先進制造技術的現(xiàn)狀及其展望

先進制造技術的引言勞動創(chuàng)造了人類，制造業(yè)賦予人類以智能，這是人類學家們沒有爭論的科學結論。制造業(yè)的發(fā)展，成千倍地提高了社會勞動生產(chǎn)力，積累了財富，拉動了科學技術的進步，催生了人類工業(yè)文明；只有那些建立了強大制造業(yè)能力的國家率先實現(xiàn)了現(xiàn)代化，這也是全世界科學界、經(jīng)濟學界和政治家們的共識。引言

近代史給予中國人最沉痛的教訓是清代沒有覺察到和抓住十八、十九世紀的時機發(fā)展自己的工業(yè)和制造業(yè)，給后代留下了一百多年的損傷、屈辱、痛苦、犧牲、悲憤和哀憾。歷史過去了，但絕不會死亡，它活在無盡后代的心中。再過幾百年，即使中國現(xiàn)代化了，彼時人們?nèi)匀粫@痛苦的一百年扼腕嘆息。實現(xiàn)工業(yè)化是中國20世紀歷代革命家們念念不忘的最大追求。共和國成立后，建立自己的制造業(yè)，開始工業(yè)化建設是一切工作和政策的中心。人們曾為中國制造的第一輛汽車、第一臺拖拉機、第一架飛機、第一條萬噸輪船而歡欣鼓舞，為兩彈一星揚眉吐氣。百年夙夢開始成真了。引言

經(jīng)過50多年的艱苦奮斗，我國建成了較完整的工業(yè)體系，制造業(yè)發(fā)展迅速。改革開放以來，中國制造業(yè)有力地支撐了巨大規(guī)模的經(jīng)濟建設，在全球制造業(yè)中占據(jù)的份額也日益增長。2005年制造業(yè)增加值上升到6197億美元，占全球制造業(yè)比重上升到8.1%，產(chǎn)出在全球的排名上升到第三位。憶及1950年代為產(chǎn)1000萬噸鋼，全民大煉鋼鐵，鬧了一場災難。而2005年中國產(chǎn)鋼3.5億噸，超過了日、美、俄、韓四國產(chǎn)鋼的總和。新興電子制造業(yè)，彩電、手機、電腦等中國制造的產(chǎn)品總量已成為世界第一。制造業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟發(fā)展的主導產(chǎn)業(yè)。我們有理由為過去半個世紀所取得的成就高興，但是沒有資格驕傲。畢竟，中國的工業(yè)比歐美晚了200年，現(xiàn)代科學技術晚了300年。趕上發(fā)達國家的總體水平還需要時間和毅力，現(xiàn)在能力尚待增強。21世紀還需要數(shù)代人的艱苦奮斗，樹立創(chuàng)新勇氣和決心，夙夢才能成真。引言現(xiàn)在，我們面臨的態(tài)勢是，中國制造業(yè)與發(fā)達國家相比還存在較大差距。主要表現(xiàn)在：（1）產(chǎn)業(yè)結構不合理，裝備制造業(yè)發(fā)展滯后。我國裝備制造業(yè)工業(yè)增加值占制造業(yè)的比重為26.46%，比發(fā)達國家約低10個百分點；國民經(jīng)濟和高技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需要的裝備嚴重依賴進口，某些行來尤為嚴重。集成電路芯片制造裝備的95%、轎車制造業(yè)裝備、數(shù)控機床、紡織機械及膠印設備的70%依賴進口；裝備制造業(yè)的產(chǎn)品可靠性差、成套能力薄弱，缺乏一批具有系統(tǒng)設計、系統(tǒng)成套和工程總承包能力的工程公司，成套設備市場占有率低。引言引言（2）產(chǎn)品以低端為主，增加值率低。我國制造業(yè)產(chǎn)品的增加值與美國、日本及德國相比，分別低23百分點、22百分點及12個百分點；制造業(yè)出口產(chǎn)品主要是勞動密集型和技術含量低的產(chǎn)品。（3）能源消耗大，污染嚴重。低層次產(chǎn)業(yè)大幅度擴張，加劇了能源供應緊張和環(huán)境污染。制造業(yè)的低端擴張加重了對資源、能源和環(huán)境的壓力。引言

21世紀伊始，中國確定了宏偉的發(fā)展目標，到2020年國內(nèi)生產(chǎn)總值比2000年要翻兩番。一大批影響國計民生的大工程要興建，一些標志國家實力的尖端產(chǎn)品要研制生產(chǎn)，為建立和諧的小康社會所必需的公共設施有待建設。這些都要求制造業(yè)有更快的發(fā)展，盡快提高能力和科學技術水平。引言中國人口已達13億，30年后還要增長到15億后才能停下來。土地和生態(tài)資源已幾乎利用到極限。中國的工業(yè)化和現(xiàn)代化建設與發(fā)達國家初時的環(huán)境已絕然不同，西方的老路已走不通了。我們的出路在創(chuàng)新，創(chuàng)意新的理念，開拓新的道路，創(chuàng)立新的生產(chǎn)和生活方式。最近，中央提出了建設創(chuàng)新型國家的奮斗目標。建設創(chuàng)新型國家，核心是發(fā)展科技，增強自主創(chuàng)新能力，尋求有中國特色的開放式自主創(chuàng)新道路，把建立自主創(chuàng)新能力作為調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構、轉移增長方式的中心。建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，實現(xiàn)國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。引言為建設創(chuàng)新型國家，作為龍頭的中國制造業(yè)需要深思和創(chuàng)意一系列問題：中國制造應當選擇什么樣的新發(fā)展模式？如何才能做到能源消耗少、環(huán)境污染小、科技含量高、經(jīng)濟效益大？中國如何實現(xiàn)由制造業(yè)大國向制造業(yè)強國的根本性轉變？制造業(yè)的發(fā)展如何引領創(chuàng)新型國家建設？

