（先进制造技术研究现状及发展趋势）
先进制造技术研究现状及发展趋势
摘要：本文介绍了先进制造技术的概念和它的特点，以及我国与国外先进制造技术的概况，阐述了先进制造技术的发展趋势，指出了我国先进制造技术与先进国家相比所存在的差距，并提出了相应的解决措施。
一 引言
资源、环境、人口是当今人类社会面临的三大主要问题,由于人们的生活条件得到大大的提高，对身边的物质条件要求也越来越高，以至于传统的制造技术已经达不到人们的物质文明方面的要求，而且传统的制造技术往往又是消耗不可再生能源的根源所在。因此，根据人们对精神和物质的追求，我们不得不发展先进制造技术一满足人们的各种需求。近些年来，我们为了更高的物质追求，消耗了很多的能源，一直破坏了我们身边的生态环境。让人们时刻感觉到自己的生存存在着威胁。因此为了改善环境来满足自己和后代的生存需求。近年来 ,围绕生态环境问题 ,人们提出了 “既满足当代人的需求 ,又不对子孙后代满足其需要之能力构成危害的发展”的“可持续发展战略”。可持续发展战略的思想具有极为丰富的内涵,
它将生态环境与经济发展联结为一个互为因果的有机整体,认为经济发展要考虑到自然生态环境的长期承载能力,使环境和资源既能满足经济发展的需要,又使其作为人类生存的要素之一而直接满足人类长远生存的需要,从而形成了一种综合性的发展战略。
特别是机械制造行业，创造人类财富的支柱产业 ,正在大量消耗人类社会的有限资源 ,并且是造成当前环境污染问题的主要根源之一。为此 ,机械行业实施可持续发展战略已势在必行。因此，先进制造技术是机械行业的发展趋势。同时机械制造业是国民经济最重要的基础产业，而机械制造技术的不断创新是机械工业发展的技术基础和动力。随着科学技术的进步以及新的管理思想、管理模式和生产秘史的引进，近年来，先进制造技术在机械加工领域中的应用越来越广泛，越来越深入。那么，到底什么是先进制造技术呢？
先进制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为目标,包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。先进制造技术是为了适应时代和市场的需求，对制造技术不断优化及推陈出新以提高竞争能力，从而形成的动态的、相对的概念。先进制造技术的特点主要体现在：
一、动态性。
二、广泛性。
三、实用性。
四、集成性。
五、系统性。
六、高效灵活性。
七、先进性。
我国制造科学技术有日新月异的变化和发展，确立了社会主义市场经济体制，但与先进的国家相比仍有一定差距，为了迎接新的挑战，必须认清制造技术的发展趋势，缩短与先进国家的差距，使我国的产品上质量、上效率、上品种和上水平，以增强市场竞争力，因此，对制造技术及制造模式的研究和实施是摆在我们面前刻不容缓的重要任务，以实现我国机械制造业跨入世界先进行列。
二 我国与国外先进制造技术的现状 1.我国先进制造技术的现状
自建国以来，尤其是改革开发20多年以来，我国机械制造业得到了迅速地发展。机械工业是我国工业中发展最快的行业之一。
20世纪70年代以前，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很快就会有相同功能的产品跟着上市。20世纪80年代以后，随着市场全球化的进一步发展，市场竞争变得越来越激烈。
20世纪90年代初，随着CIMS技术的大力推广应用，包括有CIMS实验工程中心和7个开放实验室的研究环境已建成。在全国范围内，部署了CIMS的若干研究项目，诸如CIMS软件工程与标准化、开放式系统结构与发展战略，CIMS总体与集成技术、产品设计自动化、工艺设计自动化、柔性制造技术、管理与决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术以及系统理论和方法等均取得了丰硕成果，获得不同程度的进展。但因大部分大型机械制造企业和绝大部分中小型机械制造企业主要限于CAD和管理信息系统，底层基础自动化还十分薄弱，数控机床由于编程复杂，还没有真正发挥作用。因此，与工业发达国家相比，我国的制造业仍然存在一个阶段性的整体上的差距。主要体现在如下几个方面：
一、管理方面。
二、设计方面。
三、制造工艺方面。
四、自动化技术方面。
五、创新能力方面。
六、成套设计方面。
七、完整的体系方面。
