先進制造技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

1、先進制造技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢摘要近年來，制造業(yè)出現(xiàn)了世界范圍的研究并采用“先進制造技術”的浪潮，先進制造技術已成為當代國際間的科技競爭的重點。本文論述了先進制造技術的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，指出：信息化、精密化、集成化、柔性化、動態(tài)化、虛擬化、智能化、綠色化將是未來制造技術的必然發(fā)展方向。1.先進制造技術簡介1.1 先進制造技術的定義先進制造技術AMT(advancedmanufacturingtechnology)是制造業(yè)不斷吸收機械、 電子、信息(計算機與通信、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，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的全過程，以

2、實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、清潔和靈活生產，提高對動態(tài)多變的產品市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱。它集成了現(xiàn)代科學技術和工業(yè)創(chuàng)新的成果，充分利用了信息技術，使制造技術提高到新的高度。先進制造技術是不斷利用新技術逐步發(fā)展和完善的技術，因而它具有動態(tài)性和相對性。先進制造技術以提高企業(yè)競爭能力為目標，應用于產品的設計、加工制造、使用維修、甚至回收再生的整個制造過程，強調優(yōu)質、高效、清潔、靈活生產，體現(xiàn)了環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展和制造的柔性化。1.2 先進制造技術的內涵和技術構成先進制造技術的技術構成可以分為以提高生產效率和快速響應市場需求為目的的技術構成和以滿足特種需求為目的的技術構成。以提高生產效率

3、和快速響應市場需求為目的的技術構成強調制造系統(tǒng)與制造過程的柔性化、集成化和智能化。包括：(1)系統(tǒng)理論與技術(著重制造系統(tǒng)組織優(yōu)化與運行優(yōu)化，以提高制造系統(tǒng)的整體柔性與效率)。(2)制造過程的單元技術(著重制造過程的優(yōu)化，以提高單元的效率與精度)。系統(tǒng)理論與技術涉及范圍包括：CIMS、敏捷制造、精益生產、智能制造等。制造過程單元技術涉及的范圍包括：設計理論與方法、并行工程、系統(tǒng)優(yōu)化、運行、控制、管理、決策與自組織技術、虛擬制造技術、制造過程智能檢測、信息處理、狀態(tài)檢測、補償與控制、制造設備的自診斷與自修復、智能機器人技術、智能數(shù)控技術、精密成型技術等。以滿足特種需求為目的的技術構成使傳統(tǒng)制造工

4、業(yè)與加工方法發(fā)生根本變化，其技術構成包括：(1)精密與超精密加工、細微與超細微加工技術等。(2)快速成型制造(RPM);激光加工；電子加工；離子加工；化學加工技術等。先進制造技術在不同發(fā)展水平的國家和同一國家所處的不同階段，先進制造技術的內涵和技術構成是不同的。1.3 先進制造技術的分類(1)現(xiàn)代設計技術：現(xiàn)代設計技術是根據(jù)產品功能要求，應用現(xiàn)代技術和科學知識，制定方案并使方案付諸實施的技術。它是一門多學科、多專業(yè)相互交叉的綜合性很強的基礎技術?，F(xiàn)代設計技術主要包括：現(xiàn)代設計方法，設計自動化技術，工業(yè)設計技術。(2)先進制造工藝： 現(xiàn)代制造工藝技術主要包括精密和超精密加工技術、 精密成型技術、

5、特種加工技術、表面改性、制模和涂層技術。(3)自動化技術：自動化技術包括數(shù)控技術、工業(yè)機器人技術、柔性制造技術、計算機集成制造技術、傳感技術、自動檢測及信號識別技術和過程設備工況監(jiān)測與控制技術等。(4)系統(tǒng)管理技術：系統(tǒng)管理技術包括工程管理、質量管理、管理信息系統(tǒng)等，以及現(xiàn)代制造模式(如精益生產、CIMS、敏捷制造、智能制造等卜集成化的管理技術、企業(yè)組織結構與虛擬公司等生產組織方法。2 .我國先進制造技術的發(fā)展狀況(1)在設計方面，計算機助設計(CAD)技術普及化。計算機輔助設計(CAD)技術，是電子信息技術的一個重要組成部分，是促進科研成果的開發(fā)和轉化，促進傳統(tǒng)產業(yè)和學科的更新和改造，實現(xiàn)設