引言針對全球制造業(yè)發(fā)展的新特點和中國面臨的新環(huán)境，有識之士提出了“新型制造業(yè)”的概念。從經(jīng)濟、科技、環(huán)境三個角度對制造業(yè)的發(fā)展進行了分析，強調(diào)制造業(yè)經(jīng)濟創(chuàng)造能力、科技創(chuàng)新能力與環(huán)境保護能力的和諧統(tǒng)一。提出我國制造業(yè)應當以“以人為本、科技創(chuàng)新、環(huán)境友好、面向未來”為方針。（宋?。褐袊圃鞓I(yè)發(fā)展-研究報告2006-序言）

內(nèi)容提要

一制造業(yè)，永不落的太陽二制造技術的作用與地位三制造技術的進展四先進制造技術的提出五先進制造技術的內(nèi)涵及特點六先進制造技術的體系結構

七21世紀制造技術的發(fā)展趨勢八我國機械工業(yè)目前的基本狀況簡述

制造·制造業(yè)·制造技術·先進制造技術

制造：是人類按照所需目的，運用主觀掌握的知識和技能，借助手工或可以利用的客觀物質(zhì)工具，采用有效的方法，將原材料轉化為最終的物質(zhì)產(chǎn)品，并投放市場的全過程。制造·制造業(yè)·制造技術·先進制造技術制造業(yè)：是一切生產(chǎn)和裝配制成品的企業(yè)群體的總稱，是工業(yè)的主體。制造業(yè)是所有與制造有關的企業(yè)機構的總體。制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。制造技術：完成制造活動所需的一切手段的總和。

這些手段包括運用一定的知識、技能，操縱可以利用的物質(zhì)工具，采取各種有效的策略、方法等。

健康發(fā)達的高質(zhì)量制造業(yè)必然有先進的制造技術作為后盾。制造·制造業(yè)·制造技術·先進制造技術先進制造技術:傳統(tǒng)制造技術不斷吸收計算機、電子、信息、材料、能源及管理等方面的技術成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品設計、加工、檢測、銷售、使用、服務、回收及管理的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、快速、靈活生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱。先進制造技術不是一項具體的技術，而是一項綜合系統(tǒng)的技術。先進制造技術的先進性是建立在不斷地吸取其他相關領域新技術的基礎上，是動態(tài)的，相對的。制造·制造業(yè)·制造技術·先進制造技術制造業(yè)，永不落的太陽

人是從猿進化而來，人與猿相分離，是由于人學會了雙足行走和用手制造并使用工具，大約在200萬年以前，人類的祖先已經(jīng)開始利用樹枝、石料和獸骨等制作工具。工具的制造不僅使人類的原始生產(chǎn)能力得以提高，人類的祖先在嚴酷的自然環(huán)境得以生存與繁衍，而且促進了自身包括腦和智力的發(fā)展，加速了人類祖先區(qū)別于其它動物的進化過程。

原始的工具制造就是人類制造業(yè)的最早萌芽。

制造技術的進展，工具的革命導致了生產(chǎn)技術的革命和社會形態(tài)的變革。從原始社會到工業(yè)革命前，制造技術始終走在科學前面，成為推動科學和社會進步的先導和原動力。

18世紀以蒸汽機和工具機的發(fā)明為標志的英國工業(yè)革命（第一次工業(yè)革命）的標志，揭開了工業(yè)經(jīng)濟時代的序幕，開創(chuàng)了以機器占主導地位的制造業(yè)新紀元，創(chuàng)造了制造業(yè)企業(yè)皺形——工場式生產(chǎn)；

19世紀后半葉和20世紀初，即19~20世紀的以電氣化為標志的第二次工業(yè)革命，是由于制造技術的發(fā)展和科學實驗所成就的。

19世紀末20世紀初，交通與運載工具對輕小、高效發(fā)電機的要求是誘發(fā)內(nèi)燃機發(fā)明的社會動因；而內(nèi)燃機的發(fā)明及其宏大的市場需求繼而引發(fā)了制造產(chǎn)業(yè)的革命；

人類社會對以汽車、武器彈藥為代表產(chǎn)品的大批量需求促進了標準化、自動化的發(fā)展，福特、斯隆開創(chuàng)的大批量流水線生產(chǎn)模式和泰勒創(chuàng)立的科學管理理論導致了制造技術的分工和制造系統(tǒng)的功能分解，從而使成本大幅度降低；二次世界大戰(zhàn)后，市場需求多樣化、個性化高品質(zhì)趨勢推動了微電子技術、計算機技術、自動化技術的飛速發(fā)展，導致了制造技術向程序控制的方向發(fā)展，柔性制造單元、柔性生產(chǎn)線、計算機集成制造及精益生產(chǎn)等相繼問世，制造技術由此進入了面向市場多樣需求的柔性生產(chǎn)的新階段，引發(fā)了生產(chǎn)模式和管理技術的革命；

1959年提出的微型機械的設想最終依靠信息技術、生物醫(yī)學工程、航空航空、國防及諸多民用產(chǎn)品的市場需求推動才得以成為現(xiàn)實，并將繼續(xù)擁有燦爛的發(fā)展前景；

以集成電路為代表的為電子技術的廣泛應用有力推動了微電子制造工藝水平的提高和微電子制造裝備業(yè)的快速發(fā)展；

20世紀末信息技術的發(fā)展促成了傳統(tǒng)制造技術與以計算機為核心的信息技術和現(xiàn)代管理技術三者的有機結合，形成了當代先進制造技術和現(xiàn)代制造業(yè)，從而為當今世界豐富多彩的物質(zhì)文明奠定了可靠基礎；

激光的發(fā)明導致巨大的光通訊產(chǎn)業(yè)及激光測量、激光加工和激光表面處理工藝的發(fā)展；無線通信、手提電話的發(fā)明誘發(fā)了人類對移動通信的新需求。

