对先进制造技术的认识

对“先进制造技术”的认识综述

制造业是推动人类历史发展和文明进程的主要动力产业，是国家高技术产业的基础和国家安全的重要保障，而先进制造技术则是保障制造业高水平持续快速发展的基础，在国民经济中起着重要的作用。

所谓先进制造技术（Advanced Manufacturing Technology，AMT）是以提高制造企业对市场的快速响应能力和企业综合效益为目的，以计算机技术指为支持，集机械、电子、信息、材料、能源和管理等各项先进技术而发展起来的高新技术。先进制造技术指的是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、生产管理、产品销售、使用、回收等制造全过程的制造技术的总称[1]。

先进制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志，也是国际间科技竞争的重点[2]。经过30多年的改革开放我国正处在经济发展的关键时期，虽然经过几代人的努力中国已经成为又一个“世界工厂”，但是制造技术仍然是中国的薄弱环节，与发达国家相比仍然存在很大的差距，“世界工厂”并不意味着中国就是世界制造强国了，因此大力发展先进制造技术是非常有必要的，我们不仅要发展而且还要有创造性的发展，使我们能在激烈竞争的形势中占得先机。制造业中最主要的是机械制造，改革开放以来，通过技术改造和引进国外先进技术．我国机械制造技术水平不断发展和提高，已经具有了相当的规模和实力[3],先进制造技术的发展在我国机械行业的振兴中具有举足轻重的地位。

在先进制造技术的发展中，主要有以下几个关键性的技术：成组技术、敏捷制造、并行工程、快速成型技术、虚拟制造技术以及智能制造技术等。

（1）成组技术(Group Technology，GT)。成组技术(GT)是指利用事物间的相似性,按照一定的准则将事物进行分类成组,针对同组事物采用同一方法进行处理,以便提高效益的技术。在机械制造工程中,成组技术是计算机辅助制造的基础，在设计过程中，将成组哲理用于设计、制造和管理等整个生产系统,以改变多品种小批量的生产方式,将会获得最大的经济效益。成组技术的核心是成组工艺,它是将结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族(组) ,按零件族制定工艺进行加工,扩大批量、减少品种，便于采用高效方法、提高劳动生产率。

（2）敏捷制造(Agile Manufacturing, AM )。敏捷制造(AM)是指企业实现敏

捷生产经营的一种生产模式。敏捷制造包括产品制造机械系统的柔性、员工授权、制造商和供应商关系、总体品质管理及企业重构等几个方面。敏捷制造借助于计算机网络和信息集成基础结构,构造有多个企业参加的虚拟制造（VM）环境,以竞争合作的原则,在虚拟制造环境下动态选择合作伙伴,组成面向任务的虚拟公司,进行快速和最佳生产。

（3）并行工程(Concurrent Engineering, CE)。并行工程(CE)是指对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。在传统的串行开发过程中,设计中存在的问题或不足,要分别在加工、装配或售后服务中才能被发现,然后再修改设计,改进加工、装配或售后服务(包括维修服务)。而并行工程就是将设计、工艺和制造结合在一起,利用计算机互联网并行作业,能够及时发现问题和不足，将会大大缩短生产周期。

（4）快速成型技术(Rapid Prototyping Manufacturing, RPM )。快速成型技术(RPM)是指集CAD/CAM技术、激光加工技术、数控技术和新材料等技术领域的最新成果于一体的零件原型制造技术。与传统的用材料去除方式制造零件的方法不同的是,快速成型技术是用材料一层一层积累的方式构造零件模型。它利用所要制造零件的三维CAD模型数据直接生成产品原型,并且可以方便地修改CAD 模型后重新制造产品原型。该技术不需要制作木模、塑料模和陶瓷模等,可以把零件原型的制造时间减少为几天、几小时,大大缩短了产品开发周期,减少了开发成本。随着计算机技术的快速发展和三维CAD软件应用的不断推广,越来越多的产品基于三维CAD设计开发,使得快速成型技术的广泛应用成为可能。目前快速成形技术已广泛应用于宇航、航空、汽车、通讯、医疗、电子、家电、玩具、军事装备、工业造型(雕刻)、建筑模型、机械行业等众多领域。

（5）虚拟制造技术(Virtual Manufacturing Technology, VMT)。虚拟制造技术(VMT)以计算机支持的建模、仿真技术为前提,对设计、加工制造、装配等全过程进行统一建模,在产品设计阶段,实时并行模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响,预测出产品的性能、产品的制造技术、产品的可制造性与可装配性,从而可以更有效地、更经济地灵活组织生产,使工厂和车间的设计布局更合理、有效,以达到产品开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最高化。虚拟制造技术填补了CAD/CAM技术与生产全过程、企业管理之

间的技术缺口,把产品的工艺设计、作业计划、生产调度、制造过程、库存管理等企业生产经营活动在产品投入之前就在计算机上加以显示和评价,使设计人员和工程技术人员在产品真实制造之前,通过计算机虚拟产品来预见可能发生的问题和后果可以及时修改不足，以缩短设计周期。虚拟制造系统的关键是建模,也就是将现实环境下的物理系统映射为计算机环境下的虚拟系统。虚拟制造系统生产的产品是虚拟产品,但具有真实产品所具有的一切特征。

（6）智能制造(Intelligent Manufacturing , IM )。智能制造(IM)是指将制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术。智能制造技术具体表现为:智能设计、智能加工、机器人操作、智能控制、智能工艺规划、智能调度与管理、智能装配、智能测量与诊断等。它强调通过“智能设备”和“自治控制”来构造新一代的智能制造系统模式。智能制造系统具有自律能力、自组织能力、自学习与自我优化能力、自修复能力,因而适应性极强,并且采用了虚拟现实（VR）技术,使得人机界面更加友好。因此,智能制造技术的研究开发对于提高生产效率与产品品质、降低成本,提高制造业市场应变能力、国家经济实力和国民生活水准,具有重要意义。

对21世纪的制造业，先进制造技术是保障制造业高水平持续快速发展的基础，高技术正在极大地改变着制造业，而制造业正在全方位的走向高技术。与科学技术的发展和人类的进步相适应，先进制造技术的发展也将呈现一些新的走向。以下是先进制造技术未来的几个发展方向。

（1）制造业与微纳米技术结合。20世纪科学技术的发展使人类对客观世界的认识进一步延伸到了微纳米和分子级范畴，相应发展的高技术及其产业化的需求推动和拉动了精密、微细制造技术的发展，也使制造业的领域迅速向微、亚米领域进展，正在推向纳米级制造。

（2）制造业与生物技术结合。制造业与生物技术结合，产生了许多新的工艺方式，仿生学还为产品的智能化提供了科学依据。一些产品开始根据各种生物的神态特征来进行结构、功能设计，运动机械仿生和仿生制造应运而生。纳米技术与仿生学集合可以使生物物理学家仿照生命过程的各个环节制造出用于各种不同目的的纳米机器人。

（3）制造业与新材料、新能源技术结合。材料领域的新技术讲给制造业带