先进制造技术研究综述及发展

先进制造技术研究综述及发展

崔海波

工程技术学院 2012级机制5班

摘要：本文对先进制造技术作了概述，分析了其产生的背景，指出其内涵与特征，介绍其当前的一些研究热点，比如现代集成制造、智能制造、绿色制造、虚拟制造、网络化制造、云制造等，并且分析了先进制造技术发展趋势，最后对先进制造技术的前景进行了展望。

关键词：AMT 概述内涵特征先进制造模式发展趋势

0 前言

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,主要是先进制造技术的竞争,其竞争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,这种竞争日趋激烈,因而各国政府都非常重视对先进制造技术(advanced manufactuing technology,简称ＡＭＴ)的研究。[1]

1 ＡＭＴ的概述

ＡＭＴ,往往用ＡＭＴ来概括由于微电子技术、自动化技术、信息技术等给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。具体地说,ＡＭＴ是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果,并将其综合应用于产品设计、加工、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,提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。与传统的制造技术相比,当代的ＡＭＴ以其高效率、高品质和对于市场变化的快速响应能力为主要特征。[2]ＡＭＴ是生产力的主要构成因素,是国民经济的重要支柱。它担负着为国民经济各部门和科学技术的各个学科提供装备、工具和检测仪器的重要任务,成为国民经济和科学技术赖以生存和发展的“土壤”。尤其是一些尖端科技,如航空航天、微电子、光电子、激光、分子生物学和核能等技术的出现和发展,如果没有ＡＭＴ作为基础,是根本不可能的。

2 先进制造技术的内涵及特征

2.1先进制造技术的内涵

先进制造技术是美国于20世纪80年代末期提出的，其根本原因在于其国家竞争力的不断减弱，贸易逆差过大，许多原来占优势的产品都在竞争中败于日本。为此，美国政府和企业界投入了大量的资金进行研究，总结并提出了一系列先进制造技术的新理论。这些战略在短短几年内，就收到了良好的效果，部分被日本占领的市场被重新夺

回。[3]目前对先进制造技术至今尚无统一的，明确的，公认的定义，但经过近年来对发展先进制造技术方面开展的工作，通过对其特征的分析研究，将其定义为：先进制造技术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争能力的制造技术的总成。先进制造技术的核心，是优质、高效、低耗、清洁生产的基础制造技术，其目的是满足用户个性化$多样化的市场需求，提高制造业的综合经济效益，赢得激烈的市场竞争。为此，先进制造技术比传统的制造技术，更加重视技术和管理的结合，重视制造过程组织和管理体制的简化和合理化。[4]

2.2 先进制造技术的特征

（1）先进性。先进制造技术的核心和基础，是经过优化的先进工艺（优质、高效、低耗、清洁工艺），其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；此外，其先进性还应体现在必须面临人类在21世纪消费观念变革的挑战，满足对日益挑剔的市场的需求，实现灵活生产。

（2）系统性。随着微电子信息技术的引入，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。先进造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流、资金流和信息流的系统工程，传统制造技术一般只能驾驭生产过程中的物质流、能量流和资金流。

（3）动态性。先进制造技术是在针对一定的应用目标，不断吸收各种高新技术逐渐形成和发展起来的新技术，因而其内涵不是绝对的和一成不变的，反映在不同的时期，不同的国家和地区，先进制造技术有其自身不同的特点、重点、目标和内容。因此，其为一个动态的、相对的、不断发展的技术体系。

（4）集成性。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，因此可以称其为制造工程。

（5）实用性。先进制造技术的发展是针对某一具体的制造业需求而迅速发展起来

的先进，实用的技术，有着明确的需求导向。先进制造技术不是以追求技术的高新度为

目的，而是注重产生最好的实践效果，以促进国家经济的快速增长和提高企业综合竞

争力。

（6）广泛性。先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节，而是将其综合运用于制造的全过程，其覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、销售使用、维修服务、甚至回收再生的整个过程。[5]

