先进制造技术的发展及体系结构

先进制造技术的发展及体系结构

摘要：介绍了什么是先进制造技术，阐述了在当今社会条件下先进制造技术的重要作用，综述了国内外先进制造技术的发展，讨论了先进制造技术的内涵、特点、体系结构及分类，指出我国先进制造技术的优先发展方向。

关键词：制造业；制造系统；先进制造技术

1 知识经济条件下制造业的发展

1.1 制造系统的定义和内涵

制造系统是制造业的基本组成实体。制造过程及其涉及的硬件、软件和人员组成的一个将制造资源转变成产品的有机整体，称为制造系统。制造系统从结构、功能、过程三个方面又有各自不同的定义。制造技术是完成制造活动所需的一切手段的总和。

1.2 制造业的发展

在知识经济条件下，制造业正在发生质的飞跃，制造业成为参与市场竞争的主体，是国民经济的支柱产业。知识经济对制造工业的影响表现在对产品和消费观念的改变，产品设计和制造过程的数字化和智能化，以及经营和制造活动的全球化等。越来越多的人认识到一个没有工业基础和制造业的城市是没有根基的城市。

1.3 制造业的变革及挑战

科学技术的发展和市场需求的不断变化，促进制造业生产规模沿着“小批量"少品种大批量"多品 种变批量”方向发展，资源配置沿着“劳动密集-设备密集-信息密集-知识密集”的方向发展，生产方式沿着“手工-机械化-刚性流水自动化-柔性自动化-智能自动化”方向发展。

传统的制造业是建立在规模经济的基础上。靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率。但这种条件不能满足当今市场对产品花色品种和交货期的要求，为此工业经济时代对传统制造业提出了严峻的挑战。其特点是：产品生命周期缩短；用户需求多样化；大市场和大竞争；交货期成为竞争的第一要素；信息化和智能化；人的知识、素质和需求的变化；环境保护意识的增强与可持续发展。这些都促进了传统制造技术不断变革，不断推陈出新，产生了新的制造技术。

2 先进制造技术的技术构成及特点

2.1 先进制造技术的定义

先进制造技术是为了适应时代要求提高竞争力，对制造技术不断优化及推陈出新而形成的。可定义为：先进制造技术是制造业不断吸收机械电子、信息、能源及现代系统管理等方面的成果，并将其综合应用到产品设计、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争能力的制造技术的总称。

2.2 先进制造技术的技术构成

先进制造技术的构成由基础技术、新型单元技术及集成技术三个层次构成。

第一层次基础技术是优质、高效、低耗、少污染基础制造技术。铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械加工等基础工艺优化而形成的优质、高效、低耗、少污染的基础制造技术至今仍是先进制造技术的核心及重要组成部分。

第二层是新型的先进制造单元技术。这是在市场需求及新兴产业的带动下，制造技术与电子、信息等高新技术结合而形成的崭新的制造技术。如：制造业自动化单元技术、极限加工技术、工艺模拟及设计优化技术等。

第三层是先进制造集成技术。这是应用信息、计算机和系统管理技术对上述两个层次的技术局部或系统集成而形成的先进制造技术的高级阶段。

2.3 先进制造技术的特点

当今先进制造技术共以下几大大特点。

（1）先进性。先进制造技术的核心必须是优质、高效、低耗、清洁工艺。

（2）广泛性。先进制造技术覆盖从产品设计到回收再生整个过程。

（3）实用性。先进制造技术不是以高新为目的，而是注重产生最好的实践结果。

（4）系统性。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。

（5）动态性。先进制造技术不是一成不变的，而是要不断吸收各种高新技术。

（6）集成性。先进制造技术是多学科交叉形成的新兴学科，又称为“制造工程”。

先进制造技术强调的是实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，技术与管理的紧密结合，是面向21世界的技术系统。

3 先进制造技术的分类

将目前各国掌握的制造技术系统化，对先进制造技术的研究分为4大领域。它们横跨多个学科，并组成一个有机整体。

（1）现代设计技术。包括计算机辅助设计技术、性能优良设计基础技术、竞争优势创建技术、全寿命周期设计、可持续性发展产品设计、设计实验技术。

（2）先进制造工艺。包括精密洁净铸造成型工艺、精确高效塑性成形工艺、优质高效焊接及切割技术、优质低耗洁净热处理技术等。

（3）自动化技术。包括数控技术、工业机器人、柔性制造技术（FMS）、计算机集成制造技术（CIMS）等。

（4）系统管理技术。包括先进制造生产模式、集成管理技术、生产组织方法。

4 先进制造技术在国内外的发展

4.1 发达国家制造业的发展

在美国、日本以及西欧的一些发达国家，由于起步较早，经过几十年的摸索，其先进制造技术已经趋于成熟。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，已实现了底层(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。

4.2先进制造技术在我国的发展

我国制造技术经建国以来，特别是改革开放三十年的发展已经形成较完备的技术体系，为我国经济发展所需各类机械产品的制造提供基本的工艺技术，并取得了重要成就。然而与国外工业发达国家相比，仍存在阶段性差距。近几年我国政府及有关领高人对先进制造技术的发展给予了高度关注。自“九五”计划以来，国家自然科学基金会已将不少经费投入先进制造技术的基础性研究，组织开展了“先进制造技术基础优先领域战略研究”。在此基础上，加大了对先进制造技术的支持，以加强发展先进制造技术的后劲，提出了先进制造技术重大项目，目前已开始付诸实施。

5 先进制造技术的发展趋势及技术前沿

5.1 先进制造技术的发展趋势

（1）绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征。日趋严格的环境与资源的约束，使绿色制造越来越重要。中国的环境资源问题尤其突出，制造业不仅要解决生产过程中的污染和资源浪费问题，更重要的是为社会提供在寿命周期内没有污染。节约资源的产品。

（2）设计技术不断现代化。设计技术的主要发展趋势是设计方法和手段的现代化、新的设计方法和手段不断出现、由简单到复杂、由单一到综合。

（3）成形制造技术向精密成形或净成形的方向发展。

（4）加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展。

（5）新型加工方法以及复合工艺不断发展。

（6）应用快速原型制造技术的快速制造技术得到快速发展和应用。

（7）虚拟技术将广泛应用。虚拟制造技术主要包括虚拟设计、虚拟制造、虚拟研究开发中心、虚拟企业。

（8）工艺模拟技术得到迅速发展。

5.2 先进制造技术的技术前沿

制造业为迎接2020年的重大挑战，经美国国家科学研究委员会工程技术委员会制造与工程设计院“制造业挑战委员会”经过专题讨论和调研、预测，优先选出10项具备较大技术潜力的技术领域。它们分别是：可重组制造系统，无浪费工艺，新的材料工艺，生物制造技术，企业建模和仿真，信息技术，满足多层次用户需求的产品及工艺设计方法，增强型人-机界面，劳动力教育和培训，智能协作系统软件。

6总结

现代制造技术是现代技术和工业创新的集成，是国家制造业的水平的主要标志，也是国家工业的基础和支柱。随着社会的发展，人们对产品的要求也发生了很大变化，要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求，就必须采用先进的机械制造技术。因此，我们 应抓住机遇，了解我国机械制造技术的发展现状，把握现代机械制造技术的发展趋势，使我国现代制造业与世界发达国家站在同一起跑线上。

参考文献

《先进制造技术》 机械工业出版社