先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

1、先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)摘要近年來(lái)，制造業(yè)出現(xiàn)了世界范圍的研究并采用“先進(jìn)制造技術(shù)”的浪潮，先進(jìn)制造技術(shù)已成為當(dāng)代國(guó)際間的科技競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)。本文論述了先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，指出：信息化、精密化、集成化、柔性化、動(dòng)態(tài)化、虛擬化、智能化、綠色化將是未來(lái)制造技術(shù)的必然發(fā)展方向。1.先進(jìn)制造技術(shù)簡(jiǎn)介1.1 先進(jìn)制造技術(shù)的定義先進(jìn)制造技術(shù)AMT(advancedmanufacturingtechnology)是制造業(yè)不斷吸收機(jī)械、 電子、信息(計(jì)算機(jī)與通信、控制理論、人工智能等卜能源及現(xiàn)代系統(tǒng)管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的全過(guò)程，以

2、實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔和靈活生產(chǎn)，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變的產(chǎn)品市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力的制造技術(shù)的總稱。它集成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)創(chuàng)新的成果，充分利用了信息技術(shù)，使制造技術(shù)提高到新的高度。先進(jìn)制造技術(shù)是不斷利用新技術(shù)逐步發(fā)展和完善的技術(shù)，因而它具有動(dòng)態(tài)性和相對(duì)性。先進(jìn)制造技術(shù)以提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力為目標(biāo)，應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工制造、使用維修、甚至回收再生的整個(gè)制造過(guò)程，強(qiáng)調(diào)優(yōu)質(zhì)、高效、清潔、靈活生產(chǎn)，體現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展和制造的柔性化。1.2 先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵和技術(shù)構(gòu)成先進(jìn)制造技術(shù)的技術(shù)構(gòu)成可以分為以提高生產(chǎn)效率和快速響應(yīng)市場(chǎng)需求為目的的技術(shù)構(gòu)成和以滿足特種需求為目的的技術(shù)構(gòu)成。以提高生產(chǎn)效率

3、和快速響應(yīng)市場(chǎng)需求為目的的技術(shù)構(gòu)成強(qiáng)調(diào)制造系統(tǒng)與制造過(guò)程的柔性化、集成化和智能化。包括：(1)系統(tǒng)理論與技術(shù)(著重制造系統(tǒng)組織優(yōu)化與運(yùn)行優(yōu)化，以提高制造系統(tǒng)的整體柔性與效率)。(2)制造過(guò)程的單元技術(shù)(著重制造過(guò)程的優(yōu)化，以提高單元的效率與精度)。系統(tǒng)理論與技術(shù)涉及范圍包括：CIMS、敏捷制造、精益生產(chǎn)、智能制造等。制造過(guò)程單元技術(shù)涉及的范圍包括：設(shè)計(jì)理論與方法、并行工程、系統(tǒng)優(yōu)化、運(yùn)行、控制、管理、決策與自組織技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、制造過(guò)程智能檢測(cè)、信息處理、狀態(tài)檢測(cè)、補(bǔ)償與控制、制造設(shè)備的自診斷與自修復(fù)、智能機(jī)器人技術(shù)、智能數(shù)控技術(shù)、精密成型技術(shù)等。以滿足特種需求為目的的技術(shù)構(gòu)成使傳統(tǒng)制造工

4、業(yè)與加工方法發(fā)生根本變化，其技術(shù)構(gòu)成包括：(1)精密與超精密加工、細(xì)微與超細(xì)微加工技術(shù)等。(2)快速成型制造(RPM);激光加工；電子加工；離子加工；化學(xué)加工技術(shù)等。先進(jìn)制造技術(shù)在不同發(fā)展水平的國(guó)家和同一國(guó)家所處的不同階段，先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵和技術(shù)構(gòu)成是不同的。1.3 先進(jìn)制造技術(shù)的分類(1)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)：現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是根據(jù)產(chǎn)品功能要求，應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)和科學(xué)知識(shí)，制定方案并使方案付諸實(shí)施的技術(shù)。它是一門多學(xué)科、多專業(yè)相互交叉的綜合性很強(qiáng)的基礎(chǔ)技術(shù)。現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)主要包括：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)。(2)先進(jìn)制造工藝： 現(xiàn)代制造工藝技術(shù)主要包括精密和超精密加工技術(shù)、 精密成型技術(shù)、

