《先进制造技术导论》
先进制造技术综述
摘要：先进制造技术是在传统制造技术的基础上，将计算机、电子、信息、自动化、管理等科学技术综合运用于制造全过程所形成的一个技术体系。产品设计思想创新和设计技术创新是先进制造技术的核心。制造技术先进性的重要标志之一就是低消耗、高效率、无污染，这一标准正符合当今人类社会可持续发展的战略目标。 关键词：先进制造技术设计创新 中图分类号：TH1
1Advanced manufacturing technology were reviewed
Qilu university of technology,Institute of mechanical and automotive engineering,jinan 2503
53Abstract:Advanced manufacturing technology is on the basis of the traditional manufacturing technology,Computer, electronic, information, automation, management formed by the combination of science and technology in the whole proce of a technical system.Ideas of product design innovation and technology innovation is the core of advanced manufacturing technology.Manufacturing technology is one of the important signs of low consumption, high efficiency and le pollution,This standard is in accordance with the strategic objectives for the sustainable development of human society today.Key words: Advanced manufacturing technologyDesignInnovation
术水平和工业发达国家相比还很低，参与市场竞争的能
0前言力相对较弱。面对市场的国际化和竞争的日益加剧，采用先进制造技术发展我国的制造业已成为必然趋势，我国也非常重视先进制造技术,但是，与制造业发达国家 和地区相比，我国先进制造技术的研发与市场拓展还不均衡。主要表现为我国机械基础件制造行业中的数控化率极低，先进加工工艺、技术和装备的普及程度严重不足。
制造是人类最基本的生产活动,随着经济社会的不断
进步,制造已不仅指单一的加工过程,而是包括市场调研和
预测、产品决策、产品设计、工艺设计、生产加工、质量
保证、生产过程管理、营销、售后服务等产品生命周期内
一系列相互联系的活动。制造技术是关系到国家生存和繁
荣的重要技术基础，其水平与制造业的发展程度反映一个国家的综合国力、人民的生活水平、国防能力和社会的发展程度。
我国的装备制造业经过数十年努力，已具有相当规模积 累了大量的技术和经验。但是随着经济全球化的发展，由于我国的巨大市场和丰富的劳动力资源，国外技术、资金、产品大量涌入，企业面临前所未有的国内外激烈的竞争局面。竞争要求企业产品更新换代快，产品质量高，价格低，交货及时和服务好。近年来，我国的制造业不断采用先进制造技术，但和工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。
1先进制造技术产生的背景
1.1世界制造业及其格局的发展变化
近年来，随着信息产业的高速发展，许多人认为制造业已成为“夕阳产业”。制造技术中确有“夕阳技术”，这些技术同信息化大潮格格不入，同高科技发展不相适应，缺乏市场竞争力，甚至还可能危害生态环境。
面临剧烈的市场变化和技术竞争，许多工业国家迅速调整其技术政策，把提高市场竞争力和增强综合国力作为科技政策的核心。例如，历来重视产业技术的日本、澳大利亚和一些新兴工业化国家。
美、英等国过去一贯主张，产业技术的发展主要靠
我国制造业市场具有很大的潜力，但我国的制造技
*齐鲁工业大学单东日基金资助项目