人類的發(fā)展歷史告誡我們，在所有國家，工業(yè)化程度決定社會的發(fā)展階段和人民的生活水平。制造業(yè)是最重要的。沒有制造業(yè)的發(fā)展，就沒有今天人類的現(xiàn)代物資文明。

二、制造技術的作用與地位

1制造業(yè)：國家的命脈

我國制造業(yè)工業(yè)增加值年平均率；1952~1980為14.4%;1980~1988為12.65%;2001年，中國制造業(yè)增加值為37613.1億元，占國民生產(chǎn)總值的39.21%,占工業(yè)生產(chǎn)總值的77.61%;上交稅金4398.17億元，占國家稅收總額的30%和財政收入的27%。

制造業(yè)對于一個國家現(xiàn)代化建設具有不可替代的重要地位和作用。今天中國的制造業(yè)直接創(chuàng)造國民生產(chǎn)總值的1/3，占整個工業(yè)生產(chǎn)的4/5，為國家財政提供1/3以上的收入，貢獻出口總額的90%，就業(yè)人員8043萬。

沒有強大的制造業(yè)，一個國家將無法實現(xiàn)經(jīng)濟快速、健康、穩(wěn)定的發(fā)展，勞動就業(yè)問題將日趨突出，人民生活難以提高，國家穩(wěn)定和安全將受到威脅，信息化、現(xiàn)代化將失去堅實基礎。一個沒有強大制造能力的國家，永遠成不了經(jīng)濟大國。

2001年中國工程院組織了25位院士和40多位專家對我國制造業(yè)的現(xiàn)狀、作用、地位及發(fā)展趨勢和對策進行了調(diào)查，寫出了《新世紀如何提高和發(fā)展我國制造業(yè)的研究報告》，報告中指出：處于工業(yè)中心地位的制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)，是國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的基礎，是工業(yè)化、現(xiàn)代化建設的發(fā)動機和動力源，是在國際競爭中取勝的法寶，是技術進步的主要舞臺，是提高人均收入的財源，是國家安全的保障，是發(fā)展現(xiàn)代文明的物質(zhì)基礎。

在工業(yè)部門中，制造業(yè)、特別是裝備制造業(yè)又占有中心地位，它的整體能力和水平將決定各國的經(jīng)濟實力、國防實力、綜合國力和在全球經(jīng)濟中的競爭與合作能力，決定著一個國家、特別是發(fā)展中國家實現(xiàn)現(xiàn)代化和民族復興的進程。沒有制造能力的民族是沒有競爭力的民族，是不能抵御外來侵略的民族，我國百年屈辱的歷史這是歷史的佐證。制造業(yè)的興衰不只是制造業(yè)的大事，而是關系到國際競爭力和國家安全的大事。制造業(yè)是國家的命脈。2制造業(yè)對美國、德國、日本的影響美國：

1）美國在二戰(zhàn)以前一直是制造大國，以轎車工業(yè)為支柱；

2）從20世紀50年代以后，出于軍備競爭的需要，偏重于高新技術和軍用技術的發(fā)展，而放松了對一般制造業(yè)的重視和促進；

3）70年代后期，“第三次浪潮”論在美國流傳開來，認為“信息產(chǎn)業(yè)”的興起和發(fā)展，是繼農(nóng)業(yè)和工業(yè)以后，對人類社會產(chǎn)業(yè)結構的第三次沖擊，美國已進入“后工業(yè)社會”，勞動力將從工業(yè)到信息行業(yè)和服務行業(yè)的第二次大轉移；認為制造業(yè)已成為正在走向沒落的“夕陽工業(yè)”。

4）制造技術的發(fā)展受到冷遇：

?大學里不再開設關于制造技術和制造科學方面的課程；

?很少有制造技術方面的研究課題。制造業(yè)不被重視了。因此，帶來的后果是相當嚴重的：美國產(chǎn)品的質(zhì)量下降了，落后了，經(jīng)濟衰退了。德國：二戰(zhàn)后的崛起，靠的是制造立國，它是機械制造的最大出口國，它的汽車、冶金設備、化工設備都很有競爭力，這是建筑在制造業(yè)基礎上的，這樣德國在二戰(zhàn)后得以迅速繁榮。日本：也是靠制造業(yè)起家。在過去的40年中，日本這樣一個小小國家，制造業(yè)企業(yè)數(shù)量的發(fā)展遠多于美國的制造業(yè)，其家用電器業(yè)為美國的3倍，鋼鐵業(yè)為4倍，汽車業(yè)為4倍，摩托車業(yè)為5倍，機器人業(yè)為6倍。到了1980年以后，日本的機電產(chǎn)品以壓倒優(yōu)勢進入了美國市場。它的產(chǎn)品——如電視機、照相機、錄像機、攝像機曾霸占了世界的大部分市場。對制造業(yè)如此重視，帶來了日本經(jīng)濟的騰飛。所以說，制造業(yè)永遠是國家的支柱產(chǎn)業(yè)，是國家的命脈。我們必須有強大的制造業(yè)。3美國所經(jīng)歷的波折、教訓及“兩毫米工程”

原因：

1)從20世紀50年代以后，出于軍備競爭的需要，偏重于高新技術和軍用技術的發(fā)展，而放松了對一般制造業(yè)的重視和促進；

2)70年代后期，“第三次浪潮”論在美國流傳開來，認為“信息產(chǎn)業(yè)”的興起和發(fā)展，是繼農(nóng)業(yè)和工業(yè)以后，對人類社會產(chǎn)業(yè)結構的第三次沖擊，美國已進入“后工業(yè)社會”，勞動力將從工業(yè)到信息行業(yè)和服務行業(yè)的第二次大轉移；

認為制造業(yè)已成為正在走向沒落的“夕陽工業(yè)”。

3)制造技術的發(fā)展受到冷遇：

?大學里不再開設關于制造技術和制造科學方面的課程；

?很少有制造技術方面的研究課題。實際上，是放棄了關于制造工程和制造科學方面的教育和研究工作。后果：“夕陽工業(yè)”論對于美國制造業(yè)和美國經(jīng)濟的負面影響極大，美國的制造業(yè)在國際市場競爭中受到十分沉重的打擊：1)電器等家用產(chǎn)品

