攀 枝 花 学 院
先进制造技术研究现状及发展
院 系：机 电 工 程 学 院
班 级：08机械设计制造及自动化4班
姓 名：罗 乐
学 号：[1**********]3
先进制造技术研究现状及发展
摘要：本文介绍了先进制造技术的概念，分析了一些发达国家先进制造技术的发展现状和中国的先进制造技术的现状以及存在的问题。并对先进制造技术的发展趋势进行了探究。 Abstract: This paper introduces the concept of advanced
manufacturing technology ，and analyses some developed countries advanced manufacturing technology of China and the current situation of the development of the advanced manufacturing technology of the current situation and existing problems . And the trend of the development of advanced manufacturing technology study.
关键词：先进制造技术、敏捷制造、虚拟制造、绿色制造
一、引言
制造业是现代现代国民经济的支柱产业，在国民经济建设、社会进步、科技发展与国家安全中占据重要战略地位。其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%~55%。世界各国经济的竞争主要是制造技术的竞争,在各国的企业生产力构成中,制造技术的作用一般占60 %左右。由此可见,制造技术水平的高低已成为一个国家经济实力
和科技发展水平的重要标志之一。从某种意义上讲,制造技术特别是先进制造技术已成为一个国家命运的主宰。
先进制造技术(AMT,Advanced ManufacturingTechnology)是制造业为了适应现代生产环境及市场的动态变化，在传统制造技术基础上通过不断吸收科学技术的最新成果而逐渐发展起来的一个新兴技术群。AMT是指在制造过程和制造系统中融合电子、信息和管理技术，以及新工艺、新材料等现代科学技术，使材料转换为产品的过程有效、成本更低、更环保以及更及时满足市场需求先进的工程技术的总称。它是由美国在20世纪80年代末为增强制造业的竞争力和促进国民经济的增长而首先提出的，此后一些发达国家和新兴工业化国家把先进制造技术作为本国的优先科技发展领域和高技术实施重点。
二、 国外先进制造技术的现状
AMT是现代技术和工业创新的集成和典范,是国家制造业水准的主要标志,是国家工业的基础和支柱目前,世界各工业发达国家已充分认识到发展AMT的重要性和紧迫感,纷纷对此进行广泛深入的研究, 展开了激烈的竞争。(1) 美国。上世纪80年代中后期，美国制造业国际竞争力大大下降，引起美国政府和社会各界的高度重视。为此，美国政府决定大力发展先进制造技术。1994年，美国国家最高科技决策机构——国家科学技术委员会指定其所属的民用工业技术委员会制订国家级先进制造技术发展战略，其主旨有如下四点：①支持国家实验室、大学与工业界联合研究开发先进制造技术；②通过国家级工业服务网络帮助企业快速采用先进技术；③开发并推广有利于环境保护
的制造技术；④积极实施与工程设计和制造相关的教育与培训计划。1996年，美国国家先进制造联合会发表了《面向21世纪的美国工业力量》白皮书，建议美国今后应重点发展如下：集成产品与过程开发、并行工程、敏捷企业哲理、虚拟产品开发、快速原型与过程仿真、可扩展的企业体系结构、综合资源规划、产品数据交换标准、高速网络、人工智能、传感器数据融合、专家系统、电子数据交换、纳米／微米制造技术、高级控制器、全能制造系统的制造单元技术等。同时建议国防承包商采用大批量定制技术，重点发展柔性制造技术与系统。目前，美国正在实施的先进制造技术计划有AMT计划、TRP计划、ATP计划、SIMA计划和MANTECH计划等。(2) 德国。德国是工业强国，与美国、欧洲、亚洲其他国家的竞争中，为继续保持传统制造业的经济增长，积极采取行动，将更多的精力和资源投入到更新的先进技术上来，积极推动工业界采用信息技术改造传统制造技术与制造企业，并制订了相关的计划。德国政府于1995年提出了实施“2000年生产计划”以推动信息技术促进制造业的现代化和提高制造领域的研究水平；2002年又分别推出了“IT2006研究计划”和“光学技术一德国制造”计划，投资30多亿欧元，研究电子制造技术和设备、新型电路和元件、芯片系统以及下一代光学系统。(3) 日本。日本早在1989年就发起过“智能制造系统”计划，研究开发全球化制造、下一代制造系统、全能制造系统等技术；1995年日本通产省发起旨在推动工业基础研究的“兴工业创新型技术研究开发促进计划”；2004年又启动了“新产业创造战略”，为制造业寻找未来战略产业。这已引起美国、欧洲、日本机
械制造技术上新一轮的竞争。
先进制造技术各种创新成果和先进技术不断涌现，它们主要包括:计算机集成制造系统( computerintegratedmanufacturing
