先进制造技术的内涵特点和发展趋势

1、先进制造技术的内涵及特点1先进制造技术的内涵目 前对先进制造技术尚没有一个明确的、一致公认的定义，经过近年来对发展先进 制造技术方面开展的工作，通过对其特征的分析研究，可以认为：先进制造技术是制 造 业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、 管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，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。2先进制造技术的特点（1）先进制造技术的实用性 先 进制造技术最重要的特点在于，它首先是一项面向 工业应用，具有很强实用性的新技术。从先进制造技术的发展过程，从其应用于制造全

2、过 程的范围，特别是达到的 目标与效果，无不反映这是一项应用于制造业，对制造业、对 国民经济的发展可以起重大作用的实用技术。先进制造技术的发展往往是针对某一具体的 制造业（如汽 车制造、电子工业）的需求而发展起来的先进、适用的制造技术，有明确 的需求导向的特征；先进制造技术不是以追求技术的高新为目的，而是注重产生最好的实 践 效果，以提高效益为中心，以提高企业的竞争力和促进国家经济增长和综合实力为目 标。（2）先进制造技术应用的广泛性 先进制造技术相对传统制造技术在应用范围上的 一个很大不同点在于，传统 制造技术通常只是指各种将原材料变成成品的加工工艺，而 先进制造技术虽然仍大量应用于加工和装

3、配过程，但由于其组成中包括了设计技术、自动 化技术、系统管 理技术，因而则将其综合应用于制造的全过程，覆盖了产品设计、生产 准备、加工与装配、销售使用、维修服务甚至回收再生的整个过程。（3）先进制造技术的动态特征 由 于先进制造技术本身是在针对一定的应用目标， 不断地吸收各种高新技术逐渐形成、不断发展的新技术，因而其内涵不是绝对的和一成不 变的。反映在不同的时期， 先进制造技术有其自身的特点；也反映在不同的国家和地区， 先进制造技术有其本身重点发展的目标和内容，通过重点内容的发展以实现这个国家和地 区制造技术的 跨越式发展。（4）先进制造技术的集成性 传统制造技术的学科、专业单一独立，相互间的

4、界限 分明；先进制造技术由于专业和学科间的不断渗透、 交叉、融合，界线逐渐淡化甚至消失， 技术趋于系统化、集成化、已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新 型交叉学科。因此可以称其为“制造工程”。（5）先进制造技术的系统性 传 统制造技术一般只能驾驭生产过程中的物质流和能 量流。随着微电子、信息技术的引入，使先进制造技术还能驾驭信息生成、采集、传递、 反馈、调整的信息流动过 程。先进制造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流和信 息流的系统工程。一项先进制造技术的产生往往要系统地考虑到制造的全过程，如并行工 程就是集成 地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程的一种系统方法。这

5、种方法 要求产品开发人员与其他人员一起共同工作，在设计的开始就考虑产品整个生命周期中从一种先 个的制造组概念形成到产品报废处理等所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求等。 进的制造模式除了考虑产品的设计、制造全过程外，还需要更好地考虑到整 织。先进制造(6) 先进制造技术强调的是实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产 技术的核心是优质、高效、低耗、清洁等基础制造技术，它是从传统的制造工艺发展起来 的，并与新技术实现了局部或系统集成，其重要的特征是实现优质、高效、低耗、清洁、 灵活的生产。这意味着先进制造技术除了通常追求的优质、高效外，还要针对21 世纪人类面临的有限资源与日益增长的环保压

6、力的挑战， 实现可持续发展， 要求实现低耗、 清洁。 此外，先进制造技术也必须面临人类在 21 世纪消费观念变革的挑战，满足对日益“挑剔” 的市场的需求，实现灵活生产。(7) 先进制造技术最终的目标是要提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能 力 为确保生产和经济效益持续稳步的提高，能对市场变化做出更灵捷的反应，以及对最 佳技术效益的追求，提高企业的竞争能力，先进制造技术比传统的制造技术更加 重视技 术与管理的结合，更加重视制造过程组织和管理体制的简化以及合理化，从而产生了一系 列先进的制造模式。随着世界自由贸易体制的进一步完善，以及全球 交通运输体系和通 信网络的建立，制造业将形成全球化与

