第一篇：关于制导技术发展现状与趋势的调研报告

关于制导技术发展现状与趋势的调研报告

院 系：姓 名：学 号：专 业：导 师：

1.前言........................................................................................................................................1 2.正文........................................................................................................................................1

2.1电视制导.....................................................................................................................1 2.2红外制导.....................................................................................................................2 2.3激光制导.....................................................................................................................3 2.4毫米波/微波寻的制导................................................................................................4 2.5光纤制导.....................................................................................................................5 2.6地图匹配制导.............................................................................................................5 2.7全球定位系统（GPS）制导.....................................................................................5 2.8惯性制导.....................................................................................................................6 2.9程序制导.....................................................................................................................6 2.10多模或复合制导.......................................................................................................6 3.总结........................................................................................................................................7

关于制导技术发展现状与趋势的调研报告

1.前言

从 20 世纪90 年代以来爆发的几场局部战争来看，精确制导武器呈不断发展之势，表现为精确制导武器更新迅速，使用量剧增。在海湾战争中，空对地精确制导武器还只是处于辅助地位，仅占全部投弹量的8%；在1995年的波黑战争中，精确制导武器的使用量提高到了60%；1998 年美国对伊拉克进行的“沙漠之狐”空袭，空对地精确制导武器的使用数量上升到了70%；在科索沃战争中，精确制导武器占到了98%，发挥了主导作用；在伊拉克战争中，美军使用了800 余枚战斧式巡航导弹和2万余枚精确制导武器，占总弹药量的80%以上。

精确制导武器是采用高精度探测、控制及制导技术，能够有效从复杂背景中探测、识别并跟踪目标，从多个目标中选择攻击对象并高精度命中其要害部位。精确制导武器与普通武器的根本区别在于它具有制导系统，制导系统的基本任务是确定飞行器与目标的相对位置，在导弹攻击目标的过程中，负责导引和控制导弹按照预定的规律调整飞行姿态与飞行路线，并最终命中目标。导弹命中目标的概率主要取决于制导系统的工作，所以制导系统在整个飞行器控制系统中占有极重要的地位。

2.正文

因为精确制导武器对射程内的目标如坦克、装甲车、飞机、舰艇、雷达、桥梁、指挥中心等进行攻击时，具有很高的命中概率，所以在海湾战争和科索沃战争中，从战略目标到战术目标，从军事目标到民用目标，几乎都遭到精确制导武器的打击。

精确制导武器虽然制造成本高，但是由于它具有较高的命中率，通常用于攻击高价值的重要目标，因而具有较高的作战效能。精确制导技术的发展与精确制导武器的发展和应用密切相关, 目前多种精确制导技术已发展成熟, 并已用于精确制导武器。

2.1电视制导

电视制导是利用电视摄像机捕获、识别、定位目标并由弹上或弹外设备形成控制指令导引导弹等武器飞向目标的一种制导技术。由于利用目标反射可见光，所以系统的角分辨率、制导精度高，而且便于鉴别真假目标，不受电磁干扰。但

它只能在白天和能见度较好的条件下使用，且易受强光和烟雾弹的干扰。电视制导有两种方式，一种是电视指令制导，另一种是电视寻的制导。电视指令制导是指导弹上的电视摄像机将所摄取的目标图像以电磁波的形式发送到制导站或载机，制导站或载机的操纵人员得到目标的直观图像，从多个目标中选取需要攻击的目标，同时形成制导控制指令发送给导弹，使它跟踪并飞向所选定的目标的制导方式。电视寻的制导是指由装在导弹头部的电视摄像机根据所摄取的目标信息，利用弹上设备自动跟踪目标并导引导弹等飞向目标的制导方式。电视制导始于二战期间，已是成熟技术，最早是美国研制的电视寻的制导的滑翔炸弹，还有首次在海湾战争中使用的AGM-65B 空地导弹。俄罗斯、以色列也有多种电视制导武器装备部队。随着光电转换器和大规模高速实时图像处理技术的迅速发展，它已实用化，并朝着复合制导、自主寻的、高精度及智能化的方向发展。

2.2红外制导

红外制导是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身辐射的能量来实现寻的制导的技术。

红外制导是精确制导武器的一种十分重要的手段，分为红外非成像制导（也叫点源制导）和红外成像制导两大类。红外制导的发展已有近50年的历史，从点源发展到成像，现在还向着智能化方向发展。红外非成像制导技术就是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身所辐射的红外能量来实现精确制导的一种技术手段，探测器是红外导引头中最关键的元件。第一代红外导弹导引头上采用的探测元件是不致冷的硫化铅，它的缺点是作用距离近，导弹只能对目标进行尾追攻击，而且受背景和气象条件影响严重，抗干扰能力弱。代表型号为美国的“红眼”，苏联的SAM-7地空导弹。第二代采用了能致冷的锑化铟元件，提高了抗干扰能力及作用距离，并使导引头有更大的视角和跟踪加速度，攻角可达270°。其代表型号为美国的“毒刺”及法国的“西北风”等地空导弹。点源制导的优点是设备简单，体积小，价格低，角分辨率比雷达高1～2个数量级，不受无线电干扰的影响，可昼夜作战，攻击隐蔽性好。但它的正常工作受云、雾和烟尘的影响，并有可能被曳光弹、红外诱饵、云层反射的阳光和其它热源诱惑而偏离和丢失目标，所以点源制导正在被成像制导取代。

红外成像制导技术研究始于20世纪70年代。国外红外成像制导技术的发展中美国处于领先地位。红外成像制导是利用红外探测器探测目标的红外辐射，以捕获目标红外图像的制导技术，其图像质量与电视相近，可在电视制导系统难以工作的夜间和低能见度下作战。与非成像制导技术相比，红外成像制导系统具有更好的目标识别能力和制导精度；与电视制导相比,红外成像制导可昼夜工作，作用距离远，能识别目标易损部位。缺点是对目标本身的辐射或散射特性有较大的依赖性，需要在背景中将目标信息检测出来。红外成像制导技术已成为制导技术的一个主要发展方向，红外成像制导的成像方式有两种，一种是光机扫描成像，另一种是凝视成像。凝视红外焦平面阵列成像寻的制导系统是最有发展前途的红外成像寻的制导方式，国外正在加速发展，其中中波凝视红外成像制导的发展较快。凝视红外成像制导与光机扫描红外成像制导相比，前者有更高的灵敏度、精度、可靠性以及较低的成本。在美国空军中期（202_年前）的制导技术计划中，将利用微机电系统（MEMS）和专用集成微型仪器（ASIM）技术把大规模探测单元和多波段复合探测器集成在一个基片上，研制高级红外成像导引头，这种导引头类似蜻蜓复眼，可以大幅度提高制导精度、目标分辨率和抗干扰性。

2.3激光制导

激光制导就是利用目标反射的激光来探测、跟踪目标并控制导弹等武器飞向目标的制导技术。激光具有单色性好、方向性强、能量集中等物理特点，从而使激光制导具有制导精度高，目标分辨率高、抗干扰能力强、体积小、质量轻等优点。但激光光束易受云、雾和烟尘的影响，不能全天候使用。激光制导武器，按照其采用的制导方式不同，通常可分为激光波束制导和激光寻的制导。激光波束制导就是导弹发射后沿激光发射机照射目标的激光束飞行，按导弹偏离波束中心的偏差形成控制指令，导引导弹飞向目标的制导技术，适合于短程作战使用。激光寻的制导是指弹外或弹上激光束照射在目标上，弹上的激光寻的器接收目标漫反射的激光信息捕获、跟踪目标，并控制导弹飞向目标的制导技术。按照激光源所在位置的不同，激光寻的制导又可分为两种，即激光半主动式寻的制导和激光主动式寻的制导。半主动式寻的制导是指寻的器在弹上，而激光源在弹外的载体上，是目前常用的制导方式。主动式激光寻的制导是指激光源和寻的器均安装在弹上，导弹发射后能主动寻找目标，缺点是电源设备大而重，激光成像扫描速度较慢，目前还没有用于实战。随着时间的推移和技术的发展，今后的激光制导武器应该向发射后不管的主动式激光制导方式方向发展,智能地自动探测、识别、跟踪，直到命中目标，并可以实施全天候、隐身化作战。由于激光主动成像可成三维图像，且图像稳定，便于图像识别算法的编制，也可能是成像制导的发展方向。