3 当前先进制造技术的研究热点

3.1 常用先进制造模式的类型及特征

自从 20 世纪 80 年代以来，随着市场全球化，经济一体化进程的加快，制造业的竞争越来越激烈，为了提高企业的核心竞争力，制造领域提出了一系列先进制造模式，也成了当前制造领域研究的热点，如现代集成制造、并行工程、虚拟制造、柔性制造、快速原型制造、敏捷制造、网络制造、智能

制造、绿色制造以及最新的云制造。而且随着社会的不断发展，制造模式也正朝着更广、更深、更智能化的方向发展。表1列出了常用先进制造模式的类型及特征：

3.2 几种先进制造模式的分析比较

3.2.1 并行工程、柔性制造、成组制造和精益生产

这 4 类制造模式，是一类基础的制造方法，也可以说是制造的一种准则，所应遵循的一种基础的标准。无论是绿色制造、智能制造、生物制造，还是敏捷制造、网络化制造、云制造，都必须得遵循这种方法，通过他们可以节省时间，降低成本，节约资源。

[6]

3.2.2 快速原型制造和虚拟制造

快速原型和快速制模的结合和发展，形成了快速制造；虚拟原型与虚拟生产和虚拟企业的结合，形成了虚拟制造、快速原型和虚拟原型各有特点，相辅相成。快速原型可以将可视的虚拟原型，变成实际的物理零件或产品；而虚拟原型，则为零件和产品提供更为快捷经济的设计制造方法，为产品设计提供了性能评价和可制造性分析等功能。它们均以 CAD 技术为基础，达到同一个目的：缩短产品开发周期：提高产品设计品质和一次设计制造成功率。

3.2.3 智能制造、生物制造和绿色制造

生物制造是从生命现象和生命科学出

发来物化生命现象，其更关注设备和技术的柔性及智能化；智能制造的特征主要是智能化，智能化体现的是自动化的深度。智能制造和生物制造有一定的共同点，无论是物化生命还是人工智能，都体现了智能化，都将生命现象融入到了制造之中。绿色制造强调产品在设计、制造、使用及回收过程中对环境的影响最小，其侧重于技术、管理和人的积极作用的发挥。[7]

3.2.4 集成制造、敏捷制造、网络化制造与云制造

集成制造是随着计算机技术、信息技术、网络技术的发展而产生的，人们开始将技术系统$生产系统和人们的思想理念集成起来，以便优化系统，共享资源，提高总体效益。为了使企业能够应付迅速变化和不可

预测的市场需求，以获得长期稳定经济效益。在集成制造的基础上出现了敏捷制造。

[8]敏捷制造极富创造性地构建了一种企业的动态联盟：虚拟企业，以便能灵活快速地对市场变化做出积极的响应，使整个制造生产系统在技术、管理或人员、组织上都具备充分的柔性，尤其强调了组织的柔性。随着计算机网络技术的飞速发展及其在制造业的广泛应用，使敏捷制造成为可能，而另一种制造模式：网络化制造也就应运而生。

网络化制造的特点，是制造厂和销售服务遍布全世界，企业能够在任何时刻与世界任何一个角落的用户或供应商打交道，通过网络的协调和运作，将遍布世界的制造厂和销售网点连成一体，不仅同合作伙伴甚至同竞争对手都能建立全球范围的生产和经营联盟网络。因此，其柔性范畴扩大到了市场经营和供货环节，以完全柔性的制造系统来应付完全不确定的市场环境。其实质是通过计算机网络进行生产经营业务活动各个环节的合作，以实现企业间的资源共享、优化组合和异地制造。网络化制造和服务技术同云计算、云安全、高性能计算、物联网等技术融合形成了云制造。

云制造是一种利用网络和云制造服务平台，按用户需求组织网上制造资源（制造云），为用户提供各类按需制造服务的一种网络化制造新模式，其核心就是建立共享制造资源的公共服务平台，将巨大的社会制造资源池连接在一起，提供各种制造服务，实现制造资源与服务的开放协作，社会资源高度共享。

4 先进制造的发展趋势

先进制造业追求的目标是: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,ＡＴＭ的发

展趋势应体现在以下几个方面:

