浅谈先进制造技术的应用发展趋势

浅谈先进制造技术的应用发展趋势摘要:本文简要介绍了先进制造技术的国内外发展现状以及分类、特点，详细阐述了先进制造技术的发展趋势及利用现代信息技术和管理技术构建先进制造系统，提出了当前制造信息系统信息集成存在的问题，并提出了相应的解决措施。关键词:先进制造技术;发展现状;发展趋势Abstract：Thispaperbrieflyintroducesthedevelopmentstatusandclassificationandharacteristicsofad-vancedmanufacturingtechnologyathomeandabroadandexplainsthetrendofit•Secondly，itconstructanad-vancedmanufacturingsystembyusingmodeminformationtechnologyandmanagementtechonology.Lastly，itpointsouttheproblemsofcurrentmanufacturinginformationsystem,andprovidesrelatedsuggestions.1.先进制造技术概述先进制造技术AMT(AdvancedManufacturingTechnology)是传统制造业不断吸收机械、信息、材料及现代管理技术等方面最新成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程’实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想的技术效果、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。先进制造技术对国民经济发展和增强国防实力具有极为重要的影响，无论是工业发达国家、新兴工业化国家还是发展中国家，都十分重视先进制造技术的发展，积极制订有关的发展策略、规划和计划，投人大量经费，并配合相关的政策,促进和引导先进制造技术的发展和应用。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，被广泛应用于制造业的各个领域,使制造技术发生质的飞跃,制造生产模式发生了重大的改变。正是为了实现这种生产模式的转变，先进制造技术应运而生。其中研究方向集中于计算机集成制造、智能制造、敏捷制造及绿色制造等先进制造技术2.各国发展情况和研究进展世界各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先进制造技术: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。德国是工业强国，与美国、欧洲、亚洲（尤其是日本)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-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。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“新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、日本在机械制造技术上新一轮的竞争。3.先进制造的主要研究方向目前国际上对先进制造的研究主要从以下6个方面展开:纳米技术，精密、超精密加工,快速原型技术，智能制造技术，敏捷制造技术，微电子制造技术。具体表现为:①纳米技术的研发与应用受到各国的高度重视;②精密、超精密加工技术是现代制造工艺技术的核心技术;③快速原型技术是一项新兴技术，是近20年来制造技术领域的一次重大突破;④智能制造技术越来越受到各国的重视，是制造领域的一个新热点;⑤敏捷制造技术是对传统柔性生产技术的延伸和发展，它提出了虚拟制造（即模拟仿真）的新概念。随着计算机性能的飞速提高，计算机图形学和图象处理技术的进步，形成了虚拟制造（即模拟仿真）新热点。而成形制造的模拟仿真又成为成形制造领域的研究热点;⑥微电子制造技术已成为新一代电子制造的关键技术，如欧洲的MEDEA计划和MEDEA+计划是发展微电子技术的重要举措，极大的促进了欧洲微电子工业的发展。(1)纳米技术①美国方面，专门制定了国家纳米技术（NNI)计划。该计划作为联邦政府科技研究与开发的第一优先计划，研发经费高达4.95亿美元。其中有5个突破点:纳米结构的特性，合成与加工，表征与操纵，建模和模拟,器件和系统。由美国国家标准及技术局推出的基于信息制造计划（IBMP)的子计划中，提到了基于原子标准的纳米制造。另外纳米技术在美国制造工程实验室（MEL)计划中，被列为8个具有战略意义的研究计划之一;②日本方面，日本的“国家支柱技术十大重点战略目标”着重发展10个关键领域的科学技术中就包括纳米技术。并提高了纳米科技预算和产业合作，在日本2004年会计年度中，纳米科技预算增长了3.1个百分点,达到8亿7500万美元。同时两个主要负责日本纳米科技研发计划的政府部会,其预算也都有增长。日本厚生劳动省制定了中期医疗科研计划，根据计划，日本准备将基因解析、纳米技术和医疗技术相融合。