先进制造技术的发展趋势与战略设想 先进制造技术的发展趋势

先进制造技术的发展趋势与战略设想

2先进制造技术的定义及技术特征 2.1定义 制造技术是使原材料成为产品所使用的一系列技术的总称，是制造业 赖以生存和进步的主体技术先进制造技术是制造业为了适应时代要求以提高竞 争力，对制造技术不断优化及推陈出新而形成的它是一个相对的、动态的概念， 具有鲜明的时代特征，可以将先进制造技术定义为:制造业不断吸收机械、电子、 信息、材料、能源及现代管理等方面的成果，并将其综合应用于制造的全过程， 实现优质、高效低耗清洁、灵活生产，取得理想技术经济效果的制造技术总称。

2.2技术特征 先进制造技术具有以下五个技术特征：
2.21先进性 先进制造技术的核心和基础必须是优质、高效、低耗、清洁的工艺， 它从传统制造工业发展起来，并与新技术实现了局部或系统集成2.22通用性先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节，它覆盖了产品设 计、生产设备、加工制造、销售使用、维修服务，甚至回收再生的整个过程 2.23系统性 随着微电子、信息技术的引入，先进制造技术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 22.4集成性 先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合，界限逐渐 淡化甚至消失，技术趋于系统化集成化，己发展成为集机械、电子、信息、材料 和管理技术为一体的新兴交叉学科。

22.5技术与管理的紧密结合 对市场变化作出更敏捷的反应及对最佳技术经济效益的追求，使先进 制造技术十分重视生产过程组织管理体制的合理化和最佳化，它是技术与管理自 然科学与社会科学紧密结合的产物。

3先进制造技术的形成发展过程 先进制造技术的形成和发展同科技进步及市场需求密切相连在科技 高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集一一设备密集一一信息密 集一一知识密集”的方向发展在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模 沿着“小批量一一少品种大批量一一多品种变批量”的方向发展与之相适应，制造 技术的生产方式沿着“手工一一机械化一一单机自动化一一刚性流水自动化一一 柔性自动化一一智能自动化”的方向发展 当代制造技术的前沿己经发展到以信息密集的柔性自动化生产方式 满足多品种、变批量的市场需求，并向知识密集的智能自动化方向发展在这个发 展过程中，制造技术的内涵不断延伸与发展，经历了重视辅助工序、工装生产过 程，不断更新工艺方法，引入和集成信息技术以及更新管理观念，促进生产组织 变革等四个环节，逐渐形成了先进制造技米 4先进制造技术的发展趋势高生产率和高质量是先进制造技术的两大追求目标先进制造技术的 发展趋势可概括成如下几个方面 4.1向自动化柔性化、集成化和智能化方向发展 微电子、计算机自动化技术与传统工艺及设备相结合，形成了多项制 造自动化单元技术，经局部或简单到复杂不同档次的自动化制造系统，使传统工 艺产生显著、本质的变化，极大地提高了生产效率和产品质量。当然，冷加工的 发展道路是：NC(数控卜FMS(柔性制造系统）^CIMS(计算机集成制造系统 hIMS(智能制造系统）热加工的发展道路是：优质高效低耗工艺-低成本自动化- 综合自动化。

4.2向高精密方向发展 现代新技术产品需要高精度的制造，精密制造技术是先进制造技术的 基础，它包括精密加工和超精密加工、微细加工和超微细加工、微型机械等当前 有代表意义的是以纳米技术为代表的超精密加工技术和以微细加工为手段的微 型机械技术。

精密加工和超精密加工的主要方法，目前有精密切削、超精密切削、 超精密磨削和研磨加工等，其加工精度己从微米级(um)亚微米级（1~10-Vm)向 纳米级（1dVm)进军。

微细和超微细加工是一种特殊的精密加工，它不仅加工精度极高，而 且加工尺寸十分微小。如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束离子束刻蚀的 方法加工的，线宽可达0.1um，微型机械是机械技术与电子技术在纳米级水平上 相融合的产物。国外有人将纳米技术与微型机械称为“21世纪的核心技术”。

4.3向非传统加工技术方向发展 在继续开展传统切削、磨削等新工艺的同时，各种非传统加工方法也 在开拓发展，并不断开创新工艺，达到新的技术水平由于这类加工方法能解决大 量普通机械加工方法难以解决甚至根本无法解决的问题，因而得到迅速发展，并 显示出极大的潜力和前景非传统加工方法主要指一些物理的、化学的特种加工和 高能密度加工，如电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、离子束加工 等。特种加工的对象主要是难加工材料。高能密度加工主要指三束加工(激光束、 电子束和离子束），它们是极有前途的加工方法不少非传统加工法同时又是精密加工和超精密加工方法传统加工和特种加工相结合的复合加工同样有着良好的 发展前景。

