毕业设计（论文）-浅谈先进制造技术及其发展趋势

毕 业 论 文论文题目：浅谈先进制造技术及其发展趋势 专 业：班 级：学 号：学生姓名： 指导教师：年 月 日摘要此文是先进制造技术及其发展趋势的深化与补充。首先，指出制造业在国家发展中所占的战略地位。接着，从三个方面十二点详细地分析了先进制造技术发展的特色与趋势：产品本身，“精”、“极”、“文”：制造过程，“绿”、“快”、“省”、“效”；制造方法，“数”、“自”、“集”、“网”、“智”，并强调上述这些方面均应基于“制造”与“机械”这两个基点之上。最后，提出了先进制造技术发展的指导思想与我国应该优先发展的方向，强调必须自主创新，必须“以人为本”。 一般认为，人类文明有三大物质支柱：材料、能源和信息。这三大支柱都离不开人类的制造活动。没有“制造”，就没有人类。恩格斯在自然辩证法中讲道：“直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。”可以形象地讲，人的历程是从制造第一把石刀开始的。制造业是“永远不落的太阳”，是现代文明的支柱之一。它是工业的主体，是提供生产工具、生活资料、科技手段、国防装备等的手段以及它们进步的依托，是现代化的动力之一。关键字：先进制造技术；制造；发展；趋势目录1. 概述11.1 先进制造技术的含义11.2 先进制造技术的发展背景11.3先进制造技术的组成22.先进制造技术的发展方向及其特点22.1当前制造科学要解决的问题22.2先进制造技术的发展方向42.3先进制造技术的主要特点53.先进制造技术的体系结构以及在制造业中的应用63.1先进制造技术的体系结构63.2先进制造技术在机械制造业中的应用73.2.1我国机械制造业应用先进制造技术时存在的问题73.我国机械制造业成功实施先进制造技术的对策83.1大力推进机械制造业企业信息化83.2建立适宜的组织结构93.3重视人才培养104.先进制造技术对中国的影响与国内外发展状况104.1先进制造技术的国内外发展状况104.1.1我国先进制造技术的现状104.2.2.国外先进制造技术的现状115.先进制造技术未来的发展趋势和战略对策115.1先进制造技术的发展趋势115.2我国先进制造技术发展的战略对策165.2.1先进制造技术是机械工业振兴的重要技术支撑。165.2.2先进制造技术的发展和应用要突出强调市场需求175.2.3通过重点支持有优势的研究机构和企业,与调整现有制造业的研究开发体系相结合,形成先进制造技术研究开发及应用的骨干力量。175.2.4通过选择特定范围进行有限目标的攻关与提高制造企业的竞争力相结合,形成制造业的优势领域。18结束语18参考文献191. 概述 1.1 先进制造技术的含义先进制造技术是传统制造技术与微电子、计算机、自动控制等现代高新技术相交叉融和的结果，是一个集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、管理学等新成就于一身的新兴技术。经济性数控机床加工；微机数控电火花线切割；电解加工；高能束加工；复合加工等都是先进技术加工。加工中心就是一个很常见的列子啊！先进制造技术可以理解成是一个专业，也可以理解为是一个主干课程，在社会上的应用几乎遍及制造业所有角落，因AMT本身就是内容比较广泛，涉及到先进的加工技术（精密加工等）、先进的设计方法学（有限元法、逆向工程、模块化设计等）、交叉领域的技术（绿色制造、生物制造等）、先进的制造管理技术（创新管理法、现代管理方法）等等多个方面。具体例子如汽车行业的柔性制造技术和超精密加工技术，电脑等行业的模块化设计技术，现代制造企业内部的“零库存”管理技术，生物行业的微电子技术和生物制造技术，能源行业的绿色制造技术等等先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology，简称为AMT）是指微电子技术、自动化技术、信息技术等先进技术给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括：计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。AMT是制造业企业取得竞争优势的必要条件之一，但并非充分条件，其优势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管理，有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。1.2 先进制造技术的发展背景先进制造技术（AMT）总体来说，是制造业不断吸收信息技术及现代化管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞能力的制造技术的总称。