20世紀的70~80年代在微電子工業(yè)的國際市場競爭中，日本的高質(zhì)量和高技術含量的產(chǎn)品，如錄相機、照相機、電視機等產(chǎn)品以及亞洲和拉美國家的一些廉價產(chǎn)品奪走了相當一部分原屬美國產(chǎn)品的國際市場，乃至于部分美國的國內(nèi)市場；2)機床行業(yè)美國的機床工業(yè)被迫放棄了原已占領的52%的市場，其年產(chǎn)值在12年間從57億美元跌落到38億美元。直到1986年，該國仍有一半的機床需要進口。3)汽車工業(yè)

1973年，趁石油危機之際，日本的節(jié)能型轎車大舉進入美國，占領了相當一部分美國國內(nèi)市場。直到90年代初，美國仍有1/4以上的國內(nèi)汽車市場被日本汽車占領。

美國的制造業(yè)在國際市場競爭中節(jié)節(jié)敗退，物資生產(chǎn)基礎遭到嚴重的削弱，第二、第三產(chǎn)業(yè)的比例嚴重失調(diào)，國際貿(mào)易逆差劇增，經(jīng)濟空前滑坡，美國公眾和輿論界驚呼這種情況“危及美國國家的安全！”

措施：重新認識和評價制造技術和制造業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位和作用，美國關于工業(yè)競爭的總統(tǒng)委員的報告指出：“美國在重要的、高速增長的技術市場上失利的一個原因是美國沒有把自己的技術應用到制造業(yè)上”。相繼實施了一系列振興制造業(yè)的計劃：1)政府、公司與大學聯(lián)手開展關于制造科學和制造技術的研究、開發(fā)與教育工作，建立了一系列工業(yè)/大學聯(lián)合研究中心；2)政府高度重視1991年美國總統(tǒng)布什公布了“國家關鍵技術計劃”，將“制造技術”列入六項關鍵技術（材料、制造、電子信息、生物工程與生命科學、能源與環(huán)境以及航空、航天與地面交通）之中。3)1994年被定為美國的“制造技術年”，年初，美國商務部提出：制造是工業(yè)的基礎。4)美國政府將制造技術列為美國財政重點扶植的唯一的領域。例證：（1）美國的“三大汽車公司”（通用、福特和克萊斯勒）以日本汽車公司為對手，研究趕超的主要措施和對策。在20世紀90年代初，三大汽車公司與密西根大學合作，開展了一項提高轎車車身點焊總成的精度、降低車門門縫的平均寬度的研究，即所謂“兩毫米工程”。僅對這一項研究所投入的經(jīng)費即達1300多萬美元。

評述：從美國這個超級大國在制造技術和制造工業(yè)的發(fā)展中所走過的彎路和所經(jīng)歷的波折中，我們可以看到：一個現(xiàn)代化國家如果忽視了制造技術和制造工業(yè)，放松了對制造技術的研究、開發(fā)和對于制造工業(yè)的促進，其后果將是極其嚴重的！

(2)日本的“東芝事件”原因a)軍備競賽美國海軍的反潛系統(tǒng)可以在數(shù)百海里之外探測出前蘇聯(lián)潛艇在水下所發(fā)出的噪聲，從而監(jiān)視其行蹤?？墒牵?0世紀80年代初，美方突然發(fā)現(xiàn)蘇方潛艇的噪聲降為原來的十分之一，以至美方反潛系統(tǒng)只能在20海里以內(nèi)才能偵察出蘇方潛艇的行蹤。美方的反潛優(yōu)勢喪失，其反潛戰(zhàn)方針和國家安全受到嚴重威脅。

b)日本東芝機械公司于1982年12月至1983年6月之間，向前蘇聯(lián)出口了四臺由計算機控制的大型數(shù)控銑床，其型號為BP-110。這種銑床有兩層樓房高，每臺重達250t（噸）。它的兩只巨臂可以在計算機控制下精確地加工出直徑達9m（米）的巨型螺旋槳上的復雜曲面。其加工精度和效率都非常高。由該機床加工出來的螺旋槳不僅提高了前蘇聯(lián)航空母艦的速度，而且大幅度地降低了前蘇聯(lián)潛艇的螺旋槳推進器在水下發(fā)出的噪聲，大大提高了前蘇方潛艇的隱密性，增加了它們在近距離對美方艦艇發(fā)動突然襲擊的可能性。

后果?1987年6月30日美國參議院通過一項“制裁東芝機械公司的法案”，禁止這家公司在五年內(nèi)向美國出口任何產(chǎn)品。?東芝公司董事長和總經(jīng)理被迫辭職。?當時的日本首相及防衛(wèi)廳廳長也不得不向美國政府道歉，表明日本將加強對各公司出口的檢查，并保證不再發(fā)生類似事件。這就是曾經(jīng)轟動一時的所謂“東芝事件”的概況。評述幾臺機床的銷售竟然引起如此嚴重的后果，引發(fā)如此轟動的事件，足見制造技術和加工裝備在國防建設和國民經(jīng)濟中是何等重要！三制造技術的進展從1797年莫茲利車床的發(fā)明至今，機器制造過程經(jīng)歷了從手工生產(chǎn)——機器大生產(chǎn)——機械化生產(chǎn)——流水線生產(chǎn)——自動生產(chǎn)線——NC——CNC——FMS——CIMS——智能制造的發(fā)展階段。實現(xiàn)了從設計、制造到行銷、服務和以計算機和數(shù)據(jù)通訊為核心的信息、物流、工藝與管理的綜合集成。創(chuàng)造了精益制造、全球化虛擬制造等新概念。如電子元件的制造誤差：晶體管約為50μm，