上世纪七十年代国外相继开展了激光制导武器的研制，激光半主动制导已实用化，用在多个型号上，目前已经列入装备的型号也很多，如美国的GBU-11A/B炸弹、海尔法导弹及铜斑蛇炮弹，法国的SAMP、俄罗斯的KAB-500和KAB-1500和以色列的怪兽（Griffin）等激光制导炸弹。

2.4毫米波/微波寻的制导

毫米波/微波寻的制导是指由弹上的毫米波/微波导引头接收目标反射或辐射的毫米波/微波信息，捕获、跟踪并导引导弹等武器飞向目标的制导技术。

按波源所在位置的不同，毫米波/微波寻的制导可分为主动、半主动和被动寻的制导。微波/毫米波主动寻的制导是指由弹载雷达主动向目标发射电磁波，导引头根据目标发射回来的电波，确定目标坐标及运动参数，形成控制信号，控制导弹飞向目标的制导方式，具有发射后不管的能力，缺点是弹上设备复杂，设备质量、尺寸受到限制而作用距离近，一般用于弹道末段导引。微波/毫米波半主动寻的制导是指探测目标的雷达在地面或飞机上，从而使弹上设备比较简单，由于可设置大功率照射雷达，从而增大了作用距离，但在导弹杀伤目标前飞行过程中，制导站必须始终照射目标，所以易受干扰和反辐射导弹攻击。微波/毫米波被动寻的制导是弹上导引头接收目标辐射的电磁波，捕获、跟踪并控制导弹飞向目标，由于它本身不辐射电磁波、也不用照射雷达对目标进行照射，所以隐蔽性好，对敌方的雷达、通信设备有很大威胁。另外毫米波制导还有指令制导和波束制导，其原理和上述的电视指令制导以及激光波束制导相似，这里不再赘述。微波/毫米波主动制导与半主动寻的制导的示意图和激光制导的类似，只是能量源不同，一种是微波/毫米波，一个是激光。微波制导的最大特点是全天候工作，但面临着严峻的电子干扰环境的威胁。微波制导中，合成孔径雷达和被动雷达受到重视。合成孔径雷达是一种主动成像雷达，它可以在能见度极差的气象条件下得到类似光学的高分辨率雷达图像。采用合成孔径雷达制导，具有很强的抗干扰能力和很高的制导精度, 可达到0.6 m×0.6 m。被动雷达制导国外无论是宽带还是窄带被动雷达制导均已实用化,在战争中发挥了很大作用。如美国的哈姆、英国的阿拉姆、俄罗斯的X-31超声速导弹系列等。

毫米波制导技术研究始于20世纪70年代，目前有8 mm和3 mm两个工作波段，国外已用于各种导弹和弹药上。如爱国者改型防空导弹、黄蜂空地导弹以及一些子弹药。毫米波制导的抗干扰能力和精度、鉴别金属目标能力优于微波制导，且制导设备体积小、质量轻，另外全天候作战能力优于红外成像制导，因此在精确制导技术发展中占有重要地位。毫米波制导技术发展的趋势是元、部器件由离散型向混合集成单片集成方向发展；工作波段由8 mm向3 mm方向发展；工作体制由非相参向宽带高分辨率一维成像、共形相控阵成像方向发展；关键元器件向实用化方向发展。

2.5光纤制导

光纤制导是指导弹飞至目标上空时，导引头将目标及背景图像信号拍摄下来，经光纤双向传输系统的下行线传到地面的图像监视器上，射手对目标进行搜索、识别和捕获，同时形成的控制指令经上行线传到导弹，控制导弹飞向目标的制导技术。光纤制导是处于蓬勃发展中的精确制导技术，它抗干扰能力强、制导精度高，具有超视距精确打击能力。目前，世界上许多国家都在研制和发展光纤图像制导武器系统，比较著名的是美国研制的光纤制导导弹系列FOG-M、EFOGM、LFOGM； 欧洲导弹公司研制的独眼巨人POLYPHEM；以色列研制的光纤制导导弹系统NT-S、NT-D；巴西研制的多用途光纤制导导弹FOG-MPM等。光纤图像精确制导技术是新兴的制导领域, 目前我国在该领域的研究水平接近国际先进水平。

2.6地图匹配制导

地图匹配制导是利用地图信息进行制导的一种制导方式。一般有地形匹配制导和景像匹配制导。所谓地形匹配制导，是指在导弹飞行的预定飞行线路上选择若干个地形特征比较明显的地区作为特定区，将其数字高程地图储存在弹载计算机中，当导弹飞抵定位区上方后，由弹载气压高度表和雷达高度表综合测定实地高程，将实测数据与预储存数据进行比较确定导弹当前位置偏离预定位置的偏差，形成制导指令，将导弹引向预定区域或目标的制导技术。景像匹配制导是利用弹上设备拍摄导弹飞经地区景物的图像，经过数字化转换，与预储的数字景像地图进行对比，确定导弹是否偏离预定的航线，如果发生偏离，则产生误差控制信号控制导弹飞向预定区域或目标的制导技术。

2.7全球定位系统（GPS）制导

GPS制导的工作原理是利用弹上安装的GPS接收机接收4颗以上导航卫星播发的信号，实时地获得导弹位置、速度信息，形成制导指令，控制导弹飞向目标。例如，美国战斧BlockⅢ巡航导弹主要改进是GPS接收机和天线系统，改装后的导弹，其圆概率误差降为3 m。该导弹在科索沃战争中发挥出色。GPS制导不受云、雾和烟尘影响，全天候使用，但它是由美国拥有的，特别在战争时期，GPS技术的使用将受到限制。如波音公司研制的联合直接攻击弹药（JDAM），就应用了全球定位系统。

2.8惯性制导

惯性制导是指利用弹上惯性元件测量导弹相对于惯性空间的运动参数，并在给定运动的初始条件下，由制导计算机计算出导弹的速度、位置及姿态等参数，形成控制信号，引导导弹完成预定飞行任务的一种自主制导系统。它具有抗干扰性强、隐蔽性好、不受气象条件影响等优点。但随着工作时间的延长，误差变大，所以在中远程制导中通常加装地形匹配制导系统，以便定期修正这些误差。而且和GPS制导组合的系统有效地解决了惯性导航精度误差随时间推移而增大和GPS易受干扰的问题。此法有更好的抗干扰性能。目前，地地弹道导弹和潜地导弹几乎都采用这种制导方式，如美国的大力神、民兵。

2.9程序制导

程序制导是预先将导弹命中目标所需要的飞行弹道存储在程序控制机构内。导弹发射后，弹上程序控制机构按照预先安排好的飞行方案，按时输出控制指令，按部就班地控制导弹按预定弹道飞向目标。

2.10多模或复合制导

随着现代化战争攻防对抗日益激烈、战场环境日趋复杂，单一方式的制导难以适应未来战争的需要，采用复合制导可扬长避短，更好地满足作战要求。因此，将各种制导方式串接或并行组合，巧妙利用各自长处的复合制导方式越来越引起人们的重视。多模制导是指同一制导段，同时采用两种或两种以上频段或末制导方式进行工作。复合制导则是指不同制导段采用两种频段或末制导方式交替工作。多模或复合寻的制导可以充分发挥各自的优势，弥补各自的不足，大大提高武器的作战效能，成为精确制导技术的重要发展方向之一，世界各国都极为重视。