现如今，AMT已成为各国抢占制造业高地的重要手段，对我国的制造业发展有着举足轻重的作用。在20世纪80年代末，国际上提出了先进制造技术的新概念，其最早起源于美国。 原先美国制造业在二战及稍后时期得到了空前的发展，形成了一支强大的研究开发力量，成为当时制造业的霸主。在二战结束后，国环境发生了很大的变化，军事对峙和显示实力等刺激制造业发展的背景减弱了。由于美国长期受强调基础研究的影响，忽视了制造技术的发展，到20世纪70年代日本和德国经济恢复时，美国制造业遇到了强有力的挑战。汽车业，家用电器业，机床业半导体业，应用电子工业，钢铁业的霸主地位相继退位，连优势最为明显的航天、航空业也遇到了强有力的竞争，出口产品的竞争力大大落后于日本和德国，对外贸易逆差与日俱增，经济膨胀，发展缓慢。而日本在过去几十年内不断地主动采用制造新技术，已使其制造业成为公认的世界领袖。20世纪80年代初期，美国一批有识之士相继发表言论，对美国制造业的衰退进行了反思，强调了制造业与国民经济及国力的至关重要的相依关系，强调了制造技术的重要性。在此背景下，克林顿政府上台后，相继提出了两个颇有召力的口号：“为美国的利益发展科技”，强调了具有明确的社会经济目标的关键技术的重要性，制定了国家关键技术计划，并对其技术政策做了重大调整。美国先进制造技术也就是在这样一个社会经济背景下出台了。其后，AMT在诸多国家和地区得到广泛的应用。1.3先进制造技术的组成先进设计技术是先进制造技术的一个重要组成部分它是制造技术的第一个环节产品设计成本约占产品成本的10%,但却决定了产品制造成本的70%80%,设计技术在制造技术中的作用和地位是举足轻重的。通过介绍先进设计技术的发展趋势及未来的绿色设计、综合智能优化设计对先进设计技术作了一个综述。2.先进制造技术的发展方向及其特点2.1当前制造科学要解决的问题当前制造科学要解决的问题主要集中在以下几方面： （1）是一个复杂的大系统，为满足制造系统敏捷性、快速响应和快速重组的能力，必须借鉴信息科学、生命科学和社会科学等多学科的研究成果，探索制造系统新的体系结构、制造模式和制造系统有效的运行机制。制造系统优化的组织结构和良好的运行状况是制造系统建模、仿真和优化的主要目标。制造系统新的体系结构不仅对制造企业的敏捷性和对需求的响应能力及可重组能力有重要意义，而且对制造企业底层生产设备的柔性和可动态重组能力提出了更高的要求。生物制造观越来越多地被引入制造系统，以满足制造系统新的要求。（2）为支持快速敏捷制造，几何知识的共享已成为制约现代制造技术中产品开发和制造的关键问题。例如在计算机辅助设计与制造(CADCAM)集成、坐标测量(CMM)和机器人学等方面，在三维现实空间(3-RealSpace)中，都存在大量的几何算法设计和分析等问题，特别是其中的几何表示、几何计算和几何推理问题；在测量和机器人路径规划及零件的寻位(如Localization)等方面，存在C-空间(配置空间ConfigurationSpace)的几何计算和几何推理问题；在物体操作(夹持、抓取和装配等)描述和机器人多指抓取规划、装配运动规划和操作规划方面则需要在旋量空间(ScrewSpace)进行几何推理1。制造过程中物理和力学现象的几何化研究形成了制造科学中几何计算和几何推理等多方面的研究课题，其理论有待进一步突破，当前一门新学科-计算机几何正在受到日益广泛和深入的研究。（3）在现代制造过程中，信息不仅已成为主宰制造产业的决定性因素，而且还是最活跃的驱动因素。提高制造系统的信息处理能力已成为现代制造科学发展的一个重点。由于制造系统信息组织和结构的多层次性，制造信息的获取、集成与融合呈现出立体性、信息度量的多维性、以及信息组织的多层次性。在制造信息的结构模型、制造信息的一致性约束、传播处理和海量数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。（4）各种人工智能工具和计算智能方法在制造中的广泛应用促进了制造智能的发展。一类基于生物进化算法的计算智能工具，在包括调度问题在内的组合优化求解技术领域中，受到越来越普遍的关注，有望在制造中完成组合优化问题时的求解速度和求解精度方面双双突破问题规模的制约。制造智能还表现在：智能调度、智能设计、智能加工、机器人学、智能控制、智能工艺规划、智能诊断等多方面。这些问题是当前产品创新的关键理论问题，也是制造由一门技艺上升为一门科学的重要基础性问题。这些问题的重点突破，可以形成产品创新的基础研究体系。2.2先进制造技术的发展方向我国是世界上使用与发展机械最早的国家之一，制造业具有悠久的历史。解放以来，我国制造工业有了很大的发展，已经成为工业产业中门类比较齐全、具有相当规模和一定技术基础的部门之一。