磁盤為5μm，

磁頭磁鼓為0.5μm，

集成電路為0.05μm,

大規(guī)模集成電路為0.005μm

而合成半導體則達到1nm以下。制造精度實現(xiàn)了數(shù)量級的跨越，即其誤差值為：191010μm19301μm19500.1μm19700.01μm19900.001μm（納米）制造精度的變化產(chǎn)品結構實現(xiàn)了從單純機械結構——機械電子一體化——模塊化硬件結構+基于現(xiàn)場總線的計算機智能集成系統(tǒng)的轉變；制造材料的選擇從木材——石料——金屬材料——工程高分子材料、陶瓷以及復合材料；加工工藝從傳統(tǒng)的鑄、鍛、焊、切削加工到不斷引入新的物理、化學、乃至生物方法，發(fā)展了諸如各類精密快速成形、電脈沖、電化學加工技術；利用激光束、分子束、離子束進行刻蝕、外延、焊接和表面鍍膜；利用化學、微波、超聲、激光等進行表面處理技術；利用幾何光學、現(xiàn)代光學、X光射線學乃至電子顯微鏡、電子掃描顯微鏡、原子力顯微鏡進行表面形貌及微細結構的檢測；利用各類無接觸傳感、無損檢測手段進行在線實時檢測和監(jiān)控等。四先進制造技術的提出(AdvancedManufacturingTechnology——AMT)

11991年，美國總統(tǒng)布什公布了《美國國家關鍵技術》，將“制造技術”列入六項關鍵技術（材料、制造、電子信息、生物工程與生命科學、能源與環(huán)境、航空航天與地面交通），明確將柔性計算機集成制造、智能加工設備、微米級和毫米級制造以及系統(tǒng)管理技術等四項技術，作為制造技術領域；21993年2月，上任不久的美國總統(tǒng)克林頓在硅谷發(fā)表了《促進美國經(jīng)濟增長的制造技術——增強經(jīng)濟實力的新方向》為題的報告。在報告中，他特別提出了要“促進先進制造技術的發(fā)展”。克林頓提出六點行動：①對先進制造技術的研究開發(fā)提供更多的資助，開發(fā)新一代汽車、新建筑技術、智能控制和傳感器技術、快速原型設計及考慮環(huán)境的制造技術的各種計劃將得到贊助；②支持靈活制造；③建立全國制造技術推廣中心網(wǎng)；④促進本地區(qū)技術聯(lián)盟的建立；⑤促進制造工程教育的發(fā)展；⑥促進考慮環(huán)境的制造技術的發(fā)展。為此，90年代美國科技政策的特點是：

重視產(chǎn)業(yè)技術的發(fā)展，以制造業(yè)為核心，加強先進制造技術的發(fā)展，注重技術推廣，強調(diào)產(chǎn)業(yè)整體技術水平和市場競爭力的提高?！跋冗M制造技術”的提出充分顯示了制造技術在國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要地位與作用，也意味著制造技術的發(fā)展達到了一個新的歷史階段。五先進制造技術的內(nèi)涵及特點

1、先進制造技術的內(nèi)涵

傳統(tǒng)制造技術不斷吸收計算機、電子、信息、材料、能源及管理等方面的技術成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品設計、加工、檢測、銷售、使用、服務、回收及管理的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、快速、靈活生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱。2、先進制造技術的特點先進制造技術不是一項具體的技術，而是一項綜合系統(tǒng)的技術。先進制造技術的先進性是建立在不斷地吸取其他相關領域新技術的基礎上，是動態(tài)的，相對的。創(chuàng)新是先進制造技術的靈魂，并貫穿于制造全過程：產(chǎn)品創(chuàng)新、生產(chǎn)工藝過程創(chuàng)新、生產(chǎn)手段創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、組織創(chuàng)新、及市場創(chuàng)新。技術與管理的結合是先進制造技術的一個突破，新的制造模式的層出不窮是人類生產(chǎn)活動的一大進步。

市場和工業(yè)界的需求是先進制造技術的出發(fā)點與歸宿，是先進制造技術的動力和目標，先進制造技術成果的成敗取決于市場檢驗，企業(yè)是先進制造技術的創(chuàng)新主體。

3先進制造技術的范疇一般認為先進制造技術由以下四個部分構成，但它是動態(tài)的，變化的。

（1）現(xiàn)代設計技術計算機輔助設計反求工程技術的新產(chǎn)品開發(fā)；基于并行工程（CE）的產(chǎn)品設計；穩(wěn)健設計技術（RobustDesign）與質(zhì)量功能配置；再生工程綠色產(chǎn)品設計。（2）先進的制造工藝技術計算機輔助制造（CAM）；

少無切削制造技術非機械加工制造技術生產(chǎn)型加工和快速原形制造（RPM）

虛擬制造技術（VMT）（3）綜合自動化技術分布式數(shù)控技術（DNC）

柔性制造技術（FMT）

集成制造技術（CIMT）

智能制造技術（IMT）（4）現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術制造資源計劃（MRPII）

準時制造（JIT）及精益生產(chǎn)（LP）

敏捷制造（AM）

全球化制造（GM）和信息管理系統(tǒng)（IMS）

可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及相關技術六、先進制造技術的體系結構1、我國先進制造技術的體系結構圖1先進制造技術的層次及技術來源示意圖

第一個層次：優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔基礎制造技術；

第二個層次：新型的制造單元技術；第三個層次：先進制造集成技術。

第一個層次

優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔基礎制造技術鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護、機械加工等基礎工藝至今仍是生產(chǎn)中大量采用、經(jīng)濟適用的技術，這些基礎工藝經(jīng)過優(yōu)化而形成的優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔基礎制造技術是先進制造技術的核心及重要組成部分。這些基礎技術主要有精密下料、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、功能性防護涂層及各種與設計有關的基礎技術、各種現(xiàn)代管理技術。