多模或复合制导技术的研究始于20世纪70年代中期。红外、紫外双模制导已用于美国POST毒刺防空导弹；主被动微波复合制导在俄罗斯的白蛉反舰导弹上被采用；美国的斯达姆、德国的苍鹰等反坦克导弹采用了毫米波/红外复合制导；被动雷达与红外复合制导用在美国RIM-116舰空导弹；德国博登湖公司已研制出红外成像与毫米波复合制导系统。3 mm波雷达与宽带微波被动雷达，红外成像与宽带微波被动雷达复合制导现已用于美国先进导弹AARGM上和德国AR-M IGER反辐射导弹上。战斧BlockⅢ巡航导弹采用了惯性、地形匹配、GPS数字景像匹配复合制导。目前看来，多模或复合制导今后发展的重点是毫米波与

红外成像；红外成像与宽带微波被动雷达；主被动雷达多模复合制导。

3.总结

21世纪精确制导技术仍是军事技术研究、发展的热点。随着信息技术的高度发展，精确制导技术必将获得很大的发展，支撑着精确制导武器的精确打击能力。

随着信息化时代的到来，高技术局部战争中精确制导武器使用比例越来越大，可以看出精确制导技术的发展已呈现出以下几个特点。

1、多模或复合制导将逐步发展成为精确制导的主要方式。双模寻的复合制导技术已日趋成熟，未来三模复合寻的制导技术将实用化，例如日本已着手研制对空导弹用的微波/毫米波/红外三模寻的头。双色红外成像、红外成像和毫米波、红外成像与宽带微波被动雷达、主被动雷达等多模或复合制导是发展的重点。

2、光学制导将主要以成像制导为主, 凝视红外成像制导是主要制导方式, 固体激光非扫描成像制导方式将获得大的发展。射频制导中的毫米波成像制导、微波成像制导是射频制导的发展重点。

3、为满足远程精确打击的需要,随射程的增加将普遍采用中制导和末制导复合制导技术，中制导将普遍采用惯性导航和全球定位系统复合制导，末制导采用双模寻的和自动目标识别算法。

4、提高目标识别及在复杂战场环境下的自适应跟踪和抗干扰能力。

5、发展合成孔径雷达成像技术和新的探测技术，增大作用距离，使武器能在防区外攻击目标。

6、智能化信息处理技术（软、硬件）的研究和发展，重点是自动目标识别（ATR）技术研究。

7、微处理技术的发展将INS和GPS作为一个整体装入导弹系统，这种一体化INS/GPS技术具有更好的抗干扰性能，质量轻、体积小，适于导弹安装。

8、继续完善末制导技术以提高命中精度并全天候作战和提高抗干扰能力。精确制导技术的发展使精确制导武器的发展朝着系列化、智能化、提高射程与制导精度、隐身、多功能战斗部、超声速、降低成本等方向发展，以适应未来战场的需要。

第二篇：欧洲炼钢技术发展现状与趋势

欧洲炼钢技术发展现状与趋势

202_年，27个欧盟国家的产量为1.685亿吨，其中有19个国家年粗钢产量超过300万吨。这些国家主要的工艺路线是转炉炼钢和电炉炼钢，其中转炉炼钢比例为58.3%，电炉炼钢为41.7%。但各国工艺路线区别很大。意大利和西班牙电炉炼钢比例超过2/3，卢森堡、葡萄牙和斯洛文尼亚这一比例达到100%。与此相反，在奥地利、荷兰、捷克、斯洛伐克和匈牙利，转炉炼钢比例超过90%。在德国，电炉炼钢比例占32%，转炉炼钢比例占68%。

转炉与电炉：结合显优势

相比于电炉炼钢，转炉炼钢具有更大规模生产特定钢种的能力。精细的钢种用于供应扁平材及长材产品、半成品、线材、热轧卷和冷轧卷的生产使用。氧气转炉炼钢工艺主要分为3种：顶吹LD炉、底吹BOP炉、为了增加废钢比例的顶底复吹Q-BOP炉。

1952年~202_年，底吹BOP转炉粗钢产量远远低于顶吹LD转炉粗钢产量。许多优化LD转炉的工艺和装备技术使其在世界范围内得到广泛使用，其中包括改善工艺自动化的副枪技术、实现出钢温度和成分命中的动态工艺模型的发展、各种形式的出钢挡渣系统和通过炉底透气砖喷吹惰性气体搅拌熔池实现顶底复吹。

底吹转炉改善了炉渣熔池反应和脱碳效果。在出钢时具有相似碳含量的情况下，相比于LD转炉，BOP转炉渣中铁含量降低。

可生产多样性钢种是转炉炼钢和电炉炼钢的共同特征。较少种类的高品质结构钢、耐腐蚀耐热钢和工具钢多采用电炉生产。许多化学元素可以当作合金原料用于生产多种市场所需的钢材产品以满足客户要求。1980年~202_年，欧盟国家电炉炼钢产粗钢比例从20%增长到42%，增幅超过1倍。可持续发展是这些数字背后的驱动力，因为各种级别废钢的循环利用是电炉炼钢的重要任务。此外，电炉炼钢相对于长流程炼钢来说也减少了CO2的绝对和相对排放量。

在德国，28座电炉中有3座是直流电炉，分别位于翁特威伦博恩、派尼和乔治玛林。直流电炉主要具有低噪音、低电耗、长炉龄、对电网冲击小等优点。

就电炉炼钢流程来说，伊斯肯德伦MKK冶金公司拥有300吨容量的电炉（交流电），东京钢铁公司拥有420吨容量的电炉（直流电）。这些电炉炼钢厂粗钢年产能达到250万吨，接近中等规模转炉炼钢厂的产能水平。

Conarc工艺代表了转炉炼钢和电炉炼钢技术的结合。根据原材料的不同，两个独立的熔池可以同时冶炼或者分别作为转炉和电炉冶炼。原材料可从全铁水到全废钢变化，充分考虑原材料的灵活性是Conarc工艺的特点。

采取改善转炉传感器技术和工艺建模等措施的目的在于增加转炉的有效性及保证转炉在换衬和缓冲期的安全准确维护。此外，其也有助于改善能量利用率、二次燃烧率、转炉炉气回收和增加原料废钢比等。但是，电炉炼钢炉气利用仍然是一个重要问题。

因为高品质废钢数量的有限性限制了电炉炼钢生产粗钢比例的提升，所以电炉熔化废钢和海绵铁、转炉冶炼铁水、化石燃料熔炼废钢等复合工艺得到发展。

目前，用气体作为还原剂已经不仅限于研究阶段，奥钢联在德克萨斯投资了新的热压块铁厂。一些地区的天然气价格较低，使得这项技术具有重要意义。

炉外精炼：精细灵活

转炉炼钢厂典型的炉外精炼工艺开始于出钢过程中加入合金元素。LF炉可以用电作为能源对钢液进行加热，这给炼钢工人带来了许多便利且具有其他优点：①出于工艺考虑可以降低转炉出钢温度，②可以延长转炉炉衬寿命，③使加入大量合金原料成为可能。

加热钢液也可以在HALT或者CAS-OB通过铝脱氧放热实现。VD/VOD或者RH可以进行脱气和脱碳。在钢包脱气过程中，利用适宜的炉渣条件可以将钢中硫含量降至最低值。而RH炉为脱碳提供了最适宜的条件。

钢种的多样性和客户的需求导致炉外精炼的工艺路线比较复杂，转炉炼钢和电炉炼钢都是如此，其中考虑到了炼钢、搅拌、RH和VD/VOD脱气、LF和化学升温等因素。实际工艺路线的选择由冶金需求决定，可以同时采取多种工艺路线，而且这些工艺路线互相关联。因此，炼钢厂的调度安排变得越来越重要，这也对工人操作水平和设备有了更高的要求。

客户需求和产品种类决定了所需要的炉外精炼装备。通常来讲，满足残余元素或者微量元素的下限与生产有合金元素上限的钢种是两个不同的任务和工艺。此外，从不同元素的需求来看，LF炉的关键地位是显而易见的。钢种合金元素总体含量越高，采用LF精炼就越重要。这是由于工艺所允许的温度上限有要求，炼钢时输入钢液的能量不能保证添加大量合金元素的需求。

