淺談先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

淺談柔性制造發(fā)展方向及前沿科技摘要：介紹了先進制造技術(shù)的概念、發(fā)展趨勢，并對先進制造技術(shù)的前沿技術(shù)做了舉例闡述。關(guān)鍵詞：先進制造技術(shù)；發(fā)展趨勢；前沿技術(shù)Ontheadvancedmanufacturingtrendsandcutting-edgetechnologyAbstract:Thispaperintroducestheconceptofadvancedmanufacturingtechnology,trends,cutting-edgetechnologyandadvancedmanufacturingtechnologycitedasanexample.Keywords:advancedmanufacturingtechnology;developmenttrends;cutting-edgetechnology1、引言世界經(jīng)濟競爭格局正在發(fā)生深刻變革和調(diào)整，加速培育和發(fā)展先進制造技術(shù)，既是構(gòu)建國際競爭新優(yōu)勢，掌握發(fā)展主動權(quán)的迫切需要，也是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的內(nèi)在要求。自20世紀80年代以來，基于先進的計算機技術(shù)和自動化技術(shù)發(fā)展了各種先進的單元制造技術(shù)發(fā)展，為制造業(yè)多品種、中小量的生產(chǎn)提供了強有力的裝備支持和技術(shù)保障。隨著經(jīng)濟全球化的逐漸加深，工業(yè)發(fā)達國家普遍認為：在未來的競爭中，誰掌握了先進制造技術(shù)誰就掌握了市場。在一定程度上講，先進制造技術(shù)已成為一個國家命運的主宰。2、先進制造概念先進制造技術(shù)作為現(xiàn)代制造業(yè)的核心技術(shù)，將易制造過程與信息化、自動化和現(xiàn)代管理技術(shù)相融合，具有鮮明的知識型技術(shù)結(jié)構(gòu)特征，這決定了勞動者的工作任務(wù),主要是通過智力活動來完成。它是傳統(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、檢測、管理及售后服務(wù)的制造全過程，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。先進制造技術(shù)是為了適應(yīng)時代要求，提高競爭力，對制造技術(shù)不斷優(yōu)化而形成的。近年來，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和學科間的相互融合，先進制造技術(shù)迅速發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出新技術(shù)、新概念。其特點主要在于以提高制造企業(yè)對市場的適應(yīng)能力和競爭力為目標，強調(diào)信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與制造技術(shù)的有機結(jié)合，注重信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)在整個制造過程中的綜合應(yīng)用等。3、先進制造發(fā)展方向進入21世紀后，制造業(yè)面臨新的挑戰(zhàn)和機遇，先進制造技術(shù)也處于不斷變化和完善之中。隨著以信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，為適應(yīng)市場需求的多變性和多樣化，先進制造技術(shù)正朝著數(shù)字化、集成化、精密化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、虛擬化、智能化和環(huán)?；姆较虬l(fā)展。（1）數(shù)字化:指制造領(lǐng)域的數(shù)字化。它是制造技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與管理科學的交叉、融和、發(fā)展與應(yīng)用的結(jié)果，也是制造企業(yè)、制造系統(tǒng)與生產(chǎn)過程、生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實現(xiàn)數(shù)字化的必然趨勢。它包含了三大部分：以設(shè)計為中心的數(shù)字制造，以控制為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造。對制造設(shè)備而言，其控制參數(shù)均為數(shù)字化信號。（2）集成化:綜合自動化的一個重要特征，它的發(fā)展將使制造企業(yè)各部門之間以及制造活動各階段之間的界限逐漸淡化，并最終向一體化的目標邁進。集成化是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合運用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、與物質(zhì)流有機集成，并實現(xiàn)最優(yōu)化。