先進制造技術(shù)的內(nèi)涵特點和發(fā)展趨勢

1、先進制造技術(shù)的內(nèi)涵及特點1先進制造技術(shù)的內(nèi)涵目 前對先進制造技術(shù)尚沒有一個明確的、一致公認的定義，經(jīng)過近年來對發(fā)展先進 制造技術(shù)方面開展的工作，通過對其特征的分析研究，可以認為：先進制造技術(shù)是制 造 業(yè)不斷吸收信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、加工、檢測、 管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低 耗、清潔、靈 活生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的市場的適應(yīng)能力和競爭能力的制造技術(shù)的總稱。2先進制造技術(shù)的特點（1）先進制造技術(shù)的實用性 先 進制造技術(shù)最重要的特點在于，它首先是一項面向 工業(yè)應(yīng)用，具有很強實用性的新技術(shù)。從先進制造技術(shù)的發(fā)展過程，從其應(yīng)用于制造全

2、過 程的范圍，特別是達到的 目標與效果，無不反映這是一項應(yīng)用于制造業(yè)，對制造業(yè)、對 國民經(jīng)濟的發(fā)展可以起重大作用的實用技術(shù)。先進制造技術(shù)的發(fā)展往往是針對某一具體的 制造業(yè)（如汽 車制造、電子工業(yè)）的需求而發(fā)展起來的先進、適用的制造技術(shù)，有明確 的需求導(dǎo)向的特征；先進制造技術(shù)不是以追求技術(shù)的高新為目的，而是注重產(chǎn)生最好的實 踐 效果，以提高效益為中心，以提高企業(yè)的競爭力和促進國家經(jīng)濟增長和綜合實力為目 標。（2）先進制造技術(shù)應(yīng)用的廣泛性 先進制造技術(shù)相對傳統(tǒng)制造技術(shù)在應(yīng)用范圍上的 一個很大不同點在于，傳統(tǒng) 制造技術(shù)通常只是指各種將原材料變成成品的加工工藝，而 先進制造技術(shù)雖然仍大量應(yīng)用于加工和裝

3、配過程，但由于其組成中包括了設(shè)計技術(shù)、自動 化技術(shù)、系統(tǒng)管 理技術(shù)，因而則將其綜合應(yīng)用于制造的全過程，覆蓋了產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn) 準備、加工與裝配、銷售使用、維修服務(wù)甚至回收再生的整個過程。（3）先進制造技術(shù)的動態(tài)特征 由 于先進制造技術(shù)本身是在針對一定的應(yīng)用目標， 不斷地吸收各種高新技術(shù)逐漸形成、不斷發(fā)展的新技術(shù)，因而其內(nèi)涵不是絕對的和一成不 變的。反映在不同的時期， 先進制造技術(shù)有其自身的特點；也反映在不同的國家和地區(qū)， 先進制造技術(shù)有其本身重點發(fā)展的目標和內(nèi)容，通過重點內(nèi)容的發(fā)展以實現(xiàn)這個國家和地 區(qū)制造技術(shù)的 跨越式發(fā)展。（4）先進制造技術(shù)的集成性 傳統(tǒng)制造技術(shù)的學(xué)科、專業(yè)單一獨立，相互間的

4、界限 分明；先進制造技術(shù)由于專業(yè)和學(xué)科間的不斷滲透、 交叉、融合，界線逐漸淡化甚至消失， 技術(shù)趨于系統(tǒng)化、集成化、已發(fā)展成為集機械、電子、信息、材料和管理技術(shù)為一體的新 型交叉學(xué)科。因此可以稱其為“制造工程”。（5）先進制造技術(shù)的系統(tǒng)性 傳 統(tǒng)制造技術(shù)一般只能駕馭生產(chǎn)過程中的物質(zhì)流和能 量流。隨著微電子、信息技術(shù)的引入，使先進制造技術(shù)還能駕馭信息生成、采集、傳遞、 反饋、調(diào)整的信息流動過 程。先進制造技術(shù)是可以駕馭生產(chǎn)過程的物質(zhì)流、能量流和信 息流的系統(tǒng)工程。一項先進制造技術(shù)的產(chǎn)生往往要系統(tǒng)地考慮到制造的全過程，如并行工 程就是集成 地、并行地設(shè)計產(chǎn)品及其零部件和相關(guān)各種過程的一種系統(tǒng)方法。這

