论述先进制造技术的形成和发展特点

论述先进制造技术的形成和发展特点

机械制造及其自动化

1 先进制造技术的提出背景

科学技术进步和社会需求个性化、多样化的发展，使现代制造业市场出现了前所未有的买方化、国际化的大趋势，传统的制造技术和制造模式已无法适应现代制造环境的严峻挑战。

20世纪70年代，美国许多学者提出美国已进人“后工业化”社会，力图把经济发展的重心从制造业转向服务业等第三产业，导致了美国科技优势和经济竞争力的衰退。在某些工业领域诸如家电、汽车和机器人等产品方面的市场竞争力一度明显下降，并有相对落后于日本和德国等国家的危险趋势。20世纪90年代初开始，克林顿政府发起了振兴美国经济计划，突出了现代装备制造业的支撑作用，强调了技术创新及其成果转化，提出了增强产品市场竞争力的关键是发展“先进制造技术”(Advanced Manufacturing Technology，简称AMT)的新观点和新概念。之后，白宫科技政策办公室发表的国家关键技术报告中有四项涉及先进制造技术领域，即柔性计算机集成制造、智能加工设备、毫纳米级制造、系统管理技术。面对21世纪国际经济竞争日益激烈的形势，美国、日本、西欧、新加坡等发达国家和地区以及部分新兴工业国都把需投入大量资金的先进制造技术及其系统的开发列为国家的重点发展领域[1]。

2 先进制造技术的形成

制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱[2]，其创造了国民生产总值的1/3,工业生产总值的4/5,提供了国家财政收入的1/3。由此可见,制造技术的水平将对一个国家的经济实力和科技发展的水平产生重要的影响。制造技术尤其是先进制造技术将主宰一个国家的命运，因而，各国政府都非常重视先进制造技术的研究和发展。美国提出先进制造技术提出后，同时,以计算机为中心的新一代信息技术的发展，推动了制造技术的飞跃发展，逐步形成了先进制造技术的概念。先进制造技术在现代制造战略的指导下，不断吸取计算机、信息、自动化、新材料和现在传统管理技术，将其综合应用于产品的研究与开发、设计、生产、管理和市场开发、售后服务，同时能取得社会经济效益的综合技术。近年来，随着科学技术的不断发展和学科间的相互融合，先进制造技术迅速发展，不断涌现出新技术、新概念。例如:成组技术(GT)、精益生产(LP)、并行工程(CE)、敏捷制造(AM)、快速成型技术(RPM)、虚拟制造技术(VMT)等。

3 先进制造技术的发展

先进制造技术是面向21世纪的技术系统，它的目的是提高制造业的综合效益（包括经济效益、社会效益和环境生态效益），以赢得激烈的国际市场竞争。它已不是传统意义上的机械制造技术，它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生命科学、管理学最新成就于一身的新兴技术。其发展特点有以下几点：（1）先进制造技术是一个动态技术。它要不断吸收各种高新技术成果，将其渗透到产品的设计、制造、生产管理及市场营销的所有领域及其全部过程，并且实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。

（2）不摒弃传统技术，而是不断用科技新成果新手段去研究它、改造它、

充实它。

（3）它涉及到产品从市场调研、产品设计、工艺设计、加工制造、售前售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。

（4）特别强调计算机技术，信息技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理等方面的应用。

（5）特别强调人的主体作用，强调人、技术、管理三者的有机结合。

（6）强调各专业学科之间的相互渗透和融合，淡化并最终消除它们之间的界限[3-4]。

4 先进制造技术发展中的关键技术

4.1 成组技术(GT)

成组技术(GT)[5]揭示和利用事物间的相似性，按照一定的准则分类成组，同组事物采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术，称为成组技术。在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的基础，将成组哲理用于设计、制造和管理等整个生产系统，改变多品种小批量生产方式，获得最大的经济效益。

4.2 敏捷制造(AM)

敏捷制造(AM)[6]是指企业实现敏捷生产经营的一种制造哲理和生产模式。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。敏捷制造是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“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。

4.3 并行工程(CE)

并行工程(CE)[6]是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，大大缩短生产周期。

4.4 快速成型技术(RPM)

快速成型技术(RPM)[7]是集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。它不同于传统的用材料去除方式制造零件的方法，而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。由于该技术不像传统的零件制造方法需要制作木模、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。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、机械行业等领域。

4.5 虚拟制造技术(VMT)

虚拟制造技术(VMT)[8]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、成本核算、零部件采购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。虚拟制造系统的关键是建模，即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。

4.6 智能制造(IM)

智能制造(IM)[9]是制造技术、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。其具体表现为: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。

5 结语

先进制造技术是现代制造业的关键技术，已经成为一个国家综合实力和科技发展的重要标志，为提高一个国家的国际地位起着举足轻重的作用。因此,我国对先进制造技术已引起高度的重视，大力发展先进制造技术，培养专业人才，使我国由世界制造大国逐步转变为世界制造强国。

参考文献

[1] 蔡建国，吴祖育．现代制造技术导论[M]．上海：上海交通大学出版社，2000．1-14.

[2]武秋俊,王建军. 先进制造技术的现状与发展趋势[J].机械研究与应用, 2006, 19(6): 6-7.

[3] 杨叔子. 制造、先进制造技术的发展及其趋势[J]. 装备制造, 2008(5): 38-41.

[4] 王秀彦,费仁元.先进制造技术的发展趋势综述[J].北京工业大学学报, 2008 (5): 38 - 41.

[5] 孙刚,殷国富.成组技术在现代制造业中的应用研究[J]. 机械研究与应用, 2006,19(6) : 4 - 5.

[6] 吴良芹. 先进制造技术及其发展[J]. 机械制造与自动化, 2009, 38(1): 84 - 86.

[7] 金杰,张安阳.快速成型技术及其应用[J].浙江工业大学学报, 2005,33(5): 592-595.

[8] 王俊峰,张所地.先进制造技术的发展趋势研究[J].山西财经大学学报,2009,31(1): 14-15.

[9] 刘晓玲,董平.先进制造技术的发展趋势及其关键技术[J].机械制造与自动化,2008,37(2): 1-3.