6、計自動化，增強企業(yè)及其產品在市場上競爭能力，加速國民經(jīng)濟發(fā)展和國防現(xiàn)代化的一項關鍵性高新技術，也是進一步向計算機集成制造(CIMS)發(fā)展的重要技術基礎。CAD技術的廣泛應用，提高了我國企業(yè)整體的設計水平和產品開發(fā)能力。以二維CAD和產品數(shù)據(jù)管理為重點，在軟件市場和企業(yè)應用方面得到充分的發(fā)揮。(2)在應用方面，各種高新技術發(fā)展迅速，并取得了顯著的成效。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：快速原型制造技術由起步邁向成熟，應用初具規(guī)模；精密成形與加工技術水平顯著提高，在汽車零部件、重大裝配制造中獲得廣泛應用；熱加工工藝模擬優(yōu)化技術取得重要進展，使材料熱加工由“技藝”走向“科學”；激光加工在基礎研究和技術開發(fā)方面

7、有實質性進展，產業(yè)應用獲得經(jīng)濟效益；數(shù)控技術取得重要進展，國內市場占有率有所提高；現(xiàn)場總線智能儀表研究開發(fā)獲重要進展，應用已有一定的基礎；現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)研究和應用取得突破，在國際上已占有一席之地。(3)在管理方面，新生產模式的研究和實踐具有特色，推動了我國制造業(yè)的技術進步和管理現(xiàn)代化。通過學習和引進工業(yè)發(fā)達國家的先進管理經(jīng)驗，采用計算機管理，重視組織和管理體制、生產模式的更新發(fā)展，推出了準時生產(JIT),敏捷制造(AM),精益生產(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技術，通過精簡機構、減少管理層次和消除各種浪費現(xiàn)象，顯著提高了企業(yè)的經(jīng)營效益。3 .先進制造技術的前沿3.1 無余量精密

8、成形技術目前，某些中小零件經(jīng)過精密成形制成的，可以做到不經(jīng)切削加工或極少余量加工即可裝配，因此國外某些學者提出成形的工件應該由“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(NetShapeTechnique)”。3.2 毫微米技術與微型機械“毫微米技術”又稱之為“超精密工程”， 是高精度加工的技術前沿， 據(jù)預測到2000年，普通加工、精密加工和超精密加工的精度可分別達到1um,0.01um和0.001um(毫微來納米)，而且“超精密工程”正在向原子級加工精度逼近。毫微米技術的發(fā)展還引發(fā)了微型機械的

9、出現(xiàn)。微型機械是機械技術與電子技術在毫微米水平上相融合的產物。國外有人將毫微米技術與微型機械稱為“21世紀的核心技術”。3.3 自由造型制造與快速零件制造技術近年來國外正在發(fā)展一種嶄新的稱為快速零件制造一的新技術，它是將與各種自由造型制造等新的制造技術直接結合起來，從而使直接生產出零件的實體物理模型、樣件、鑄?；驔_模。的出現(xiàn)將是制造技術的一場新的變革，它將使傳統(tǒng)的金屬切削加工技術面臨被部分或逐步替代的挑戰(zhàn)。3.4 新型材料的成型、加工技術隨著材料使用結構的不斷變化，新型材料的成形、加工技術的重要性越來越突出，未來的重點是超硬材料、功能梯度材料、復合材料、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，加工技術將不斷出現(xiàn)并得到應用，如未來的超導材料成形加工技術等。3.5 極限條件下的成形加工技術下個世紀人類的活動區(qū)間將從陸地擴展到空間和海洋。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要求，其中最重要的是空間焊接及水下切割、焊接技術。4 .先進制造技術的發(fā)展趨勢4.1 信息化信息化是制造技術發(fā)展的生長點，信息技術正在以人們難以想象的速度高速發(fā)展。網(wǎng)絡技術特別是Internet/Intranet/Extranet技術的迅速發(fā)展，正在給制造業(yè)帶來新的變化和重大影響，制造網(wǎng)絡化是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢之一?；诰W(wǎng)絡的制造技術（NMT）是指網(wǎng)絡技術和制造技術

