浅谈先进制造技术的概念

先进制造技术(论文) 题目：浅谈先进制造技术的概念
系别：机电信息系
专业：机械设计制造及其自动化
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日期：2011年9月
浅谈先进制造技术的概念
一、引言
先进制造技术AMT(Advanced Manufacturing Technology)是集机械，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，它是发展国民经济的重要基础技术之一。

先进制造技术是制造业为提高竞争力以适应时代的要求而形成的一个高新技术群，经过发展，已形成了完整的体系结构。

先进制造技术是当今生产力的主要构成因素，是国民经济的重要支柱。

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它担负着为国民经济各部门和科学技术的各个学科提供装备、工具和检测仪器的重要任务，成为国民经济和科学技术赖以生存和发展的重要手段。

尤其是一些尖端科技，如航空、航天、微电子、光电子、激光、分子生物学和核能等等技术的出现和发展，如果没有先进制造技术作为基础，是不可能实现的。

二、先进制造技术的起源
“先进制造技术”一词源于美国。

二战结束之前的制造技术，可以统称为传统的制造技术，美国制造业在第二次世界大战以后，在当时的国际环境背景下得到了空前的发展，并形成了一支强大的研究开发力量，强调基础科学研究的重要性，忽视制造技术的发展。

至20世纪70年代，随着日、德经济的恢复，美国制造业遇到了强有力的挑战，汽车业等行业的霸主地位，遇到了强有力的冲击，出口产品的竞争力大大落后于日、德，美国经济滞胀，发展缓慢。

而日本在过去几十年内不断主动地采用制造新技术，已使其成为制造业公认的世界领。

在此背景下，美国反思了制造技术同国民经济、技术与国力的至关重要的相互依赖关系，强调了制造技术的重要性，明确了社会经济目标的关键是技术的重要性，制定了国家关键技术计划，并对其技术政策作了重大调整。

与此同时，以计算机为中心的新一代信息技术的发展，也全面推动了制造技术的飞跃发展。

由于经济和增强国防的需要，在剧烈的市场竞争的刺激下，各个国家和地区纷纷将传统的制造技术与新发展起来的科技成就相结合，先进制造技术的概念逐步形成并发展。

三、先进制造技术的内涵及特点
先进制造技术是传统制造业不断地吸收机械、信息、材料及现代管理技术等方面最新的成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想技术经济效果的前沿制造技术的总称。

从本质上可以说，先进制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术和现代管理技术等的有机融合。

与传统的制造技术比较起来，当代先进的制造技术以其高效率、高质量和对于市场变化的快速响应能力为主要特征。

它贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用维修等全过程，成为“市场—产品设计—制造—市场”的大系统。

而传统制造工程一般单指加工过程。

先进制造技术充分应用计算机技术、传感技术、自动化技术、新材料技术、管理技术等的最新成果，各专业、学科间不断交叉、融合，其界限逐渐淡化甚至消失。

它是技术、组织与管理的有机集成，特别重视制造过程组织和管理体制的简化及合理化。

先进制造技术又可看作是硬件、软件、人和支持网络（技术的与社会的）综合与统一。

先进制造技术并不追求高度自动化或计算机化，而是通过强调以人为中心，实现自主和自律的统一，最大限度地发挥人的积极性、创造性和相互协调性。

先进制造技术高度开放、具有高度自组织能力的系统，通过大力协作，充分、合理地利用全球资源，不断生产出最具竞争力的产品。

先进制造技术的目的在于能够以最低的成本、最快的速度提供用户所希望的产品，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，并取得理想的技术经济效果。

四、先进制造技术的主要内容
信息技术和现代管理技术是先进制造技术的两个支柱，而现代管理技术要以先进制造哲理为基础。

不同的时代具有不同的消费需求和科学技术，不同的消费需求和科学技术又会产生不同的生产技术和生产方式，进而要求不同的管理与之相适应。

先进制造哲理与信息技术和现代管理技术的有机结合，是必然产生的生产模式。

先进制造哲理、现代管理技术与先进生产模式三位一体，共同构成了先进制造技术生长的软环境。

自20世纪90年代以来，人们在总结GT、FMS、JIT、MRPII、CIMS等生产模式经验和教训的基础上，提出了许多新的制造概念和生产模式。

例如，以组成多功能协同小组工作模式为特征的并行工程(CE)，以简化组织和强调人的能动性为核心的精益生产(LP)，以动态多变的组织结构和充分发挥技术、组织人员的高度柔性集成为主导的敏捷制造(AM)。