7、一体化的格局，新的先进制造技术也必将是全球化 的模式。先进制造技术的发展趋势崔剑平 王晓强 文章摘要 本文介绍了先进制造技术的特点、知识体系结构，重点阐述了先进制造技术的发展趋势：制造技术数字化和集成化、超精密加工、敏捷制造、网络技术、智能化、绿色制造。同时对 AMST提出的先进制造技术体系作了简要介绍，包括ERP (企业资源计划)系统、 CAD/CAPP/CA一体化、PDM(产品数据管理)系统、工作流管理系统。 关 键 词 数字集成化 超精密加工敏捷制造0 前言 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

8、、检测、管理及售后服 务的制造全过程，是实现优质、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。先进制造技术是制造业 21 世纪发展的方向。1先进制造技术的特点1.1先进性现代机械制造技术的 先进性主要表现在优质、高效、低耗、洁 净、灵活（柔性）五个方面。1.2实用性 现代制造技术是面向工业生 产的实用技术，它具有多种不同的模式和层次，可 以应用于各种类型的机械工厂。1.3前沿性先进制造技术是信息技 术和其它高新技术与传统制造技术相结 合的产物，代表着制造技术的发

9、展方向。2先进制造技术的知识体系美国90年代初提出了先进制造技术 计划、TEAM计划、下一代制造（NGM技术 计划、美国国家关键技术等。图1为美国机械科学研究院（AMST提出的先进制 造技术体系图。由图可见，它由多层次技 术群构成，并以优质、高效、低耗、清洁、 灵活的基础制造技术为核心，主要包括三 个层次：2.1现代设计、制造工艺基础技术包括CAD、 CAPP、NCP、精密下料、精密塑性成形、精密铸 造、精密加工、精密测量、毛坯强韧化、精密热处 理、优质高效连接技术、功能性防护涂层等；2.2制造单元技术 包括制造自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、CAD / CAE

10、/ CAPP / CAM、清洁生产技术、新材料成形加工技术、激光与高密度能源加工技术、工艺模拟及工艺设计优化技术等；2.3系统集成技术包括网络与数据库、系统管 理技术，FMS、CIMS、IMS以及虚拟制造技术等。图1 AMST提出的先进制造技术体系图3先进制造技术的发展趋势3.1数字化、集成化是制造领域的发 展方向自从美国的Harringtong博士在 1973年提出CIMS概念以来，人们对CIMS 的本质认识有了巨大的变化， 主要是：现 代制造业的方向并不只是计算机的集成， 信息的集成，而是人、技术、组织的整体 集成，包括功能集成、组织集成、信息集 成、过程集成、知识集成和企业间的集成。 具

11、体有以下几个关键的信息集成系统：（1）ERP（企业资源计划）系统： 国外有名的系统是 SAP Oracle、Baan、 IBM等，国内有金蝶、用友、幵思等。ERP 系统集成了企业中的生产管理、财务、人 事、采购、销售等子系统。系统涉及面广， 十分庞大，对人员素质、数据和流程规范 性要求高，因此实施难度大，成功率不高。（2）CAD/CAPP/CAI一体化：目前虽然有些CAD系统可以支持 CAD/CA PP/CAM一体化，但主要针对基本 上都采用数控加工的零件，如P RO/E软件。由于不同产品中的零件差别很大，每个企业的加工条件和水平也不相同，因此 复杂零件的CAD/CA PP/CAMh体化还没有

12、 通用的系统。（3）PDM产品数据管理）系统：被用于管理和控制由 CAX（CADCA PPCAE CAM等的统称）系统所形成的大量的信息， 避免花费很多时间去寻找本应该垂手可 得的信息。PDM是设计自动化技术系统的 核心，在产品的整个生命周期内管理全部 的产品知识和信息，并为产品幵发过程中 的各个应用系统提供所需的数据，为不同应用系统提供集成平台。PDM系统以产品 数据库为底层支持，以 BOMfe组织核心， 把定义最终产品的所有工程数据和文档 联系起来，实现产品数据的组织、控制和 管理。PDM系统一般是由CAD软件幵发商 所幵发的。因此，同一软件公司的CAD系 统和PDM系统能很好的无缝集成，