system,CIMS),敏捷制造( agile manu factur ing, AM), 并行工程(concurrent engineer ing,CE ),虚拟制造( virtualmanufactur2ing, VM)以及可持续发展技术等等。 （1） CIMS是现代信息技术条件下的新一代制造系统。它以计算机来辅助制造系统的集成, 以充分的、及时的信息交流或信息共享将企业的设计、工艺、生产车间以及供销和管理部门集成为一个有机的整体, 使他们相互协调地运作,以提高产品品质, 缩短产品开发周期, 提高生产效率, 确保企业的整体效益, 提高企业的竞争能力和生存能力。（2） CE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CE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。（3） AM 是指企业实现敏捷生产经营的一种制造哲理和生产模式。AM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。AM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/ VM0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） VM是虚拟现实( virtual reality, VR) 技术在制造中的应用。
VM实际上是一种计算机科学技术, 以信息技术、仿真技术、VR 技术为支柱, 在产品设计或制造系统的物理实现之前, 就能使人体会到或感觉到未来产品的性能或者制造系统的状态, 从而可以做出前瞻性的决策与优化实施方案。VM 技术是对真实制造过程的动态模拟、仿真, 是在计算机上制造数字化产品, 在VM环境中生成软产品原型代替传统的硬样品进行试验, 对其性能和可制造性进行预测和评价, 从而缩短产品的设计与制造周期, 降低产品的开发成本, 提高系统快速响应市场变化的能力。VM技术是CE, AM, 精益生产的支撑技术, 是品质工程实现的有力保证。（5） 可持续设计是在生态哲学的指导下, 将设计行为纳入/ 社会2经济2环境2人类0的系统中, 既实现社会价值又保护人与自然的共同繁荣, 旨在平衡环境、社会、经济三方面的设计实践和设计管理。可持续设计包含并超越了传统的产品设计, 并代表了人类对传统产品设计的新思考,是产品设计学科的新的发展方向。目前可持续设计并不成熟, 主要设计工具有生命周期评价( LCA); 面向环境的设计(DFE ); 面向材料选择的设计(DFMS); 面向拆装的设计(DFD); 面向回收的设计(DFR) 等, 可持续设计可以说是人类文明的巨大进步。
三、 我国先进制造技术的现状
1、我国先进制造技术已取得长足进展
我国对先进制造技术的发展也给予充分重视。1995年9月《中共中央关于制定国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标的建议》中明确提出要大力采用先进制造技术，先进制造技术是一个国
家，一个民族赖以昌盛的重要手段。《全国科技发展“九五”计划和到2010 年长期规划》中明确将先进制造技术专项列入高技术研究与发展专题 。在“九五”期间实施一批发展先进制造技术项目。2000 年中科院在沈阳成立国家先进制造技术基地，2002 年在沈阳浑南开发区建设“先进制造技术AMT 产业园” 。形成了电子信息、生物技术、新材料、机电一体化、激光等五大领域的高新技术产业群，其中尤以电子信息产业的发展最为引人注目，已成为国内最重要的生产、研究开发基地之一。2011 年，《我国国民经济和社会发展十二五规划纲要》明确提出，坚持走中国特色新型工业化道路，适应市场需求变化，根据科技进步新趋势，发挥我国产业在全球经济中的比较优势，发展结构优化、技术先进、清洁安全、附加值高、吸纳就业能力强的现代产业体系。
2、我国的先进制造技术存在的问题
(1) 企业的技术创新能力较差，产品开发周期较长
在我国，中小型企业以及大型企业走的还是低成本工业控制自动化的道路。我国的汽车工业，在轿车上基本无自己的品牌。在机床制造业上，精密机床、数控机床大多依赖进口，在国际投标中基本上无竞争力。据报道：我国机械工业主导产品达到2O世纪90年代国际水平的占30％ ，达到2O世纪8O年代国际水平的占4JD％ ．达到2O世纪6o一7O年代国际水平的占30％ ；大中型企业生产的2000多种主导产品的平均生命周期为1O．5年，是美国机械工业产品平均生命周期的3．5倍；美国制造业的新产品贡献率已达到国内生产总值的52％左(1995
年)．而我国仅为5．9％(1997年)；美国、西欧诸国、13本的机械工业企业的专业化水平为75％ 一95％ ，而中国仅为15％ 一30％ ；我国有80％ 以上的企业生产能力处用不足或严重不足。
（2）制造工艺设备相对落后，生产自动化程度较低
目前我国大多数企业还采用较落后的制造工艺与技术装备进行生产，优质高效低耗工艺的普及率不足1O％ ，数控机床、精密设备不足5％ ，配有国产数控系统的中档数控机床不超过25％ ，高档数控机床的90％ 以上依赖进口；在大型成套装备技术方面严重落后，而且高档、大型仪器设备大多依赖进口。中档产品以及许多关键零部件，国外产品占有我国市场6O％ 以上的份额等等。