5、種方法 要求產(chǎn)品開發(fā)人員與其他人員一起共同工作，在設(shè)計的開始就考慮產(chǎn)品整個生命周期中從一種先 個的制造組概念形成到產(chǎn)品報廢處理等所有因素，包括質(zhì)量、成本、進度計劃和用戶要求等。 進的制造模式除了考慮產(chǎn)品的設(shè)計、制造全過程外，還需要更好地考慮到整 織。先進制造(6) 先進制造技術(shù)強調(diào)的是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn) 技術(shù)的核心是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔等基礎(chǔ)制造技術(shù)，它是從傳統(tǒng)的制造工藝發(fā)展起來 的，并與新技術(shù)實現(xiàn)了局部或系統(tǒng)集成，其重要的特征是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、 靈活的生產(chǎn)。這意味著先進制造技術(shù)除了通常追求的優(yōu)質(zhì)、高效外，還要針對21 世紀人類面臨的有限資源與日益增長的環(huán)保壓

6、力的挑戰(zhàn)， 實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展， 要求實現(xiàn)低耗、 清潔。 此外，先進制造技術(shù)也必須面臨人類在 21 世紀消費觀念變革的挑戰(zhàn)，滿足對日益“挑剔” 的市場的需求，實現(xiàn)靈活生產(chǎn)。(7) 先進制造技術(shù)最終的目標是要提高對動態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應(yīng)能力和競爭能 力 為確保生產(chǎn)和經(jīng)濟效益持續(xù)穩(wěn)步的提高，能對市場變化做出更靈捷的反應(yīng)，以及對最 佳技術(shù)效益的追求，提高企業(yè)的競爭能力，先進制造技術(shù)比傳統(tǒng)的制造技術(shù)更加 重視技 術(shù)與管理的結(jié)合，更加重視制造過程組織和管理體制的簡化以及合理化，從而產(chǎn)生了一系 列先進的制造模式。隨著世界自由貿(mào)易體制的進一步完善，以及全球 交通運輸體系和通 信網(wǎng)絡(luò)的建立，制造業(yè)將形成全球化與

7、一體化的格局，新的先進制造技術(shù)也必將是全球化 的模式。先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢崔劍平 王曉強 文章摘要 本文介紹了先進制造技術(shù)的特點、知識體系結(jié)構(gòu)，重點闡述了先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢：制造技術(shù)數(shù)字化和集成化、超精密加工、敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能化、綠色制造。同時對 AMST提出的先進制造技術(shù)體系作了簡要介紹，包括ERP (企業(yè)資源計劃)系統(tǒng)、 CAD/CAPP/CA一體化、PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)系統(tǒng)、工作流管理系統(tǒng)。 關(guān) 鍵 詞 數(shù)字集成化 超精密加工敏捷制造0 前言 先進制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造業(yè)不斷地 吸收機械、 信息、 材料及現(xiàn)代管理技術(shù)等 方面最新的成果， 并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品 開發(fā)與設(shè)計、制造

8、、檢測、管理及售后服 務(wù)的制造全過程，是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低 耗、清潔、敏捷制造，并取得理想技術(shù)經(jīng) 濟效果的前沿制造技術(shù)的總稱。 從本質(zhì)上 可以說，先進制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)、 信息技術(shù)、 自動化技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)等 的有機融合。先進制造技術(shù)是制造業(yè) 21 世紀發(fā)展的方向。1先進制造技術(shù)的特點1.1先進性現(xiàn)代機械制造技術(shù)的 先進性主要表現(xiàn)在優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、潔 凈、靈活（柔性）五個方面。1.2實用性 現(xiàn)代制造技術(shù)是面向工業(yè)生 產(chǎn)的實用技術(shù)，它具有多種不同的模式和層次，可 以應(yīng)用于各種類型的機械工廠。1.3前沿性先進制造技術(shù)是信息技 術(shù)和其它高新技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié) 合的產(chǎn)物，代表著制造技術(shù)的發(fā)

9、展方向。2先進制造技術(shù)的知識體系美國90年代初提出了先進制造技術(shù) 計劃、TEAM計劃、下一代制造（NGM技術(shù) 計劃、美國國家關(guān)鍵技術(shù)等。圖1為美國機械科學(xué)研究院（AMST提出的先進制 造技術(shù)體系圖。由圖可見，它由多層次技 術(shù)群構(gòu)成，并以優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、 靈活的基礎(chǔ)制造技術(shù)為核心，主要包括三 個層次：2.1現(xiàn)代設(shè)計、制造工藝基礎(chǔ)技術(shù)包括CAD、 CAPP、NCP、精密下料、精密塑性成形、精密鑄 造、精密加工、精密測量、毛坯強韌化、精密熱處 理、優(yōu)質(zhì)高效連接技術(shù)、功能性防護涂層等；2.2制造單元技術(shù) 包括制造自動化單元技術(shù)、極限加工技術(shù)、質(zhì)量與可靠性技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、CAD / CAE