改革开放以来，制造工业充分利用国外的技术资源，进行技术改造，依靠科技进步，已经取得了长足的发展。但与世界先进水平相比，我国的制造业的产品在功能、质量等方面还有较大的差距，产品构成落后，精度保持性差、科研开发能力较薄弱、人员技术素质还跟不上现代制造业飞速发展的需要。因此，有必要重新审视我国先进制造技术（AMT）的发展方向。绿色制造GM。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。绿色制造是可持续发展战略在制造业中的重要体现。其目标是使产品在设计、制造、装配、运输、销售及使用的过程中努力做到资源的优化利用、清洁生产和废弃物的最少化及综合利用。成型制造技术向净成形方向的发展、干式加工的应用、工艺模拟技术的发展、RPM/LOM/FDM等新型制造技术的涌现都是绿色制造技术应用的重要表现。比如实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。而干切削和干磨削一般是大气氛围中(氮气中、冷风中或采用干式静电冷却技术)不使用切削液进行的切削。不过对某些加工方式和工件组合，完全不使用切削液的干切削和干磨削在实际中很难实现，故又出现了使用极微量润滑(MQL)的准干切削。目前，在欧洲的大批量机械加工中，已有10一15的加工使用了干切削和准干切削。 “极端制造技术”也是目前装备制造业的发展方向。极端制造是指这类产品的制造技术有“极”的要求。在高温、高压、高湿、强磁场、强腐蚀等条件下工作的，或有高硬度、大弹性等要求的，或在几何形体上极大、极小、极厚、极薄、奇形怪状的。如工业发达国家高度关注的一项前沿科技“微机电系统（MEMS）”，其运用于信息领域中的分子存储器、芯片加工设备；生命领域中的克隆技术、基因操作系统；军事武器中的精确制导技术，精确打击技术；航空航天领域中的微型飞机，微型卫星，“纳米”卫星（0.1kg以内）；以及医用微型机器人等等。有了先进的“极端制造技术”，人们就可以制造非常“大”和非常“小”的工业产品。例如：三峡工程使用的70万千瓦水轮机组重量达到430吨，而它却是完整的“一件”物品，由钢水一次浇铸而成。要制造这个庞然大物，必须防止钢水冷却不均匀导致的开裂、起泡现象，所以在实际浇铸前做了大量的数字化模拟浇铸。再比如，航天器使用的微型液体泵，有的只有蚊子的吸管那么小，这也是利用“极端制造技术”才得以实现的。同时，最后美国提出“再制造”和“无废弃物制造”的概念。在以前，美国制造的“阿帕奇”军用直升机，使用几百个小时后就要到工厂里进行硬件检修，更换磨损零件；而现在，只要在前方对主要部件喷涂离子涂料就可以了，飞机不用更换任何设备。虚拟制造主要就是利用计算机技术和装备产生一个虚拟环境，应用人类知识、技术和感知能力，与虚拟对象进行交互作用，对产品设计和制造活动进行全面的建模和仿真。虚拟制造技术从根本上改变了设计、试制、修改设计和规模生产的传统制造模式。在产品真正制造以前，首先在虚拟制造环境中生产软产品原形(SoftPrototype)，代替传统的硬样品(HardPrototype)，预测产品的设计和制造的合理性、产品性能和制造周期等，从而使产品的开发生产周期最短、成本最低、质量最优，最终提高快速响应市场多变的能力。智能制造技术作为一种模式，通过知识工程、软件制造系统和机器人技术，对工人的技能和专家知识进行建模，能够在无人干预的情况下进行小批量的生产。它的突出之处就是将人工智能融入制造过程的各个环节，借助模拟专家的智能活动进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中的部分脑力劳动，同时收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。由于这种制造模式，突出了知识在制造活动中的价值地位，而知识经济又是继工业经济后的主体经济形式，所以智能制造就成为影响未来经济发展过程的制造业的重要生产模式。2.3先进制造技术的主要特点 （1）先进制造技术涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，它的目的是提高制造业的综合经济效益和社会效益，是面向工业应用的技术。（2）先进制造技术强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流，是生产过程的系统工程。（3）80年代以来，随着全球市场竞争越来越激烈，先进制造技术要求具有世界先进水平，它的竞争已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的竞争，因此它是面向全球竞争的技术。