（3）企业专业化管理水平低，国际市场开拓能力弱
我国多数企业管理粗放，专业化管理水平低。现阶段机械工业的专业化水平仅为15％ ～30％ ，而美国、西欧诸国、日本企业的专业化水平已经达到75％ 一95％ ，经过2O多年的努力，我国出口商品占世界市场份额由原来的0．5％ 提高到目前的3．5％ ，根据近3年的统计数据分析，高附加值和高技术含量的出口商品仅占我国出口商品总量的10％左右。
（4）高精尖技术的开发相对薄弱
高精尖技术在未来的国际竞争中具有重大的作用。比如：用于海洋资源开发的水下作业装备；用于高精尖设备制造的超精密加工装备，面向IT等产业的集成电路制造关键装备；微机电系统(MEMS)以及集高技术于一身的仿人形机器人等；由于国外的技术封锁，只能引进
一般设备和一般技术，核心技术很难引进，只能靠自己的研究才能掌握，只有自力更生才能发展。
所以我过的先进制造技术与国际先进水平还存在很大的差距，面对如此严峻的挑战，我国制造业应尽快加大技术升级的步伐，提高企业综合竞争能力。
四、 先进制造技术的发展趋势
先进制造业追求的目标是: 高品质、高效率、高柔性、低成本、低劳动力、低消耗、品种多和规格全的产品,因此,ATM的发展趋势应体现在以下几个方面:
（1）制造技术向自动化与智能化方向发展: 随着电子技术、信息技术和计算机技术发展,推动了制造技术向更深层次发展。基于CAD /CAM技术的CIMS是制造业自动化的一个重要方向。CIMS 通过CAX ( CAD, CAPP,CAE, CAM)系统和PDM 系统,进行产品的数字化设计、仿真, 并结合数字化制造设备, 进行自动加工。并采用MRPII /ERP系统, 对整个企业的物流、资金流、管理信息流和人力资源进行数字化管理。智能制造技术( IMT )是将人工智能融入制造过程的各个环节, 通过模拟人类专家的智能活动,取代或延伸制造系统中的部分脑力劳动, 在制造过程中系统能自动监测其运行状态, 在外界干扰或内部激励下能自动调整其参数,以达到最佳状态和具备自组织能力。例如机器人加工就是将机床与机器人、传感器、控制器组合而成的智能制造系统, 它具有信息处理和知觉反馈、决策能力, 可同时控制指挥多种操作, 从而能提高效率、保证品质和降低成本。
（2）精密成形与加工: 精密加工、超精密加工技术、微型机械是AMT 发展的方向之一。精密和超精密加工技术包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特种加工和复合加工(如机械化学研磨、超声磨削和电解抛光等) 三大领域。超精密加工技术己向纳米技术发展。米技术已在纳米机械学、纳米电子学和纳米材料技术得到了应用。
（3）新型特种加工方法的形成: 特种加工亦称/ 非传统加工0或/ 现代加工方法0, 泛指用电能、光能、热能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法。它包括激光加工技术、电子束加工技术、离子束加工技术、等离子加工技术、电加工技术等。今后, 特种加工将从实际出发, 在融合传统技术和现代技术的基础上大力开发特种加工领域中的新方法, 包括微细加工和复合加工。
（4) 制造业中广泛应用VM 技术和柔性制造技术: 制造过程中的VM 是指面向产品生产过程的模拟和检验。VM的核心是计算机仿真，通过仿真软件来模拟真实系统, 以保证产品设计和产品工艺的合理性, 保证产品制造的成功和生产周期, 发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。所谓柔性, 是指一个制造系统适应各种生产条件变化的能力, 它与系统方案、人员和设备有关。系统方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人员柔性是指操作人员能保证加工任务, 完成数量和时间要求的适应能力。设备柔性是指机床能在短期内适应新零件的加工能力。
（5）网络化和全球化: 随着网络通讯技术的迅速发展和普及, 企业的产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售等都可以异地或跨越国界进行。此外, 网络通讯技术的快速发展, 加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习,推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。因此制造业发展的必然是由网络化迅速向全球化迈进。
（6）实施无污染绿色制造: 绿色制造是通过绿色生产过程、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品, 产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响,同时使原材料和能源的利用效率达到最高。对于目前世界资源紧张,环境恶化的现状以及人类的持续发展的要求来讲,绿色制造是必然的趋势。
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