先进制造技术的应用发展趋势.doc

浅谈先进制造技术的应用发展趋势 作者： 日期： 浅谈先进制造技术的应用发展趋势 摘要:本文简要介绍了先进制造技术的国内外发展现状以及分类、特点，详细阐述了先进制造技术的 发展趋势及利用现代信息技术和管理技术构建先进制造系统，提出了当前制造信息系统信息集成存在的问题，并提出了相应的解决措施。关键词:先进制造技术;发展现状;发展趋势Abstract ： This paper briefly introduces the development status and classification and haracteristics of ad-vanced manufacturing technology at home and abroad and explains the trend of it Secondly，it construct an ad-vanced manufacturing system by using modem information technology and management techonology. Lastly，it points out the problems of current manufacturing information system, and provides related suggestions.1.先进制造技术概述 先进制造技术 AMT ( Advanced Manufacturing Technology)是传统制造业不断吸收机械、信息、材料及 现代管理技术等方面最新成果，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 过程实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理 想的技术效果、经济效果的前沿制造技术的总称。从本质上可以说，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融合。 先进制造技术对国民经济发展和增强国防实力具 有极为重要的影响，无论是工业发达国家、新兴工业化 国家还是发展中国家，都十分重视先进制造技术的发 展，积极制订有关的发展策略、规划和计划，投人大量 经费，并配合相关的政策,促进和引导先进制造技术的 发展和应用。 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，被广泛应用于制造业的各个领域,使制造技术发生质的飞跃,制造生产模式发生了重大的改变。正是为了实现这种生产模式的转变， 先进制造技术应运而生。其中研究方向集中于计算机 集成制造、智能制造、敏捷制造及绿色制造等先进制造 技术2.各国发展情况和研究进展 世界各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，引起美国政府和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。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 其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：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;通过国 家级工业服务网络帮助企业快速采用先进技术;开 发并推广有利于环境保护的制造技术;积极实施与 工程设计和制造相关的教育与培训计划。1996年，美 国国家先进制造联合会发表了面向21世纪的美国工业力量白皮书，建议美国今后应重点发展如下先 进制造技术: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、快速原型与过程仿真、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等。同时建议国防承包商采用大 批量定制技术，重点发展柔性制造技术与系统。目前， 美国正在实施的先进制造技术计划有AMT计划、TRP计划、ATP计划、SIMA计划和MANTECH计划等。 德国是工业强国，与美国、欧洲、亚洲（尤其是日 本)其他国家的竞争中，为继续保持传统制造业的经 济增长，积极采取行动，将更多的精力和资源投入到更 新的先进技术上来，积极推动工业界采用信息技术改 造传统制造技术与制造企业，并制订了相关的计划。 德国政府于1995年提出了实施“2000年生产计划”以 推动信息技术促进制造业的现代化和提高制造领域的 研究水平;2002年又分别推出了“IT2006研究计划”和 “光学技术-德国制造”计划，投资30多亿欧元,研究 电子制造技术和设备、新型电路和元件、芯片系统以及下一代光学系统。 日本早在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“新兴工业创新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。这已引起美国、欧洲、日本在机械制造技 术上新一轮的竞争。3.先进制造的主要研究方向 目前国际上对先进制造的研究主要从以下6个方 面展开:纳米技术，精密、超精密加工,快速原型技术， 智能制造技术，敏捷制造技术，微电子制造技术。具体 表现为:纳米技术的研发与应用受到各国的高度重 视;精密、超精密加工技术是现代制造工艺技术的核 心技术;快速原型技术是一项新兴技术，是近20年 来制造技术领域的一次重大突破;智能制造技术越 来越受到各国的重视，是制造领域的一个新热点;敏 捷制造技术是对传统柔性生产技术的延伸和发展，它 提出了虚拟制造（即模拟仿真）的新概念。随着计算 机性能的飞速提高，计算机图形学和图象处理技术的 进步，形成了虚拟制造（即模拟仿真）新热点。而成形 制造的模拟仿真又成为成形制造领域的研究热点; 微电子制造技术已成为新一代电子制造的关键技术， 如欧洲的MEDEA计划和MEDEA +计划是发展微电 子技术的重要举措，极大的促进了欧洲微电子工业的发展。(1)纳米技术美国方面，专门制定了国家纳米技术（NNI)计 划。该计划作为联邦政府科技研究与开发的第一优先 计划，研发经费高达4. 95亿美元。