但是，尽管我国与工业发达国家相比还存在落后现象，我国还是不断努力创新不断培养高技能人才经过努力还是掌握了一批先进的重大成套设备的核心技术，为我国以后先进制造技术的再次发展腾飞做好了铺垫。
2.国外先进制造技术的现状与研究进展
世界一些发达国家都在进行现代制造技术的研究与探索，从管理体制、经营理念、实际方法、方案评价、制造手段等方面总结经验，探索新思路，先后提出了各种先进制造技术。
上世纪80年代中后期，美国制造业国际竞争力大大下降，引起美国政府与社会各界的
高度重视。为此，美国政府决定大力发展先进制造技术。而且在1994年美国国家最高科技决策机构（国家科学技术委员会）指定气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制造技术； 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。
随后在1996年，美国国家先进制造联合会又发表了《面向21世纪的美国工业力量》白皮书，建议美国今后硬重点发展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、快速成型与过程仿真、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，重点发展柔性制造技术与系统。再看德国工业，德国也是工业强国，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，积极采用行动，将更多的精力和资源投入到更新的先进制造技术上来，积极推动工业界采用信息技术改造传统技术与制造企业，并制订了相关的计划。日本是亚洲工业最发达的国家，它早在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“新兴工业创造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。这也引起了美国、欧洲、日本在机械制造技术上新一轮的竞争。
自20世纪80年代末，国际上提出先进制造技术的概念以来，以CAD/CAM技术、快速原型制造技术、柔性制造技术、计算机集成制造系统技术、虚拟制造、绿色制造、敏捷制造等为代表的一系列薪金制造技术在诸多国家和地区得到迅速的发展和广泛的应用，并逐步实现了柔性化、自动化、敏捷化、虚拟化。进入21世纪后，以计算机技术、网络技术和通信技术等为代表的信息技术、生物技术及新材料技术，被应用于制造业的各个领域，是制造技术发生了质的飞跃，制造生产模式发生重大的变化。
在产品设计方面，普遍采用计算机辅助产品设计(CAD)、计算机辅助工程分析(CAE)和计算机仿真技术；在加工技术方面，巳实现了底层(车间层)的自动化，包括广泛地采用加工中心(或数控技术)、自动引导小车(AGV)等．近10余年来，发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找出路，提出了一系列新的制造系统。如计算机集成制造系统、智能制造系统、并行工程、敏捷制造等。
计算机集成制造系统(CIMS) 它是在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集成起来，是适合于多品种、中小批量生产的总体高效率、高柔性的制造系统。首先在功能上，它包含了一个工厂的全部生产经营活动，即从市场预测、产品设计、加工工艺、制造、管理至售后服务以及报废处理的全部活动．因此它比传统的工厂自动化的范围要大得多，是一个复杂的大系统，是工厂自动化的发展方向。其次，在集成上，它涉及的自动化不是工厂各个环节自动化的简单叠加，而是在计算机网络和分布式数据库支持下的有机集成。这种集成主要体现在以信息和功能为特征的技术集成，即信息集成和功能集成。计算机集成制造系统的核心技术是CAD/cAM技术。
智能制造系统(IMS) 是指将专家系统、模糊逻辑、人工神经网络等人工智能技术应用到制造系统中，以解决复杂的决策问题，提高制造系统的水平和实用性。人工智能的作用是要代替熟练工人的技艺，
学习工程技术人员的实践经验和知识，并用于解决生产中的实际问题，从而将工人、工程技术人员多年来积累起来的丰富而又宝贵的实践经验保存下来，在实际的生产中长期发挥作用。智能制造系统的核心技术是人工智能。