（4）先进制造技术的最新发展阶段保持了过去制造技术的有效要素，同时吸收各种高新技术成果，渗透到产品生产的所有领域及其全部过程，从而形成了一个完整的技术群，具有面向21世纪新的技术领域。3.先进制造技术的体系结构以及在制造业中的应用3.1先进制造技术的体系结构对先进制造技术的体系结构认识很不统一，在此提供两种先进制造体系结构以供参考。机械科学研究院（AMST）提出的先进制造技术由多层次技术群构成的体系图，强调了先进制造技术从基础制造技术、新型制造单元技术到先进制造集成技术的发展过程，也表明了在新型产业及市场需求的带动之下，在各种高新技术（如能源技术、材料技术、微电子技术和计算机技术以及系统工程和管理科学）的推动下先进制造技术的发展过程。 美国联邦科学、工程和技术协调委员会（FCCSET）下属的工业和技术委员会先进制造技术工作组提出了先进制造技术由主体技术群、支撑技术群、制造基础设施组成的三位一体的体系结构。这种体系不是从技术学科内涵的角度来描绘先进制造技术，而是着重从比较宏观组成的角度来描绘了先进制造技术的组成以及各个部分在制造技术发展过程中的作用。AMST多层次先进制造技术体系 先进制造技术是制造业为了提高竞争力以适应时代要求，对制造技术不断优化及推陈出新而形成的高新技术群。在不同的国家、不同的发展阶段，先进制造技术有不同的内容及组成。我国目前属于先进制造技术范畴的技术是一个三层次的技术群。 第一个层次是优质、高效、低耗、清洁基础制造技术。铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械加工等基础工艺至今仍是生产中大量采用、经济适用的技术，这些基础工艺经过优化而形成的优质、高效、低耗、清洁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、精密塑性成形、精密铸造、精密加工、精密测量、毛坯强韧化、精密热处理、优质高效连接技术、功能性防护涂层及各种与设计有关的基础技术、各种现代管理技术。 第二个层次是新型的制造单元技术。这是在市场需求及新兴产业的带动下，制造技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新制造技术，如制造业自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、CADCAM、清洁生产技术、新材料成形加工技术、激光与高密度能源加工技术、工艺模拟及工艺设计优化技术等。 第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信息技术和系统管理技术，通过网络与数据库对上述两个层次的技术集成而形成的，如FMS、CIMS、IMS以及虚拟制造技术等。 以上三层次都是先进制造技术的组成部分。3.2先进制造技术在机械制造业中的应用先进制造技术是促进机械制造业发展，进而推动国民经济发展的有力武器。首先分析了我国机械制造业在运用先进制造技术中存在的问题，然后给出了我国机械制造业推动先进制造技术的基本对策。3.2.1我国机械制造业应用先进制造技术时存在的问题（1）制造业信息技术的采用问题机械制造业企业信息技术的采用存在一些问题。首先是信息系统的集成度不够，由于基础设施规范不一致，基本标准和应用接口不统一，各个平台之间不能互连互通，造成“信息孤岛”效应，导致资源浪费、低水平重复建设现象严重，已成为阻碍行业信息化建设的一个瓶颈。其次是行业标准和规范缺乏。现在还没有一套符合机械制造行业各专业的信息技术规范和产品标准。再次是企业信息化资金投入严重不足。最后是企业参与电子商务的积极性有待提高。调查显示大型企业未来1年参与电子商务的可能性仅为15.8，小型企业中不考虑参与电子商务的比例达到了39.4。大部分企业对电子商务的认知仅仅停留在产品宣传、知名度提高等较低的层面上，缺乏对电子商务的深刻认识，这些都极大的影响了先进制造技术的应用绩效。 （2）制造业组织结构的问题早在20世纪50、60年代，由于形势的需要，机械工业企业厂点规划分散，各个地区都力求有比较完善的机械工业体系，各个部门有自己的机械制造行业，以便“自己自足”，这就为今天机械工业企业“星星满天，不见月亮”的状况种下了苦果；改革开放以来，三资企业和乡镇企业异军突起，更加重了机械工业企业布局散乱、低水平重复建设的程度。“大而全、小而全”是对当前中国机械企业组织结构的高度概括。这种组织结构，使企业内部不能物尽其用，人尽其才，企业不堪重负，何来精力搞振兴？何来财力搞发展？这种组织结构，从国民经济大环境来看，不仅造成了社会资源的极大浪费，更对先进制造技术的实施绩效产生重大影响。