先进制造技术发展趋势

先进制造技术发展趋势9.1 概述9.1.1 什么是先进制造技术先进制造技术是当代信息技术、自动化技术、现代企业治理技术和通用制造技术的有机结合；是传统制造技术持续吸取机械、电子、信息、材料、能源及现代治理技术成果，将其综合应用于制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，获得理想技术经济成效的制造技术的总称。

包括运算机技术、自动操纵理论、数控技术、机器人、CAD／CAM技术、CIM技术以及网络通信技术等在内的信息自动化技术的迅猛进展，为先进制造技术的进展和应用提供了日益增多的高效能手段。

先进制造技术要紧包括三个技术群：主体技术群、支撑技术群和制造技术基础设施群。

其具体内容要紧有：现代设计技术、周密及超周密加工技术、周密快速成型技术、特种加工技术、制造业综合自动化、过程工业综合自动化、系统治理技术等。

1. 先进制造技术中的主体技术群主体技术群包括面向制造的设计技术群与制造工艺技术群。

(1)设计技术群。

指用于生产预备的工具群与技术群。

包括产品、工艺过程和工厂设计，如运算机辅助设计(CAD)及工艺过程建模和仿真、系统工程集成技术、快速样件成型技术、并行工程技术(CE)、面向环境的设计(DFE)。

(2)制造工艺技术群。

指用于产品制造的过程及设备，包括材料生产工艺、加工工艺，连接和装配、测试和检验技术。

2. 先进制造技术中的支撑技术群支撑技术群是使主体技术群发挥作用的基础和核心，是实现先进制造系统的工具、手段和系统集成的基础技术，包括信息技术、传感器技术和操纵技术。

信息技术中包括网络和数据库技术、集成平台和集成框架技术、接口和通信、基于知识的决策支持系统以及软件工程方面的技术。

先进制造系统中的操纵技术将向智能操纵方面进展。

智能操纵系统具有按照过程和环境模型以及传感器数据实时决策的能力。

这方面具有潜力的领域是人工神经网络和模糊逻辑的研究。

网络和数据库技术是先进制造技术中的关键技术。

通过全球网络实现信息的快速传递和共享，使企业之间的联合成为可能。

3先进制造技术中的制造技术基础设施群这是指为了治理好各种适当技术群的开发，促进技术在整个国家工业企业内推广应用而采纳的各种方案和机制；是使先进的制造技术与企业组织治理体制，以及使用技术的人员和谐工作的系统工程。

它要紧包括质量治理、用户／供应商交互作用、人员培训和教育、全局监督和基准评测、技术猎取和利用。

在利用先进制造技术的以后企业中，连续教育和培训已变得日益重要。

以后的企业面临的是多变的市场和猛烈竞争的环境。

聘用职员的关键是看他能否多专、多能地、能动地迅速适应产品变化、工作岗位变化、所需技能变化以及促进这些变化的知识能力。

明显，教育和培训是抵消环境持续变化所带来的潜在打击和担忧的要素。

因此，关于企业而言，要想有效提升其竞争能力，综合教育和培训打确实是基础。

9.1.2 先进制造技术的特点21世纪的市场竞争，确实是先进制造技术的竞争。

先进制造技术贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用修理等全过程，因此，21世纪的先进制造技术应具有下列特点：1. 以低消耗制造高效益、高劳动生产率低消耗意味着低成本，从而能够制造高效益。

降低能源的消耗和有效地利用能源成为以后制造业十分关怀的咨询题。

工业生产消耗了发达国家大量能源。

人们期望持续提升生活水准，但也会带来全球能源的高消耗，从而引起人们对节能的关注。

改进原有生产过程能够有效地降低工业过程的能耗。

例如：大范畴内实现质量操纵，不仅在其他方面受益，而且也节约了用于生产不合格产品而消耗的能源。

2. 提供有竞争力的优质可售产品先进制造企业提出了产品终身质量保证。

“质量”一词的含义已不仅仅是“零缺陷”了。

由于越来越多的公司都能有效地保证产品无缺陷，因此，人们把“质量”重新定义为“零缺陷”与“用户中意”。

产品的工程设计过程也不仅仅是为保证其无缺陷，而且还要从许多方面使用户中意。

如此的产品才有竞争力。

3. 采纳适用、先进的工艺装备运算机技术、自动化技术、新材料技术、传感技术、治理技术等的引入，使制造技术成为一个能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。

适用、先进的工艺和装备能快速生产出产品，并保证质量。

4. 具有迅捷响应市场的能力当前，工业正进入市场和经济因素高度分散、快速变化、不可推测的时代。

企业为了求得生存就必须应付这些频繁的变化，要想在持续变化的环境中做到迅速响应，就必须重视技术与治理的结合；重视制造过程组织和治理体制的简化与合理化，使硬件、软件和人集成的大系统的组成和体系结构具备前所未有的柔性。

这体现了以后制造系统的先进性。

5. 满足环境爱护和生态平稳的要求现今，环境咨询题已成为企业运行的关键因素。

随着社会对环境咨询题越来越关注，要求企业工艺系统以及设备向“环境安全型”组织转化。

面对环境的日益破坏，世界范畴内环保热潮持续高涨。

政府及民间组织对制造业提出更严格的要求。

因此，人们提出了面向环境的设计(DFE)。

美国IBM，DEC及AT&T等大公司领先采纳了DFE思想。

DFE节约了材料和能源的消耗，提升产品的重新利用率，增强了企业的经济效益。

9.1.3 先进制造技术的产生背景9.2 几种典型先进制造技术简介9.2.1 智能制造一、智能制造研究的背景近年来，由于市场竞争的冲击和信息技术的推动，传统的制造产业正经历着一场重大的变革，围绕提升制造业水平这一中心的新概念、新技术层出不穷，智能制造正是在这一背景下孕育而生的。