第二個層次

新型的制造單元技術這是在市場需求及新興產(chǎn)業(yè)的帶動下，制造技術與電子、信息、新材料、新能源、環(huán)境科學、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代管理等高新技術結合而形成的嶄新的制造技術，如制造業(yè)自動化單元技術、極限加工技術、質(zhì)量與可靠性技術、系統(tǒng)管理技術、CAD/CAM、清潔生產(chǎn)技術、新材料成形加工技術、激光與高密度能源加工技術、工藝模擬及工藝設計優(yōu)化技術等。

第三個層次先進制造集成技術這是應用信息技術和系統(tǒng)管理技術，通過網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫對上述兩個層次的技術集成而形成的，如FMS、CIMS、IMS以及虛擬制造技術等。

以上三個層次都是先進制造技術的組成部分，但其中每一個層次都不等于先進制造技術的全部。

2、美國先進制造技術的體系結構

1994年初，美國聯(lián)邦科學、工程和技術協(xié)調(diào)委員會(FCCSET)下屬的工業(yè)和技術委員會先進制造技術工作組提出了有關制造技術的分類目錄，這是對先進制造技術內(nèi)涵的首次較系統(tǒng)的說明。根據(jù)這一定義，先進制造技術主要包括以下三個技術群：圖2現(xiàn)代制造技術體系結構

三部分相互聯(lián)系，相互促進，組成一個完整的體系，每一部分均不可缺少

七、21世紀制造技術的發(fā)展趨勢

1.21世紀制造業(yè)的市場將呈現(xiàn)新的格局由于包括巴西、中國、印度在內(nèi)的一批第三世界國家經(jīng)濟的崛起，世界市場格局將發(fā)生新的變化。能源、汽車、飛機、建筑裝備、家用電器等制造將繼續(xù)保持較高增長勢頭。有人預測，如果中國制造業(yè)抓住了歷史的發(fā)展機遇，運作得當?shù)脑挘袊陀锌赡茉?010年——2015年取代日本世界制造業(yè)霸主——世界供應基地的地位，稱為21世紀全球商品及服務的最主要的競爭者。

由于信息產(chǎn)業(yè)與服務業(yè)的崛起，與之相關的產(chǎn)品制造將成為制造業(yè)增長的新熱點，包括微電子、光電子器件、網(wǎng)絡及終端設備、電子經(jīng)營及商務設備、個人通訊設備、多媒體教育及娛樂休閑設備等。

由于環(huán)境保護意識的增強，醫(yī)療診斷、治療、監(jiān)護、康復和健身設備、清潔和可再生能源及環(huán)保設備將成為新的需求和制造業(yè)的增長點。

由于知識經(jīng)濟和高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，精密機械、物理、化學、生命科學、地球與環(huán)境科學的測試設備的市場需求將迅速增長。

由于人類致力于海洋、空間、深部地球以及揭示生命和腦智奧秘，制造相關設備將是21世紀制造業(yè)面臨的新挑戰(zhàn)。221世紀產(chǎn)品的特征智能化未來的產(chǎn)品是基于機械電子一體化的信息和智能產(chǎn)品，這是產(chǎn)品的主要技術特征。這一特征既是消費者價值觀轉向知識經(jīng)濟的結，也是智能技術日趨成熟、推廣應用的必然。產(chǎn)品的個性化、多樣化未來社會所需要的是前所未有的非標準化產(chǎn)品和服務。產(chǎn)品制造適應多樣化需求，產(chǎn)生了“大量顧客化”或單件定制生產(chǎn)，所以可以使用模塊化部件加變異設計、制造的零件，組成滿足不同消費偏好的產(chǎn)品。

環(huán)保型（綠色）這是產(chǎn)品必備的特征。這一特征突出了產(chǎn)品生產(chǎn)、消費過程不會給社會帶來危害的社會要求，保護和改善生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。開放性和兼容性為適應全球競爭、合作和交互以及產(chǎn)品技術升級的需要，未來產(chǎn)品應該具有更好的開放性和兼容性。在保持自身技術優(yōu)勢和特點的同時，采用標準接口與兼容技術，可實現(xiàn)全球互聯(lián)和技術兼容。為了滿足市場多樣性、個性化的需求，產(chǎn)品應當在結構原理、功能特點、藝術品味、行銷和服務文化等方面具有鮮明的個性特征。21世紀的產(chǎn)品在滿足功能和消費者的文化品味要求的同時，毫無疑問應充分滿足嚴格的安全性、可靠性。3

21世紀的制造技術可能具有的特征世界制造業(yè)變化趨勢主要特點：產(chǎn)品多樣化、個性化；市場國際化、多層化；制造柔性化、虛擬化；技術智能化、集成化。

21世紀產(chǎn)品設計將會充分利用超級寬帶網(wǎng)、高性能計算機、多樣化的高級應用軟件，以及所累積的市場信息、法律規(guī)范、科技知識、以及創(chuàng)造性的設計理念與方法。采用平行協(xié)同設計和數(shù)字化虛擬現(xiàn)實設計等現(xiàn)代方法，實現(xiàn)綜合優(yōu)化創(chuàng)新設計，保證設計產(chǎn)品的先進性和競爭力。

21世紀的制造技術將普遍采用以計算機和現(xiàn)場總線局域網(wǎng)為核心，對物流、工藝、質(zhì)量、成本等信息進行綜合管理與控制的CIMS集成制造系統(tǒng)，并可依托超級寬帶Internet網(wǎng)，實現(xiàn)全球化虛擬制造和經(jīng)營管理。

21世紀的制造技術是網(wǎng)絡化的全球制造技術。利用網(wǎng)絡，企業(yè)在產(chǎn)品設計、制造與生產(chǎn)管理等活動乃至整個業(yè)務流程中充分享用全球資源，快速調(diào)集、有機整合與高效利用有關制造資源。

建立在以現(xiàn)代信息技術為核心的制造技術基礎上發(fā)展起來的敏捷制造、虛擬制造、精良生產(chǎn)及智能制造等現(xiàn)代制造系統(tǒng)，將進一步促進未來制造業(yè)的發(fā)展。