先进工程设计技术是先进制造技术的重要组成部分。

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产品生产首先从工程设计开始。

工程设计包括需求分析、产品规划、方案设计、总体设计、详细设计、工艺设计等内容。

工程设计结果直接影响产品的功能、性能、质量、制造成本与交货期。

据统计，产品设计阶段决定了产品生产成本的70%-80%。

先进制造工艺是先进制造技术的核心和基础。

按照设计方案，将原材料转化为实际产品的过程，称为制造工艺过程。

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为实现这一过程，需要采用各种有效的制造工艺方法对产品质量、成本、生产周期等具有重要影响的因素实施有效控制。

先进制造技术的支撑技术是指支持主体技术（设计和制造工艺）发展所需的技术、工具、手段和系统集成的基础技术，它包括信息技术、标准框架、机床和工具技术、传感与控制技术等。

五、当前制造科学要解决的问题
当前制造科学要解决的问题主要集中在以下几方面：
（1）制造系统是一个复杂的大系统，为满足制造系统敏捷性、快速响应和快速重组的能力，必须借鉴信息科学、生命科学和社会科学等多学科的研究成果，探索制造系统新的体系结构、制造模式和制造系统有效的运行机制。

制造系统优化的组织结构和良好的运行状况是制造系统建模、仿真和优化的主要目标。

制造系统新的体系结构不仅对制造企业的敏捷性和对需求的响应能力及可重组能力有重要意义，而且对制造企业底层生产设备的柔性和可动态重组能力提出了更高的要求。

生物制造观越来越多地被引入制造系统，以满足制造系统新的要求。

（2）为支持快速敏捷制造，几何知识的共享已成为制约现代制造技术中产品开发和制造的关键问题。

例如在计算机辅助设计与制造(CAD／CAM)集成、坐标测量(CMM)和机器人学等方面，在三维现实空间(3-Real Space)中，都存在大量的几何算法设计和分析等问题，特别是其中的几何表示、几何计算和几何推理问题；在测量和机器人路径规划及零件的寻位(如Localization)等方面，存在C-空间
(配置空间Configuration Space)的几何计算和几何推理问题；在物体操作(夹持、抓取和装配等)描述和机器人多指抓取规划、装配运动规划和操作规划方面则需要在旋量空间(Screw Space)进行几何推理。

制造过程中物理和力学现象的几何化研究形成了制造科学中几何计算和几何推理等多方面的研究课题，其理论有待进一步突破，当前一门新学科--计算机几何正在受到日益广泛和深入的研究。

（3）在现代制造过程中，信息不仅已成为主宰制造产业的决定性因素，而且还是最活跃的驱动因素。

提高制造系统的信息处理能力已成为现代制造科学发展的一个重点。

由于制造系统信息组织和结构的多层次性，制造信息的获取、集成与融合呈现出立体性、信息度量的多维性、以及信息组织的多层次性。

在制造信息的结构模型、制造信息的一致性约束、传播处
理和海量数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。

（4）各种人工智能工具和计算智能方法在制造中的广泛应用促进了制造智能的发展。

一类基于生物进化算法的计算智能工具，在包括调度问题在内的组合优化求解技术领域中，受到越来越普遍的关注，有望在制造中完成组合优化问题时的求解速度和求解精度方面双双突破问题规模的制约。

制造智能还表现在：智能调度、智能设计、智能加工、机器人学、智能控制、智能工艺规划、智能诊断等多方面。

这些问题是当前产品创新的关键理论问题，也是制造由一门技艺上升为一门科学的重要基础性问题。

这些问题的重点突破，可以形成产品创新的基础研究体系。

六、先进制造技术的发展趋势
先进制造技术的一个重要发展趋势是工艺设计从经验判断走向定量分析，其方法就是将数值模拟技术与物理模拟和人工智能技术相结合，确定工艺参数，优化工艺方案，预测加工质量，使生产过程从“理论-实验-生产”转变为“理论-计算机模拟-生产”。

随着人工智能技术、计算机视觉技术、数字化信息处理技术、机器人技术的溶入，促使制造技术向着工艺高效化，控制数字化、智能化以及生产过程机器人化方向发展。

七、结束语
在市场全球化，竞争全球化的今天，消费者对产品的性能和质量要求更为挑剔、更具多样性，产品的寿命周期更短。

在要求对市场需求做出快速响应的背景下，先进制造应运而生是有其客观基础的。

先进制造技术是在新的市场环境下，增强企业市场竞争力、促进国家经济繁荣、提高国家综合实力的手段。

参考文献
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