它特別強調(diào)信息的集成和信息的共享，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫使企業(yè)的所有生產(chǎn)活動緊密地聯(lián)系在一起，充分發(fā)揮技術(shù)、管理和人的作用，全面提高企業(yè)的管理水平、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益。（3）精密化:現(xiàn)在制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢之一。精密和超精密加工技術(shù)包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特種加工和復(fù)合加工(如機械化學研磨、超聲磨削和電解拋光等)三大領(lǐng)域。超精密加工技術(shù)已向納米技術(shù)發(fā)展，近年來納米技術(shù)的出現(xiàn)，促使超精密加工向其極限加工精度一原子級加工進行挑戰(zhàn)。納米技術(shù)促進了機械科學、材料科學、光學科學、測量科學和電子科學的發(fā)展。（4）網(wǎng)絡(luò)化：隨著經(jīng)濟的全球化也開始步入全球的一體化。從采購、設(shè)計到制造加工，再到銷售，已不再局限于某個企業(yè)、某個集團或是某個國家。地域的分散性，必將給企業(yè)的經(jīng)營和管理帶來諸多不便，隨之而來的是制造成本的增加。隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，企業(yè)可以通過制造的網(wǎng)絡(luò)化，有效組織管理分散在各地的制造資源。另外，制造企業(yè)也可以基于網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)世界范圍內(nèi)的動態(tài)聯(lián)盟。這些都屬于虛擬市場，基于信息化與虛擬化技術(shù)的進一步延伸。（5）柔性化：自動化系統(tǒng)發(fā)展大致過程是“剛性自動化——可編程自動化——綜合自動化”制．造系統(tǒng)的柔性隨著這個過程也變得越來越大。進一步的發(fā)展要求能快速實現(xiàn)制造系統(tǒng)的重組。模塊化設(shè)計是提高企業(yè)制造自動化系統(tǒng)柔性的重要策略和方法。它可以有效改善設(shè)計工作柔性和制造系統(tǒng)柔性，并能夠根據(jù)需要迅速實現(xiàn)制造系統(tǒng)的重組。（6）虛擬化：虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于制造業(yè)虛擬制造技術(shù)將從根本上改變設(shè)計、試制、修改設(shè)計、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型(SoftPrototype)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品(HardPrototype)進行試驗，對其性能和可制造性進行預(yù)測和評價，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)對市場變化的快速響應(yīng)能力。虛擬制造技術(shù)在制造自動化中將獲得越來越多的應(yīng)用。（7）智能化：智能化制造模式的基礎(chǔ)是智能制造系統(tǒng)，它是智能和技術(shù)的集成而形成的應(yīng)用環(huán)境，也是智能制造模式的載體。它突出了在制造諸環(huán)節(jié)中，以一種高度柔性與集成的方式，借助計算機模擬的人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動，同時，收集、存儲、處理、完善、共享、繼承和發(fā)展人類專家的制造智能。當前的研究和應(yīng)用集中在基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能檢測、故障診斷、設(shè)計和優(yōu)化，基于遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計，基于框架的專家系統(tǒng)等方面。由于在知識的表達與獲取、人類學習、進化、自組織與創(chuàng)新機制等方面的研究還有待深入，目前只能制作的應(yīng)用水平與人們期望還相差甚遠。（8）環(huán)?；涵h(huán)境問題是人類社會所面臨的共同問題，是關(guān)系到人類生存的大問題，也是社會能否持續(xù)發(fā)展的重要問題。制造業(yè)向環(huán)保化方向的發(fā)展使人們在設(shè)計和制造產(chǎn)品時，不但要考慮產(chǎn)品的技術(shù)先進性、經(jīng)濟合理性，還必須考慮產(chǎn)品的環(huán)境友善性，并使產(chǎn)品在整個生命周期內(nèi)都能實現(xiàn)“綠色化”。對制造過程而言，要求將環(huán)保意識滲透到從原材料投入到產(chǎn)出成品的全過程，其具體內(nèi)容包括節(jié)約原材料和能源，替代有毒原材料，將一切排放物的數(shù)量與毒性削減在離開生產(chǎn)過程之前。對于產(chǎn)品而言，環(huán)?；采w構(gòu)成產(chǎn)品的整個周期的各個階段，即從原材料提取到產(chǎn)品的最終處置，包括產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)、包裝、運輸、流通、消費及報銷等要求環(huán)保，以減少對人類和環(huán)境的不利影響。