不得不知的11项美國(guó)制造业先进制造技术亮点
金属加工微信据《华尔街(jiē)日报》报道,先进制造业合作委员会(Advanced Manufacturing Partnership)最近划出了11个技术领域,认為(wèi)这些领域将对美國(guó)制造业竞争力起到决定性作用(yòng),应当成為(wèi)全美研发行动的重点。
传感、测量和过程控制:几乎所有(yǒu)先进制造技术都有(yǒu)一个共通的东西:它们都由处理(lǐ)巨量数据的電(diàn)脑驱动。正因如此,那些捕捉并记录数据的东西才如此重要,如监测湿度的传感器、确定位置 的GPS跟踪器、测量材料厚度的卡尺等。这些设备不仅越来越多(duō)地用(yòng)于智能(néng)手机的智能(néng)化,还使得智能(néng)、灵活、可(kě)靠、高效的制造技术成為(wèi)可(kě)能(néng)。在一座现代化的 工厂里面,传感器不仅有(yǒu)助于引导日益灵敏的机器,还提供管理(lǐ)整个工厂的运营所需要的信息。金属加工微信。产品从诞生到送达都可(kě)以跟踪,某些情况下还可(kě)以跟踪到送达之后。 在这个过程中,一旦有(yǒu)问题出现,比如在喷漆室的湿度不适宜喷涂的时候,传感器就会侦测出来,向机器操作者发送警报信号,甚至是向工厂管理(lǐ)者的手机发送警报 信号。
材料设计、合成与加工:新(xīn)机器将需要新(xīn)材料,新(xīn)材料将使新(xīn)式机器的 制造成為(wèi)可(kě) 能(néng)。随着将材料细分(fēn)到原子或分(fēn)子层级、几乎不需要经过漫長(cháng)的实验室步骤就可(kě)以进行操纵的进展出现,涂层、复合材料和其他(tā)材料的开发正在加快。借鉴人类基因 组计划(Human Genome Initiative)取得的广受认可(kě)的成功,能(néng)源部(Department of Energy)等美國(guó)政府机构去年发起成立了材料基因组计划(Materials Genome Initiative),其目标是将确定新(xīn)材料、把新(xīn)材料推向市场所需要的时间缩短一半。金属加工微信。目前这个过程可(kě)能(néng)需要耗时几十年,比如锂离子電(diàn)池技术是20世纪 70年代埃克森(Exxon)的一名员工首次构想出来的,但一直要到90年代才开始商(shāng)业化。这个计划涉及的部分(fēn)工作,便是让该领域内散落在世界各处、两耳 不闻窗外事的研究人员共享创意和创新(xīn)。
数字制造技术:工程师和设计师使用(yòng)電(diàn)脑辅助 的 建模工具已经有(yǒu)些年头,不仅用(yòng)于设计产品,还以数字方式对产品进行检测、修正、改良,常常省略了更费钱、更费时的实體(tǐ)检验过程。金属加工微信。云计算和低成本3D扫描仪 (现在用(yòng)iPhone就可(kě)以做一次简单的3D扫描)正在将这些方法从尖端实验室里搬出来,使之进入主流,让创业者能(néng)够用(yòng)上。Autodesk制作了一套免 费的的全功能(néng)CAD软件“123 Design”,汽車(chē)制造商(shāng)一度要用(yòng)大型计算机才能(néng)完成的事情,个人拿(ná)这套软件就可(kě)以做了。
可(kě)持续制造:其 目标即便不好实现,理(lǐ)解起来也还是很(hěn)容易的,就是将每一丁点物(wù)质、每一焦耳能(néng)量最大化地用(yòng)到生产当中,尽可(kě)能(néng)地减少浪费。高能(néng)效制造是其中的一个重点领 域。金属加工微信。比如,制造业工程师常常会说到“无灯”工厂的潜力,这种工厂在黑暗中持续运转,不需要加热或制冷,因為(wèi)它们基本上都是由机器人或其他(tā)机器操作。随着规 模更小(xiǎo)、高度自动化的本地工厂变得更加普遍,再制造和回收或许会变得更加重要,本地供应的材料也会更受重视。
