先进制造技术概要、发展现状及其发展趋势

1/6先进制造技术概要、发展现状及其发展趋势摘要：介绍了先进制造技术的概念以及先进制造技术的体系结构，包括：而向制造的设计技术群、制造上艺技术群和支撑技术群，分析了先进制造技术的发展现状，并对先进制造技术的发展趋势进行了预测和探究。关键词：先进制造技术发展现状发展趋势0000引言制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，在国民经济建设、社会进步、科技发展与国家安全中占有重要战略地位，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%～55%。世界各国经济实力的竞争一，主要是先进制造技术的竞争一，其竞争一能力又体现在所生产产品的市场占有率上。随着经济的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争旧趋激烈，因而各国政府都非常重视对先进制造技(advancedmanufacturetechnologyAMT)的研究。2222先进制造技术概要2.12.12.12.1定义制造技术是使原材料成为产品所使用的一系列技术的总称，是制造业赖以生存和进步的主体技术。先进制造技术是制造业为了适应时代要求以提高竞争力，对制造技术不断优化及推陈出新而形成的。它是一个相对的、动态的概念，具有鲜明的时代特征，因而结合我国国情，将先进制造技术定义为:制造业不断地吸收机械、电子、信息、材料、能源及现代管理等方面的成果，并将其综合应用于制造的全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，取得理想技术经济效果的制造技术的总称。2.22.22.22.2特征先进制造技术具有以下5个技术特征（1)先进性作为制造技术的基础—制造工艺，必须是经过优化的先进工艺，因而，先进制造技术的核心和基础必须是优质、高效、低耗、清洁工艺，它从传统制造工艺发展起来，并与新技术实现了局部或系统集成。（2)通用性先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节，它覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、销咨使用、维修服务，甚至回收再生的整个过程。（3)系统性随着微电子、信息技木的引入，先进制造技术能驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。先进制造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。（4)蕊成性先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合，界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴交叉学科。因此有人称其为“制造工程”。2/6（5)技术与誉理的更余密结合对市场变化作出更敏捷的反应及对最佳技术经济效益的追求，使先进制造技术十分重视生产过程组织管理体制的合理化和最佳化，它是技术与管理，自然科学与社会科学紧密结合的产物。2.32.32.32.3体系构成AMT主要要包括以下3个技术群(图1)：图1111AMTAMTAMTAMT的体系结构（1)主体技术群：这是制造技术的核心，它包括两个基本部分：有关产品设计技术和上艺技术。a.面制造的设计技术群。而向制造的设计技术群系指用于生产准备的上具群和技术群。3/6设计技术对新产品开发生产费用、产品品质以及新产品上巾时间都有很大影响。产品和制造上艺的设计可以采用一系列上具，例如计算机辅助设计(CAD)以及上艺过程建模和仿真等，生产设施、装备和上具，甚至整个制造企业都可以采用先进技术进行有效地设计。b.制造上艺技术群(制造技术环境)。制造上艺技术群是指用于物质产品生产的过程及设备。制造上艺技术群是有关加上和装配的技术，也是制造技术的传统领域。（2)支撑技术群：支撑技术群是指支持设计和制造上艺两方而取得进步的基础性的核心技术。基本的生产过程需要一系列的支撑技术，如:测试和检验、物料搬运、生产计划的控制以及包装等。