（3人力资源的短缺20世纪80年代，机械制造行业几乎成为“夕阳产业”的代名词，造成大量在机械设计和机械制造行业从事技术工作的人才外流，或“下海”或改行，即使在仍然从事机械设计与制造的人员中，也因知识得不到及时更新而知识老化。目前已经出现技工、高级技工和高级技师人才奇缺的局面。与此同时，普通高等院校也纷纷缩减工程方面的专业，开办热门专业，以保证生源数量，保障学校的整体收益。或者出现工程教育盲目向科学教育靠拢的现象，这就必然造成制造业的技术人才层次和结构上的缺陷，已经严重制约机械制造业的发展，这一现状引起了各级领导和社会各界的普遍关注。3.我国机械制造业成功实施先进制造技术的对策3.1大力推进机械制造业企业信息化(1)加强企业基础设施建设企业信息基础设施是根据企业当前业务和今后的发展趋势，以及对信息采集、处理、存储和流通的要求，构筑由信息设备、通信网络、数据库、支持软件和应用软件等组成的环境。在规划各种新技术的实施顺序时，一般应遵循以下原则：效益优先、管理先行、打好信息基础、最后实现整体集成。当然，对于个别与信息系统和其他先进制造技术相关性不大的技术，也可安排个别实施。企业信息基础设施的构筑必须从企业内外部环境出发，在信息战略的指导下有序进行，它是企业信息化的硬环境，对于信息战略的成功实施至关重要。(2)数据集成着眼于数据共享和数据仓库的建设及维护。我们需要对数据仓库进行统一的数据规划即建立一系列的主题数据库，在不同的生产经营层次上保证信息源的就地采集、存储和使用，进而进行网络传输，使不同层次的同构数据库同步(或允许延时)更新，以支持不同层次、不同部门的管理工作。数据集成在完全摆脱了企业职能边界和地域边界的制约后，根据企业的战略规划和业务重组，独立地确定企业业务需要的数据和信息。(3)加大信息化设备投入和软件开发力度信息化设备投入和软件开发力度是企业信息化建设的重点之一，就是信息化设备的投入，包括计算机，传输设备，网络设备，检索设备等。企业信息化建设另一重点，就是应用软件开发，而且要注重软硬件的配套与兼容。(4)加强企业信息源建设在信息源建设方面，一是要抓标准和制度建设，不光要采用国际、国家，行业标准，还要制定适合本企业的信息化工作标准，并相应地制定和完善各种制度。二是作好信息源的采集、处理、传输工作，明确手工采集和自动采集信息的工作标准，确保数据仓库的运行。3.2建立适宜的组织结构(1)变金字塔型机械式的组织结构为扁平式的组织结构传统的组织层次繁多，导致了决策速度大大降低。因而，最大限度地缩减中间管理层级及人数，使组织扁平化，才能对市场条件、技术变化以及用户需求做出迅速、柔性的反应。对于中层管理人员，减少了对日常事务的管理，更多地负责企业业务的发展与提高企业的竞争能力。(2)组织网络化(虚拟企业)单个企业往往没有充足的时间和经济实力独自介入产品生命周期的所有阶段，网络结构将成为未来企业的组织形式。按网络形式组织的工作流程，构成一个以具有固定连接的业务关系网络为基础的联合体。这种联合，既存在于客户和供应商之间，也存在于多个合作企业之间或者是单个企业组织内部，如空间上为分散的团队等形式。完善的网络组织可以看作是虚拟企业，其功能和效果远远超过原来单个企业的机动性和竞争性。在此，连接网络所使用的高效的信息管理技术和通信技术起着关键的支持作用。3.3重视人才培养21世纪市场竞争的焦点是高素质人才的较量，没有高素质人才的企业，就不能生存。先进制造技术的实施离不开高素质的员工队伍，离不开员工的大力支持。因此，培养和造就高素质的技术人才是全面提高企业竞争力的关键。机械工业要发展，要提高先进制造技术应用水平，就必须加强人才队伍的建设，努力培养、引进具有信息技术和专业技能的高素质人才，加强全员职工培训，推广、普及计算机和网络教育，全面提高职工综合素质，为制造技术信息化创建好人才基础。因此，营造一个以人为中心的企业文化氛围，提高员工的学习能力，是企业的发展方向之一。4.先进制造技术对中国的影响与国内外发展状况4.1先进制造技术的国内外发展状况4.1.1我国先进制造技术的现状自建国以来，尤其是改革开放以来，我国机械制造业得到了迅速地发展。机械工业是我国工业中发展最快的行业之一。20世纪70年代以前，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很快就会有相同功能的产品跟着上市。20世纪80年代以后，随着市场全球化的进一步发展，市场竞争变得越来越激烈。20世纪90年代初，随着CIMS技术的大力推广应用，包括有CIMS实验工程中心和7个开放实验室的研究环境已建成。在全国范围内，部署了CIMS的若干研究项目，诸如CIMS软件工程与标准化、开放式系统结构与发展战略，CIMS总体与集成技术、产品设计自动化、工艺设计自动化、柔性制造技术、管理与决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术以及系统理论和方法等均取得了丰硕成果，获得不同程度的进展。