从市场竞争方面来看，当前和以后企业面临的是一个多变的市场和猛烈竞争的环境。

社会的需求正从大批量产品转向小批量、甚至单件产品上。

企业要在如此的市场环境中立于不败之地，必须从产品的时刻、质量、成本和服务(TQCS)等方面提升自身的竞争力，以快速响应市场频繁的变化。

企业在生产活动中的机敏性和智能就显得尤为重要。

从制造系统自身来看，它是一个信息系统。

制造过程是对市场信息、开发信息、制造信息、服务信息和治理信息等猎取、加工和处理的过程。

制造所得的产品实质上是物质、能量和信息三者的统一体。

因此，制造水平提升的关键在于系统处理制造信息能力的提升。

由于市场的竞争、产品性能的完善、结构的复杂和需求的个性化，导致现代制造过程中信息量的激增，信息种类多样化和信息质量的复杂化(残缺和冗余信息)，要求以后制造系统具有更强的信息加工能力，专门是信息的智能加工能力。

二、智能制造的含义智能制造技术(IMT)是指在制造工业的各个环节，以一种高度柔性与高度集成的方式，通过运算机模拟人类专家的智能活动，进行分析、判定、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、储备、完善、共享、继承与进展的技术。

基于IMT的制造系统(IMS)则是一种借助运算机，综合应用人工智能技术、并行工程、现代治理技术、制造技术、信息技术、自动化技术和系统工程技术，在国际标准化和互换性的基础上，使得制造系统中的经营决策、生产规划、作业调度、制造加工和质量保证等各个子系统分不智能化，成为网络集成的高度自动化制造系统。

智能制造系统的特点突出表现在：1制造系统的自组织能力自组织能力是指IMS中的各种智能设备，能够按照工作任务的要求，自行集结成一种最合适的结构，并按照最优的方式运行。

完成任务后，该结构赶忙自行解散，以备在下一个任务中集结成新的结构。

自组织能力是IMS的一个重要标志。

2制造系统的自律能力IMS能按照周围环境对自身作业状况的信息进行监测和处理，并按照处理结果自行调整操纵策略，以采纳最佳行动方案。

这种自律能力使整个制造系统具备抗干扰、自适应和容错等能力。

3自学习和自爱护能力IMS能以原有的专家知识为基础，在实践中持续进行学习，完善系统知识库，并删除库中有误的知识，使知识库趋向最优。

同时，还能对系统故障进行自我诊断、排除和修复。

4整个制造环境的智能集成IMS在强调各生产环节智能化的同时，更注重整个制造环境的智能集成。

这是IMS与面向制造过程中的特定环节、特定咨询题的“智能化孤岛”的全然区不。

IMS覆盖了产品的市场、开发、制造、服务与治理整个过程，把它们集成为一个整体，系统地加以研究，实现整体的智能化。

三、智能制造研究的支撑技术1人工智能技术IMT的目标是用运算机模拟制造业人类专家的智能活动，取代或延伸人的部分脑力劳动，而这些正是人工智能技术研究的内容。

因此，IMS离不开人工智能技术(专家系统、人工神经网络、模糊逻辑)。

IMS智能水平的提升依靠着人工智能技术的进展。

同时，人工智能技术是解决制造业人才短缺的一种有效方法。

因此，由于人类大脑活动的复杂性，人们对其认识还专门片面，人工智能技术目前尚处于低级时期，现在IMS 中的智能要紧是人(各领域专家)的智能。

但随着人们对生命科学研究的深入，人工智能技术一定会有新的突破，最终在IMS中取代人脑进行智能活动，将IMS推向更高时期。

2并行工程针对制造业而言，并行工程的含义是指产品概念的形成和设计，与其生产和服务系统的实现相并行，即在制造过程的设计时期就考虑到产品全生命周期的各环节，集成并共享各环节和各方面的制造智能，并行地开展产品制造各环节的设计工作。

并行工程作为一种重要的技术方法学，应用于IMS中，将最大限度地减少产品设计的盲目性和设计的重复性。

3虚拟制造技术虚拟制造技术是随着运算机多媒体技术的进展而进展起来的一项新兴技术。

它是以运算机支持的仿真技术为前提，对设计、制造等生产过程进行统一建模，在产品设计时期，实时地、并行地以多媒体的方式模拟出产品以后制造的全过程，以及制造过程对产品设计的阻碍，并推测产品性能和产品的制造技术，即在产品设计时期就模拟出该产品的整个生命周期，从而更有效、更经济、更灵活地组织生产。

同时，使工厂和车间的设计与布局更加合理。

以此达到产品开发周期最短，产品成本最低，产品质量最优，生产效率最高。

虚拟制造技术应用于IMS，为并行工程的实施提供了必要的保证。

4信息网络技术信息网络技术是制造过程的系统和各个环节“智能集成”化的支撑。

信息网络是制造信息及知识流淌的通道。

因此，此项技术在IMS研究和实施中占有重要地位。

四、智能制造研究的内容1智能制造理论和系统设计技术智能制造概念的正式提出至今时刻还不长，其理论基础与技术体系仍在形成过程中，它的精确内涵和关键设计技术仍需进一步研究，其内容包括：智能制造的概念体系、智能制造系统的开发环境与设计方法、以及制造过程中的各种评判技术等。

2智能制造单元技术的集成人们在过去的工作中，以研究人工智能在制造领域中的应用为动身点，开发出了众多的面向制造过程中特定环节特定咨询题的智能单元，形成了一个个“智能化孤岛”。

它们是智能制造研究的基础。

为使这些“智能化孤岛”面向智能制造，使其成为智能制造的单元技术，必须研究它们在IMS中的集成，同时进一步完善和进展这些智能单元。