它们也是用于保证和改善卞体技术的协调运行所需的技术，是上具、手段和系统集成的基础技术。支撑技术群包括：a.信息技术：接口和通信、数据库技术、集成框架、软件上程人上智能、专家系统和神经网络、决策支持系统；b.标准和框架：数据标准、产品定义标准、上艺标准检验标准、接口框架；c.机床和上具技术；d.传感器和控制技术：单机加上单元和过程的控制执行机构、传感器和传感器组合、生产作业计划；e.其他（3)制造技术基础设施：制造技术基础设施是指为了管理好各种适当的技术群的开发并鼓励这些技术在整个国家制造行业内推广一应用而采取的各种方案和机制。制造技术的基础设施是使先进的制造技术与企业组织管理体制和使用技术的人员协调上作的系统上程，是AMT不可分割的一个组成部分。3333先进制造技术的形成和发展过程先进制造技术是在市场需求及科技发展这两个车轮的带动下逐步发展、形成的。在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“小批量一少品种大批量一多品种变批量”的方向发展;在科技高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集一设备密集一信息密集一知识密集”的方向发展。与之相适应，制造技术的生产方式沿着“手工一机械化一单机自动化一刚性流水自动化一柔性自动化一智鹅自动化”的方向发展。当代制造技术的前沿已经发展到以信息密集的柔性自动化生产方式满足多品种、变批量的市场需求，并开始向知识密集的智能自动化方向发展。在上述发展过程中，传统制造技术的内涵不断延伸与发展，经历了由狭义到广义，局部到整体断续零散到系统集成等4个环节，而逐渐形成了先进制造技术。（1)重视辅助工序、工装、生产过程首先，在加工工艺过程中，重视必不可少的辅助工序，如加工前的预处理，加工后的清整处理，工序间的清洗、防护等。其次，重视工艺装备，特别是辅助工装及工艺材料的配套发展，使制造技术成为集工艺方法、工艺装备、工艺材料于一体的成套技术。另外，重视物流、存贮、检验、包装等辅助生产过程，使制造技术成为覆盖从原材料进厂到加工成产品的全过程的综合技术。（2)工艺方法的不断更新不断发展优质、高效、低耗工艺，开发新型加工方法，并迅速在生产中普及应用。（3)信息技术的引入和结合不断吸收微电子、计算机、自动化等高技术的最新成果，形成CAD,CAM,CAPP,CAT,4/6NC,MC,MIS,FMS,CIMS,IMT,IMS等一系列具有划时代意义的新技术，对上述技术进行局部或系统集成后，形成了从单机到生产线、从刚性到柔性、从简单到复杂等不同档次的自动化制造技术系统，使制造技术成为包含物质流、信息流和能量流的系统工程。（4)更新管理观念，促进生产组织变革引入现代管理技术，进行观念更新和生产组织的简化、合理化与重组，使先进制造技术的覆盖面扩及设计及售后服务，成为以整个设计一制造一使用的闭环过程为对象，以提高质量、效率、效益、竟争力为目标，技术与管理高度结合的综合技术。引入现代管理技术，进行观念更新和生产组织的简化、合理化与重组，使先进制造技术的覆盖面扩及设计及售后服务，成为以整个设计一制造一使用的闭环过程为对象，以提高质量、效率、效益、竟争力为目标，技术与管理高度结合的综合技术。当然，上述4个环节的界限划分及次序并不是绝对的，其间有交叉与同步，但它们都是使制造技术由“传统”迈向“先进”不可缺少、不可逾越的重要环节。前两个环节是基础，对我国规划先进制造技术的发展尤为重要。因为我国制造技术的发展历程与工业发达国家有很大不同:工业发达国家由于市场的带动，很早就重视辅助配套技术的同步发展，早在50～60年代。就开发并普及了优质、高效、低耗工艺，这就为70年代开始的信息技术的引入，以及近年来生产组织的创新，进而形成完整的先进制造技术奠定了很好的基础。在我国，前三个环节几乎是同时起步的，至今大量的企业仍未打好前两个环节的基础。4444先进制造技术的现状AMT是现代技术和上业创新的集成和典范，是国家制造业水准的主要标志，是国家上业的基础和支柱。日前，世界各上业发达国家已充分认识到发展AMT的重要性和紧迫感，纷纷对此进行广泛深入的研究，展开了激烈的竞争一。各种创新成果和先进技术不断涌现。