自20世纪50年代装备了第一台炉外精炼设备以来，人们付出了巨大的努力推动精细冶炼工序的发展，这也可以从钢中残余元素最低值要求的变化看出：1960年，钢中[C]、[S]、[N]、[O]、[H]含量总和为600ppm，到202_年，这一值降低到了70ppm。显然，这一数值已经没有必要再向更低的水平发展了。

现在，炉外精炼的主要类型有VD/VOD和RH。采用RH工艺，钢液终点碳含量仅为采用VD/VOD工艺终点碳含量的1/3。另一方面，由于VD可以优化炉渣成分进行脱硫，钢中硫含量约为RH的1/4。因此，VD在中厚板和管线钢的生产中扮演着重要角色。

从欧洲1990年~202_年每5年中新建成的脱气装置可以看出，主要趋势是在转炉炼钢厂装备RH，在电炉炼钢厂装备VD/VOD。但是，也有不同工序的不同组合。大约50%的RH使用的钢包容量超过150吨，而大部分VD/VOD使用的钢包容量都小于150吨。

对LF工艺技术来说，可以总结出以下趋势：转炉炼钢生产高合金钢种是需要LF炉的原因；LF炉可以降低转炉出钢温度以降低钢中磷含量，这也有利于延长炉衬寿命；开发出水冷铜元件可以避免结壳。

预期LF今后会在转炉炼钢中扮演重要的角色。炼钢工艺需要更高的灵活性与更加精细钢种数量的增加相结合，这给炉外精炼带来了一个新挑战。炼钢物质流的持续改善是另一个主要任务。在高合金钢的生产中，合金系统必须升级到更大效率，同时保证更好的分析弹性。在线工艺建模的重要性已经增加，光学检测和摄像系统配合图像分析软件的应用是此技术发展的另一个趋势。炉外精炼设备数量的稳定增加和精细技术的投入使用，确保了该工艺操作的最大灵活性，从而有利于更好地满足当今和未来的市场需求。

连铸：稳中求“精”

比较7年间欧洲吨钢研发投入与吨钢附加值之间的关系和技术差别可看出，薄带连铸仍有很多问题。也就是说高研发投入却获得低附加值。未来几年工艺优化的一个重要方向可能

是提升薄带连铸产品的附加值。薄板坯连铸处于较好态势，但是要获得高附加值仍然需要高研发投入。

当今95%的钢材仍由传统连铸工艺生产，因为其能够以较低的研发投入获得较高的产品附加值。德国厚板厂商迪林格公司正准备采用一种近终型连铸工艺，旨在建造一台可生产最大厚度500mm板坯的连铸机以满足客户在厚板市场的需求，预计将在202_年投产。

薄板坯连铸。自1984年纽科公司第一家薄板坯厂在克劳福兹维尔建成以来，这项技术在高质量热轧板卷的生产中扮演了重要的角色。薄板坯连铸主要的优势在于相对低的能量消耗，约比传统板坯连铸-热轧工艺低一半。

据统计，全世界薄板坯连铸工艺产能总和达到8150万吨。有44家工厂采用CSP工艺，有12家采用FTSC工艺，5家采用其他工艺，如DSP、ESP、ISP。这些技术在电炉炼钢厂和转炉炼钢厂都有使用。这些工厂主要分布在欧洲和北美，也有的部分位于印度、韩国和中国。

目前，欧盟国家有7家薄板坯厂正在运营，年产能达到900万吨，分别采用ESP、ISP、CSP或DSP工艺。为使产量实现最大化，这些厂不断提高连铸坯拉速。比如克雷莫纳厂采用的ESP工艺，最高拉速可达到8.5m/min；土耳其伊斯肯德伦也有一家工厂采用FTSC工艺。

薄带连铸。为了生产厚度为1mm~5mm的近终型产品，双辊薄带连铸工艺被开发出来。由于产品厚度降低，可以减少轧钢机架数量，从而大幅缩短生产线。相对于传统（厚板坯）连铸-热轧工艺，双辊薄带连铸工艺能量消耗最多可降低90%；由于钢液凝固时间为传统连铸的1/700，微观组织也能得到改善，且可以避免微观偏析和宏观偏析，从而允许更高的残余元素含量。在生产高锰和高铝含量的钢种时，薄带连铸具有极大的吸引力。

目前，主要有3家薄带连铸厂正在运营。韩国浦项在202_年建成了一座类似的工厂用于生产不锈钢和硅钢。202_年，纽科公司在美国克劳福兹维尔建成一台双辊轧机，年产能54万吨。此后，其又在美国布莱斯威尔建成了第2台，生产的钢种包括碳素结构钢和低合金钢。

一般来说，表面缺陷不能通过火焰清理和修磨去除，这是双辊薄带连铸技术的主要问题。该技术在侧板密封技术、边缘板型控制、凝固过程控制和工艺收益率等方面还尚待改进优化。

德国扁钢厂商萨尔茨基特公司在世界上首次实现了BCT薄带连铸工业化，相应的试验工厂位于克劳斯塔尔大学。通过旋转，钢液从类似于中间包的容器中浇出，冷却成钢带。初级冷却主要在连铸滚带上进行，凝固过程在惰性气体气氛下进行。浇铸成的钢带厚度在10mm~15mm之间。

相对于双辊薄带连铸工艺来说，BCT薄带连铸工艺表面缺陷没有那么严重，且具有偏析轻、在线轧制能耗低、轧钢机架数量少等优势。同时，由于不用经过弯曲和矫直，该工艺避免了热致裂纹的发生，可专门用于高锰钢的生产。

技术展望。在德国钢铁协会会员公司中，当前连铸技术的发展趋势主要集中在提升工艺可靠性和工艺稳定性、装备模块化和改善灵活性方面。对于传统连铸工艺的优化策略是根据产品市场定位来确定进一步发展的方向。短期来看，薄板坯连铸工艺将会引起极大关注；长远来看，则必须发展精细的设备和工艺流程。然而，未来薄板坯连铸的发展也要取决于技术可行性和经济效益情况。