但因大部分大型机械制造企业和绝大部分中小型机械制造企业主要限于CAD和管理信息系统，底层基础自动化还十分薄弱，数控机床由于编程复杂，还没有真正发挥作用。因此，与工业发达国家相比，我国的制造业仍然存在一个阶段性的整体上的差距。4.2.2.国外先进制造技术的现状在产品设计方面，普遍采用计算机辅助产品设计(CAD)、计算机辅助工程分析(CAE)和计算机仿真技术；在加工技术方面，巳实现了底层(车间层)的自动化，包括广泛地采用加工中心(或数控技术)、自动引导小车(AGV)等近10余年来，发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找出路，提出了一系列新的制造系统。如计算机集成制造系统、智能制造系统、并行工程、敏捷制造等。5.先进制造技术未来的发展趋势和战略对策5.1先进制造技术的发展趋势与科学技术和市场经济的发展相应，先进制造技术，特别是先进机械制造技术有如下几个方面的发展趋势与特色，现分述如下。 “数”是发展的核心 “数”就是“数字化”。“数字化”，数字地球，数字城市，数字工厂，数字制造，数字装备，狂澜巨浪，势不可当。“数字化”不仅是“信息化”发展的核心，而且也是先进制造技术发展的核心。信息的“数字化”处理同“模拟化”处理相比，有着3个不可比拟的优点：信息精确，信息安全，信息容量大。数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。它包含了三大部分：以设计为中心的数字制造，以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造。对制造设备而言，其控制参数均为数字化信号。对制造企业而言，各种信息（如图形、数据、知识、技能等等）均以数字形式，通过网络，在企业内传递，以便根据市场信息，迅速收集资料信息，在虚拟现实、快速原型、数据库、多媒体等多种数字化技术的支持下，对产品信息、工艺信息与资源信息进行分析、规划与重组，实现对产品设计和产品功能的仿真，对加工过程与生产组织过程的仿真，或完成原型制造，从而实现生产过程的快速重组与对市场的快速响应，以满足客户化要求。对全球制造业而言，用户借助网络发布信息，各类企业通过网络，根据需求，应用电子商务，实现优势互补，形成动态联盟，迅速协同设计与制造出相应的产品。这样，在数字制造环境下，在广泛领域乃至跨地区、跨国界形成一个数字化组成的网，企业、车间、设备、员工、经销商乃至有关市场均可成为网上的一个“结点”，在研究、设计、制造、销售、服务的过程中，彼此交互，围绕产品所赋予的数字信息，成为驱动制造业活动的最活跃的因素。在此还应着重指出，制造知识（包括技能、经验）的获取、表达、存储、推理乃至系统化、公理化等，这是使制造技术发展到制造科学的关键，而这又与数字化不可分开。 “精”是发展的关键“精”是“精密化”。它一方面是指对产品、零件的精度要求越来越高，另一方面是指对产品、零件的加工精度要求越来越高。有了前者，才要求有后者；有了后者，才促使前者得以发展。“精”是指加工精度及其发展，精密加工，细微加工，纳米加工，如此等等。20世纪初，超精密加工的误差是10微米，30年代达1微米，50年代达0.1微米，70至80年代达0.01微米，至今达0.001微米，即1纳米。从海湾战争，到科索沃战争，到阿富汗战争，到伊拉克战争，武器的命中率越来越高，就是武器越来越“精”，可以说，关键就是打“精度”战争。再由以下一组数据可以看到微电子产品对加工精度的依赖程度，电子元件制造误差为，一般晶体管50微米，一般磁盘5微米，一般磁头磁鼓0.5微米，集成电路0.05微米，超大型集成电路达0.005微米，而合成半导体为1纳米。在现代超精密机械中，对精度要求极高，如人造卫星的仪表轴承，其圆度、圆柱度、表面粗糙度等均达纳米级；基因操作机械，其移动距离为纳米级，移动精度为0.1纳米。细微加工、纳米加工技术可达纳米以下的要求，如离子束加工可达纳米级，借助于扫描隧道显微镜（STM）与原子力显微镜的加工，则可达0.1纳米。至于微电子芯片的制造，有所谓的“三超”：1、超净，加工车间尘埃颗粒直径小于1微米，颗粒数少于每立方英尺0.1个；2、超纯，芯片材料有害杂质，其含量小于1ppb，即十亿分之一；3、超精，加工精度达纳米级。显然，没有先进制造技术，就没有先进电子技术装备；而没有先进电子技术与信息技术，也就没有先进制造装备。“极”是发展的焦点 “极”就是极端条件，就是指在极端条件下工作的或者有极端要求的产品，从而也是指这类产品的制造技术有“极”的要求。