三 我国先进制造技术目前存在的问题和解决措施
半个世纪来，我国机械制造业虽然从无到有，从小到大取得了较快的发展，但与西方先进工业国家相比还存在这明显的差距，主要表现在如下方面：
（1）产品档次低，高水平产品所占比例小 目前我国机械工业主导产品达到当代国际先进水平的不到5%，达到上世纪90年代国际先进水平的占25%，答到80年代水平的占40%。
（2）创新开发能力差，新产品贡献率低 我国大中型企业生产的2000多种主导产品的平均生命周期为10.5年，而美国一般仅有3-4年。美国制造业的新产品的贡献率已达到国内生产总值的52%。
（3）专业化生产水平低 我国基础零部件、基础工艺专业化水平与国外先进国家比较存在很大的差距。
（4）企业生产管理技术落后 目前，我国大部分企业的生产管理依旧停留在过去计划经济管理方式上，现金管理模式和手段未能得到实施。
目前我国制造企业的技术水平与国先进水平相比较，从总体上看差距达20年左右。 结合我国基本国情，解决我国先进制造技术目前问题应： （1）提高认识，全面规划，力促先进制造技术的发展。 （2）深化科技体制改革，推动技术创新体系的建设。
（3）将引进消化国外先进制造技术与自主开发创新相结合。 （4）大力发展先进高新制造技术及其产业。
（5）积极培养创造性人才，努力提高制造业的全员素质。 四 我国先进制造技术的发展状况和趋势
1、发展状况
当今人类社会已经进入知识经济时代，全球竞争异常激烈，制造业作为我国的战略产业面临着剧烈的挑战并经历着一场深刻的技术变革。特别是在我国加入WTO以后，形势显得更加严峻。我国的装备制造业经过数十载的努力，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，企业面临着前所未有的国内外激烈的竞争局面。近年来我国的制造业不断采取先进制造技术，但和工业发达的国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。 1.管理体制方面。工业发达国家国有企业所占比重较小，绝大部分企业是规范的股份公司。然而我国却恰恰相反，装备制造业存在着带根本性的问题，制造业的人均劳动生产率远远落后于发达国家，产业主题技术依靠外国，国有企业深化改革远没有到位，企业集中度低，大型骨干企业少围绕大型骨干企业的中小企业群体也未形成。 2.企业经营管理方面。我国只有少数大型企业局部采用了计算机堵住管理，多数中小型企业仍处于经验管理阶段，远远落后于发达国家。 3.产品开发设计方面。我国采用CAD/CAM技术的比例较低，在应用技术及技术集成方面的能力还比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后。例如在产品仿求过程中，我国海缺乏一种创造性思维，仿求似乎就是跟着别人后面抄袭，而且达不到在各方面所希望的标准。日本在这方面就做得好，虽然也是仿求，但是日本的却能很好的运用别国的新产品创造出比原有产品性能、外观、体形更好的产品，这就是差距。
4.加工自造工艺方面。我国对高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米纳米技术、激光加工技术等一些新型技术外国发达国家已经成熟的技术在我们国家的普及率不高，还在学习、开发阶段。
2、发展趋势
进入21世纪发达国家已经开始网络化、集成化、绿色化、极端化、智能化的发展，然而我们国家还相对落后，那么我们就要有一个明确的发展目标。根据我国的基本国情，人口众多，但素质人才匮乏；我国是一个制造业大国，但不是制造业强国，制造技术水平低下，自己的研发产品很少，主要集中在国防航天等高层领域，而且在很大程度上都是仿求外国一些技术；我们国家还是一个新兴国家，体制不完善，缺乏科学管理；特别是在技术引进过程中，指导思想不正确，盲目的引进，让我国的制造业发展走了很多弯路，缺乏自主创新。因此，我们应该在科学的引进外国的技术之外要有创新精神，改变一直落后于外国技术的现状，要发展我们中国化的独立技术，特别是在先进制造技术方面。随着电子、信息等高新技术的不断发展。然而市场需求个性化与多样化，那么我国未来制造技术发展的总趋势简单的来讲就是向精密化、信息化、虚拟化、网络化、智能化、绿色集成化、全球化的方向发展。那么我国就要采取一些可行的措施来改善我国的发展现状措。措施如下：
