国内外先进制造技术

一、先进制造技术
先进的机械制造业是国民经济的支柱产业,关系到一个国家的综合国力。

那么，什么是先进的制造技术呢？先进制造技术AMT是在传统制造的基础上，不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，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，也是取得理想技术经济效益的制造技术的总称。

先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。

可基本归纳为以下四个方面：
1、先进的工程设计技术
先进的工程设计技术包括众多的现代设计理论与方法。

包括CAD、CAE、CAPP、CAT、PDM、模块化设计、DFX、优化设计、三次设计与健壮设计、创新设计、反向工程、协同产品商务、虚拟现实技术、虚拟样机技术、并行工程等。

（1）产品（投放市场的产品和制造产品的工艺装备（夹具、刀具、量检具等））设计现代化。

以CAD为基础（造型，工程分析计算、自动绘图并提供产品数字化信息等），全面应用先进的设计方法和理念。

如虚拟设计、优化设计、模块化设计、有限元分析，动态设计、
人机工程设计、美学设计、绿色设计等等；
（2）先进的工艺规程设计技术与生产技术准备手段。

在信息集成环境下，采用计算机辅助工艺规程设计、即CAPP，数控机床、工业机器人、三坐标测量机等各种计算机自动控制设备设备的计算机辅助工作程序设计即CAM等。

2、先进制造工艺技术
（1）高效精密、超精密加工技术，包括精密、超精密磨削、车削，细微加工技术，纳米加工技术。

超高速切削。

精密加工一般指加工精度在10～0.1μm（相当于IT5级精度和IT5级以上精度），表面粗糙度Ra值在0.1μm以下的加工方法，如金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、超精研、砂带磨、镜面磨削和冷压加工等。

用于精密机床、精密测量仪器等制造业中的关键零件加工，如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密滚动轴承等，在当前制造工业中占有极重要的地位。

超精密加工是指被加工零件的尺寸公差为0.1～0.01μm数量级，表面粗糙度Ra值为0.001μm数量级的加工方法。

此外，精密加工与特种加工一般都是计算机控制的自动化加工。

（2）精密成型制造技术，包括高效、精密、洁净铸造、锻造、冲压、焊接及热处理与表面处理技术。

（3）现代特种加工技术，包括高能束流（主要是激光束、以及电子束、离子束等）加工，电解加工与电火花（成型与线切割）加工、超声波加工、高压水加工等。

电火花加工是指在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电蚀作用对工件进行的加工。

能对
任何导电材料加工而不受被加工材料强度和硬度的限制。

可分为电火花成型加工和电火花线切割加工两大类。

一般都采用CNC控制。

（4）快速成型制造。

快速成形技术是在计算机控制下，基于离散堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成型与制造的技术。

从成型角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加而成。

从CAD 电子模型中离散得到点、面的几何信息，再与成型工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。

（5）先进制造工艺发展趋势
1）采用模拟技术，优化工艺设计；2）成形精度向近无余量方向发展；3）成形质量向近无“缺陷”方向发展；4）机械加工向超精密、超高速方向发展；5）采用新型能源及复合加工，解决新型材料的加工和表面改性难题；6）采用自动化技术，实现工艺过程的优化控制；7）采用清洁能源及原材料，实现清洁生产；8）加工与设计之间的界限逐渐谈化，并趋向集成及一体化；9）工艺技术与信息技术、管理技术紧密结合，先进制造生产模式获得不断发展。

3、制造自动化技术计算机控制自动化技术
（1）数控技术与数控机床；数控加工技术是为了实现机床控制自动化要求而发展的。

它是指用代码化的数字、字母及符号表示加工要求、零件尺寸及其参数、加工步骤等，通过控制介质，输入到控制装置，经过微机进行处理与计算，发出各种控制信号与数据，使机床各部件自动协调运动，实现自动加工的技术。

采用数控加工技术的机床，称为数控机床。

数控加工的主要特点是：加工的零件精度高；生
产效率高；特别适合加工形状复杂的轮廓表面；有利于实现计算机辅助制造；对操作者（不含编程人员）技术水平的要求相对较低；初始投资大、加工成本高。