在高温、高压、高湿、强磁场、强腐蚀等等条件下工作的，或有高硬度、大弹性等等要求的，或在几何形体上极大、极小、极厚、极薄、奇形怪状的。显然，这些产品都是科技前沿的产品。其中之一就是“微机电系统（MEMS）”。可以说，“极”是前沿科技或前沿科技产品发展的一个焦点。例如，在信息领域中，分子存储器、原子存储器、量子阱光电子器件、芯片加工设备；生命领域中，克隆技术、基因操作系统、蛋白质追踪系统，小生理器官处理技术、分子组件装配技术；军事武器中，精确制导技术，精确打击技术，微型惯性平台，微光学设备；航空航天领域中，微型飞机，微型卫星，“纳米”卫星（0.1公斤以内）；微型机器人领域中，脑科手术，清除脑血栓，管道内操作，窃听与收集情报，发现并杀死癌细胞；微型测试仪器，微传感器，微显微镜，微温度计，微仪器等等。MEMS可以完成特种动作与实现特种功能，乃至可以沟通微观世界与宏观世界，其深远意义难于估量。2002年，美国伯克利大学不仅制造了直径为300微米的镜头，配以微米级探针的微米级显微镜，可深入植物细胞内观察，而且正在开发直径为500纳米的镜头的纳米级显微镜。2002年美国康纳尔大学还宣布研制出原子级纳米“晶体管”，可以说，由单个原子输送电流的“晶体管”这还是首次，被我国科技专家评为2002年世界十大科技新闻之一。“自”是发展的条件“自”就是自动化。就是减轻人的劳动，强化、延伸、取代人的有关劳动的技术或手段。自动化总是伴随有关机械或工具来实现的。可以说，机械是一切技术的载体，也是自动化技术的载体。第一次工业革命，以机械化这种形式的自动化来减轻、延伸或取代人的有关体力劳动，第二次工业革命，电气化进一步促进了自动化的发展。据统计，从1870年至1980年，加工过程的效率提高为20倍，即体力劳动得到了有效的解放；但管理效率只提高为1.8至2.2倍，设计效率只提高1.2倍，这表明脑力劳动远没有得到有效的解放。即使在美国，1984年，CAD在福特公司只占40，通用公司34，Chrysler也不过67；此后，CAD发展极为迅速。今天在我国大量设计单位已“甩图板”了，CAD已十分普及了。信息化、计算机化与网络化，不但极大地解放了人的体力劳动，而且更为关键的是有效地提高了脑力劳动自动化的水平，解放了人的部分的脑力劳动。 “自动化”从自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展到自学习、自组织、自维护、自修复等更高的自动化水平；而且今天自动控制的内涵与水平已远非昔比，从控制理论、控制技术、控制系统、控制元件，都有着极大的发展。自动化是先进制造技术发展的前提条件。从长远看，还有一点很值得注意，即由生物技术与制造技术集成的“微制造的生物方法”，或所谓的“生物制造”；即依据生物是由内部生长而成“器件”，而非同一般制造技术那样由外加作用以增减材料而成“器件”。可以预期，这是一个崭新的充满着活力的领域，作用难以估量。在制造技术网络化中，值得关注的是电子商务的应用。电子商务是将业务数据数字化，并将数字信息的使用和计算机的业务处理同Internet进行集成，成为一种全新的业务操作模式。在电子商务的网络化制造中，供应链管理、客户关系管理、产品生命周期管理共同构成了制造的增殖链。它具有两大优点：商务的直接化与透明化，这对降低成本、加快流通、提高效率、增加商业机会大有好处，从而对企业内部重组、经营战略与竞争模式有着深刻影响。但是，我国在电子商务的应用上，还存在一系列问题，使其没有得到应有的应用；这些问题大致是：在宏观层面上，不够统一；在企业层面上，“用”“体”分离；在社会服务体系上，服务滞后；在软环境上，商务活动缺法又乏诚；在商业模式上，电子商务规模大于其效益，形成泡沫；而在基础设施上，又十分缺乏，形成瓶颈。制造技术的网络化不可阻挡，它的发展会导致一种新的制造模式，即虚拟制造组织，这是由地理上异地分布的、组织上平等独立的多个企业，在谈判协商的基础上，建立密切合作关系，形成动态的“虚拟企业”或动态的“企业联盟”。此时，各企业致力于自己的核心业务，实现优势互补，实现资源优化动态组合与共享。正因为如此，对我国而言，大力发展“中场产业”，使之具有精湛的最强有力的核心业务，不失为发展机械制造业的重要战略之一。 “智”是发展的前景 “智”就是智能化。制造技术的智能化是制造技术发展的前景。近20年来，制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信息驱动型，这就要求制造系统不但要具备柔性，而且还要表现出某种智能，以便应对大量复杂信息的处理、瞬息万变的市场需求和激烈竞争的复杂环境，因此，智能制造越来越受到高度的重视。智能化制造模式的基础是智能制造系统，智能制造系统既是智能和技术的集成而形成的应用环境，也是智能制造模式的载体。