90 《先进制造技术导论》 市场竞争，由企业自由发展，政府不必介入。近些年来，世界经济发展的严峻事实使美国政府意识到，制造业是美国工业的基础，政府必须介入工业技术的发展。２０世纪８０年代末期，美国根据本国制造业面临的挑战和机遇，为增强制造业的竞争力和促进国民经济增长，首先提出先进制造技术的概念。政府和企业界投入巨资，组织大量专家进行研究和分析，得出的结论是振兴美国经济的出路在于振兴美国的制造业，经济竞争归根到底是制造技术和制造能力的竞争。因而，美国政府采取一系列措施进行大规模的２１世纪制造业战略的研究，提出要促进先进制造技术的发展，成立国家级、地区级、大学、企业等各种层次的先进制造技术协调、推广、应用研究中心。这些措施收到了良好的效果，使美国汽车水平大幅度提高，产量重新超过日本，并总结出了一系 列先进制造技术的新理论，如并行工程、精益生产、敏捷制造等。
1.2先进制造技术为制造业注入活力
随着科技进步特别是计算机技术的发展，世界范围内对制造业进行了重新的认识和定位，先进制造技术为制造业注入新的活力，使制造业又重新生机勃勃。制造业绝不是“夕阳产业”和“夕阳技术”，先进制造技术是高技术的载体，没有哪个工业发达国家不予以高度关注，先进制造技术已经成为全球制造业争夺的市场焦点。先进制造技术为制造业注入新鲜血液，是发展制造业的基础，它是传统制造业不断地吸收机械、信息、电子、材料、能源和现代管理等方面的最新技术成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理和售后服务的制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁和敏捷
制造，并取得理想经济效果的前沿制造技术的总称。
2先进制造技术的特点
2.1全球化
21世纪是国际化的大市场，世界各国市场竞相向国外开放，促成制造业竞争的国际化，主要反映在使制造业的资源配置由一国范围扩大到世界范围，致使制造业在全球范围重新分布、组合和洗牌。企业通过国际互联网、局域网和内部网，实现针对世界上任何地域的用户订单，组建动态联盟企业，从而可在无国界的大市场中
实现异地设计、异地制造和远程销售。2.2多样化
由于新技术革命改变了传统的生产方式，使未来的
市场风起云涌，变幻莫测，越来越多的消费者要求制造业不仅能提供适应特定目标、特定环境和特定时间使用的有形产品，而且还能够提供从产品开发、销售、报废和回收全生命周期的服务保证，产品内涵从单一的实物扩展到为用户提供全面的解决方案。由于每个用户群的看法和观点不同，其提出的产品结构和形状也不尽相同，中小批量的产品越来越多，产品的多样化特征也越来越明显。
2.3 虚拟化
虚拟制造是指利用计算机模拟与仿真技术、人工智能技术、并行工程以及ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ／ＣＡＥ等多种技术，模拟现实制造环境或现实制造过程，呈现现实制造系统的运行状态或者现实产品性能的一种制造技术。虚拟制造能显著缩短产品的开发周期，提高产品的一次成功率。随着网络技术的发展，各种仿真软件功能的不断增强以及大量普及，未来企业之间的竞争将是虚拟公司之间的竞争。
2.4生产过程的高速化和柔性化
由于产品设计和制造周期的不断缩短，顾客要求的交货期也相应的越来越短；因此，高速生产技术得到了普遍应用，即要求实现生产过程的高速化。又由于在产品的制造过程中，产品的设计方式和品种经常改变，从而使各种柔性化的加工和装配设备得到了广泛应用；因 此，生产过程应能够适应这种变化，实现生产的柔性化。
2.5集群化
２０世纪９０年代以来，为了降低制造成本及
各种运输费用，提高自身抵抗风险的能力，各个小型制造企业开始纷纷联合组成集团公司，制造企业呈现越来越多的集中和并购，制造业的市场集中度也得到了进一步提高；然而，在全球经济中，一个国家的制造业欲获得竞争优势，需要扎根于全球的中小企业集群，并选择
在地理位置上的有机集聚，通过不断创新赢得竞争优势。 2.6服务化
随着当前绿色制造和循环制造概念的提出，制造业应不仅考虑产品的设计和生产，还应考虑从市场调研开始到售后服务，再到产品报废回收，以及循环使用的产品整个生命周期或多个生命周期。制造业的目标将从注重数量和质量转向服务，在个性化和多样化需求条件下，充分体现以顾客为中心，全方位为顾客和社会服务的精神。为了获得顾客的满意，企业提供给顾客的不只是单一的产品，还是一种将服务和产品紧密联系在一起的全面解决方案。从某种意义上说，顾客的满意程度还取决
于企业提供的产品和服务给顾客增加的价值。
