先进制造技术发展现状与未来趋势

1先进制造技术发展现状与未来趋势摘要：简要介绍了先进制造技术的内涵、特点、构成及分类。并且分析了当前国外先进制造技术的发展现状，特别是对当今一些发达国家的先进制造技术的地位进行了介绍，进一步提出先进制造技术的重点研究领域。阐述了各国21世纪的发展趋势，而且还根据我国的国情概述了我国的发展状况和今后的发展趋势。关键词：先进制造技术、发展现状、未来趋势引言资源、环境、人口是当今人类社会面临的三大主要问题,由于人们的生活条件得到大大的提高，对身边的物质条件要求也越来越高，以至于传统的制造技术已经达不到人们的物质文明方面的要求，而且传统的制造技术往往又是消耗不可再生能源的根源所在。因此，根据人们对精神和物质的追求，我们不得不发展先进制造技术一满足人们的各种需求。近些年来，我们为了更高的物质追求，消耗了很多的能源，一直破坏了我们身边的生态环境。让人们时刻感觉到自己的生存存在着威胁。因此为了改善环境来满足自己和后代的生存需求。近年来,围绕生态环境问题,人们提出了“既满足当代人的需求,又不对子孙后代满足其需要之能力构成危害的发展”的“可持续发展战略”。可持续发展战略的思想具有极为丰富的内涵,它将生态环境与经济发展联结为一个互为因果的有机整体,认为经济发展要考虑到自然生态环境的长期承载能力,使环境和资源既能满足经济发展的需要,又使其作为人类生存的要素之一而直接满足人类长远生存的需要,从而形成了一种综合性的发展战略。特别是机械制造行业，创造人类财富的支柱产业,正在大量消耗人类社会的有限资源,并且是造成当前环境污染问题的主要根源之一。为此,机械行业实施可持续发2展战略已势在必行。因此，先进制造技术是机械行业的发展趋势。1.先进制造技术的内涵、特点、构成与分类1.1先进制造技术的内涵先进制造技术(AMT)是以人为主体，以计算机技术为支柱，以提高综合效益为目的，是传统制造业不断地吸收机械、信息、材料、能源、环保等高新技术及现代系统管理技术等方面最新的成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测管理及售后服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想技术经济效果的前沿制造技术的总称。从本质上讲，先进制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术和现代管理技术等的有机结合。1.2先进制造技术的特点AMT以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高产品对动态多变市场的适应能力和竞争力为目标。它不局限于制造工艺而是覆盖了市场分析、产品设计、加工和装配、销售、维修、服务以及回收再生的全过程。主要特点有以下几个方面：1）强调人为主体作用，将人、技术、管理三者进行有机结合；2）是利用系统工程技术将各种相关技术集成的一个有机整体；3）强调环境保护，要求产品室“绿色商品”，即产品在生产过程中资源消耗最少，环境污染最小，对人体无危害；4）强调计算机技术、信息技术、管理技术在产品设计、制造和生产组织等方面的应用；5）不断运用科技新手段和新成果来研究、改造及充实传统制造技术硬应用到产品的市场调研、设计、制造、生产管理、市场营销及售后服务的所有领域及其全部过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高综合效益。1.3先进制造技术的构成先进制造技术在不同发展水平的国家和同一国家的不同发展阶段，有着不同的技术内涵，对我国而言，它是一个多层次的技术群。先进制造技术的内涵和层次及其技术构成如图1所示。图中从内3层到外层分别为基础技术、新型单元技术、集成技术。下面将分别论述。图1先进制造技术的内涵、层次和技术构成1）基础技术第一层次是优质、高效、低耗、少或无污染的基础制造技术。铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械加工等基础加工至今是生产中大量采用、经济适用的技术，这些基础工艺经过优化而形成的基础制造技术是先进制造技术的核心及重要组成部分。