其中有5个突破 点:纳米结构的特性，合成与加工，表征与操纵，建模和模拟,器件和系统。由美国国家标准及技术局推出的 基于信息制造计划（IBMP)的子计划中，提到了基于原 子标准的纳米制造。另外纳米技术在美国制造工程实 验室（MEL)计划中，被列为8个具有战略意义的研究 计划之一;日本方面，日本的“国家支柱技术十大重 点战略目标”着重发展10个关键领域的科学技术中 就包括纳米技术。并提高了纳米科技预算和产业合 作，在日本2004年会计年度中，纳米科技预算增长了 3.1个百分点,达到8亿7 500万美元。同时两个主要 负责日本纳米科技研发计划的政府部会,其预算也都 有增长。日本厚生劳动省制定了中期医疗科研计划， 根据计划，日本准备将基因解析、纳米技术和医疗技术 相融合。目前，纳米技术医疗办公室已经成立，负责开 发直接用于患病部位的纳米级医药、图像诊断技术、微 小医疗器械和操作技术等。日本政府从2002年度起 实施“纳米医疗器械开发计划”，开发毫米级的内窥镜 等各种微型医疗器械。其中具体开发项目有:直径1 mm的微型内窥镜等能够到达体内深处的微型医疗器 械、能够观察蛋白质活动状态的超精细图像装置、能够 高效地把药物送到病灶细胞的投药系统等;欧盟方 面，欧盟第六个框架计划显著加大了对纳米科技的 投人，将投资13亿欧元用于纳米材料研发，主要涉及 纳米电子设备、碳纳米管、生物传感器、分子诊断、原子 显微镜和纳米合成材料等。其预期的行动在纳米科学 方面有:超分子结构和大分子、纳米生物技术在诸如健 康、化学、能源和环境中的应用;法国方面，法国组建 纳米技术大型中心网络。该大型中心网络的目标是支 持基础性的技术研究、配备创新和有效的技术平台、可 提供不同领域的应用。优先领域为:微电子与纳米电 子、纳米技术、光子、技术集成和微系统与纳米系统。 该领域总经费为1.4亿欧元。法国国家科研中心决定 重点研究的5大交叉学科领域中，纳米物体与纳米尺 度材料的观测与操纵方面是优先研究方向。其中包 括:纳米物体和结构材料的制作，纳米物体、纳米结构。(2)智能制造技术 智能控制器及系统是美国的先进制 造科学技术（AMSTI)计划中的重要项目计划之一。其 耗资5亿美元，历时3年。这个研究领域将扩展政府 对微电子加工技术、感知推理系统的投资，并为利用这 些技术能力的人们提供一个集成化的界面系统。那些 能够成功有效地将传感器、软件、控制器和计算机配上 智能系统的工业必将如同计算机产生一样发动一场新 的革命;下一代智能制造单元与设备是先进制造技术 计划（AMT)的集成创新重点领域;在美国制造工程实 验室（MEL)计划中，移动系统的智能控制是发展重 点。该计划侧重各种先进移动设备的智能控制系统的 开发，减少操作成本,提高安全性，减少人员伤亡,拓宽 使用领域如材料处理。4.我国先进制造技术的发展状况 在设计方面，计算机辅助设计(CAD)技术普及化。狀浦 助设计(CAD)技术,是电子信息技术的一重要组成部分，是促进 科研成果的开发和转化,促进传统产业和学科的更新和改造，实现 设计自动化,增强企业及其产品在市场上竞争能力，加速国民经济 发展和国防现代化的一项关键性高新技术,也是进一步向集 成制造(CIMS)发展的重要技术基础。CAD技术的广泛应用，提高了 我国企业整体的设计*平和产品开发能力。以三维CAD和产品数 据管理为重点，在软件市场和企业应用方面得到充分的发挥。 在应用方面，各种高新技术发展迅速,并取得了显著的成 效。主要表现在以下几个方面:快速原型制造技术由起步迈向成 熟，应用初具规模;精密成形与加工技术水平显著提高,在汽车零 部件、重大装配制造中获得广泛应用;热加工工艺模拟优化技术 取得重要进展，使材料热加工由“技艺”走向“科学”;激光加工在 基础研究和技术开发方面有实质性进展，产业应用获得经济效 益;数控技术取得歌要进展,国内市场占有率有所提卨;现场总线 智能仪表研究开发获重要进展，应用已有一定的基础;现代集成 制造系统研究和应用取得突破，在国际i：已占有一席之地。5.先进制造技术的发展趋势5.1信息化信息化是制造技术发展的生长点，信息技术正在以人们难以 想象的速度卨速发展。5.2精密化现代卨新技术产品需要高精度制造，社会的发展对机械产品 的质量提出了越来越卨的要求。这决定了发展精密加工、超精密 加工技术是机械制造未来的一个重点。5.3集成化现代制造业的方向并不只是计算机的集成，信息的集成，而 是人、技术、组织的整体集成，包括功能集成、组织集成、信息集 成、过程集成、知i只集成和企业间的集成。5.4柔性化柔性化不仅是指企业的制造技术柔性化，还包括生产方式柔 性化細性化。5.5动态化由于先进制造技术本身是针对一定的应用目标、不断吸收各 种高薪技术逐渐形成、不断发展的新技术,因而其内涵不是绝对 的和一成不变的。5.6虚拟化虚拟化是指在计算机内对产品、工艺和整个企业的性能进行 仿真、建模和分析,在虚拟制造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,提高对市场 变化的响应能力。5.7智能化智能制造是指综合利用各个学科、各种先进技术和方法,解 决和处理制造系统中的各种问题。系统能领会设计人员的意图， 能够检测失误，回答问题，提出建议方案等。5.8绿色化绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下， 综合考虑环境影响和资源利用的一种现代制造模式。5.9快速化快速化是指对市场的快速响应，对生产的快速重组。它要求 生产模式有高度的柔性与高度敏捷性。快速化能强有力地推动着 制造技术的进步与发展,它是先进制造技术发展的“动力”。5.10全球化先进制造技术的竞争正在导致制造业在全球范围内的重组,新 的制造模式不断出现，更加强调实现优质、高效、清洁、灵活的生产。6.结束语 制造业是国家经济和综合国力的基础,被称为“立国之本”。 经过近几十年的发展，我国的制造工业已经取得了长足的进步。 但和先进闰家相比还存在很大差距。主要表现在:技术投人相对 不足，原有技术基础和研究开发能力薄弱，制造业产品落后，技术 水平低,信息含量少,更新换代慢，以及市场营销、经营管理、人才 素质相对落后,缺乏国际竞争能力等方面。面对这样形势，我们必 须注重科技人才的培养,大力发展对高新技术的研究，加强政策 与法规建设，建立与发展我国自主的NC、CAD/CAM、FMS、CIMS、 IMS等制造自动化单元技