第三篇：先进航空发动机关键制造技术发展现状与趋势

先进航空发动机关键制造技术发展现状与趋势

一、轻量化、整体化新型冷却结构件制造技术1 整体叶盘制造技术整体叶盘是新一代航空发动机实现结构创新与技术跨越的关键部件，通过将传统结构的叶片和轮盘设计成整体结构，省去传统连接方式采用的榫头、榫槽和锁紧装置，结构重量减轻、零件数减少，避免了榫头的气流损失，使发动机整体结构大为简化，推重比和可靠性明显提高。在第四代战斗机的动力装置推重比10 发动机F119 和EJ200上，风扇、压气机和涡轮采用整体叶盘结构，使发动机重量减轻20%~30%，效率提高5%~10%，零件数量减少50% 以上。目前，整体叶盘的制造方法主要有：电子束焊接法；扩散连接法；线性摩擦焊接法；五坐标数控铣削加工或电解加工法；锻接法；热等静压法等。在未来推重比15~20 的高性能发动机上，如欧洲未来推重比15~20 的发动机和美国的IHPTET 计划中的推重比20的发动机，将采用效果更好的SiC 陶瓷基复合材料或抗氧化的C/C 复合材料制造整体涡轮叶盘。2 整体叶环（无盘转子）制造技术如果将整体叶盘中的轮盘部分去掉，就成为整体叶环，零件的重量将进一步降低。在推重比15~20 高性能发动机上的压气机拟采用整体叶环，由于采用密度较小的复合材料制造，叶片减轻，可以直接固定在承力环上，从而取消了轮盘，使结构质量减轻70%。目前正在研制的整体叶环是用连续单根碳化硅长纤维增强的钛基复合材料制造的。推重比15~20 高性能发动机，如美国XTX16/1A 变循环发动机的核心机第3、4 级压气机为整体叶环转子结构。该整体叶环转子及其间的隔环采用TiMC 金属基复合材料制造。英、法、德研制了TiMMC 叶环，用于改进EJ200的3级风扇、高压压气机和涡轮。3 大小叶片转子制造技术大小叶片转子技术是整体叶盘的特例，即在整体叶盘全弦长叶片通道后部中间增加一组分流小叶片，此分流小叶片具有大大提高轴流压气机叶片级增压比和减少气流引起的振动等特点，是使轴流压气机级增压比达到3 或3 以上的有发展潜力的技术。4 发动机机匣制造技术在新一代航空发动机上有很多机匣，如进气道机匣、外涵机匣、风扇机匣、压气机机匣、燃烧室机匣、涡轮机匣等，由于各机匣在发动机上的部位不同，其工作温度差别很大，各机匣的选材也不同，分别为树脂基复合材料、铁合金、高温合金。树脂基复合材料已广泛用于高性能发动机的低温部件，如F119 发动机的进气道机匣、外涵道筒体、中介机匣。至今成功应用的树脂基复合材料有PMR-15（热固性聚酰亚胺）及其发展型、Avimid（热固性聚酰亚胺）AFR700 等，最高耐热温度为290℃ ~371℃，202_ 年前的目标是研制出在425℃温度下仍具有热稳定性的新型树脂基复合材料。树脂基复合材料构件的制造技术是集自动铺带技术（ATL）、自动纤维铺放技术（AFP）、激光定位、自动剪裁技术、模压成形、树脂传递模塑成形（RTM）、树脂膜浸渍成形（RFI）、热压罐固化成形等技术于一体的综合技术。5 宽弦风扇叶片制造技术英国罗· 罗公司成功开发出遄达系列的超塑成形-扩散连接发动机宽弦风扇转子叶片，引起了国际航空界的高度重视，此类空心叶片的轻质量、高结构效率使航空发动机的综合性能得到显著提高。如今，宽弦、无凸台、空心叶片是高性能发动机风扇和第一级压气机叶片的发展方向。推重比10 一级发动机F119，EJ200 均采用了宽弦风扇叶片，GE 公司的GE90，推重比15~20 高性能发动机都采用复合材料风扇叶片。现在宽弦风扇叶片主要采用超塑成形-扩散连接（Superplastic Forming/Diffusion Bonding，SPF/DB）技术。与传统工艺制造的零件相比，SPF/DB 组合工艺技术具有重量轻、成本低、效益高、整体性好、成形质量高等优点。目前国外正在研究的推重比15~20 高性能发动机的金属基复合材料风扇叶片，是一种空心的、用连续碳化硅纤维增强的钛基复合材料（TiMMC）制造，采用超塑成形/ 扩散连接工艺制出空心风扇叶片。6 复合冷却层板结构制造技术多孔复合冷却层板结构是推重比10 以上发动机采用的先进冷却结构，多用于燃烧室和涡轮叶片，它是一种带有复杂冷却回路的多孔层板，用扩散连接方法连接成形的冷却结构，其关键制造技术是计算机辅助设计和绘制复杂冷却回路，用“照相-电解法”制成冷却回路，扩散连接成多层多孔层板。由此可知，整体化结构、新型冷却结构等新技术，使发动机诸多零件减轻了质量、降低了成本、提高了效率，从而保证了发动机高推比、高性能的相关要求。

二、新材料构件制造技术推重比15~20 一级的航空发动机要求材料具有耐高温、高强度、高韧性等特性。高性能发动机已经采用很多种类的新材料和新材料构件，尤其是金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳/ 碳复合材料是当前高温复合材料领域开发和应用研究的热点。与其同时进行的高温复合材料构件制造技术正在深入地发展。1 金属基复合材料构件制造技术SiC 长纤维增强Ti 基复合材料（TiMMC）具有比强度高、比刚度高、使用温度高及疲劳和蠕变性能好的优点。例如德国研制的SCS-6 SiC/IMI834 复合材料的抗拉强度高达2200MPa，刚度达220GPa，而且具有极为优异的热稳定性，在700℃温度暴露2000h 后，力学性能不降低。TiMMC 叶环代替压气机盘，可使压气机的结构质量减轻70%。美国制备的TiMMC 叶环已在P&W 的XTC-65 IHPTET 验证机上成功地进行了验证，能够满足性能要求。英、法、德也研制了TiMMC 叶环，并成功地进行了台架试验。未来发动机的低压压气机叶片和静子叶片、整体叶环、机匣及涡轮轴将采用金属基复合材料制造。TiMMC 关键制造技术有、纤维涂层法、等离子喷涂法、浆料带铸造法、箔-纤维法。2 陶瓷基复合材料构件制造技术推重比15~20 高性能航空发动机的涡轮前温度将达到2200K 以上，连续纤维增韧陶瓷基复合材料（CMC）耐温高，密度低，具有类似金属的断裂行为，对裂纹不敏感，不发生灾难性的损毁，可代替高温合金作为热端部件结构材料。CMC 的应用使发动机大幅度减重，节约冷却气或无需冷却，从而确保发动机高推重比的有关性能。美、英、法等发达国家以推重比9~10 发动机（如F119、EJ200、F414 等）作为CMC 的验证平台，主要验证的部件有SiC 基CMC 的燃烧室、涡轮外环、火焰稳定器、矢量喷管调节片和密封片，甚至整体燃烧室和整体涡轮等构件。SiC 基CMC 的关键制造技术包括纤维预制件的设计和制造、SiC 基体的致密化技术、纤维与基体间界面层和复合材料表面防氧化涂层的设计与制造以及构件的精密加工等。3 碳/碳复合材料构件制造技术碳/ 碳复合材料（C/C）的最显著的优点是耐高温（1800℃ ~202_℃）和低密度（约1.9g/cm3），可能使发动机大幅度减重。美、法、俄等研制的C/C 复合材料部件有燃烧室喷嘴、加力燃烧室喷管、涡轮和导向叶片、整体涡轮盘、涡轮外环等。美国将整体涡轮盘在1760℃进行了地面超转试验。C/C 构件的关键制造技术包括碳纤维预制体的设计与制备、C/C 的致密化技术和C/C 防氧化涂层的设计与制造。C/C 致密化方法有化学气相浸透法（CVI）和液相浸渍法。液相浸渍法包括树脂浸渍炭化法和沥青浸渍炭化法，发展的方向是提高致密化速率，降低制造成本。由于航空发动机用C/C 构件要满足富氧燃气环境下长寿命工作的要求，所以必须解决C/C 抗氧化的问题。通过设计和制备防氧化涂层是改善C/C 抗氧化性的主要途径，也是国际研究的热点，目前尚未取得突破性进展。由上可见，与现行推重比8 的发动机相比，新材料构件不管在结构设计、制造技术方面，还是在整体质量方面，都有较大突破，因此可确保推重比15~20 等高性能的实现。