5、特種加工技術(shù)、表面改性、制模和涂層技術(shù)。(3)自動(dòng)化技術(shù)：自動(dòng)化技術(shù)包括數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、柔性制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)及信號(hào)識(shí)別技術(shù)和過(guò)程設(shè)備工況監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)等。(4)系統(tǒng)管理技術(shù)：系統(tǒng)管理技術(shù)包括工程管理、質(zhì)量管理、管理信息系統(tǒng)等，以及現(xiàn)代制造模式(如精益生產(chǎn)、CIMS、敏捷制造、智能制造等卜集成化的管理技術(shù)、企業(yè)組織結(jié)構(gòu)與虛擬公司等生產(chǎn)組織方法。2 .我國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r(1)在設(shè)計(jì)方面，計(jì)算機(jī)助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)普及化。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)，是電子信息技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，是促進(jìn)科研成果的開發(fā)和轉(zhuǎn)化，促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和學(xué)科的更新和改造，實(shí)現(xiàn)設(shè)

6、計(jì)自動(dòng)化，增強(qiáng)企業(yè)及其產(chǎn)品在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)能力，加速國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防現(xiàn)代化的一項(xiàng)關(guān)鍵性高新技術(shù)，也是進(jìn)一步向計(jì)算機(jī)集成制造(CIMS)發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)。CAD技術(shù)的廣泛應(yīng)用，提高了我國(guó)企業(yè)整體的設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品開發(fā)能力。以二維CAD和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理為重點(diǎn)，在軟件市場(chǎng)和企業(yè)應(yīng)用方面得到充分的發(fā)揮。(2)在應(yīng)用方面，各種高新技術(shù)發(fā)展迅速，并取得了顯著的成效。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：快速原型制造技術(shù)由起步邁向成熟，應(yīng)用初具規(guī)模；精密成形與加工技術(shù)水平顯著提高，在汽車零部件、重大裝配制造中獲得廣泛應(yīng)用；熱加工工藝模擬優(yōu)化技術(shù)取得重要進(jìn)展，使材料熱加工由“技藝”走向“科學(xué)”；激光加工在基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)方面

7、有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用獲得經(jīng)濟(jì)效益；數(shù)控技術(shù)取得重要進(jìn)展，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率有所提高；現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表研究開發(fā)獲重要進(jìn)展，應(yīng)用已有一定的基礎(chǔ)；現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)研究和應(yīng)用取得突破，在國(guó)際上已占有一席之地。(3)在管理方面，新生產(chǎn)模式的研究和實(shí)踐具有特色，推動(dòng)了我國(guó)制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和管理現(xiàn)代化。通過(guò)學(xué)習(xí)和引進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)，采用計(jì)算機(jī)管理，重視組織和管理體制、生產(chǎn)模式的更新發(fā)展，推出了準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)(JIT),敏捷制造(AM),精益生產(chǎn)(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技術(shù)，通過(guò)精簡(jiǎn)機(jī)構(gòu)、減少管理層次和消除各種浪費(fèi)現(xiàn)象，顯著提高了企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益。3 .先進(jìn)制造技術(shù)的前沿3.1 無(wú)余量精密

8、成形技術(shù)目前，某些中小零件經(jīng)過(guò)精密成形制成的，可以做到不經(jīng)切削加工或極少余量加工即可裝配，因此國(guó)外某些學(xué)者提出成形的工件應(yīng)該由“接近零件形狀(NearNetShapeProducts)”向“完全成零件形狀(NetShapeProducts)”發(fā)展，即所謂的“凈成形技術(shù)(NetShapeTechnique)”。3.2 毫微米技術(shù)與微型機(jī)械“毫微米技術(shù)”又稱之為“超精密工程”， 是高精度加工的技術(shù)前沿， 據(jù)預(yù)測(cè)到2000年，普通加工、精密加工和超精密加工的精度可分別達(dá)到1um,0.01um和0.001um(毫微來(lái)納米)，而且“超精密工程”正在向原子級(jí)加工精度逼近。毫微米技術(shù)的發(fā)展還引發(fā)了微型機(jī)械的

