先进制造技术概论

先进制造技术概论

摘要：介绍了先进制造技术产生的背景及特点，分析了我国先进制造技术的发展现状及发展趋势，指出当前发展和应用先进制造技术是每个国家提高企业的国际竞争力和技术创新能力的必然选择。

关键词：先进制造技术；特点；发展趋势

This article describes the background and characteristics of advanced manufacturing technology to produce, analyzes the development status and development trend of China's advanced manufacturing technology, points out the development and application of advanced manufacturing technology is to improve the international competitiveness of each country and technological innovation capability of enterprises inevitable choice .

机械制造业是衡量一个国家工业实力的重要标志，是国民经济的基础。它既处于生产基础地位，又处于科技的前言，它依靠与生产资料、生产工具、科技手段，是现代化的动力源。随着科技的不断进步，制造业正逐渐与计算机技术、电子信息技术、自动化技术融合，减少人的劳动力，提高生产效率。据不完全统计，近十年里，美国工人数量将减少到劳动力的10%，减少的劳动力正向高尖端人才转化。在经济全球化发展的背景下，只有大力发展先进制造技术，提高生产效率，才能在全球经济竞争中处于不败之地。

先进制造技术将设计、加工、生产、制造、销售、售后于一体的工程学科，是当今社会提高生产效率，降低成本，低碳环保，确保生产质量的核心技术。企业要提高市场竞争力，先进制造技术、经济实力和高素质人才是密不可分的。自改革开放以来，我国先进制造技术发展迅速，但与西方发达国家还是有一定差距，为缩小与发达国家的差距，提高国家工业实力，是我们的首要任务。

1. 先进制造技术国内外发展现状

1.1 国外先进制造技术的现状

在生产设计中，采用CAD 设计、CAM 分析和一些计算机仿真分析，使产品在加工前，符合理论设计要求；在制造加工中，实现车间加工的自动化，即采用数控机床加工中心，立体化自动仓库等。近些年来，西方发达国家将研究方向主要放在制造系统自动化上，提出并设计出很多自动化制造系统，如计算机制造系统、集成制造系统等。下面对这两种种系统进行简要分析：

计算机制造系统是将模糊控制、神经网络、PID、专家系统的人工智能控制理论应用到先进制造技术中，应对在设计加工中遇到的问题，提高系统的加工精度。计算机制造系统是将实际生产中积累的经验进行保存并处理，应用到实际生产中，进而取代人力劳动。

集成制造系统是用计算机软件将制造技术、自动化技术、信息技术集成到一起，其优点是试用与批量生产、效率高，含盖生产中的全部过程。因此系统相对复杂，是工业自动化发展的方向。CAD/CAM 技术是集成制造系统的核心技术。

1.2 我国先进制造技术的现状

近些年来，我国多次对先进制造技术进行研究与规划，探讨先进制造技术的发展方向。国家863 计划中涉及的计算机现代集成制造技术的研究，以掌握相关技术，建立制造技术中心，形成先进制造技术产业链，生产的产品质量大幅提高。

但目前我国生产还应用落后的生产设备，加工精度较低、能耗高等问题依然存在，高精密数控机床主要来自进口，国内生产产品占市场份额不足50%.。

在企业管理方面，属于粗放式管理，专业化管理低，人才利用率低。在高尖端技术的应用中还相对落后，如微机电系统、数字集成系统的核心技术只能引进国外设备，国内只能生产和应用一般技术。

2. 我国先进制造技术目前存在的问题

近些年来，我国在机械制造领域经历了从无到有，并且逐步发展进步的阶段。与过去相比，我国在先进制造技术方面已经有了很大的提升，但是同很多工业比较发达的国家相比，还存在着很多问题，主要有以下几点：一是我国生产的产品档次比较低，高水平产品的市场占有率极低；二是我国在产品的开发以及创新上能力还比较缺乏；三是我国在产品生产的专业化方面水平不高；四是我国企业的生产管理技术比较落后。

3.当前先进制造技术的发展趋势

市场需求的个性化与多样化趋势越来越明显，精密化、绿色化、智能化、信息化、虚拟化将成为未来先进制造技术发展的总趋势。

3.1 信息化

近年来，信息技术和制造技术的不断融合，使得数字化成为制造业日益发展的趋势。数字化制造技术具有较多的有点，如使市场多样化和个性化的需求得到满足；能够对市场作出快速的响应，使生产成本得以降低；能够提高产品精度和可靠性；等等。数字化产品既方便、直观，又便于通过计算机控制产品，对信息进行处理和传递。随着计算机技术的飞速发展，制造业应用系统越来越离不开Inernet技术，Internet技术是实现各种制造系统自动化的基础，是其重要的支撑平台。基于Web技术的供应链管理系统、数据交换系统等成为产品的主流。具专家预测，在未来生产中占主导地位的将是基于网络制造的分布式网络化生产系统。因此，先进制造技术将把以微电子技术、软件技术为核心，以数字化、网络化特征的信息化制造技术作为重要的发展方向。