4、先進制造發(fā)展中的前沿科技（1）柔性制造技術(shù)柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群，是集自動化技術(shù)、信息技術(shù)和制作加工技術(shù)于一體，把以往工廠企業(yè)中相互孤立的工程設(shè)計、制造、經(jīng)營管理等過程，在計算機及其軟件和數(shù)據(jù)庫的支持下，構(gòu)成一個覆蓋整個企業(yè)的有機系統(tǒng)。柔性制造技術(shù)是電子計算機技術(shù)在生產(chǎn)過程及其裝備上的應(yīng)用，是將微電子技術(shù)、智能化技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)融合在一起，具有先進性，柔性化、自動化、效率高的制造技術(shù)。我們根據(jù)按照規(guī)模的大小將其劃分為柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元等。柔性制造系統(tǒng)（FMS）是由若干數(shù)控設(shè)備、物料運貯裝置和計算機控制系統(tǒng)組成的并能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進行調(diào)整的自動化制造系統(tǒng)。目前常見的組成通常包括4臺或更多臺全自動數(shù)控機床（加工中心與車削中心等），由集中的控制系統(tǒng)及物料搬運系統(tǒng)連接起來，可在不停機的情況下實現(xiàn)多品種、中小批量的加工及管理。目前反映工廠整體水平的FMS是第一代FMS，日本從1991年開始實施的"智能制造系統(tǒng)"(IMS)國際性開發(fā)項目，屬于第二代FMS；而真正完善的第二代FMS預(yù)計本世紀十年代后才會實現(xiàn)。因為FMS投資規(guī)模比較大，所以中小企業(yè)是難以承受的。于是就有了柔性制造單元（FMC）的出現(xiàn)。，F(xiàn)MC是由1～2臺加工中心、工業(yè)機器人、數(shù)控機床及物料運送存貯設(shè)備構(gòu)成，其特點是實現(xiàn)單機柔性化及自動化，具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。因為其花費低，又能起到柔性制造系統(tǒng)的作用，所以很受市場青睞。所以，對柔性制造單元的開發(fā)已經(jīng)成為國內(nèi)外許多廠商的發(fā)展之重。例如，現(xiàn)在許多的非標設(shè)備，采用柔性制造單元進行開發(fā)生產(chǎn)。柔性制造單元使用數(shù)控機床進行加工采用自動輸送裝置實現(xiàn)工件的自動運輸和自動裝卸，由計算機對工件的加工和輸送進行控制，實現(xiàn)了制造過程的自動化，而其加工精度和效率高，質(zhì)量穩(wěn)定。由于柔性制造單元由數(shù)控設(shè)備構(gòu)成，所以其具備數(shù)控設(shè)備的效率高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和精度高的特點。柔性制造技術(shù)作為當今先進制造技術(shù)的前沿科技，作為世界制造業(yè)大國的中國來說，發(fā)展柔性制造技術(shù)對于我國由制造業(yè)大國到制造業(yè)強國具有重大的現(xiàn)實意義。（2）智能化的檢測技術(shù)智能制造(IM)是制造技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程與人工智能等學科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術(shù)，其具體表現(xiàn)為：智能設(shè)計、智能加工、機器人操作、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調(diào)度與管理、智能裝配、智能檢測與診斷等。其中智能化的檢測技術(shù)已經(jīng)越來越被人們所提及。為了保證柔性制造系統(tǒng)的正常運行及其制造質(zhì)量，需要對系統(tǒng)運行的狀態(tài)、制造產(chǎn)品過程中產(chǎn)品質(zhì)量等進行實時檢測和監(jiān)控。檢測系統(tǒng)用來采集、傳輸、處理和利用制造系統(tǒng)的工況數(shù)據(jù)檢驗數(shù)據(jù)、制造過程工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)、能源動力數(shù)據(jù)以及環(huán)境狀態(tài)等等，診斷系統(tǒng)的故障或問題，提供系統(tǒng)優(yōu)化和維護修理的咨詢，為制造系統(tǒng)的運行控制和優(yōu)化調(diào)度提供決策依據(jù)。由上海工程技術(shù)大學機械工程學院開發(fā)的接近開關(guān)操作頻率智能檢測系統(tǒng)就是先進制造技術(shù)智能化的成功案例。其接近開關(guān)智能檢測系統(tǒng)主要有四個子系統(tǒng)組成，即機械系統(tǒng)、電氣和控制系統(tǒng)以及專家系統(tǒng)，如圖1所示。