13、而来自 不同软件公司的CAD系统和PDM系统间的 集成性就差多了。 PDM系统的实施难度比 CAD系统要大，因为前者涉及管理、组织 等问题。(4)工作流管理系统：主要用于办 公自动化，是企业管理层的信息集成系 统。目前工作流管理系统与知识管理系统 紧密结合起来， 使企业的知识得以共享和 保存。3.2 精密、超精密加工成为先进制造 技术支柱之一20世纪初，超精密加工的误差 是10微米，7 0 8 0年代为0.01微米，现在仅为0.001微米，即1纳 米。在现代超精密机械中， 对精度要求极 高，如人造卫星的仪表轴承，其圆度、圆 柱度、 表面粗糙度等均达到纳米级； 基因 操作机械其移动距离为纳米级，

14、 移动精度 为0.1纳米。3.3 敏捷制造是发展的条件 敏捷制造是指制造企业采用现 代通信手段， 通过快速配置各种资源， 有效和协调的方式响应用户需求， 实现制 造的敏捷性。具体体现在以下几个方面 :(1) 面向知识和信息网络 , 建立一套 支持敏捷制造数字化、并行化、智能化、 集成化的多模态人机交互信息处理与应 用理论及方法 , 根据用户的个性化需求和 市场的竞争趋势 , 以有效地组织敏捷制造 网 (Intranet)/ 外联网 (Extranet) 也将极大 地改变企业内的组织和管理模式，将有效地促进 企业员工的信息和知识的交流和共享。动态联盟 , 充分利用各种资源进行多模态 人机协同的敏

15、捷制造 , 尽快响应市场需 求。(2) 基于知识和信息网络 , 对定制产 品的外观形态、 方案布局和多模态环境下 人机交互等环节的支持加强 , 以提高敏捷 制造系统的可塑性及定制产品在美观性、 宜人性等方面运作过程的可视化。(3) 实施敏捷制造 , 可促使企业的工 作流程重组、 信息资源重组和制造结构重 组,促使企业更快地捕捉市场需求信息。(4) 利用多模态人机交互技术来改 变企业以试制、 试验和改进为主的传统制 造开发过程 , 使之转变为市场需求下以设 计、分析和评估为主并基于知识和信息网 络迅速组成动态联盟的可视化敏捷制造 从而缩短产品开发时间 , 提高市场竞争能 力3.4 网络技术是先进

16、制造技术 的纽带在网络化制造中，新的网络空间与传统的物理 空间紧密结合，产生出各种新思想、新观点、新方 法和新系统。制造企业将利用因特网进行产品的协 同设计和制造；通过因特网，企业将与顾客直接联 系，顾客将参与产品设计，或直接下订单给企业进 行定制生产，企业将产品直接销售给顾客；由于因 特网无所不到，市场全球化和制造全球化将是企业 发展战略的重要组成部分；由于在因特网上信息传 递的快捷性，并由于制造环境变化的激烈性，企业 间的合作越来越频繁，企业的资源将得到更加充分 和合理的利用。3.5 智能化是发展的前景随着CAD系统中知识的积累，CAD系统的包括绿色产品和绿色制造。 要求产品的零部件智能化程度将大幅度提高。这种智能化具体表现 易回收、可重复使用、尽量少用污染材料、在整个产为：品的制造和使用过程中排废少、对环境的污染要尽可1）智能地支持设计者的工作，而且人机接口也 能的小、所消耗的能量也尽可能的少。要求制造和使是智能的。系统能领会设计人员的意图，能够检测 用具有洁净性。产品和制造过程的绿色化，不仅要求失误，回答问题，提出建议方案等；企业把环境保护当作自己的重要使命，同时也是企业2）具有推理能力，使不熟练的设计者也能做出 未来生存和发展的战略。因为不注意环境保护的企业好