此外，数控机床是技术密集型的机电一体化产品，数控加工技术的复杂性和综合性加大了维修工作的难度，需要配备素质较高的维修人员和维修设备。

（2）工业机器人（用于物流与加工）及物流设备；工业机器人是一种可编程的智能型自动化设备，是应用计算机进行控制的替代人进行工作的高度自动化系统。

最近，联合国标准化组织采用的机器人的定义是：“一种可以反复编程的多功能的、用来搬运材料、零件、工具的操作机”。

在无人参与的情况下，工业机器人可以自动按不同轨迹、不同运动方式完成规定动作和各种任务。

机器人和机械手的主要区别是：机械手是没有自主能力，不可重复编程，只能完成定位点不变的简单的重复动作；机器人是由计算机控制的，可重复编程，能完成任意定位的复杂运动。

（3）柔性制造系统（FMC,FMS,FML）：包括加工设备（CNC机床）、检测设备、物料输送（工业机器人、自动交换托盘（APC）、自动输送台车（RGV、AGV）等）和储存设备（立体仓库等）；数柔性制造系统（FMS）是现代机械制造业中的新型自动化生产设备，它是为填补占机械制造中70％的中小批量生产自动化而发展起来的。

它主要包括若干台数控机床和加工中心（或其他直接参加产品零部件生产的自动化设备），用一套自动物料（包括工件和刀具）搬运系统连接起来，由分布式多级计算机系统进行综合管理与控制，以适应柔性
的高效率零件加工（或零部件生产）。

所谓柔性的零件加工是指能够同时地和交替地加工不同的但是同系统的零件。

柔性制造系统的适用范围很广，它主要解决了单件小批生产的自动化和中大批多品种的自动化加工。

它把高柔性、高质量、高效率结合和统一起来，在当今具有很强的生命力。

（4）计算机集成制造（CIM）和工厂自动化（FA）。

计算机集成制造系统（CIMS）是由计算机管理系统、计算机辅助设计与制造CAD/CAM以及柔性制造系统FMS（还可能有其他生产单元）组成。

CIMS是产品生产过程的各子系统的完美集成，即把工程设计、生产制造、市场分析和其他支持功能合理地通过计算机网络有机地集合成一个整体，以实现生产的柔性化、优化、自动化和集成化，达到高效率、高质量、低成本而灵活生产的目的。

二、国内外先进制造技术的发展现状
1.国内先进制造技术的现状
我国先进制造技术的现状自建国以来，尤其是改革开放以来，我国机械制造业得到了迅速地发展。

机械工业是我国工业中发展最快的行业之一。

20世纪70年代以前，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很快就会有相同功能的产品跟着上市。

20世纪80年代以后，随着市场全球化的进一步发展，市场竞争变得越来越激烈。

20世纪90年代初，随着CIMS技术的大力推广应用，包括有CIMS实验工程中心和7个开放实验室的研究环境已建成。

在全国范围内，部署了CIMS的若干研究项目，诸如CIMS软件工程与标准化、开放式系统
结构与发展战略，CIMS总体与集成技术、产品设计自动化、工艺设计自动化、柔性制造技术、管理与决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术以及系统理论和方法等均取得了丰硕成果，获得不同程度的进展。

但因大部分大型机械制造企业和绝大部分中小型机械制造企业主要限于CAD和管理信息系统，底层基础自动化还十分薄弱，数控机床由于编程复杂，还没有真正发挥作用。

因此，与工业发达国家相比，我国的制造业仍然存在一个阶段性的整体上的差距。

2.国外先进制造技术的现状
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，巳实现了底层(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。

三、我国先进制造技术与国外的差距
1、制度落后
工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推动了准时生产、敏捷制造、精益生产、并行工程等新的管理思想和技术。

我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理。

多数小型企业仍处于经验管理阶段。

2、设计方法落后
工业发达国家不断更新设计数据和准则。

采用新的设计方法，广泛
采用计算机辅助设计技术(CAD／CAM)，大型企业开始无图纸的设计和生产。

我国采用CAD／CAM技术的比例较低。

3、制造工艺落后
工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米，纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。

我国普及率不高，尚在开发、掌握之中。

4、自动化程度低
工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元、柔性制造系统、计算机集成制造系统，实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。

我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。

5、管理方面
工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产、敏捷制造、精益生产、并行工程等新的管理思想和技术。