11、相結合的有關技術和研究領域。NMT的技術內容框架由計算機網(wǎng)絡技術和數(shù)據(jù)技術及其支撐下的基于網(wǎng)絡的制造系統(tǒng)管理和營銷技術群、基于網(wǎng)絡的產品設計與開發(fā)技術群、基于網(wǎng)絡的制造過程技術群、基于網(wǎng)絡的系統(tǒng)集成技術群構成。NMT具有一系列的創(chuàng)新功能特點，如時域特點、空間特點、生產方式特點、組織模式特點等。4.2 精密化現(xiàn)代高新技術產品需要高精度制造，社會的發(fā)展對機械產品的質量提出了越來越高的要求。這決定了發(fā)展精密加工、超精密加工技術是機械制造未來的一個重點。目前，加工制造技術向著超精密、超高速、創(chuàng)新裝備的方向發(fā)展。4.3 集成化計算機集成制造（CIM）是信息技術和生產技術的綜合應用，旨在提高制造企業(yè)的生產

12、效率和響應能力。因此，企業(yè)的所有功能信息和組織管理都是一個集成起來的整體的各個部分。其通俗含義就是用計算機通過信息集成實現(xiàn)現(xiàn)代化的生產制造，求的企業(yè)的總體效益。SIM的實現(xiàn)方法就是CIMSo理想的CIMS能夠實現(xiàn)5個R:在正確的時間（Righttime）將正確的信息（Rightinformation）送到正確的地點（Rightplace）的正確的人（Rightperson）,從而幫助他做出正確的決策（Rightdecision）他通過管理、生產控制、工程設計等子系統(tǒng)的集成，使企業(yè)具有快速響應市場的能力（T）、較好的產品質量（Q）、較低的生產成本（C）和較好的服務（S）?，F(xiàn)代制造業(yè)的方向并不只是

13、計算機的集成，信息的集成，而是人、技術、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。4.4 柔性化柔性制造系統(tǒng)（FMS）集高效、高質量、高柔性三者于一體，它既是CIMS的重要組成部分，也是當前和未來制造業(yè)的一個主要生產系統(tǒng)，故發(fā)達國家都把FMS當作是制造業(yè)自動化的一個重點發(fā)展領域。目前，F(xiàn)MS在發(fā)達國家已發(fā)展成熟，并正向規(guī)模大型化、功能復雜化（柔性制造車間）及小型化、簡單化（FMC）這兩極方向發(fā)展。80年代中期以來，國外的柔性制造設備開始與CAD/CAPP/CAM等自動化技術和生產管理中的MIS等進行集成，借助計算機和網(wǎng)絡技術，將企業(yè)所有的技術、信息、管

14、理功能和人員、財務、設備等資源與制造活動有機結合在一起，向CIMS發(fā)展，構成一個覆蓋企業(yè)制造全過程（產品訂貨、設計、制造、管理營銷），能對全廠物質流、能量流、信息流進行有效控制和集成管理的完整系統(tǒng)，實現(xiàn)全局動態(tài)綜合優(yōu)化、協(xié)調運作和整體高柔性、高質量、高效率，從而創(chuàng)造出巨大生產力。現(xiàn)在柔性化不僅是指企業(yè)的制造技術柔性化，還包括生產方式柔性化，管理模式柔性化。4.5 動態(tài)化由于先進制造技術本身是針對一定的應用目標、不斷吸收各種高薪技術逐漸形成、不斷發(fā)展的新技術，因而其內涵不是絕對的和一成不變的。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為前提，通過不消耗實際資源和能