4.4采用新型生产模式，使企业适应多变市场需求机械制造生产模式 除有通用机床加专用工艺装备、数控机床加具有计算机辅助设计和自动编程功 柔性制造单元（FMC)加管理信息控制系统（MIS)以外，还有计算机 集成制造系统（CIMS)智能制造系统（IMS)、并行工程（CE)、精节生产（LP) 和敏捷制造（AM)等生产模式现代企业只有采取先进的生产模式，改进生产组织 管理，才能増强在激烈的市场条件下的竞争能力。

5先进制造技术的技术前沿与新型生产模式 计算机集成制造（CIM)技术作为人类未来工厂的概念模式，得到很 多国家的重视企业从经营计划、产品设计、加工制造到市场销售形成一个完整的 系统，进行综合优化它不断吸收微电子、计算机、自动化等最新技术成果形成了 计算机辅助设计(CAD)制造（CAM)工艺（CAPP)测试（CAT)评价（CAE)数控机 床（NC)加工中心（MC)、企业管理信息系统（MIS)柔性制造系统（FMS)等一系 列具有划时代意义的新技术对上述技术进行局部或系统集成，就形成了从单机到 生产线、从刚性到柔性、从简单到复杂等不同档次的集成制造系统(CIMS)可以预 言CIMS将成为21世纪占主导地位的生产方式。

智能制造技术（IMT)旨在将人工智能溶进制造过程的各个环节，通 过模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中的部分脑力劳动，从而在制造过 程中，系统能自动监测其运行状态，在受到外界或内部激励时能够自动调整其参 数，以期达到最佳状态，具有自组织能力。它被称为21世纪的制造技术。

并行工程（CE)技术旨在将产品设计与制造以及相关过程进行系统的 综合，以期在产品设计的同时就将生产、维修的各个环节考虑进去，大大缩短生 产周期该技术的关键在于将CADCAMCATMIS等有机地集成起来，将引入动态 并行机制，即将产品生产周期中各种因素进行有机综合、并行处理，将产品设计、 生产计划丨生产加工、质量检验、市场分析等同步规划，它可显著缩短新产品从 构思到实现批量生产的开发周期。

精节生产（LP)是由日本丰田公司率先提出并得以应用，后来受到美 国的重视，它综合了单件生产和大批量生产两者的优点，其特点是：行小组自治工作制，工人既是主人也是雇员，企业把雇员看作比机器更为重要的固定资产。

(2)精简一切生产中不产生价值的工作，减少管理层次，精简组织机 构。

(3)精益求精，以尽善尽美为最终目标，持续不断地改进生产，降低 成本，力争无废品、无库存和产品品种多样化。

敏捷制造（AM)是近年来美国为恢复其在国际制造业中领导地位而提 出的一种生产模式它是将柔性生产技术熟练掌握生产技能和有知识的劳动力，与 企业内部和企业之间合作的灵活管理集成在一起，通过所建立的共同基础结构， 对迅速改变或无法预见的消费者需求和市场时机作出快速响应它的主要特点是 提出虚拟制造（VM)的概念，根据市场需求，采用虚拟公司来承接项目，开发产 品和组织生产。从本企业和其它企业选出各种优势力量，集成为一个单一的经营 实体一一虚拟公司，当所承接的产品或项目一旦完成，虚拟公司即行解体。

CIMSIMSCELP和AM都是制造系统中新的生产模式，其宗旨都是为 了提高企业竞争力，以适应多变的市场需求;在运行机理上都是强调集成，但在 侧重点上有所区别。

CE强调的是产品开发和设计与其它相关过程的集成，尽量保证开发 和设计工作一次完善，减少反复，缩短产品生产制造周期。

LP是通过项目组或生产小组形式把各方面人员集成在一起，在生产 检验与维修等场地集成在一起，同时还采用相应的措施做到与协作厂家、用户的 集成，从而实现最大限度地精简非増值人员和机构，提高企业竞争力。因而它强 调的是组织管理和人员的集成。

AM则在先进的柔性生产技术的基础上通过企业内部的多功能项目组 与企业外的多功能组织组成虚拟公司，把全球范围内的各种资源，包括人的资源 集成在一起。

第一代CIMS只注重信息和功能的集成，随着CIM技术的发展和应用， CIMS含义也在深化，第二代CIMS更强调技术、组织和人的全面集成 可见，CIMS与CELP及AM等生产模式并无本质区别，他们之间的关 系是一种互补而不是替代 。没有计算机通讯系统不采用现代制造技术的集成，是很难充分发挥精 节生产的组织集成和人员集成的优势，而敏捷制造的基础和主体实质还是CIMS， 不过只是CIMS的横向发展，是企业级的集成扩展为社会系统内的集成;而LP和 AM则为CIMS真正取得效益提供了新的思想和技术，又促进了CIMS的进一步发 展 6推动我国先进制造技术发展的战略设想 改革开放以来，通过研究开发、技术改造与国外引进，我国制造技术 水平不断发展和提高，己经具有相当规模和实力但是从总体上看，我国制造生产 水平仍然比较落后，在质量、品种、成本效率效益和售后服务等方面与国外先进 水平相比都有很大差距，缺乏国际竞争力。

