先进制造技术发展趋势

第9 章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、现代企业管理技术和通用制造技术的有机结合；是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源及现代管理技术成果，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，获得理想技术经济效果的制造技术的总称。包括计算机技术、自动控制理论、数控技术、机器人、CA A 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发展，为先进制造技术的发展和应用提供了日益增多的高效能手段。

先进制造技术主要包括三个技术群：主体技术群、支撑技术群和制造技术基础设施群。其具体内容主要有：现代设计技术、精密及超精密加工技术、精密快速成型技术、特种加工技术、制造业综合自动化、过程工业综合自动化、系统管理技术等。

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。指用于生产准备的工具群与技术群。包括产品、工艺过程和工厂设计，如计算机辅助设计(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、传感器技术和控制技术。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。先进制造系统中的控制技术将向智能控制方面发展。智能控制系统具有根据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

这是指为了管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用的各种方案和机制；是使先进的制造技术与企业组织管理体制，以及使用技术的人员协调工作的系统工程。它主要包括质量管理、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、技术获取和利用。

在利用先进制造技术的未来企业中，继续教育和培训已变得日益重要。未来的企业面临的是多变的市场和激烈竞争的环境。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。显然，教育和培训是抵消环境不断变化所带来的潜在打击和忧虑的要素。所以，

对于企业而言，要想有效提高其竞争能力，综合教育和培训计划是基础。

9.1.2 先进制造技术的特点

21 世纪的市场竞争，就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维修等全过程，因此， 21 世纪的先进制造技术应具有下列特点：

1. 以低消耗创造高效益、高劳动生产率

低消耗意味着低成本，从而可以创造高效益。降低能源的消耗和有效地利用能源成为未来制造业十分关心的问题。工业生产消耗了发达国家大量能源。人们希望不断提高生活水准，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。改进原有生产过程可以有效地降低工业过程的能耗。例如：大范围内实现质量控制，不仅在其他方面受益，而且也节省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“用户满意”。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满意。这样的产品才有竞争力。

3.采用适用、先进的工艺装备

计算机技术、自动化技术、新材料技术、传感技术、管理技术等的引入，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、不可预测的时代。企业为了求得生存就必须对付这些频繁的变化，要想在不断变化的环境中做到迅速响应，就必须重视技术与管理的结合；重视制造过程组织和管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。这体现了未来制造系统的先进性。

5.满足环境保护和生态平衡的要求

现今，环境问题已成为企业运行的关键因素。随着社会对环境问题越来越关注，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，世界范围内环保热潮不断高涨。政府及民间组织对制造业提出更严格的要求。于是，人们提出了面向环境的设计（DFE）。美国IBM, DEC及 AT&T等大公司率先采用了 DFE思想。 DFE节约了材料和能源的消耗，提高产品的重新利用率，增强了企业的经济效益。

9.1.3 先进制造技术的产生背景

先进制造技术的产生和发展是与现代高新技术的飞速发展及制造业所面临的市场竞争环境密不可分的。随着“冷战”时代的结束及世界市场的发展，市场竞争日趋激烈， TQCS(T：Time to market,Q:Quality,C:Cost,S:Service) 成为企业共同追求的目标。早期的市场竞争

主要是围绕如何降低成本，特别是劳动力成本，于是刚性大规模生产线就应运而生。进入 20 世纪 70年代后，随着电子信息技术的发展，产品成本因素的组成发生了根本变化，降低成本的焦点转到了如何提高企业的整体效率。美国从20世纪70年代开始提出CIM哲理；日本采用准时生产JIT(Just In Time)准则压缩库存，提高资金周转率；采用精良生产 (Lean Production) 方法，去掉生产过程中一切不产生价值的环节。这些都获得了一定的成功。 20 世纪 80 年代，工厂的一切活动转到以满足用户要求为核心，为了赢得市场，必须提高新产品的上市速度，于是产生了并行工程 CE(Concurrent Engineering) 的思想，在 20 世纪 90 年代初，欧洲制造业出现了一个新现象，人们开始把注意力集中在以CIMS为基础的“以人为中心的生

产系统 APS(Anthropocentric Production System) ”，APS是组织管理、人、技术三者的集成，其中人是核心。新的竞争环境要求企业具有极大的柔性，能快速响应市场。为了夺回在制造业的领先地位，美国在CIM和CE的基础上，又认真研究了日本的JIT 和精良生产，于1991年进一步提出了敏捷制造 (Agile Manufacturing) 的新概念。与 APS ft似，如何提高制造系统的智能，如何把人更有效地集成到CIM中，人们又提出

了智能制造 (Intelligent Manufacturing) 的思想。而敏捷制造被认为是全面提高企业竞争能力的21世纪制造策略，是在CIM和CE基础上更大范围内企业之间的集成。在这种策略下的虚拟公司 (Virtual Company) 通过信息高速公路和其他公司进行合作，以对市场机遇作出敏捷的响应。虚拟制造(VM)则是在计算机上模拟产品的制造和装配全过程，以期尽早发现可能发生的问题。