3.2 智能化

智能化就是应用人工智能技术实现产品生命周期（包括产品设计、制造、发货、支持等）各个环节的智能化，如生产设备的智能化，人与制造系统的融合及人在其中智能的充分发挥等。智能化能够使制造系统的自动化和柔性化水品得到进一步的提高，使生产系统的适应与判断能力更加完善。

3.3 精密化

超高速切削、超精密加工技术以及发展新一代制造装备成为了加工制造技术的发展方向。1）超精密加工技术

目前以进入纳米级加工时代，加工精和表面粗糙度分别达到了0.0045微米。超经切削厚度由目前的红外波段向可见波段甚至更短波段靠近；超精密加工机床向多功能模块化方向发展；超精加工材料由金属扩大到非金属。

2)超高速切削

目前，铝合金超高速切削的切削速度已超过1600m/min，铸铁、超耐热镍合金、钛合金的速度分别为1500m/min、300m/min和200m/min。超高速切削的发展已转移到一些难加工材料的切削加工上。

3）新一代制造装备的发展

市场竞争和新的产品、技术和材料的发展对新型加工设备的研究与开发起着推动作用，如“并联桁架式结构数控机床”的发展就是一个典型的例子。它采用六个轴长短的变化，以实现刀具相对于加工位置的变化，是对传统机床结构方案的突破。

3.4 绿色化

由于资源与环境的约束日益严格，21世纪的制造业要以绿色制造为重要特征。与此相应的，绿色制造技术的发展也将是快速的。主要表现为：

1)绿色产品设计技术，既能够保证产品在生命周期内环保和对人类健康无危害，又能保证低能耗和高资源利用率。

2）绿色制造技术，使整个制造的过程对环境所造成的不利影响最小，废弃物和有害物质的排放量最小，资源利用效率最高。

3)产品的回收和循环再制造，它主要包括以设计产品和处理材料为主的生产系统工厂和以处理循环产品生命周期结束时的材料为主的恢复系统工厂。如汽车等产品的拆卸、回收技术和生态工厂的循环式制造技术。

3.5虚拟化

在制造业中，虚拟现实技术（Virtual Reality Technology）越来越被广泛地使用，它主要包括两部分，即虚拟企业和虚拟制造技术。虚拟制造技术是在真正产品制造出来之前，先在虚拟制造环境中生成产品原型进行试验，并且预测和评价其性能和可制造性。

4.未来先进制造技术发展中的关键技术

4.1 虚拟制造VM（virtual manufacturing）

VM技术的发展十一仿真技术和虚拟现实VR(virtual reality)技术为基础的。VM技术是在虚拟条件下模拟产品的设计、制造、测试、营销的全过程，并预测和评价有关技术数据和性能指标，从而使产品开发周期得以缩短，使制造过程得以优化。VM技术是工程设计的一次革命性的进步，它的应用范围是非常广泛的，如快速设计与快速原型、面向装配或制造的设计、产品维护、产品设计进入市场的并行处理和人员培训等领域。

4.2 智能制造IM（ingtelligent manufacturing）

智能制造技术是一门综合技术。之所以这么说，是因为它是通过自动化技术、制造技术、系统工程和人工智能等学科互相交织和渗透形成的一门技术。智能设计、智能装配、智能控制、智能加工、智能工艺规划、智能调度与管理、智能测量与诊断等都属于制造技术的范畴。对于制造系统集成自动化来说智能制造是其新发展，也是其重要组成部分，智能传感与检测也是智能制造的重点。

4.3 纳米制造

20世纪出现了一种高新技术，即纳米技术。它的加工精度或尺寸为0.1nm-100nm。而纳米制造是纳米技术与制造技术相融合而产生的，精密加工、超精加工、微细加工和超微细加工都属于纳米制造。常用的制造技术有聚焦离子束工艺等。

4.4 绿色制造GM（green manufacturing）

绿色制造是一种现代制造模式，它综合考虑资源消耗和环境影响，其目的是使产品在整个生命周期中(包括从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理)做到对资源利用率最高，对环境的不利影响最小，并优化协调企业经济效益和社会效益。目前绿色制造受到了全球制造业的关注，因为未来制造业的可持续发展离不开绿色制造，绿色制造已成为先进制造技术的主要内容，也是各国支持和优先发展的研究项目。

5.结束语

总之，重视制造业和先进制造技术已成为全球化的大趋势。先进制造技术不是一项具体技术，而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；先进制造技术是一种动态技术，而不是一成不变的，它需要不断吸收各种高新技术成果，并将其渗透到产品的所有领域，结合成一个有机整体，实现优质、高效、低耗、清洁和灵活的生产；先进制造技术的目的是提高制造业的综合效益，其不摒弃传统技术，而是有赖于不断用科技新手段去研究它和传承它，并应用科技新成果去改造它和充实它；先进制造技术在强调环境保护的同时，还强调各专业学科之间的相互渗透、融合和淡化，并消除其间的界限。

我国先进制造技术的发展应结合自身的特点，形成特色，大力发展一些关键前沿技术，比如新一代材料成型技术、微米及纳米技术、快速原型制造以及智能制造等。在不久的将来，先进制造技术将得到更大的发展和壮大，发展和应用先进制造技术是每个国家为提高企业的国际竞争力和技术创新能力的必然选择。

参考文献

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