三、航空发动机制造技术新工艺1 新型结构件精密制坯技术目前，先进精密毛坯制造技术正在向近净成形方向发展。先进的精密制坯技术有定向凝固和单晶精铸制坯、精密锻造制坯和快速凝固粉末冶金制坯技术。高性能航空发动机采用了大量的新型结构件，由于制坯技术的进步将导致毛坯件发生重大变化。精铸件、精锻件、单晶和定向凝固精铸件以及快速凝固粉末冶金制坯毛坯将取代传统的大余量毛坯。传统意义的锻件将由77% 降至33%，精铸件由18% 增至44% 以上，粉末冶金件由3% 增至8%，复合材料构件由4% 增至15%。2 先进的切削技术切削加工一直是航空发动机关重件的主要制造手段。随着航空发动机推重比的不断提高，特别是质量的不断减轻，发动机制造将越来越多地依赖于高比强度、低密度、高刚度和耐高温能力强的钛合金、高温合金以及金属基复合材料等新材料，而这些材料都属于典型的难加工材料。同时发动机关重件往往型面复杂，对加工精度和表面完整性的要求极，因此在新一代航空发动机的切削加工中迫切需要采用新型刀具材料、刀具结构以及高效的工艺方法，同时这种需求也大大推动了具有高刚度、高精度和大驱动功率的专用机床和通用机床的发展。数控加工技术在航空发动机的制造中主要用于压气机及涡轮机的各类机匣、压气机盘及涡轮盘、涡轮轴和压气机轴等复杂构件的加工。高端数控装备及技术作为国家战略性物资，对提高发动机整体制造水平起着举足轻重的作用，如美国洛克希德· 马丁公司在研制JSF 联合攻击机时，采用五坐标数控加工方法，将约1.5t 的铁合金锻锻锭数控铣削加工成重约99kg 的大型升力风扇整体叶盘，其切除率超过93%。高效精密切削、变形补偿、自适应加工，以及抗疲劳制造等技术的研究和应用在新一代发动机的加工中需求迫切；同时，加工过程的知识积累对于提高加工效率、加工质量和加工的自动化水平非常重要，应围绕发动机关重件和典型材料的高效数控加工建立相应的切削数据库。磨削在先进的切削技术研究中占有重要地位。在磨削加工技术的研究中，为了获得高加工效率，世界发达国家开始尝试高速、强力磨削技术，如利用强力磨削可一次磨出涡轮叶片的榫头齿形。目前，磨削技术的发展趋势是：发展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨削、高速高效磨削机理并开发其新的磨削加工技术，研制高精度、高刚性的自动化磨床。3 特种加工技术以高能束流加工为代表的特种加工技术在难切削材料加工，复杂构件的型腔、型面、型孔、微小孔、细微槽及缝的加工中具有显著优势，解决了常规加工很难解决的问题。特种加工技术主要包括：激光加工、电子束加工、离子束加工、等离子加工、电火花加工、电解加工、超声波加工、磨料流加工、高压水射流切割等。通过电磁场、温度场、化学场和力场（包括空间微重力场）等外加因素的综合应用以及激光、等离子束、微波等多种能量形式的结合，开辟材料加工成形技术创新的广阔途径。4 特种焊接技术先进焊接连接技术作为确保航空发动机结构完整性不可缺少的手段，其研究、开发与应用直接关系到新一代航空发动机的质量、寿命和可靠性。特种焊接技术由于具有可明显减轻结构重量、降低制造成本、提高结构性能等特点，满足航空发动机轻质化、长寿命、低成本、高可靠性制造的要求，已成为航空发动机制造中的一项重要技术。特种焊接技术主要包括：钨极惰性气体保护弧焊（GTAW）、活性焊剂焊接技术、自蔓延高温合成焊接法、等离子弧焊（PAW）、电子束焊（EBW）、激光焊（LBW）、真空钎焊（VB）、扩散焊（DB）、摩擦焊等。近年来，新型纤焊和扩散焊、摩擦焊和高能束流焊接等先进焊接技术在航空发动机制造中的发展和应用越来越广泛。在欧美已相继用摩擦焊取代电子束焊用于发动机的粉末冶金等温锻造盘-盘及盘-轴一体化焊接。摩擦焊接技术在发动机转子鼓筒、整体叶盘的焊接中得到和应用，并逐渐发展成为航空发动机制造中的一项关键技术。5 热障涂层技术先进的高推重比发动机结构中将大量采用以热障涂层技术为代表的先进热障涂层技术。涂层技术在航空发动机关键零部件的耐磨、高温防护、隔热、封严以及钛合金零件的防微动磨损、阻燃等方面起了显著的作用，应用越来越广泛。先进的涂层方法主要包括：真空等离子喷涂、层流等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电子束物理气相沉积、化学气相沉积、真空离子溅射涂层（MAП 炉）等。热端部件采用热障涂层以提高结构强度，其中有陶瓷涂层和多层隔热层。陶瓷热障涂层需先在零件表面喷涂MCrALY底层以提高结合强度。多层复合隔热涂层是在基体金属表面钎焊一层柔性金属纤维结构（材料为HFe22.5Cr5.5SiO0.1C），可减少冷却气流80%。涡轮工作叶片和导向器的隔热涂层采用低压等离子喷涂涂敷，也可以采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）涂敷。发动机冷端部件均采用封严涂层、耐磨和防腐蚀涂层。6 快速原型/零件制造技术快速原型（Rapid Prototyping，RP）制造技术出现于20 世纪90 年代中期，这种基于“离散-堆积”原理和增材制造的方法，能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速、近净成形，具有高度柔性的制造思想已经被企业界广泛接受，其应用已从最初的设计原型和测试原型制造向最终产品制造的方向发展。快速原型/ 零件制造技术为航空发动机复杂零件的设计实现实体化提供快速方便的手段，可实现精铸复杂模具的制造，现在发展到直接快速成形零件，是一种很有发展前景的工艺方法。主要方法有：分层实体制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）、熔化沉积制造（FDM）、三维立体印刷（SLA）和三维焊接法等。快速原型制造技术一经出现，就成为先进制造技术和激光加工领域研究的热点，美国军方对这项技术的发展给予了相当的关注和支持，在其直接支持下，美国率先将这一先进技术实用化，目前，F-22 和F/A-18E/F 上的几个关键零件已经采用了TC4 钛合金激光快速成形件。该技术能显著提高疲劳性能，降低成本40%，加工周期仅为传统工艺的1/5。7 浮壁式火焰筒制造技术推重比10 一级发动机涡轮前温度达到1500℃ ~1700℃。艾利逊公司研究了用Lamilloy 多孔层板加柔性金属/ 陶瓷制造的浮壁式火焰筒结构。普惠公司研究了用玻璃陶瓷基复合材料制造浮壁式火焰筒结构。F119采用的浮壁式火焰筒结构是用多环段连接而成。环段背向火焰一面对流散热的凸环，并有缝隙形成冷却隔热气膜，隔热环是由浮动片组成，并用螺栓连接在外环段上。浮动片用精密铸造而成，而冷却隔热环局部喷涂热障涂层，以降低部件表面温度。

四、航空发动机零部件的无损检测技术无损检测技术能为发动机产品提供内部质量信息，既可作为产品评价的依据，也为工艺分析提供参考信息，是确保发动机结构高可靠性的重要手段。对于航空发动机而言，在服役过程中难免会出现一些疲劳裂纹、损伤以及恶劣工作环境下组织状态变化等问题，及时检测到这些问题对于减少事故、提高零部件的使用寿命有重大意义。常用的检测技术有超声检测、涡流检测、工业CT无损检测等。无损检验技术发展的总趋势仍是速度快，自动化程度高，分辨率高，易于解读，可靠性高，以及成本低。例如，在传统的超声、电磁及声学检验中，广泛引入移动式自动扫描，综合应用了多种技术，出现了自动扫描的超声、电磁、传感器系统，声学-激光自动扫描系统。

五、面向零件制造过程的专业化成套制造技术作为单项数字化制造技术的集成，将信息技术与制造技术相结合而形成的数字化生产线技术的应用成为航空发动机行业提高生产质量和柔性的关键技术。GE、罗· 罗和普惠等主要航空发动机生产厂商应用数字化技术，建成了一系列航空发动机典型零件自动化生产线，取得了良好的效果。（1）压气机叶片精密锻造生产线目前航空发动机有33% 的工作量来自于叶片的制造，叶片精锻生产线是解决叶片制造瓶颈的有效方法之一。生产线由叶片制坯、叶片精锻成形、叶片型面化铣、叶片热处理、叶片检测５条子生产线组成，适合于高温合金、钛合金、铝合金和不锈钢等材料精锻叶片的批量生产。（2）涡轮叶片精密铸造生产线涡轮叶片制造质量对航空发动机的性能有很大影响。由于其结构复杂、制造技术含量高，其精铸质量和尺寸精度与叶片研制过程中的设计、制造、冶金、化学、制模、炉工等人员密切相关。国外航空发动机制造公司花费大量资金建立了发动机涡轮叶片精铸生产线。（3）压气机转子叶片电化学自动化加工生产线该生产线集拉削加工技术、高精度测量技术、电化学技术、电火花加工技术、机器人技术以及无损检测技术等众多技术于一体，其关键技术为360°电化学加工技术。首先采用组合的垂直拉床将预切长度的棒材拉削加工出叶片的榫齿，然后利用根部来定位，从叶盆和叶背两面进行电化学加工，一次完成叶身型面加工。