为发展我国的先进制造技术，我们应把握时机，超越某些阶段，迎头 赶上世界先进水平。要使这种愿望变为现实，必须明确先进制造技术的发展目标， 采取相应的战略对策6.1先进制造技术的发展目标 先进制造技术是使制造业强盛的关键所在，没有先进制造技术，就不 可能在发达的制造业在市场经济为主体的世界经济体系条件下，先进制造技术是 由市场选择和决定的。市场是先进制造技术存在、发展的源动力。先进制造技术 研究的根本目的就在于及时、高效、优质、灵活、低耗地制造市场上有竞争力的 产品，这是先进制造技术研究的市场观发达国家制造业的管理专家和先进制造技 术研究专家早己从残酷市场竞争中明确了这一点，把占领市场作为发展先进制造 技术的最终目标，建立和完善了一整套市场、技术、产品间相互联系、相互制约 相互促进的机制。

我国市场经济处在初级阶段，制造业还比较落后，先进制造技术主要 依靠引进和跟踪的格局不会改变，中国是一个大国，应当有使产品具有进入国际 市场的竞争力，先进制造技术应以提高制造业产品的市场竞争力为发展目标 6.2战略对策 6.2.1组织起来，加强合作，共同开发，推动先进制理技术于一体的综 合技术，它的发展涉及到规模管理资金保障、研究开发、生产应用等多个方面因 此，必须把政策部门、科研单位、高等院校和企业各方面力量组织，加强合作， 共同开发，尤其是要吸引企业界参与先进制造技术的研究，健全科技研究开发一体化机制，在先进制造技术研究中推进和建立大学、研究所和制造业相结合的研 究体制随着市场的国际化和全球信息网络技术的发展，制造技术国际化日趋明显， 我国制造领域专家和企业家要有使自己产品和技术进入国际市场、投置于国际竞 争的大环境下并成为知名品牌的雄才大略，要积极促进先进制造技术基础研究的 国际合作，以増强我国先进制造技术的实力 6.22确定优先资助领域，支持应用前景明确的先进制造技术基础研究，加 快研究成果的应用转化 当今世界科学技术化技术科学化的科技一体化趋势日益明显，技术的 生命周期不断缩短如果一种现在还算先进的技术不迅速应用，过不了几年就可能 被淘汰而大学在选择制造方面的应用基础研究项目时，往往缺乏先进制造技术的 市场观，不注重实际考察，不注重应用前景，不注重研究成果的应用转化国家在 应用基础研究成果到技术开发和应用的成果转化过程中的机制仍不健全。各部委 产业部门及国家自然科学基金委员会在资助先进制造技术基础研究中，应确定优 先资助领域，在强调支持前沿和创新的同时更要强调研究项目的应用前景，支持 和鼓励项目的联合资助在跟踪国际先进制造技术研究的同时，强调结合国情选题， 面向经济选题，瞄准应用选题 6.23持续开展制造业的技术改造 制造技术的发展是通过技术改造过程实现的，通过技术改造逐步淘汰 老工艺、老设备，推广应用先进的新工艺和新设备，以提高企业的制造技术水平， 最终达到提高产品性能质量和对市场的应变能力。“八五”期间己对一批重点骨干 企业实行重点投资，进行现代化的技术改造使诸如数控机床、加工中心"计算机 辅助设计、制造和管理等新技术在这些企业得到普及、推广和应用。“九五”期间 将这些技术在更多的企业中逐步推广，视不同情况或建成FMCFMS，或进一步 实现计算机集成制造系统。

进行技术改造必须从经营战略和生产系统整体出发，不能单纯把技术 改造局限于更新工艺设备上因此，进行技术改造时应进行经济分析与论证，以作 出科学的决策与判断 6.2.4采用新型的生产模式，改进生产组织管理，提高人员技术素质 先进制造技术既包括工艺技术设备，又包括生产的组织管理和人员技术素质只有相适应的生产组织管理和人员技术素质与其配套，先进的工艺技术装 备才能充分发挥其应有的作用，形成先进制造技术为此，要根据企业特点，采取 适用的生产模式，改进生产的组织管理，提高人员的技术素质，使生产组织管理 便于实现计算机化和信息化，便于集成为有机联系的自动化整体，使参与生产过 程的人员尽可能在技术上成为多面手，更好地适应多变的市场需求 可见，先进制造技术的发展和水平的提高，有赖于工艺技术装备、生 产模式组织管理和人员技术素质的同步发展. 李亨昭，邱敬之。戚法云 (南京电子技术研究所210013)