目前，纳米技术医疗办公室已经成立，负责开发直接用于患病部位的纳米级医药、图像诊断技术、微小医疗器械和操作技术等。日本政府从2002年度起实施“纳米医疗器械开发计划”，开发毫米级的内窥镜等各种微型医疗器械。其中具体开发项目有:直径1mm的微型内窥镜等能够到达体内深处的微型医疗器械、能够观察蛋白质活动状态的超精细图像装置、能够高效地把药物送到病灶细胞的投药系统等;③欧盟方面，欧盟《第六个框架计划》显著加大了对纳米科技的投人，将投资13亿欧元用于纳米材料研发，主要涉及纳米电子设备、碳纳米管、生物传感器、分子诊断、原子显微镜和纳米合成材料等。其预期的行动在纳米科学方面有:超分子结构和大分子、纳米生物技术在诸如健康、化学、能源和环境中的应用;④法国方面，法国组建纳米技术大型中心网络。该大型中心网络的目标是支持基础性的技术研究、配备创新和有效的技术平台、可提供不同领域的应用。优先领域为:微电子与纳米电子、纳米技术、光子、技术集成和微系统与纳米系统。该领域总经费为1.4亿欧元。法国国家科研中心决定重点研究的5大交叉学科领域中，纳米物体与纳米尺度材料的观测与操纵方面是优先研究方向。其中包括:纳米物体和结构材料的制作，纳米物体、纳米结构。(2)智能制造技术智能控制器及系统是美国的先进制造科学技术（AMSTI)计划中的重要项目计划之一。其耗资5亿美元，历时3年。这个研究领域将扩展政府对微电子加工技术、感知推理系统的投资，并为利用这些技术能力的人们提供一个集成化的界面系统。那些能够成功有效地将传感器、软件、控制器和计算机配上智能系统的工业必将如同计算机产生一样发动一场新的革命;下一代智能制造单元与设备是先进制造技术计划（AMT)的集成创新重点领域;在美国制造工程实验室（MEL)计划中，移动系统的智能控制是发展重点。该计划侧重各种先进移动设备的智能控制系统的开发，减少操作成本,提高安全性，减少人员伤亡,拓宽使用领域如材料处理。4.我国先进制造技术的发展状况在设计方面，计算机辅助设计(CAD)技术普及化。狀浦助设计(CAD)技术,是电子信息技术的一^重要组成部分，是促进科研成果的开发和转化,促进传统产业和学科的更新和改造，实现设计自动化,增强企业及其产品在市场上竞争能力，加速国民经济发展和国防现代化的一项关键性高新技术,也是进一步向集成制造(CIMS)发展的重要技术基础。CAD技术的广泛应用，提高了我国企业整体的设计*平和产品开发能力。以三维CAD和产品数据管理为重点，在软件市场和企业应用方面得到充分的发挥。在应用方面，各种高新技术发展迅速,并取得了显著的成效。主要表现在以下几个方面:快速原型制造技术由起步迈向成熟，应用初具规模;精密成形与加工技术水平显著提高,在汽车零部件、重大装配制造中获得广泛应用;热加工工艺模拟优化技术取得重要进展，使材料热加工由“技艺”走向“科学”;激光加工在基础研究和技术开发方面有实质性进展，产业应用获得经济效益;数控技术取得歌要进展,国内市场占有率有所提卨;现场总线智能仪表研究开发获重要进展，应用已有一定的基础;现代集成制造系统研究和应用取得突破，在国际i：已占有一席之地。5.先进制造技术的发展趋势5.1信息化信息化是制造技术发展的生长点，信息技术正在以人们难以想象的速度卨速发展。5.2精密化现代卨新技术产品需要高精度制造，社会的发展对机械产品的质量提出了越来越卨的要求。这决定了发展精密加工、超精密加工技术是机械制造未来的一个重点。5.3集成化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i只集成和企业间的集成。5.4柔性化柔性化不仅是指企业的制造技术柔性化，还包括生产方式柔性化細性化。5.5动态化由于先进制造技术本身是针对一定的应用目标、不断吸收各种高薪技术逐渐形成、不断发展的新技术,因而其内涵不是绝对的和一成不变的。5.6虚拟化虚拟化是指在计算机内对产品、工艺和整个企业的性能进行仿真、建模和分析,在虚拟制造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,提高对市场变化的响应能力。5.7智能化智能制造是指综合利用各个学科、各种先进技术和方法,解决和处理制造系统中的各种问题。系统能领会设计人员的意图，能够检测失误，回答问题，提出建议方案等。5.8绿色化绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源利用的一种现代制造模式。5.9快速化快速化是指对市场的快速响应，对生产的快速重组。它要求生产模式有高度的柔性与高度敏捷性。快速化能强有力地推动着制造技术的进步与发展,它是先进制造技术发展的“动力”。5.10全球化先进制造技术的竞争正在导致制造业在全球范围内的重组,新的制造模式不断出现，更加强调实现优质、高效、清洁、灵活的生产。6.结束语制造业是国家经济和综合国力的基础,被称为“立国之本”。经过近几十年的发展，我国的制造工业已经取得了长足的进步。但和先进闰家相比还存在很大差距。主要表现在:技术投人相对不足，原有技术基础和研究开发能力薄弱，制造业产品落后，技术水平低,信息含量少,更新换代慢，以及市场营销、经营管理、人才素质相对落后,缺乏国际竞争能力等方面。面对这样形势，我们必须注重科技人才的培养,大力发展对高