与传统的制造相比，智能制造系统具有以下特点：1、人机一体化；2、自律能力；3、自组织与超柔性；4、学习能力与自我维护能力；5、在未来，具有更高级的类人思维的能力。由此出发，可以说智能制造作为一种模式，是集自动化、集成化和智能化于一身，并具有不断向纵深发展的高技术含量和高技术水平的先进制造系统，也是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统。它突出了在制造诸环节中，以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟的人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。同时，收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能；当然，目前还只能算初步。但潜力极大，前景广阔。随着知识经济时代的初露端倪，知识将作为发展生产力主要的源泉，并导致以知识生产率取代劳动生产率，从而智能化制造的价值日益攀升。目前，特别是分布式数据库技术、智能代理技术和网络技术等发展，将突出知识在制造活动中的价值地位。知识经济是继工业经济后的主体经济形式。尽管智能化制造道路还很漫长，但是必将成为未来制造业的主要生产模式之一。制造业的产品从构思开始，到设计阶段、制造阶段、销售阶段、使用与维修阶段，直到回收阶段、再制造各阶段，都必须充分计及环境保护。所谓环境保护是广义的，不仅要保护自然环境，还要保护社会环境、生产环境，还要保护生产者的身心健康。在此前提与内涵下，还必须制造出价廉、物美、供货期短、售后服务好的产品。作为“绿色”制造，产品还必须在一定程度上是艺术品，以与用户的生产、工作、生活环境相适应，给人以高尚的精神享受，体现着物质文明、精神文明与环境文明的高度交融。每发展与采用一项新技术时，应站在哲学高度，慎思“塞翁得马，安知非祸”，即必须充分考虑可持续发展，计及环境文明。制造必然要走向“绿色”制造。上面所讲的数、精、极、自、智这5个方面彼此渗透，相互依赖，相互促进，形成一个整体；而且，它们是服务于制造技术的，此即，“机械”是基，“制造”是础，这5个方面是一定要扎根在“机械”和“制造”这个基础上；这就是说，要研究与发展“机械”本身与“制造”本身的理论与机理，而且这5个方面的技术要以此理论与机理为基础来研究、来开发、来发展，要与此基础相辅相成，最终是要服务于制造业的发展。离开“机械”与“制造”的本身去研究、去开发、去发展这5个方面的技术，都是迷失了方向的。5.2我国先进制造技术发展的战略对策5.2.1先进制造技术是机械工业振兴的重要技术支撑。工业发达国家在其经济起飞和快速发展时期,无不把制造业作为经济腾飞的翅膀,而翅膀的骨架就是先进制造技术。制造业的发达和先进程度是一个国家工业化的表征。而某些国家一度忽视制造业,导致经济发展的停滞与缓慢,这种教训极为深刻。以金融和贸易为主的新加坡,并没有放弃发展制造业,而是明确地把制造业和金融服务业作为其经济的两大轮子,制造业在其GDP中的比重由1960年的11.70%提高到1995年的25.3%。由此可见,无论大国、小国,制造业对其实现工业化和进入先进国家行列都是不可缺少的。机械工业是制造业最重要的组成之一。我国机械工业经过40多年的发展,形成了一定的规模和基础,但还存在不少问题和差距。为此,国家已经提出,要用15年时间,通过振兴使其成为国民经济的支柱产业。目前,机械工业部在国家有关部门的支持下,针对发展中存在的三个主要问题(即产品质量差、组织结构散、开发能力弱),计划在九五期间打好产品质量翻身、组织结构优化、开发能力提高的三大战役,从而完成振兴机械工业的第一阶段任务。机械工业存在的三个主要问题,与过去一段时期不重视制造技术的发展和应用不无关系;而三个主要问题的解决、三大战役的胜利,离不开先进制造技术。先进制造技术的发展和应用应紧紧围绕机械工业的三个问题,为机械工业的振兴做出应有的贡献。5.2.2先进制造技术的发展和应用要突出强调市场需求发展先进制造技术,既要按照市场需求,又要符合技术发展趋势。从我国的实际情况出发,更需突出强调市场需求。纵观几十年来我国技术发展的历程,较多考虑的是技术发展的趋势 ,而较少考虑市场需求。当然,两者从长远和根本上来说并不矛盾,但从近期来看,仍存在一个轻重缓急的安排问题。突出强调市场需求,可以使先进制造技术的发展和应用在振兴机械工业和发展国民经济中较快见效,可以使制造业企业尽快改变现有面貌,可以使制造业的竞争力得到明显提高,从而使先进制造技术从科学的殿堂走入经济建设的主战场。不少企业应用新技术、新工艺时,不结合本企业的实际,过多地追求高新尖,结果不仅没有给企业带来实惠,反而增加了成本,削弱了竞争力。因此,在先进制