1.要以信息化、集成化为基础加大对现有制造业的改造。自1990年代以来，先进制造技术在我国就得到了广泛的应用，并且取得可很大的成效，但是其应用很多只局限于各单项技术，并没有充分发挥其应有的潜力。而且各单项技术也是在不同部门之间各行其是。为此，我们应该要在现有基础上实现CAD、CAPP、CAM、NC、G等各项技术集成的计算机集成制造技术。
2.要加强科学管理和技术创新，树立人力资源是第一资源的思想。人在生产力中是最活跃的因素，是财富的创造者，因此我们应该首要树立把人力资源作为第一资源的思想。
3.要不断进行理论创新。无论是从各发达国家的振兴还是发展来看，只有在基础理论方面有新的创新和突破，才能使制造业处于领先地位，才能在市场竞争中立于不败之地。理论创新是先进制造技术发展的基础，面对国际上复杂的竞争环境，我们必须要把握好制造业的未来发展趋势不断进行理论创新，开发新近的理论来武装我们的制造业，使自己在全球的这个大集体中立得住脚。
同时进入21世纪以来，我国先进制造技术借鉴了国外先进经验得到了迅速发展并且形成lee自己的方向与目标，具体如下所述：
（一）精密化
精密加工、特种加工、超精密加工技术、微型机械是现代化机械制造技术发展的方向之一。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(l nm=10-3μm)技术发展。纳米技术己在纳米机械学、纳米电子学和纳米材料技术得到了应用。因此，它促进了机械科学、光学科学、测量科学和电子科学的发展。
（二）自动化
自动化技术自20世纪初出现以后，经历了由刚性自动化向柔性自动化的发展过程，自动化技术的成功应用，不但提高了效率，保证了产品质量，还可以代替人去完成危险场合的工作。对于批量较大的生产自动化，可通过机床自动化改装、应用自动机床、专用组合机床、自动生产线来完成。小批量生产自动化可通过NC、MC、CAM、FMS、CIM、IMS等来完成。在未来的自动化技术实施过程中，将更加重视人在自动化系统中的作用。
（三）信息化
信息、物质和能量是制造系统的三要素。产品制造过程中的信息投入，己成为决定产品成本的主要因素。制造过程的实质是对制造过程中各种信息资源的采集、输入、加工和处理过程，最终形成的产品可看作是信息的物质表现，因此可以把信息看作是一种产业，包括在制造之中。为此一些企业开始利用网络技术、计算机联网、信息高速公路、卫星传递数据等实现异地生产。使生产分散网络化，以适应高柔性生产的需要。
（四）柔性化
随着科学技术的飞速发展和人民生活水平不断提高，促使产品更新换代的速度不断加快，这就要求现代企业必须具备一定的生产柔性来满足市场多变的需要。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。
（五）集成化
集成是综合自动化的一个重要特征。集成的作用是将原来独立运行的多个单元系统集成一个能协调工作的和功能更强的新系统。集成不是简单的连接，是经过统一规划设计，分析原单元系统的作用和相互关系并进行优化重组而实现的。集成化的目的是实现制造企业的功能集成，功能集成要借助现代管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术实现技术集成，同时还要强调人的集成，由于系统中不可能没有人，系统运行的效果与企业经营思想、运行机制、管理模式都与人有关，因此在技术上集成的同时，还应强调管理与人的集成。
（六）智能化
智能化是制造技术的发展趋势之一。智能制造技术(IMT)是将人工智能融入制造过程的各个环节，在整个制造过程中贯彻智力活动，使系统柔性的方式集成起来，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，在受到外界干扰或内部激励能自动调整其参数，以达到最佳状态和具备自组织能力。
五、结论
现代制造技术是现代技术和工业创新的集成，是国家制造业的水平的主要标志，也是国家工业的基础和支柱。随着社会的发展，人们对产品的要求也发生了很大变化，要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求，就必须采用先进的机械制造技术。因此，我们应抓住机遇，了解我国机械制造技术的发展现状，把握现代机械制造技术的发展趋势，使我国现代制造业与世界发达国家站在同一起跑线上