10、/ CAPP / CAM、清潔生產(chǎn)技術(shù)、新材料成形加工技術(shù)、激光與高密度能源加工技術(shù)、工藝模擬及工藝設(shè)計優(yōu)化技術(shù)等；2.3系統(tǒng)集成技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)管 理技術(shù)，F(xiàn)MS、CIMS、IMS以及虛擬制造技術(shù)等。圖1 AMST提出的先進制造技術(shù)體系圖3先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢3.1數(shù)字化、集成化是制造領(lǐng)域的發(fā) 展方向自從美國的Harringtong博士在 1973年提出CIMS概念以來，人們對CIMS 的本質(zhì)認識有了巨大的變化， 主要是：現(xiàn) 代制造業(yè)的方向并不只是計算機的集成， 信息的集成，而是人、技術(shù)、組織的整體 集成，包括功能集成、組織集成、信息集 成、過程集成、知識集成和企業(yè)間的集成。 具

11、體有以下幾個關(guān)鍵的信息集成系統(tǒng)：（1）ERP（企業(yè)資源計劃）系統(tǒng)： 國外有名的系統(tǒng)是 SAP Oracle、Baan、 IBM等，國內(nèi)有金蝶、用友、幵思等。ERP 系統(tǒng)集成了企業(yè)中的生產(chǎn)管理、財務(wù)、人 事、采購、銷售等子系統(tǒng)。系統(tǒng)涉及面廣， 十分龐大，對人員素質(zhì)、數(shù)據(jù)和流程規(guī)范 性要求高，因此實施難度大，成功率不高。（2）CAD/CAPP/CAI一體化：目前雖然有些CAD系統(tǒng)可以支持 CAD/CA PP/CAM一體化，但主要針對基本 上都采用數(shù)控加工的零件，如P RO/E軟件。由于不同產(chǎn)品中的零件差別很大，每個企業(yè)的加工條件和水平也不相同，因此 復(fù)雜零件的CAD/CA PP/CAMh體化還沒有

12、 通用的系統(tǒng)。（3）PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）系統(tǒng)：被用于管理和控制由 CAX（CADCA PPCAE CAM等的統(tǒng)稱）系統(tǒng)所形成的大量的信息， 避免花費很多時間去尋找本應(yīng)該垂手可 得的信息。PDM是設(shè)計自動化技術(shù)系統(tǒng)的 核心，在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)管理全部 的產(chǎn)品知識和信息，并為產(chǎn)品幵發(fā)過程中 的各個應(yīng)用系統(tǒng)提供所需的數(shù)據(jù)，為不同應(yīng)用系統(tǒng)提供集成平臺。PDM系統(tǒng)以產(chǎn)品 數(shù)據(jù)庫為底層支持，以 BOMfe組織核心， 把定義最終產(chǎn)品的所有工程數(shù)據(jù)和文檔 聯(lián)系起來，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的組織、控制和 管理。PDM系統(tǒng)一般是由CAD軟件幵發(fā)商 所幵發(fā)的。因此，同一軟件公司的CAD系 統(tǒng)和PDM系統(tǒng)能很好的無縫集成，

13、而來自 不同軟件公司的CAD系統(tǒng)和PDM系統(tǒng)間的 集成性就差多了。 PDM系統(tǒng)的實施難度比 CAD系統(tǒng)要大，因為前者涉及管理、組織 等問題。(4)工作流管理系統(tǒng)：主要用于辦 公自動化，是企業(yè)管理層的信息集成系 統(tǒng)。目前工作流管理系統(tǒng)與知識管理系統(tǒng) 緊密結(jié)合起來， 使企業(yè)的知識得以共享和 保存。3.2 精密、超精密加工成為先進制造 技術(shù)支柱之一20世紀初，超精密加工的誤差 是10微米，7 0 8 0年代為0.01微米，現(xiàn)在僅為0.001微米，即1納 米。在現(xiàn)代超精密機械中， 對精度要求極 高，如人造衛(wèi)星的儀表軸承，其圓度、圓 柱度、 表面粗糙度等均達到納米級； 基因 操作機械其移動距離為納米級，