其中機械系統(tǒng)實現(xiàn)觸頭開關(guān)的安裝與夾緊、特征識別、定位與操作執(zhí)行等動作；計算機控制系統(tǒng)主要是通過脈沖向機械系統(tǒng)發(fā)送指令以實現(xiàn)機械系統(tǒng)的動作；而電氣系統(tǒng)則是計算機控制系統(tǒng)與機械系統(tǒng)的橋梁和紐帶，它接受計算機控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號并驅(qū)動各執(zhí)行電機動作。專家系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫結(jié)合知識決策系統(tǒng)對操作機構(gòu)進行實時智能控制。圖1接近開關(guān)操作頻率智能檢測系統(tǒng)組成圖通過開發(fā)先進的智能型綜合檢測系統(tǒng)，不僅能因擴大單臺設(shè)備的檢測品種和規(guī)格而大幅度降低檢測臺的購置費用，而且避免了生產(chǎn)過程中人為操作的隨機性，有效提高產(chǎn)品保護特性的正確性、可靠性和穩(wěn)定性，為低壓電器的生產(chǎn)廠家提供一種評價、把關(guān)、預(yù)防和信息反饋等作用，進而間接提高產(chǎn)品質(zhì)量、增強產(chǎn)品競爭力，更好地滿足當前經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展的需求。同時，還可以節(jié)約大量能源，并可形成一系列的自主知識產(chǎn)權(quán)，縮短與發(fā)達國家在此領(lǐng)域的距離，具有較大的經(jīng)濟效益和產(chǎn)業(yè)化前景。（3）綠色制造技術(shù)“十二五規(guī)劃”中，明確提出今后一段時期，要逐步提升優(yōu)化我國制造業(yè)。這就要求制造業(yè)的發(fā)展要堅持走資源消耗低，環(huán)境污染少的可持續(xù)發(fā)展道路。因此，發(fā)展壯大綠色制造技術(shù)，促進生產(chǎn)制造過程中的綠色化環(huán)?；葹橹匾?。綠色制造是指在保證產(chǎn)品功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，它是一個動態(tài)的概念，絕對的綠色是不存在的。隨著科技的發(fā)展。綠色制造的目標、內(nèi)容會產(chǎn)生相應(yīng)的變化與提高。并不斷完善。綠色制造必須與市場需求、經(jīng)濟發(fā)展的動態(tài)相適應(yīng)，它是一個不斷發(fā)展的持續(xù)過程。以汽車行業(yè)為例，近年來國務(wù)院、發(fā)改委等有關(guān)部門，多次發(fā)文強調(diào)發(fā)展低能耗、小排量汽車，同時國家也積極鼓勵低油耗、低排放、小排量、小型化、高動力性汽車的生產(chǎn)和投資，取消對小排量汽車的各種限制，得到了全社會廣泛支持。各級領(lǐng)導(dǎo)也身先士卒，在去年的深圳是兩會上，市委書記王榮就駕駛一輛BYD電動汽車而備受矚目。在國外，如通用汽車公司的“零排放”電動車輛的開發(fā)；福特汽車公司最近提出的“新能源2010”概念車等。而就在前不久，寶馬曾經(jīng)推出過一款Pedelec可折疊電動自行車，這款車型是為了配合電動環(huán)保理念推出的車型，而現(xiàn)在寶馬有了進一步的動作，將推出一款新的電動自行車，不過這款車型并不能進行折疊，它帶有一臺電動機驅(qū)動，可以說是城市內(nèi)環(huán)保出行的首選。對于我們這個發(fā)展中大國來說，發(fā)展綠色制造技術(shù)是緊迫的，我們必須要綜合考慮環(huán)境污染、資源利用。而大力發(fā)展能源消耗和經(jīng)濟社會效益的先進生產(chǎn)技術(shù)．是解決環(huán)境問題和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必經(jīng)之路。5、結(jié)束語在市場全球化，競爭全球化的今天，消費者對產(chǎn)品的性能和質(zhì)量要求更為挑剔、更具多樣性產(chǎn)品的壽命周期更短。在要求對市場需求做出快速響應(yīng)的背景下，先進制造應(yīng)運而生是有其客觀基礎(chǔ)的。先進制造技術(shù)是在新的市場環(huán)境下，增強企業(yè)市場競爭力、促進國家經(jīng)濟繁榮、提高國家綜合實力的手段。參考文獻：[1]任小中.先進制造技術(shù)[M]武漢：華中科技大學出版社，2012[2]匡瑛.先進制造技術(shù)背景下技術(shù)型人才智能結(jié)構(gòu)及其培養(yǎng)路徑[J].職教論壇，2010[3]王凌杰,徐釗.淺談先進制造技術(shù)及其發(fā)展[J].電子世界，2012[4]李華楹.淺談先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢和特色[J].裝備制造技術(shù),2010[5]王慧英.淺談先進制造技市[J].科技信息,2009[6]高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃[M].[7]高濤.先進制造技術(shù)的優(yōu)越性及發(fā)展趨勢[J].河北農(nóng)機,2010[8]向大學.先進制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].機電技術(shù),2011[9]張磊.先進制造技術(shù)的發(fā)展[J].機械研究與應(yīng)用,2009[10]楊叔子，吳波.先進