21世紀的制造將進一步采用納米材料、復合材料、高等工程高分子材料與合金以及仿生材料等。并采用物理、化學乃至生物等新的技術方法，獲得表面與深部不同結構和性能的梯度材料和具有一定自適應、自補償、自修復功能的智能材料，使產(chǎn)品結構、性能及制造工藝發(fā)生革命性的變化。

21世紀制造的產(chǎn)品的制造過程、材料構成、運行排放、遺骸與廢料處理等均應符合生態(tài)環(huán)保和可再生循環(huán)要求。21世紀的制造技術與產(chǎn)業(yè)應是綠色技術、綠色產(chǎn)品，應是可持續(xù)發(fā)展的技術與產(chǎn)業(yè)。

21世紀制造技術不但將繼續(xù)制造常規(guī)條件下運行的機器與設備，而且將制造出極端環(huán)境下運行的設備，如可控制熱核反應堆，登上火星、潛艇上萬米海深或地殼深部運行的設備；將制造出毫米、微米乃至納米尺度的微機械；不僅能制造出無生命的復雜智能機器，而且可利用基因工程的成就，制造出有生命的可供移植的器官，制造出可供利用的仿生部件；腦與認知科學的成就將使部分地模仿腦功能和行為成為可能。

在21世紀，人類將制造出可部分地模擬人類智慧的人造腦與機器人。

從產(chǎn)品設計到制造技術，從企業(yè)組織管理到營銷策略的制定，都要體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略?？沙掷m(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略在制造業(yè)中體現(xiàn)為：產(chǎn)品設計和制造工藝考慮節(jié)約原材料和能源；采用回收再生與復用技術，實現(xiàn)資源、能源和物料的可再生循環(huán)；產(chǎn)品加工制造過程避免環(huán)境污染，實現(xiàn)綠色制造；同時做到以人為本，充分發(fā)揮人力資源優(yōu)勢和人的創(chuàng)造力，促進人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。421世紀的制造企業(yè)和管理

(1)21世紀的制造業(yè)并不僅是大型跨國公司的領地，中小企業(yè)仍有無限的發(fā)展機會和空間。首先，盡管諸如能源、汽車、航空、航天等技術密集、資本密集的產(chǎn)業(yè)領域的確是跨國大企業(yè)的傳統(tǒng)領地，但在新的世紀，大企業(yè)業(yè)只能選擇全球化虛擬制造的概念，中小企業(yè)仍有充分參與的空間與機會。

(2)由于傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)品市場需求的多樣化，以及計算機輔助柔性制造單元提供的靈活性，在傳統(tǒng)制造與服務領域具有創(chuàng)新能力的中小企業(yè)仍將可能保持競爭優(yōu)勢。

(3)在信息、生物工程以及以知識為基礎的高新技術制造與服務領域，決定的因素不再是資本而是知識創(chuàng)新和體制創(chuàng)新。80年代以來的經(jīng)驗表明，高新技術領域正是中小企業(yè)創(chuàng)新崛起的沃土。所以，對于中小企業(yè)，對于發(fā)展中國家，制造業(yè)的未來也仍然是挑戰(zhàn)與機會同在。

(4)21世紀的制造業(yè)的管理重點將轉向?qū)π畔⒑椭R的管理。具有創(chuàng)新能力的經(jīng)營管理者和善于創(chuàng)新科技或創(chuàng)新集成，并以最快的速度滿足市場需求的企業(yè)家和工程師將成為企業(yè)競爭力的決定因素。成功的制造企業(yè)就在于善于以最快的速度按市場需求推出產(chǎn)品，或善于利用創(chuàng)新科技率先開發(fā)新的產(chǎn)品，開拓和創(chuàng)造市場需求，并善于按市場信息和科技進步不斷更新工藝和產(chǎn)品。創(chuàng)新將成為企業(yè)競爭取勝的因素。21世紀的企業(yè)家和工程師必須善于利用和創(chuàng)造性地集成全球的信息資源、知識資源、人才資源和制造能力，而不是局限于企業(yè)內(nèi)部。

綜上所述，21世紀的制造技術將吸納全世界自然科學、技術科學、管理科學和數(shù)學的最新成就并吸收現(xiàn)代人文、社會科學乃至文化藝術的營養(yǎng)，在全球化知識經(jīng)濟時代，繼續(xù)成為創(chuàng)造人類新的物質(zhì)文明的支柱，也仍然是人類文明和國家競爭力的基礎。八我國機械工業(yè)目前的基本狀況簡述

（一）輔助設計技術在機械行業(yè)全面普及，提高了企業(yè)的設計水平和產(chǎn)品開發(fā)能力

國家通過建立50家CAD示范企業(yè)、500家CAD重點應用企業(yè)，以及建立機械工業(yè)CAD技術應用推廣咨詢服務體系，帶動了大批企業(yè)開展CAD技術應用工作，產(chǎn)生了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

開發(fā)了具有行業(yè)特點CAD/CAM應用軟件和專用軟件300余項。目前已經(jīng)出項了一批在一定程度上可與國外同類軟件抗衡的自主版權CAD/CAM軟件，包括二維CAD、三維CAD、CAM、CAE、CAPP、PDM，并開始走向網(wǎng)絡化和集成化。

機械工業(yè)CAD應用技術開發(fā)與示范工廠推動了設計水平的全面提高，縮短了與發(fā)達國家的差距。目前，我國CAD應用水平達到工業(yè)發(fā)達國家90年代中期水平。