14、 移動精度 為0.1納米。3.3 敏捷制造是發(fā)展的條件 敏捷制造是指制造企業(yè)采用現(xiàn) 代通信手段， 通過快速配置各種資源， 有效和協(xié)調(diào)的方式響應(yīng)用戶需求， 實現(xiàn)制 造的敏捷性。具體體現(xiàn)在以下幾個方面 :(1) 面向知識和信息網(wǎng)絡(luò) , 建立一套 支持敏捷制造數(shù)字化、并行化、智能化、 集成化的多模態(tài)人機交互信息處理與應(yīng) 用理論及方法 , 根據(jù)用戶的個性化需求和 市場的競爭趨勢 , 以有效地組織敏捷制造 網(wǎng) (Intranet)/ 外聯(lián)網(wǎng) (Extranet) 也將極大 地改變企業(yè)內(nèi)的組織和管理模式，將有效地促進 企業(yè)員工的信息和知識的交流和共享。動態(tài)聯(lián)盟 , 充分利用各種資源進行多模態(tài) 人機協(xié)同的敏

15、捷制造 , 盡快響應(yīng)市場需 求。(2) 基于知識和信息網(wǎng)絡(luò) , 對定制產(chǎn) 品的外觀形態(tài)、 方案布局和多模態(tài)環(huán)境下 人機交互等環(huán)節(jié)的支持加強 , 以提高敏捷 制造系統(tǒng)的可塑性及定制產(chǎn)品在美觀性、 宜人性等方面運作過程的可視化。(3) 實施敏捷制造 , 可促使企業(yè)的工 作流程重組、 信息資源重組和制造結(jié)構(gòu)重 組,促使企業(yè)更快地捕捉市場需求信息。(4) 利用多模態(tài)人機交互技術(shù)來改 變企業(yè)以試制、 試驗和改進為主的傳統(tǒng)制 造開發(fā)過程 , 使之轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌鲂枨笙乱栽O(shè) 計、分析和評估為主并基于知識和信息網(wǎng) 絡(luò)迅速組成動態(tài)聯(lián)盟的可視化敏捷制造 從而縮短產(chǎn)品開發(fā)時間 , 提高市場競爭能 力3.4 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是先進

16、制造技術(shù) 的紐帶在網(wǎng)絡(luò)化制造中，新的網(wǎng)絡(luò)空間與傳統(tǒng)的物理 空間緊密結(jié)合，產(chǎn)生出各種新思想、新觀點、新方 法和新系統(tǒng)。制造企業(yè)將利用因特網(wǎng)進行產(chǎn)品的協(xié) 同設(shè)計和制造；通過因特網(wǎng)，企業(yè)將與顧客直接聯(lián) 系，顧客將參與產(chǎn)品設(shè)計，或直接下訂單給企業(yè)進 行定制生產(chǎn)，企業(yè)將產(chǎn)品直接銷售給顧客；由于因 特網(wǎng)無所不到，市場全球化和制造全球化將是企業(yè) 發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分；由于在因特網(wǎng)上信息傳 遞的快捷性，并由于制造環(huán)境變化的激烈性，企業(yè) 間的合作越來越頻繁，企業(yè)的資源將得到更加充分 和合理的利用。3.5 智能化是發(fā)展的前景隨著CAD系統(tǒng)中知識的積累，CAD系統(tǒng)的包括綠色產(chǎn)品和綠色制造。 要求產(chǎn)品的零部件智能化程度將大幅度提高。這種智能化具體表現(xiàn) 易回收、可重復(fù)使用、盡量少用污染材料、在整個產(chǎn)為：品的制造和使用過程中排廢少、對環(huán)境的污染要盡可1）智能地支持設(shè)計者的工作，而且人機接口也 能的小、所消耗的能量也盡可能的少。要求制造和使是智能的。系統(tǒng)能領(lǐng)會設(shè)計人員的意圖，能夠檢測 用具有潔凈性。產(chǎn)品和制造過程的綠色化，不僅要求失誤，回答問題，提出建議方案等；企業(yè)把環(huán)境保護當作自己的重要使命，同時也是企業(yè)2）具有推理能力，使不熟練的設(shè)計者也能做出 未來生存和發(fā)展的戰(zhàn)略。因為不注意環(huán)境保護的企業(yè)好