15、量的生產活動，生產可視的虛擬產品，并具有現(xiàn)實制造系統(tǒng)所具有的一切特征、功能及運行機制從而做出可制造性和可裝配性評價及產品性能預測，做出收益和風險評價，并發(fā)現(xiàn)潛在的問題。VMS是集CAD/CAM技術、計算機技術、可視技術、并行工程、快速原型虛擬逼真設計等多學科先進技術的綜合應用。具關鍵技術中最核心的是：虛擬環(huán)境下服務于產品全生命周期的建模、分布式并行協(xié)同求解技術、全局最優(yōu)化決策理論與技術，實現(xiàn)虛擬制造系統(tǒng)對實際制造系統(tǒng)映射的虛擬設備、虛擬傳感器、虛擬車間和工廠的建立基于真實動畫感的產品制造、裝配、生產調度過程仿真等。VMS的應用可以縮短產品的設計與制造周期，降低產品的開發(fā)成本，提高對市場變化的響

16、應能力。4.7 智能化智能制造是指綜合利用各個學科、各種先進技術和方法，解決和處理制造系統(tǒng)中的各種問題。系統(tǒng)能領會設計人員的意圖，能夠檢測失誤，回答問題，提出建議方案等。智能制造技術旨在將人工智能融進制造過程的各個環(huán)節(jié)，通過模擬專家的智能活動，取代或延伸制造環(huán)境中的部分腦力勞動，從而在制造過程中，系統(tǒng)能自動監(jiān)測其運行狀態(tài)，在受到外界或內部激勵時能夠自動調整其參數(shù)，以期達到最佳狀態(tài)，具有自組織能力。4.8 綠色化綠色制造技術是指在保證產品的功能、質量、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。其主要技術是：(1)綠色設計技術。在產品設計階段就考慮在其生命周期全過程的無污染、資源

17、低耗和回收。(2)清潔生產技術。清潔生產(CleanProduction)或稱清潔工藝(CleanTechnology)技術，是近年來，根據(jù)社會、環(huán)境要求而發(fā)展的一種新型生產技術。它與一般的環(huán)保技術的區(qū)別在于要求將加工過程產生的廢物減量化、資源化、無害化，使污染盡量消滅在生產過程之中，以達到末端排放最小的目的。(3)拆卸回收技術。(4)生態(tài)工廠的循環(huán)制造技術。(5)ISO140000環(huán)保管理標準。4.9 快速化快速化是指對市場的快速響應，對生產的快速重組。它要求生產模式有高度的柔性與高度敏捷性?？焖倩軓娪辛Φ赝苿又圃旒夹g的進步與發(fā)展，它是先進制造技術發(fā)展的“動力”。4.10 全球化新世紀制

18、造業(yè)將從單一企業(yè)或企業(yè)集團為主的競爭模式發(fā)展成為完全調和、多企業(yè)共同合作的全球化生產體系的競爭，全球化的制造系統(tǒng)將成為21世紀的主要制造模式。面向全球制造環(huán)境(GME)的制造技術主要有：面GME企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟；面向GME的并行產品設計技術；面向GME的異地設計與制造技術；面向GME的產品信息集成技術；面向GME的并行產品集成開發(fā)系統(tǒng)等。先進制造技術的競爭正在導致制造業(yè)在全球范圍內的重組，新的制造模式不斷出現(xiàn)，更加強調實現(xiàn)優(yōu)質、高效、清潔、靈活的生產。5 .結束語近幾十年來，以微電子、信息、新材料、控制論、系統(tǒng)科學等為代表的科學與技術的迅猛發(fā)展及其在制造領域的廣泛滲透、應用、融合與衍生，極大地拓展了制造活動的深度和廣度，急劇地改變了現(xiàn)代制造業(yè)的設計方法、產品結構、生產方式、生產工藝和設備以及生產組織結構，產生了一大批新的先進的制造技術和制造模式。新世紀的制造業(yè)將成為發(fā)展速度快、技術創(chuàng)新能力強的技術密集