务和技术支持。3.决定制造业信息化项目成败的关键因素制造业信息化价值链的各个环节都是决定信息化项目成败的因素，其中政府部门、咨询服务系统和制造软件企业是最重要的因素。首先，政府部门对整个价值链的影响是巨大的，政府部门制定的政策和导向对制造业信息化工程的成功至关重要。“九五”期间，科技部提出的CAD应用工程顺应了当时企业的信息化形势，带动了一大批企业摆脱绘图板，使用CAD软件，使企业真正尝到了信息化的甜头，激发了企业深化信息化应用的积极性。另一方面，在推进信息化的过程中，一些地方和行业的主管部门采取了一些计划经济时代的地方保护、行业垄断等做法，规定企业只能使用某些产品、某些软件，不利于信息技术的推广应用。其次，咨询服务企业是否参与制造业信息化项目的实施，参与的程度和方式也是导致信息化成功的关键因素。很多制造企业，在实施信息化工程的时候，更注重的是建一个网络，买软硬件，看着眼花缭乱的好功能再买，但是就是用不到企业，数据格式不兼容，借口不兼容等问题也随之而来。有的企业甚至成了“软件陈列室”，买了很多软件，但还是一个混合体，没有真正“合”起来，真正整合起来。究其原因，是没有引入咨询服务企业进行认真细致的需求分析，没有具有实际指导意义的整体规划、实施和整合方案。另一方面，我国的咨询服务业还处于起步阶段，还缺乏专业的制造业信息咨询企业。高校的专家、教授、研究生是从事咨询服务的主力军。他们的优势是跟踪研究国内外的先进技术和发展趋势，但往往缺乏在企业工作和实施项目的实践经验。很多制造软件企业不仅为制造企业提供应用软件，实际上还扮演着咨询服务的角色。企业往往要求制造软件公司为企业做信息化规划，甚至整合软件和系统。但由于制造软件企业以销售自己的软件为目的，难免老太太们卖瓜，少数软件甚至用一些模糊错误的概念误导制造企业。因此，制造业信息化呼唤专业、独立、中立的咨询服务企业，真正从企业角度出发，制定合理的制造业信息化解决方案。武汉制造信息工程技术研究中心成立于2002年6月。它是在制造业信息化工程深化实施过程中产生的，开创了我国政府引导、高校和企业投资、市场运作的新型运营模式。工程中心通过深入研究，致力于为不同行业、不同规模、不同系统、不同发展阶段的制造企业推荐最优、最佳性价比的解决方案，使企业真正提升核心竞争力和创新能力，显著降低成本，获得显著的经济效益和社会效益，避免信息化投资的失误。再次，制造业应用软件的选择、实施、定制开发和信息集成也是制造业信息化工程成功的关键环节。目前，我国制造企业还没有实施统一的标准。很多企业采用行业标准，甚至是企业标准。即使是标准化程度最高的产品设计流程，也有很多不同的要求，比如详细清单的编写方法。在后续的工艺规划中，根据企业的产品和行业特点，需求变化很大。有的以装配技术为主，有的以加工技术为主，有的以焊接技术为主。企业生成各种清单和报表的方式和编码方法也多种多样，各不相同。企业的管理模式就更不一样了。一些传统的大型制造企业以纵向一体化为主，在整个企业集团内部建立了严格的分工和内部供应链，如一汽。在一些民营经济发达的地区，如浙江、江苏、广东等地，建立了横向一体化，形成外部供应链，如广东南海的铝制品供应链、重庆的摩托车供应链、浙江永康的五金供应链等。不同的企业有不同的生产组织方式、产品特点、营销方式和采购方式，形成不同的管理模式。因此，不可能用一种管理软件来适应所有的企业。对于流程型企业，如石油、化工、钢铁企业，使用的管理软件与离散型制造业使用的管理软件有着本质的区别。制造业内部管理环节多，差异巨大。因此，应用软件的选择、定制开发和信息整合非常关键。每个应用软件都有不同的市场定位。