这些基础技术主要有精密下料、精密成型、精密加工、精密测量、毛坯强韧化、无氧化热处理、气体保护焊及埋弧焊、功能性防护涂层等。2）新型单元技术第二层次是新型的先进制造单元技术。它是在市场需求及新型产业的带动下，制造技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学、系统工程、现代管理等高薪技术结合而形成的崭新的制造技术。3）集成技术第三层次是先进制造集成技术。它是应用信息、计算机和系统管理技术对上述两层次的技术局部或系统集成而形成的先进制造技术的高级阶段，如FMS/CIMS/IMS等。1994年，美国联邦科学、工程和技术协调委员会下属的工业和技术委员会先进制造技术工作组提出讲先进制造技术分为三个技术群：a.主题技术群；b.支撑技术群；c.制造技术群。这三个技术环境相互联系、促进、组成一个完整的体系。如图2所示。4图2先进制造技术的体系结构1.4先进制造技术的分类将目前各国掌握的制造技术系统化，对先进制造技术的研究氛围下属四大领域，它们横跨多个学科，并组成一个有机整体。1）现在设计技术现代设计技术主要包括计算机辅助设计技术、优化设计基础基础、竞争又是创建技术、全寿命周期设计技术、课持续发展产品设计技术和设计试验技术。2）先进制造工艺先进制造工艺包括精密清洁铸造成型工艺、精确高效塑性成形工艺、优质高效焊接及切割技术、优质低耗洁净热处理技术、高效高精机械加工工艺、现代特种加工工艺、新型材料成型与加工工艺、优质清洁比奥秘昂工程新技术、快速模具制造技术和虚拟制造成形加工技术等。3）自动化技术自动化技术主要包括数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术、计算机集成制造技术、传感技术、自动检测及信号识别技术和过程设备工况检测与控制技术等。4）系统管理技术系统管理技术包括先进制造生产模式、集成管理技术和生产组织方法等。52．国外先进制造技术的发展现状与研究进展世界一些发达国家都在进行现代制造技术的研究与探索，从管理体制、经营理念、实际方法、方案评价、制造手段等方面总结经验，探索新思路，先后提出了各种先进制造技术。上世纪80年代中后期，美国制造业国际竞争力大大下降，引起美国政府与社会各界的高度重视。为此，美国政府决定大力发展先进制造技术。而且在1994年美国国家最高科技决策机构（国家科学技术委员会）指定气所属的民用工业技术委员会制订国家级先进制造技术发展战略，其主旨有如下四点：1）支持国家实验室、大学与工业界联合研究开发先进制造技术；2）通过国家级工业服务网络帮助企业快速采用先进制造技术；3）开发并推广有利于环境保护的制造技术；4）积极实施与工程设计和制造相关的教育与培训计划。随后在1996年，美国国家先进制造联合会又发表了《面向21世纪的美国工业力量》白皮书，建议美国今后硬重点发展集成产品与过程开发、并行工程、敏捷企业哲理、虚拟产品开发、快速成型与过程仿真、可扩展的企业体系结构、综合资源规划、产品数据交换标准、高速网络、人工智能、传感器数据融合、专家系统、电子数据交换、纳米/微米制造技术、高级控制器、全能制造系统的制造单元技术，重点发展柔性制造技术与系统。再看德国工业，德国也是工业强国，与美国、欧洲、亚洲其他国家的竞争中，为继续保持传统制造业的经济增长，积极采用行动，将更多的精力和资源投入到更新的先进制造技术上来，积极推动工业界采用信息技术改造传统技术与制造企业，并制订了相关的计划。日本是亚洲工业最发达的国家，它早在1989年就发起过“智能制造系统”计划，研究开发全球化制造、下一代制造系统、全能制造系统等技术；1995年日本通产省发起旨在推动工业基础研究的“新兴工业创造型技术研究开发促进计划”；2004年又启动了“新产业创造战略”，为制造业寻找未来战略产业。这也引起了美国、欧洲、日本在机械制造技术上新一轮的竞争。自20世纪80年代末，国际上提出先进制造技术的概念以来，以CAD/CAM技术、快速原型制造技术、柔性制造技术、计算机集成制造系统技术、虚拟制造、绿色制造、敏捷制造等为代表的一系列薪金制造技术在诸多国家和地区得到迅速的发展和广泛的应用，并逐步实现了柔性化、自动化、敏捷6化、虚拟化。