9、出現(xiàn)。微型機(jī)械是機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)在毫微米水平上相融合的產(chǎn)物。國(guó)外有人將毫微米技術(shù)與微型機(jī)械稱為“21世紀(jì)的核心技術(shù)”。3.3 自由造型制造與快速零件制造技術(shù)近年來(lái)國(guó)外正在發(fā)展一種嶄新的稱為快速零件制造一的新技術(shù)，它是將與各種自由造型制造等新的制造技術(shù)直接結(jié)合起來(lái)，從而使直接生產(chǎn)出零件的實(shí)體物理模型、樣件、鑄模或沖模。的出現(xiàn)將是制造技術(shù)的一場(chǎng)新的變革，它將使傳統(tǒng)的金屬切削加工技術(shù)面臨被部分或逐步替代的挑戰(zhàn)。3.4 新型材料的成型、加工技術(shù)隨著材料使用結(jié)構(gòu)的不斷變化，新型材料的成形、加工技術(shù)的重要性越來(lái)越突出，未來(lái)的重點(diǎn)是超硬材料、功能梯度材料、復(fù)合材料、工程陶瓷、非晶微晶合金及各種功能材料的某

10、些嶄新的成形，加工技術(shù)將不斷出現(xiàn)并得到應(yīng)用，如未來(lái)的超導(dǎo)材料成形加工技術(shù)等。3.5 極限條件下的成形加工技術(shù)下個(gè)世紀(jì)人類的活動(dòng)區(qū)間將從陸地?cái)U(kuò)展到空間和海洋。宇航工程及海洋工程提出了極限條件下真空、失空、水下高壓等的成形加工技術(shù)要求，其中最重要的是空間焊接及水下切割、焊接技術(shù)。4 .先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)4.1 信息化信息化是制造技術(shù)發(fā)展的生長(zhǎng)點(diǎn)，信息技術(shù)正在以人們難以想象的速度高速發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特別是Internet/Intranet/Extranet技術(shù)的迅速發(fā)展，正在給制造業(yè)帶來(lái)新的變化和重大影響，制造網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。基于網(wǎng)絡(luò)的制造技術(shù)（NMT）是指網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和制造技術(shù)

11、相結(jié)合的有關(guān)技術(shù)和研究領(lǐng)域。NMT的技術(shù)內(nèi)容框架由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)技術(shù)及其支撐下的基于網(wǎng)絡(luò)的制造系統(tǒng)管理和營(yíng)銷技術(shù)群、基于網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)技術(shù)群、基于網(wǎng)絡(luò)的制造過(guò)程技術(shù)群、基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)集成技術(shù)群構(gòu)成。NMT具有一系列的創(chuàng)新功能特點(diǎn)，如時(shí)域特點(diǎn)、空間特點(diǎn)、生產(chǎn)方式特點(diǎn)、組織模式特點(diǎn)等。4.2 精密化現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)品需要高精度制造，社會(huì)的發(fā)展對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。這決定了發(fā)展精密加工、超精密加工技術(shù)是機(jī)械制造未來(lái)的一個(gè)重點(diǎn)。目前，加工制造技術(shù)向著超精密、超高速、創(chuàng)新裝備的方向發(fā)展。4.3 集成化計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）是信息技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的綜合應(yīng)用，旨在提高制造企業(yè)的生產(chǎn)