六、以信息化技术为纽带，建立数字化工厂信息化是振兴及提升航空发动机制造业的必要途径，必须将专业的制造技术与信息技术、管理技术相融合，运用先进的信息技术和现代管理思想，实现航空发动机设计、试验、制造、检测、管理、使用和维护等全过程的自动化、网络化和智能化。在国外，航空发动机研制已利用信息化技术从传统的大批量制造模式转向现代先进精益制造模式。例如，GE 公司发动机部GEAE 在1998 年制订实施了航空发动机异地协同设计和制造的增量式发展规划，取得了显著的效益。罗· 罗公司建立了发动机典型零件的自动化生产线和协同的计算机工作环境，实施了并行工程，从整体上增强航空发动机的研制能力。普惠公司采用集成产品开发团队的形式来管理发动机全生命周期内的计划、流程、技术、信息等经济技术活动，建立先进的数字化工厂。免责声明：本公众号所载文章为本公众号原创或根据网络搜集编辑整理，文章版权归原作者所有。如涉及作品内容、版权和其它问题，请跟我们联系！文章内容为作者个人观点,并不代表本公众号赞同或支持其观点。本公众号拥有对此声明的最终解释权。

第四篇：数控机床技术发展现状及趋势

数控机床技术发展现状及趋势

赵 学 明

（广东工业大学，广东 广州 510006）

摘要：现在世界上很多发达的工业化国家在生产中广泛应用数控机床。随着电子技术和控制技术的飞速发展，当今的数控系统功能已经非常强大，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的发展起着越来越重要的作用。随着科学技术的发展，世界先进技术的兴起和不断成熟，对数控技术提出了更高的要求。当今数控机床正在不断采用最新成果，朝着高速化、超精度化、多功能化、智能化、系统化、网络化、高可靠性与环保等方向发展。

关键字：数控机床、技术、现状、发展趋势

引言

从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。

进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。1 数控机床的简单介绍

车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。数控系统是由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界上最大的三家厂商是：日本法拉克、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西

班牙凡高等。国内有华中数控、航天数控等。从目前来看，我们国家机床业最薄弱的环节就在数控系统。国内的数控系统刚刚才开始，产业化、质量、技术水平一般，故障率比较高，质量精度一般。因此，高档次的数控系统全都是依赖进口，每年国家需要在此方面花费大量的外汇。给机床装上数控系统后，机床就成了数控机床。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装数控系统这么简单，例如：从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。我们一般所说的数控设备，主要是指数控车床和加工中心。我国数控机床的机遇与挑战

近6年来我国数控机床产量一直处于持续地以年均增长超过30％快速发展，据初步统计202_年数控机床的产量为51860台，同比年增长40.8％，数控机床的消费量约70000余台，同比年增长约30％。数控机床需求的旺盛也促进了202_年内新建的三资和民营机床厂以及数控机床品种的明显增加。但是，另一方面进口的数控机床数量也在逐年同步增加，而且进口数控机床的消费额的增长趋势更快。202_年数控机床的进口数量同比年增长30％，而进口消费额的增长却达52％，从而导致国产数控机床在国内市场消费额中的所占比例已不足30％。之所以出现这一现象，其主要原因在于国内市场对技术和附加值高的高效精密数控机床和高性能大重型数控机床需求增长，要依靠进口解决。大量的高档数控机床的进口，主要由于以下三个领域发展的需求：高新技术和国防工业领域；重大基础装备制造领域。国民经济支柱产业领域等。因此，对于高速超精密数控机床，国内还是欠缺的，主要依赖进口。

但是最近几年国家也加大了对数控机床研发的大力支持。科技部将为数控机床专项研发投入2亿元，主要围绕数控设备支撑技术和航天、交通、能源等方面需要的超大型超精密加工设备。第一个建立在企业的数控机床国家重点实验室已经进入审批阶段。科技部还将组织重大专项研究，在关键功能部件等配套技术和产品研发上取得核心技术。国家的政策支持，产业扶持，这是数控机床业的春天，将会促进我国数控机床朝向世界顶级技术迈进。3 数控机床技术发展的趋势高速度与超精度化

速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品的质量。高速度、超精度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。特别是在超高速切削、超精密加工技术的实施中，对机床各坐标轴位移速度和定位精度提出了更高的要求；另外，这两项技术指标又是相互制约的，也就是说要求位移速度越高，定位精度就越难提高。

目前，在超高速加工中，车削和铣削的切削速度已达到5000～8000m/min以上；主轴转数在30000转/分(有的高达10万转/分)以上；工作台的移动速度(进给速度)：在分辨率为l微米时，在100m/min(有的到200m/min)以上，在分辨率为0.1um时，在24m/min以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12m/min。

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10um 提高到5um，精密级加工中心则从3～5um，提高到1～1．5um,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0．01um)。2 高可靠性

随着数控机床网络化应用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在l6小时内连续正常工作，无故障率在P(t)>99％以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为l0：1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333．3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于l0万小时。当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上，驱动装置达30000小时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。多功能化

在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此数控机床实现了一机多能，以最大限度地提高设备利用率。另外前台加工、后台编辑的前后台功能，充分提高其工作效率和机床利用率。数控机床还具有更高的通讯功能，现代数控机床除具有通信口，DNC功能外，还具有网络功能。多轴化

随着5轴联动数控系统和编程软件的普及，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点，由于在加工自由曲面时，5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参与切削，因此，5轴联动机床以其无可替代的性能优势已经成为各大机床厂家积极开发和竞争的焦点。

数控机床的网络化，主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控机床一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓Internet/Intranet技术。随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。

随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。机械制造企业在普遍采用CAD/CAM的基础上，越加广泛地使用数控加工设备。数控应用软件日趋丰富和具有“人性化”。虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代机床发展的重要趋势。在数字制造的目标下，通过流程再造和信息化改造，ERP等一批先进企业管理软件已经脱颖而出，为企业创造出更高的经济效益。柔性化、智能化

数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。

智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。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的智能化，如自适应控制，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、简化操作的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等；智能诊断、智能监控，方便系统的诊断及维修等。世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。

21世纪的金切机床必须把环保和节能放在重要位置，即要实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。干切削一般是在大气氛围中进行，但也包括在特殊气体氛围中(氮气中、冷风中或采用干式静电冷却技术)不使用切削液进行的切削。不过，对于某些加工方式和工件组合，完全不使用切削液的干切削目前尚难与实际应用，故又出现了使用极微量润滑(MQL)的准干切削。对于面向多种加工方法/工件组合的加工中心之类的机床来说，主要是采用准干切削，通常是让极微量的切削油与压缩空气的混合物经由机床主轴与工具内的中空通道喷向切削区。在各类金切机床中，采用干切削最多的是滚齿机。结束语

总之，数控(NC)机床技术已成为制造技术的发展基础。数控机床技术的进步和发展为现代制造业的发展提供了良好的条件，促使制造业向着高效、优质以及人性化的方向发展。为了满足制造技术不断发展的需要，NC机床将朝着智能化、网络化、集成化、数字化的方向发展。今后，随着计算技术、测试技术、微电子技术、计算机技术、材料和机械结构等方面的研究和科技的进步，也必将面临着新的挑战。可以预见，随着数控机床技术的发展和数控机床的广泛应用 制造业将迎来一次足以撼动传统制造业模式的深刻革命。

参考文献：

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国家机械工业局，202_．

[2] 王贵明。数控实用技术[M]．北京：机械工业出版社，202_.[3] 惠延波，沙杰等．加工中心的数控编程与操作技术[M]，北京：机械工业出

版社，202_.[4] 王侃夫．数控机床控制技术与系统[M],北京：机械工业出版社，202_．

[5] 黄金秋．基于开放式结构的高性能系统的研制[J]．制造技术与机床，1998(8)