我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。

6、产品结构的差距
中国机械制造业的快速发展，主要依靠技术引进和赶超型发展战略，加之中国劳动力丰富而资金相对短缺，致使机械制造业的科技开发明显滞后。

虽然中国机械制造业的产品数量已经位居世界前列，但主要是劳动密集型产品，具有自主知识产权的高、精、尖产品比较少。

2000年，中国汽车生产超过200万辆，但是关键技术都来源于国外大型汽车公司，很多关键部件国内尚不能生产，需要依靠进口。

我国械制造业产品的质量虽然有了很大程度的提高，但大量的机电产品的质量可靠性、外观设计、内在性能还有很大差距。

比如数控机床和精密机床的可靠性差、质量问题严重，轴承、液压件、密封件等基础件产品水平低、品种少、满足度低、质量不稳定。

工程机械目前只能生产中小型产品，大型工程机械、大型火电设备的技术能力十分薄弱。

7、生产投入结构的差距
机械制造业作为一般竞争性行业，其竞争状况与效益状况直接受生产投入结构的影响。

企业之间的竞争，实际上是科学技术实力和创新能力的竞争，而科技实力和技术创新能力在很大程度上取决于科研与开发的投入。

发达国家为了保持机械制造业的市场竞争力，加大了科技投入的力度。

一些大企业的科技开发费用占到其销售额的4%—8%，甚至10%以上。

这种高投入，使其本来就远远领先的科技优势进一步扩大，使企业从完全竞争的局面转变为“垄断竞争”，在许多关键领域占据了战略性优势地位。

日本、美国、德国、法国机械制造业企业的人均研究开发经费，分别为21.54万美元/年、15.76万美元/年、19.99万美元/年、25.94万美元/年，是中国企业的几十倍。

与科技开发相类似，国外机械制造业企业非常重视设备更新。

美国制造业企业设备的平均役龄逐步缩短，由1975年的6.98年，下降到1990年的6.70年，其中电制造机械和精密机械的设备役龄分别为5.5年和4.9年。

中国机电行业的设备更新比较缓慢，而且呈现下降趋势。

1994年与1985
年相比，机械行业的设备更新度系数下降了5.73个百分点，1995年与1990年相比下降了2.4个百分点。

设备更新度系数偏低成为机械制造业各行业普遍存在的问题。

企业科研人员占职工的比重，可以反映出企业的人力资本状况与发展潜力。

国外大型机械制造业企业研究开发人员占职工人数的比重为5%—10%，中国仅为1%。

正是科技投入、人员素质、设备投入等方面的巨大差距，使中国机械制造业企业的设计与生产方法落后，自主开发能力差，产品开发周期长，更新慢，新产品产值率低，产品质量难以得到保证。

8、产业组织结构的差距
中国机械制造业之所以在投入结构上难以加大科技开发投入，直接根源是产业组织结构不合理，企业规模小，布局分散，大中小企业之间难以形成合理的专业化分工协作体系；深层原因是体制约束，条块分割导致的地区雷同与“分散化”倾向，有悖于世界机械制造业日益资本密集化、生产全球化、机电一体化、市场集中化的发展趋势。

机械制造业是竞争性产业，整体产业集中度要求较高。

国外大型企业一般在行业中占主导地位，并形成层次分明的专业化分工协作体系，在大企业周围，形成数量众多的专门化的中小企业。

企业尤其是大型企业投巨资进行科技开发。

中国机械制造业在改革以来出现了分散化趋势，甚至出现小企业排挤大企业的现象。

受管理体制、投资体制、采购体制的影响，中国没有形成具有国际竞争力的大型企业或企业集团，企业“大而全、小而全”的状况依然严重，中小企业与大型企业进行专业化协作的产业组织结构还没有形成。

目前还有相当数量的企
业仍以“全能式”结构为主，除汽车、拖拉机、内燃机少数大批量生产企业外协率达到50%左右外，其他企业多数低于30%。

中国机械制造业的技术进步速度与对产值增长的贡献率，总体上略高于全国的技术进步速度及其对GDP增长的贡献率。

但是，与发达国家相比，中国机械制造业技术进步速度与贡献率偏低。

1998年，中国机械制造业技术进步对产值增长速度的贡献率只有34%，西方国家一般都在60以上；新产品产值率不到30%，西方国家在50%以上；机床产值数控化率，中国只有25%左右，日本已达70%；中国机械制造业技术开发经费占销售收入的比重为1.78%，技术开发人员占职工比重，也明显低于发达国家。

机械制造业整体设计和制造技术落后，产品多为中低档次。

四、感想浅谈
先进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。

面对新世纪的国际竞争关系，我们应大力发展机械制造业，加强先进制造技术的应用与自身制造技术的开发相结合、加强先进制造技术
在机械制造业的应用，同时，我们也应注重机械制造技术自身的开发，通过加强国际交流与合作，吸收并运用国外的先进制造的技术，并不断提高改善，为本国经济、科学等方面不断发展、为进入世界强国行列而努力。