它们主要要包括：计算机集成制造系统(computerintegratedmanufacturingsystem，CIMS)，敏捷制造(agilemanufacturingAM)，并行上程(concurrentengineeringCE),虚拟制造(virtualmanufacturingVM)以及可持续发展技术等等。（1)CIMS是现代信息技术条件下的新一代制造系统。它以计算机来辅助制造系统的集成，以充分的、及时的信息交流或信息共享将企业的设计、上艺、生产车间以及供销和管理部门集成为一个有机的整体，使他们相勺_协调地运作，以提高产品品质，缩短产品开发周期，提高生产效率，确保企业的整体效益，提高企业的竞争一能力和生存能力。（2)CE是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化的上作模式。在传统的串行开发过程中，设计中的问题或不足，要分别在加上、装配或售后服务中才能被发现，然后再修改设计，改进加上、装配或售后服务(包括维修服务)。而CE就是将设计、上艺和制造结合在一起，利用计算机互联网并行作业，大大缩短生产周期(图2)。5/6图2222串、并行工程时序的比较（3)AM是指企业实现敏捷生产经营的一种制造哲理和生产模式。AM包括产品制造机械系统的柔性、员上授权、制造商和供应商关系、总体品质管理及企业重构。AM是借助于计算机网络和信息集成基础结构，构造有多个企业参加的“VM”环境，以竞争合作的原则，在虚拟制造环境下动态选择合作伙伴，组成而向任务的虚拟公司，进行快速和最佳生产。（4)VM是虚拟现实(virtualrealityVR)技术在制造中的应用。VM实际上是一种计算机科学技术，以信息技术、仿真技术、VR技术为支柱，在产品设计或制造系统的物理实现之前，就能使人体会到或感觉到未来产品的性能或者制造系统的状态，从而可以做出前瞻性的决策与优化实施方案。VM技术是对真实制造过程的动态模拟、仿真，是在计算机上制造数字化产品，在VM环境中生成软产品原型代替传统的硬样品进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高系统快速响应巾场变化的能力。VM技术是CE，AM,精益生产的支撑技术，是品质上程实现的有力保证。（5)可持续设计是在生态哲学的指导下，将设计行为纳入“社会经济环境人类”的系统中，既实现社会价值又保护人与自然的共同繁荣，H在平衡环境、社会、经济三方而的设计实践和设计管理。可持续设计包含并超越了传统的产品设计，并代表了人类对传统产品设计的新思考，是产品设计学科的新的发展方向。日前可持续设计并不成熟，主要设计上具有生命周期评价(LCA)；而向环境的设计(DFE)；而向材料选择的设(DFMS)；而向拆装的设计(DFD)；而向回收的设计(DFR）等，可持续设计可以说是人类文明的巨大进步。5555先进制造技术的发展趋势先进制造业追求的日标是：高品质、高效率、高柔性、低成本、低劳动力、低消耗、品种多和规格全的产品，因此，AMT的发展趋势应体现在以下儿个方而：（1)制造技术向自动化与智能化方向发展:随着电子技术、信息技术和计算机技术的发展，推动了制造技术向更深层次发展。基于CAD/CAM技术的CIMS是制造业自动化的一6/6个重要方向。CIMS通过CAX(CAD，CAPP，CAE，CAM)系统和PDM系统，进行产品的数字化设计仿真，并结合数字化制造设备，进行自动加上。并采用MRPII/ERP系统，对整个企业的物流、资金流、管理信息流和人力资源进行数字化管理。智能制造技术(MT)是将人上智能融入制造过程的各个环y，通过模拟人类专家的智能活动，取代或延仲制造系统中的部分脑力劳动，在制造过程中系统能自动监测其运行状态，在外界干扰或内部激励下能自动调整其参数，以达到最佳状态和具备自组织能力。例如机器人加上就是将机床与机器人、传感器、控制器组合而成的智能制造系统，它具有信息处理和知觉反馈、决策能力，可同时控制指挥多种操作，从而能提高效率、保证品质和降低成本。（2)精密成形与加上：精密加上、超精密加上技术、微型机械是AMT发展的方向之一。精密和超精密加上技术包括精密和超精密切削加上、磨削加上、研磨加上以及特种加上和复合加上(如机械化学研