进入21世纪后，以计算机技术、网络技术和通信技术等为代表的信息技术、生物技术及新材料技术，被应用于制造业的各个领域，是制造技术发生了质的飞跃，制造生产模式发生重大的变化。3.先进制造技术的新发展目前，国际上对AMT的研究主要有网络化制造、微电子机械系统、快速原型制造和生物制造等。3.1网络化制造所谓网络化制造（NM）是指按照敏捷制造的思想，采用internet技术，建立灵活有效、互惠互利的动态企业联盟，实现研究、设计、是恒产和销售各种资源的重组，从而提高企业的市场快速响应和竞争能力的新模式。网络环境下的制造时新时代的需要，该系统能充分利用网络优势，利用各种人力物力资源，将知识工程和仿真融入系统，来为制造行业服务。例如应用在模具制造行业、企业的动态联盟、汽车制造行业等各种行业中，它可以给这些行业带来很多方便，也可以大大缩减企业与企业之间的联络交流时间；企业内部更可以减少以往传统制造中打来的诸多不便，更加是国与国之间的企业。3.2微系统随着人们对许多产品的功能集成化和外形小型化的需求，使零部件的尺寸日趋微小化。此外，进入人体的医疗机械和管道自动检测装置等都需要微型的齿轮、电动机、传感器和控制电路。而微系统作为一个独立的智能系统，主要由微驱动器、微传感器、微执行器、微处理器和微能源等基础要素组成。由于它的体积小、重量轻、耗能低、性能稳定；有利于大量生产，降低生产成本；惯性小、谐振频率高，因此应用领域相当广泛。例如在生物医疗中，有定向药物投放系统、低损伤手术用微型机器人、手术用内窥镜及钳子和微小分散型人工心脏等等应用，还有在宇航、工业领域、环境科学等都有很多的应用实例，在这里就不再详细举例了。3.3低温快速原型制造技术7快速原型制造技术是20世纪80年代末发展起来的一种集CAD/CAM、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术等于一体的先进制造技术，实现了从零件设计到三维实体原型制造的一体化。低温原型制造技术比起传统的快速成型技术来说，价格与维护费用低廉，而且更加绿色化。3.4生物制造这是一个新兴制造技术，目前来说还不是很成熟，还有很大的发展空间。就目前来讲这种技术还只限于实验室的原理探索，只采用了少数种类的微生物对少数金属进行了试验，对零部件的实际应用尚在探索之中。随着全球经济竞争的不断激烈化，AMT的发展在柔性化、自动化、敏捷化、虚拟化等基础上，趋向以网络化、集成化、绿色化、极端化、智能化的方向发展。4.先进制造技术在我国的发展现状和趋势4.1发展状况当今人类社会已经进入知识经济时代，全球竞争异常激烈，制造业作为我国的战略产业面临着剧烈的挑战并经历着一场深刻的技术变革。特别是在我国加入WTO以后，形势显得更加严峻。我国的装备制造业经过数十载的努力，已具有相当规模，积累了大量的技术和经验。但是随着经济全球化的发展，由于我国的巨大市场和丰富的劳动力资源，国外技术、资金、产品大量涌入，企业面临着前所未有的国内外激烈的竞争局面。近年来我国的制造业不断采取先进制造技术，但和工业发达的国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。1.管理体制方面。工业发达国家国有企业所占比重较小，绝大部分企业是规范的股份公司。然而我国却恰恰相反，装备制造业存在着带根本性的问题，制造业的人均劳动生产率远远落后于发达国家，产业主题技术依靠外国，国有企业深化改革远没有到位，企业集中度低，大型骨干企业少围绕大型骨干企业的中小企业群体也未形成。2.企业经营管理方面。我国只有少数大型企业局部采用了计算机堵住管理，多数中小型企业仍处于经验管理阶段，远远落后于发达国家。83.产品开发设计方面。我国采用CAD/CAM技术的比例较低，在应用技术及技术集成方面的能力还比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后。例如在产品仿求过程中，我国海缺乏一种创造性思维，仿求似乎就是跟着别人后面抄袭，而且达不到在各方面所希望的标准。日本在这方面就做得好，虽然也是仿求，但是日本的却能很好的运用别国的新产品创造出比原有产品性能、外观、体形更好的产品，这就是差距。4.加工自造工艺方面。我国对高精密加工、精细加工、微