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,进行自动加工。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(ＩＭＴ)是将人工智能融入制造过程的各个环节,通过模拟人类专家的智能活动,取代或延伸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。例如机器人加工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。[9] 2)精密成形与加工:精密加工、超精密加工技术、微型机械是ＡＭＴ发展的方向之一。精密和超精密加工技术包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特种加工和复合加工(如机械化学研磨、超声磨削和电解抛光等)三大领域。超精密加工技术己向纳米技术发展。纳米技术已在纳米机械学、纳米电子学和纳米材料技术得到了应用。

3)新型特种加工方法的形成:特种加工

亦称“非传统加工”或“现代加工方法”,泛指用电能、光能、热能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法。它包括激光加工技术、电子束加工技术、离子束加工技术、等离子加工技术、电加工技术等。今后,特种加工将从实际出发,在融合传统技术和现代技术的基础上大力开发特种加工领域中的新方法,包括微细加工和复合加工。[10]

4)制造业中广泛应用ＶＭ技术和柔性制造技术:制造过程中的ＶＭ是指面向产品生产过程的模拟和检验。ＶＭ的核心是计算机仿真,通过仿真软件来模拟真实系统,以保证产品设计和产品工艺的合理性,保证产品制造的成功和生产周期,发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。所谓柔性,是指一个制造系统适应各种生产条件变化的能力,它与系统方案、人员和设备有关。系统方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人员柔性是指操作人

员能保证加工任务,完成数量和时间要求的适应能力。设备柔性是指机床能在短期内适应新零件的加工能力。

5)网络化和全球化:随着网络通讯技术的迅速发展和普及,企业的产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售等都可以异地或跨越国界进行。此外,网络通讯技术的快速发展,加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习,推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。因此制造业发展的必然是由网络化迅速向全球化迈进。

6)实施无污染绿色制造:绿色制造是通过绿色生产过程、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品,产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响,同时使原材料和能源的利用效率达到最高。对于目前世界资源紧张,环境恶化的现状以及人类的持续发展的要求来讲,绿色制造是必然的趋势。[11]

5 总结

21 世纪以来，先进制造技术正在逐步地改变$取代传统的制造模式，为了适应迅猛发展的制造业的需要，先进制造技术正在向着系统化、集成化、精密化、多样化、绿色化的方向发展。同时先进制造模式要求我们不仅仅要追求品质，而且要在日益激烈的竞争环境中取得胜利，还必须得快速响应市场。ＡＭＴ充分体现了一个国家的生产技术水平和现代化程度,是国际间经济竞争和科技竞争的重要手段,发达国家都把它作为优先发展的领域。只有跟上发展ＡＭＴ的世界潮流,将其放在战略优先地位,并以足够的

力度予以实施,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。

参考文献

[1] 杨继全，朱玉芳先进制造技术 [M] 北京：化学工业出版社，2004.

[2] 何涛，杨竞，范云先进制造技术 [M] 北京：北京大学出版社，2006

[3] 李伟光,现代制造技术 [M] 北京：机械工业出版社，2010

[4]Chen,I.J.and Small, M.H.Implementing Advanced Manufacturing Technology:An IntegratedPlanningModel[J].Omega,1994,22(1)

:91-103.

[5]周会娜,林滨,程应科.先进制造技术及其重点发展方向[J].精密制造与自动化,2006,4.

[6] 崔剑平，王晓强,并行工程及其实施 [J],现代制造技术与装备，2006,(1):36-38

[7] 朱红建，钱萍, 机械制造业中绿色制造技术应用模式研究[J], 装备制造技术，2008,(7):107-117

[8] 王伟, 21世纪生产制造模式——敏捷制造的应用研究[J]经济研究导刊，2008.(2):44-45

[9]吴虹.浅析先进制造技术的发展趋势[Ｊ].天津电大学报:增刊,2007.

[10] 杨叔子,吴波.先进制造技术及其发展趋势[J].机械工程学报,2003,39(10):73-78.

[11]Proctor,M.D and Canada,J.R.Past and Present Methods of Manufacturing Investment Evaluation:A Review of the Empirical and Theoretical Literature[J].The Engineering Economist,1992,38(1): 45-58.