（二）

快速原型制造技術由起步邁向成熟，工藝、裝備并舉發(fā)展，技術立足國內(nèi)，應用初具規(guī)模

快速原型制造（RPM-RapidPrototypeManufacturing）是一項國外80年代中期發(fā)展起來的高新技術，包括一切由CAD模型直接驅(qū)動的快速制造任意復雜形狀三維實體的技術總稱。RPM改變了傳統(tǒng)加工采用的“去除”原理，采用離散/堆積成型原理成形，先由三維CAD制成三維實體模型，然后將三維模型變成二維平面信息（離散過程），最后在RPM設備中分層加工每個薄層并自動粘接（材料的堆積過程）形成原形和零件。RPM的主要技術特征是成型的快捷性。運用RPM技術能自動、快速、精確地將設計思想轉變成一定功能的產(chǎn)品原型或直接制造零件，對縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、減少產(chǎn)品開發(fā)費用、提高企業(yè)競爭力有重要作用。RPM最主要的技術：立體印刷（SLA）技術、分層實體制造技術（LOM）、選擇性激光燒結（SLS）技術、熔融沉積成型（FDM）技術。這些最主要的技術都已被我們掌握。采用這些技術的設備，國內(nèi)都已商品化生產(chǎn)，并有少量出口。RPM所用的主要材料：LOM用紙；SLA用光固化樹脂；FDM用蠟、ABS及尼龍材料；SLS用粉末。這些材料我國基本上實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，解決了與國產(chǎn)成型機的配套問題，并可為部分進口機配套成型材料。應用反求工程，完成了從實物反求到制成模具的RE/RP/RT快速集成制造系統(tǒng)的開發(fā)。我國開發(fā)的幾種新的技術：無模砂型制造（PLC）工藝通過同路徑兩次噴射掃描方法，用催化劑強化固結砂粒的樹脂直接制造砂型。此工藝是在樹脂砂中噴射催化劑，因而使鑄型的CAD模型直接驅(qū)動砂型制造成為現(xiàn)實。我國在RPM技術、設備、應用方面已取得很大的成效，但與世界最先進的國家（如美國）相比，仍存在著較大的差距。（三）精密成型與加工技術水平精密成型與加工技術水平是指機械零部件從毛坯成形、零件加工到裝配成為產(chǎn)品的全過程國家投入了“精密成形與加工技術研究開發(fā)和應用示范”和“30萬輛轎車制造技術及其關鍵工藝裝備的研究開發(fā)”，組織科技攻關取得較大成果。在精密加工方面：跟蹤精密加工向超精、超高速、發(fā)展新一代裝備方向發(fā)展的趨勢，研制成功最小分辨率（最小脈沖當量）為5nm、主軸精度為50nm、定位精度小于0.1μm/100nm、主軸最大回轉直徑為800nm的超精密車床。超精密加工技術已在機械、航空、航天、信息、光學、辦公自動化等行業(yè)發(fā)揮重要作用。在精密成形方面：攻克了采用銅金屬型進行球墨鑄鐵鑄件精密鑄造的難關，開發(fā)了汽車球鐵薄型件金屬型鑄造工藝與成套設備，并已用于汽車球鐵齒惰輪、球鐵機油泵齒輪等毛坯制造；汽車覆蓋件沖壓成形仿真技術以及相關成套技術系統(tǒng)研究基礎上，建立了我國具有自主版權的汽車覆蓋件CAD/CAE/CAM一體化技術，并解決了柳州微型汽車廠、長沙梅花車身廠覆蓋件沖壓時起皺與拉裂的生產(chǎn)難題。（四）數(shù)控機床：數(shù)控機床的水平是衡量一個國家制造業(yè)水平高低的標志，數(shù)控機床是裝備制造業(yè)的技術基礎的一個重要發(fā)展方向。90年代以來，我國數(shù)控機床技術有了突破性進展，取得了顯著成就。數(shù)控機床的發(fā)展模式和技術結構發(fā)生了明顯變化，從生產(chǎn)經(jīng)濟型、簡易型數(shù)控機床為主開始規(guī)模生產(chǎn)普及型數(shù)控機床；從以發(fā)展單機為主開始進入發(fā)展成套為主；從以發(fā)展主機為主，開始進入模塊化、功能化部件為主；從以提高數(shù)控機床單機功能為主，開始進入提高數(shù)控機床的網(wǎng)絡化、智能化為主。體現(xiàn)在以下幾個方面：1數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化規(guī)模有了較大幅度提高，形成了十幾個普及型數(shù)控機床的產(chǎn)業(yè)化基地和開發(fā)中心，數(shù)控機床的年產(chǎn)銷量從“八五”末期的5000多臺發(fā)展到2000年的14000多臺，機床的產(chǎn)值數(shù)控化率從“八五”的12%增長到2000年的近30%，一些重點企業(yè)已達70%以上。2數(shù)控機床的關鍵技術（1）高速、高效、高精度技術有較大發(fā)展,幾個重要的指標

a加工中心主軸轉速從“八五”末期的4000r/min普遍提高到8000r/min,最高可達12000r/min(國外10000~18000r/min);b數(shù)控車床的轉速從“八五”末期的2000r/min提高到4000~6000r/min(國外6000~8000r/min);c坐標進給速度從“八五”末期的15m/min普遍提高到30m/min，最高可達40m/min(國外為60m/min);d加工中心換刀速度從“八五”末期的7s提高到1.5~3s（國外0.7~1.5s）;e生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍從“八五”末期的3~5min/件提高到0.8~1.5min/件（國外0.5~0.8min/件）。（2）數(shù)控機床的可靠性大有提高

MTBF（MeanTimeBetweenFailures）平均故障間隔時間是數(shù)控機床可靠性的重要指標。加工中心的MTBF從“八五”的平均200多小時提高到平均400多小時；數(shù)控車床從平均200多小時提高到平均450多小時；數(shù)控系統(tǒng)從5000小時提高到10000小時以上，最高達20000小時。（3）多坐標聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床技術已漸成熟，并進入生產(chǎn)應用階段五坐標聯(lián)動及五面加工機床已有多個品種，并在軍工、航空、航天、船舶等領域應用（五）現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)CIMSCIMS是一種新的制造企業(yè)模式，它將信息技術、現(xiàn)代管理技術和制造技術相結合，并應用于企業(yè)產(chǎn)品