[6] 曹凤．微机数控技术及其应用[M]．成都：电子科技大学出版社，202_．

第五篇：光纤通信技术发展的现状及趋势

光纤通信技术发展的现状及趋势

年级：大一

学号：***

姓名：傅天一

专业：计科

指导老师：

二零一四年五月

摘要：由于光纤通信具有损耗低、传榆频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点,备受业内人士青睐,发展非常迅速,文章概述光纤通信技术的发展现状,并展望其发展趋势。

关键词：光纤通信技术;趋势;光纤到户;全光网络

一、前 言

1966年,美籍华人高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表论文,预见了低损耗的光纤能够用于通信,敲开了光纤通信的大门,引起了人们的重视。1970年,美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB/km的光纤,光纤通信时代由此开始。光纤通信是以很高频率(1014Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信。由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点,备受业内人士青睐,发展非常迅速。光纤通信系统的传输容量从

1980年到202_年增加了近1万倍,传输速度在过去的10年中大约提高了10倍。

二、光纤通信技术的发展现状

为了适应网络发展和传输流量提高的需求,传输系统供应商都在技术开发上不懈努力。富士通公司在150km、1.3μm零色散光纤上进行了55x20Gbit/s传输的研究,实现了1.1Tbit/s的传输。NEC公司进行了132x20Gbit/s、120km传输的研究,实现了2.64Thit/s的传输。NTT公司实现了3Thit/s的传输。目前,以日本为代表的发达国家,在光纤传输方面实现了10.96Thit/s(274xGbit/s)的实验系统,对超长距离的传输已达到4000km无电中继的技术水平。在光网络方面,光网技术合作计划(ONTC)、多波长光网络(MONET)、泛欧光子传送重叠网(PHOTON)、泛欧光网络(OPEN)、光通信网管理(MOON)、光城域通信网(MTON)、波长捷变光传送和接入网(WOTAN)等一系列研究项目的相继启动、实施与完成,为下一代宽带信息网络,尤其为承载未来IP业务的下一代光通信网络奠定了良好的基础。

(一)复用技术

光传输系统中,要提高光纤带宽的利用率,必须依靠多信道系统。常用的复用方式有:时分复用(TDM)、波分复用(WDM)、频分复用(FDM)、空分复用(SDM)和码分复用(CDM)。目前的光通信领域中,WDM技术比较成熟,它能几十倍上百倍地提高传输容量。

(二)宽带放大器技术

掺饵光纤放大器(EDFA)是WDM技术实用化的关键,它具有对偏振不敏感、无串扰、噪声接近量子噪声极限等优点。但是普通的EDFA放大带宽较窄,约有35nm(1530~1565nm),这就限制了能容纳的波长信道数。进一步提高传输容量、增大光放大器带宽的方法有:(1)掺饵氟化物光纤放大器(EDFFA),它可实现75nm的放大带宽;(2)碲化物光纤放大器,它可实现76nm的放大带宽;(3)控制掺饵光纤放大器与普通的EDFA组合起来,可放大带宽约80nm;(4)拉曼光纤放大器(RFA),它可在任何波长处提供增益,将拉曼放大器与EDFA结合起来,可放大带宽大于100nm。

(三)色散补偿技术

对高速信道来说,在1550nm波段约18ps(mmokm)的色散将导致脉冲展宽而引起误码,限制高速信号长距离传输。对采用常规光纤的10Gbit/s系统来说,色散限制仅仅为50km。因此,长距离传输中必须采用色散补偿技术。

(四)孤子WDM传输技术

超大容量传输系统中,色散是限制传输距离和容量的一个主要因素。在高速光纤通信系统中,使用孤子传输技术的好处是可以利用光纤本身的非线性来平衡光纤的色散,因而可以显着增加无中继传输距离。孤子还有抗干扰能力强、能抑制极化模色散等优点。色散管理和孤子技术的结合,凸出了以往孤子只在长距离传输上具有的优势,继而向高速、宽带、长距离方向发展。

(五)光纤接入技术

随着通信业务量的增加,业务种类更加丰富。人们不仅需要语音业务,而且高速数据、高保真音乐、互动视频等多媒体业务也已得到用户青睐。这些业务不仅要有宽带的主干传输网络,用户接人部分更是关键。传统的接入方式已经满足不了需求,只有带宽能力强的光纤接人才能将瓶颈打开,核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥出来。光纤接入中极有优势的PON技术早就出现了,它可与多种技术相结合,例如ATM、SDH、以太网等,分别产生APON、GPON和EPON。由于ATM技术受到IP技术的挑战等问题,APON发展基本上停滞不前,甚至走下坡路。但有报道指出由于ATM交换在美国广泛应用,APON将用于实现FITH方案。GPON对

电路交换性的业务支持最有优势,又可充分利用现有的SDH,但是技术比较复杂,成本偏高。EPON继承了以太网的优势,成本相对较低,但对TDM类业务的支持难度相对较大。所谓EPON就是把全部数据装在以太网帧内传送的网络技术。现今95%的局域网都使用以太网,所以选择以太网技术应用于对IP数据最佳的接入网是很合乎逻辑的,并且原有的以太网只限于局域网,而且MAC技术是点对点的连接,在和光传输技术相结合后的EPON不再只限于局域网,还可扩展到城域网,甚至广域网,EPON众多的MAC技术是点对多点的连接。另外光纤到户也采用EPON技术。

三、光纤通信技术的发展趋势

对光纤通信而言,超高速度、超大容量、超长距离一直都是人们追求的目标,光纤到户和全光网络也是人们追求的梦想。

(一)光纤到户

现在移动通信发展速度惊人,因其带宽有限,终端体积不可能太大,显示屏幕受限等因素,人们依然追求陆能相对占优的固定终端,希望实现光纤到户。光纤到户的魅力在于它有极大的带宽,它是解决从互联网主干网到用户桌面的“最后一公里”瓶颈现象的最佳方案。随着技术的更新换代,光纤到户的成本大大降低,不久可降到与DSL和HFC网相当,这使FITH的实用化成为可能。据报道,1997年日本NTT公司就开始发展FTTH,202_年后由于成本降低而使用户数量大增。美国在202_年前后的12个月中,FTTH的安装数量增加了200%以上。在我国,光纤到户也是势在必行,光纤到户的实验网已在武汉、成都等市开展,预计202_年前后,我国从沿海到内地将兴起光纤到户建设高潮。可以说光纤到户是光纤通信的一个亮点,伴随着相应技术的成熟与实用化,成本降低到能承受的水平时,FTTH的大趋势是不可阻挡的。

(二)全光网络

传统的光网络实现了节点间的全光化,但在网络结点处仍用电器件,限制了目前通信网干线总容量的提高,因此真正的全光网络成为非常重要的课题。全光网络以光节点代替电节点,节点之间也是全光化,信息始终以光的形式进行传输与交换,交换机对用户信息的处理不再按比特进行,而是根据其波长来决定路由。全光网络具有良好的透明性、开放性、兼容性、可靠性、可扩展性,并能提供巨大的带宽、超大容量、极高的处理速度、较低的误码率,网络结构简单,组网非常灵活,可以随时增加新节点而不必安装信号的交换和处理设备。当然全光网络的发展并不可能独立于众多通信技术,它必须要与因特网、ATM网、移动通信网等相融合。目前全光网络的发展仍处于初期阶段,但已显示出良好的发展前景。从发展趋势上看,形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层,建立纯粹的全光网络,消除电光瓶颈已成未来光通信发展的必然趋势,更是未来信息网络的核心,也是通信技术发展的最高级别,更是理想级别。

四、结 语

光通信技术作为信息技术的重要支撑平台,在未来信息社会中将起到重要作用。在国内各研发机构、科研院所、大学的科研人员的共同努力下,我国已研制开发了一些具有自主知识产权的光通信高技术产品,取得了一批重要的研究与应用成果。这些研究工作和突出成果为O-TIME(光时代)计划的实施奠定了坚实的基础,有望在“十一五”期间取得更多的成果,为我国的信息基础设施建设做出贡献。