3先进制造技术的核心技术
《先进制造技术导论》 91
3.1反向工程
制造领域广泛使用的是正向工程，即根据产品总的功能要求，通过概念设计。以工程图或一些模型表示，并制定出加工方案，然后利用各种设备和手段制造出产品。在正向工程中，概念设计是一种创造性思维过程，也是产品设计的关键。创造性思维要求充分发挥设计人员的创造能力,
从无到有创造一个全新方案，正向工程需要经过试验中试、
小批量生产等过程，产品从概念设计走向市场需要很长的时
间。
3.2 并行工程
并行工程是指在产品设计阶段就并行地进行工艺准备
和生产准备。并行工程是伴随着计算机和网络通讯技术发展起来的，它要求产品的设计人员与其他人员一起工作。
在
产品设计阶段就考虑从概念形成到产品报废处理各阶段的所有因素。并行工程是一种设计思想，更是一门管理技术。
并行工程有这样几个显著特点：第一，要求不同专业的技术人员协同工作，特别强调团队工作精神；第二，强调产品
的其他过程与产品的设计过程并行进行，特别强调产品的生产准备过程与产品的设计过程并行进行，即在产品设计的同时进行工艺设计； 第三，强调产品设计过程的系统性。在产品的设计过程中要综合考虑产品的质量、成本、生产进度等因素；第四，及时对产品设计方案进行审查，并反
馈给设计人员，尽可能将产品设计的缺陷消灭在萌芽之中。
正确运用并行工程的思想，有利于缩短新产品开发和上市的时间，有利于提高产品质量和降低成本。
3.3精度设计
精度设计通过适当选择零部件的加工精度和装配精
度。在保证产品精度要求的前提下，使其制造成本最小。
机械产品的性能(精度、振动、噪声等)与其零件的几何精度(尺寸公差、形位公差、表面粗糙度)有着密切关系。一
般可以通过控制零部件的几何精度改善产品性能。产品及其零部件的精度水平与制造成本密切相关，精度要求越高，其制造成本越高，但是在精度较低的区间提高精度，其制造成本增加的幅度不大，而在精度较高的区间提高精度,
其制造成本会成倍地增加。所以，
一些机械产品都存在一
种较为经济的精度区间。另一方面，在确定了产品精度后，
需要在各种零部件之间和各道制造工序之间进行精度分配。因此,，
确定产品的精度以及在零部件之间和加工工序之
间进行精度分配，都是产品精度设计的任务。
3.4可靠性设计
现代工业产品一般都是由许多零部件组成的复杂系
统，其中某一零部件失效就可能会导致系统失效。产品(或系统)在运行过程中失效时间完全是随机的，需要通过大量
实验与统计分析才能找到它的规律。产品(或系统) 的可靠
性指标主要有可靠度。可靠性设计就是在满足产品(系统)功能、成本等要求的同时，根据产品(零件系统)的失效规律确定产品的可靠度平均故障间隔、故障率等可靠性指标。与精度设计类似，可靠性设计也需要考虑产品的经济可靠度
和在零部件之间进行可靠度分配。
3.5优化设计
产品的设计方案往往不是唯一的，从多个设计方案中寻找尽可能好的或者最优方案的过程称为优化设计。由于
计算方法和计算手段的发展，产品设计方案的优化成为产
品设计的重要环节。现代产品的优化设计是以数学规划为理论基础，以计算机为工具，在有约束的条件下寻求满足预定目标的方案设计过程。
产品优化设计的难点在于建立优化设计的数学模型，
即将产品设计方案抽象成一个有约束的单目标数学规划问
题。优化设计数学规划的求解一般都有比较成熟的应用程序，工程设计人员不必亲自设计计算程序。
4结论
总之，重视制造业和先进制造技术已成为全球化的大趋势。先进制造技术不是一项具体技术，而是利用系统工程技术将各种相关技术集成的一个有机整体；先进制造技术是一种动态技术，而不是一成不变的，它需要不断吸收各种高新技术成果，并将其渗透到产品的所有领域，结合成一个有机整体，实现优质、高效、低耗、清洁和灵活的生产；先进制造技术的目的是提高制造业的综合效益，其不摒弃传统技术，而是有赖于不断用科技新手段去研究它和传承它，并应用科技新成果去改造它和充实它；先进制造技术在强调环境保护的同时，还强调各专业学科之间的相互渗透、融合和淡化，并消除其间的界限。
我国先进制造技术的发展应结合自身的特点，形成特色，大力发展一些关键前沿技术，比如新一代材料成
型技术、微米及纳米技术、快速原型制造以及智能制造等。在不久的将来，先进制造技术将得到更大的发展和壮大，发展和应用先进制造技术是每个国家为提高企业的国际竞争力和技术创新能力的必然选择。
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