纳米制造:一 纳米等于一米的10亿分(fēn)之一,所以纳米制造的意思就是能(néng)够在分(fēn)子、甚至原子层面操纵材料。预计纳米材料将来会在高效太阳能(néng)電(diàn)池板、電(diàn)池的生产过程中发挥作 用(yòng),甚至会在基于生态系统的医學(xué)应用(yòng)当中发挥作用(yòng),比如在體(tǐ)内安置传感器,可(kě)以告诉医生癌症已经消失。未来几代的電(diàn)子设备和运算设备或许也会非常依赖于纳 米制造。
柔性電(diàn)子制造:比如坐(zuò)在上面的时候会产生弯曲的平板電(diàn)脑,与體(tǐ)温连線(xiàn)、在你需要的时候提供制冷的衣服等。这些柔性技术已经在向主流进发,预计会定义下一代的消费设备和运算设备,成為(wèi)未来10年增長(cháng)最快的产品门类之一。但这需要极為(wèi)先进的制造工艺。
生物(wù)制造:该领域利用(yòng)生物(wù)有(yǒu)机體(tǐ)或生物(wù)有(yǒu)机體(tǐ)的一部分(fēn)以人工方式生产产品,如开发药物(wù)和复方药。(生产奶酪不算。)但它可(kě)以用(yòng)到很(hěn)多(duō)领域,比如能(néng)效的提高、纳米制造新(xīn)方法的创造等。
增材制造:3D 打印机不仅有(yǒu)希望在产量只有(yǒu)一件的时候就能(néng)够实现很(hěn)高的质量,还有(yǒu)希望為(wèi)全新(xīn)的设计、材料结构与材料组合创造条件。能(néng)够打印1,000多(duō)种材料(硬塑料、 软塑料、陶瓷和金属等)的打印机已经开发出来。金属加工微信。一家德國(guó)制造商(shāng)开发了一套一层层地堆积木(mù)浆的工艺, 地亚哥(gē)一家名叫Organovo的公司正在通过3D打印打印实验用(yòng)的人體(tǐ)组织。现在有(yǒu)些打印机可(kě)以叠加不止一种材料,还可(kě)以将内置传感器和電(diàn)路编织到智能(néng) 部件中,如助听器或动作感应手套等。市场上甚至还有(yǒu)一种名叫“复制机”(Replicator)的东西,它是英國(guó)公司Cybaman Technologies开发的一套系统,先是堆出基本形状,然后用(yòng)机器将粗糙的物(wù)體(tǐ)打磨成精确、光鲜的成品。
工业机器人:工 业机器人可(kě)以每天24小(xiǎo)时、每周七天地运转,精度可(kě)重复且越来越高,时间上可(kě)以精确到几百分(fēn)之一秒(miǎo),空间上可(kě)以精确到人眼都看不到的程度。金属加工微信。它们精确地汇报 进展,在接受效率测试的时候做出改进,如果安装了先进的传感系统,还会变得更加灵巧。(它们也很(hěn)少发牢骚。)随着机器人变得越来越普遍,它们的经济性也在 提高:据麦肯锡全球研究院(McKinsey Global Institute)的一份报告,1990年以来与人工相比的机器人相关成本已经下降高达50%。另外,随着生物(wù)技术和纳米技术的进步,预计机器人能(néng)够做 的事情将越来越精巧,如药品加工、培植完整人體(tǐ)器官等。
先进成形与连接技术:当前 大 部分(fēn)机器制造工艺基本上还是依靠传统技术、特别是针对金属的技术,如铸型、锻造、加工和焊接等。但专家认為(wèi),这个领域的创新(xīn)时机已经成熟,可(kě)以用(yòng)新(xīn)的方法 来连接更多(duō)种类的材料,同时提高能(néng)源和资源效率。比如冷成型技术就有(yǒu)可(kě)能(néng)作為(wèi)一项修复技术或先进焊接技术而发挥重大作用(yòng)。
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