12、效率和響應(yīng)能力。因此，企業(yè)的所有功能信息和組織管理都是一個(gè)集成起來(lái)的整體的各個(gè)部分。其通俗含義就是用計(jì)算機(jī)通過(guò)信息集成實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)制造，求的企業(yè)的總體效益。SIM的實(shí)現(xiàn)方法就是CIMSo理想的CIMS能夠?qū)崿F(xiàn)5個(gè)R:在正確的時(shí)間（Righttime）將正確的信息（Rightinformation）送到正確的地點(diǎn)（Rightplace）的正確的人（Rightperson）,從而幫助他做出正確的決策（Rightdecision）他通過(guò)管理、生產(chǎn)控制、工程設(shè)計(jì)等子系統(tǒng)的集成，使企業(yè)具有快速響應(yīng)市場(chǎng)的能力（T）、較好的產(chǎn)品質(zhì)量（Q）、較低的生產(chǎn)成本（C）和較好的服務(wù)（S）?，F(xiàn)代制造業(yè)的方向并不只是

13、計(jì)算機(jī)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(guò)程集成、知識(shí)集成和企業(yè)間的集成。4.4 柔性化柔性制造系統(tǒng)（FMS）集高效、高質(zhì)量、高柔性三者于一體，它既是CIMS的重要組成部分，也是當(dāng)前和未來(lái)制造業(yè)的一個(gè)主要生產(chǎn)系統(tǒng)，故發(fā)達(dá)國(guó)家都把FMS當(dāng)作是制造業(yè)自動(dòng)化的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。目前，F(xiàn)MS在發(fā)達(dá)國(guó)家已發(fā)展成熟，并正向規(guī)模大型化、功能復(fù)雜化（柔性制造車間）及小型化、簡(jiǎn)單化（FMC）這兩極方向發(fā)展。80年代中期以來(lái)，國(guó)外的柔性制造設(shè)備開始與CAD/CAPP/CAM等自動(dòng)化技術(shù)和生產(chǎn)管理中的MIS等進(jìn)行集成，借助計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將企業(yè)所有的技術(shù)、信息、管

14、理功能和人員、財(cái)務(wù)、設(shè)備等資源與制造活動(dòng)有機(jī)結(jié)合在一起，向CIMS發(fā)展，構(gòu)成一個(gè)覆蓋企業(yè)制造全過(guò)程（產(chǎn)品訂貨、設(shè)計(jì)、制造、管理營(yíng)銷），能對(duì)全廠物質(zhì)流、能量流、信息流進(jìn)行有效控制和集成管理的完整系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全局動(dòng)態(tài)綜合優(yōu)化、協(xié)調(diào)運(yùn)作和整體高柔性、高質(zhì)量、高效率，從而創(chuàng)造出巨大生產(chǎn)力?，F(xiàn)在柔性化不僅是指企業(yè)的制造技術(shù)柔性化，還包括生產(chǎn)方式柔性化，管理模式柔性化。4.5 動(dòng)態(tài)化由于先進(jìn)制造技術(shù)本身是針對(duì)一定的應(yīng)用目標(biāo)、不斷吸收各種高薪技術(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(duì)的和一成不變的。4.6 虛擬化虛擬制造系統(tǒng)（VMS）是指在虛擬環(huán)境下，以圖形虛擬和仿真技術(shù)為前提，通過(guò)不消耗實(shí)際資源和能

15、量的生產(chǎn)活動(dòng)，生產(chǎn)可視的虛擬產(chǎn)品，并具有現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)所具有的一切特征、功能及運(yùn)行機(jī)制從而做出可制造性和可裝配性評(píng)價(jià)及產(chǎn)品性能預(yù)測(cè)，做出收益和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題。VMS是集CAD/CAM技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、可視技術(shù)、并行工程、快速原型虛擬逼真設(shè)計(jì)等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)的綜合應(yīng)用。具關(guān)鍵技術(shù)中最核心的是：虛擬環(huán)境下服務(wù)于產(chǎn)品全生命周期的建模、分布式并行協(xié)同求解技術(shù)、全局最優(yōu)化決策理論與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬制造系統(tǒng)對(duì)實(shí)際制造系統(tǒng)映射的虛擬設(shè)備、虛擬傳感器、虛擬車間和工廠的建立基于真實(shí)動(dòng)畫感的產(chǎn)品制造、裝配、生產(chǎn)調(diào)度過(guò)程仿真等。VMS的應(yīng)用可以縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高對(duì)市場(chǎng)變化的響

16、應(yīng)能力。4.7 智能化智能制造是指綜合利用各個(gè)學(xué)科、各種先進(jìn)技術(shù)和方法，解決和處理制造系統(tǒng)中的各種問(wèn)題。系統(tǒng)能領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)人員的意圖，能夠檢測(cè)失誤，回答問(wèn)題，提出建議方案等。智能制造技術(shù)旨在將人工智能融進(jìn)制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)模擬專家的智能活動(dòng)，取代或延伸制造環(huán)境中的部分腦力勞動(dòng)，從而在制造過(guò)程中，系統(tǒng)能自動(dòng)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，在受到外界或內(nèi)部激勵(lì)時(shí)能夠自動(dòng)調(diào)整其參數(shù)，以期達(dá)到最佳狀態(tài)，具有自組織能力。4.8 綠色化綠色制造技術(shù)是指在保證產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源利用的一種現(xiàn)代制造模式。其主要技術(shù)是：(1)綠色設(shè)計(jì)技術(shù)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就考慮在其生命周期全過(guò)程的無(wú)污染、資源

17、低耗和回收。(2)清潔生產(chǎn)技術(shù)。清潔生產(chǎn)(CleanProduction)或稱清潔工藝(CleanTechnology)技術(shù)，是近年來(lái)，根據(jù)社會(huì)、環(huán)境要求而發(fā)展的一種新型生產(chǎn)技術(shù)。它與一般的環(huán)保技術(shù)的區(qū)別在于要求將加工過(guò)程產(chǎn)生的廢物減量化、資源化、無(wú)害化，使污染盡量消滅在生產(chǎn)過(guò)程之中，以達(dá)到末端排放最小的目的。(3)拆卸回收技術(shù)。(4)生態(tài)工廠的循環(huán)制造技術(shù)。(5)ISO140000環(huán)保管理標(biāo)準(zhǔn)。4.9 快速化快速化是指對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)，對(duì)生產(chǎn)的快速重組。它要求生產(chǎn)模式有高度的柔性與高度敏捷性?？焖倩軓?qiáng)有力地推動(dòng)著制造技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，它是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的“動(dòng)力”。4.10 全球化新世紀(jì)制

18、造業(yè)將從單一企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)為主的競(jìng)爭(zhēng)模式發(fā)展成為完全調(diào)和、多企業(yè)共同合作的全球化生產(chǎn)體系的競(jìng)爭(zhēng)，全球化的制造系統(tǒng)將成為21世紀(jì)的主要制造模式。面向全球制造環(huán)境(GME)的制造技術(shù)主要有：面GME企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟；面向GME的并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)；面向GME的異地設(shè)計(jì)與制造技術(shù)；面向GME的產(chǎn)品信息集成技術(shù)；面向GME的并行產(chǎn)品集成開發(fā)系統(tǒng)等。先進(jìn)制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)正在導(dǎo)致制造業(yè)在全球范圍內(nèi)的重組，新的制造模式不斷出現(xiàn)，更加強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、清潔、靈活的生產(chǎn)。5 .結(jié)束語(yǔ)近幾十年來(lái)，以微電子、信息、新材料、控制論、系統(tǒng)科學(xué)等為代表的科學(xué)與技術(shù)的迅猛發(fā)展及其在制造領(lǐng)域的廣泛滲透、應(yīng)用、融合與衍生，極大地拓展了制造活動(dòng)的深度和廣度，急劇地改變了現(xiàn)代制造業(yè)的設(shè)計(jì)方法、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)工藝和設(shè)備以及生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了一大批新的先進(jìn)的制造技術(shù)和制造模式。新世紀(jì)的制造業(yè)將成為發(fā)展速度快、技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)的技術(shù)密集