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第1章先进制造技术概论12331.1先进制造技术的提出和发展1.2先进制造技术的内涵和体系结构1.3先进制造技术的发展趋势返回1.1先进制造技术的提出和发展先进制造技术(AdvancedManufacturingTechnology,AMT)这一概念是美国于20世纪80年代末期提出来的,其根本原因是由于美国竞争力不断减弱,贸易逆差剧增,许多美国原来占绝对优势的产品都在竞争中输给日本。为此,美国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,美国政府采取了一系列措施:1988年投资进行大规模的“21世纪制造业战略的研究”;克林顿总统也于1993年2月发表专题报告,提出“要促进先进制造技术的发展”;成立国家级、地区级、大学和企业等各种层次的先进制造技术协调、推广和应用研究中心。下一页返回1.1先进制造技术的提出和发展这些措施收到了良好的效果,如美国汽车制造水平大幅度提高,产量重新超过日本;总结并提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。自从美国提出先进制造技术这一概念以来,日本、西欧各国以及亚洲各新兴工业国家也相继做出了响应,纷纷将先进制造技术列为国家的高新技术和优先发展项目。1.1.2先进制造技术的发展概况1.美国在促进AMT的发展方面,美国走在世界的前面。20世纪90年代以来,其制定和实施了一系列发展AMT的科技政策、战略和规划。(1)六点行动上一页下一页返回1.1先进制造技术的提出和发展美国20世纪90年代科技政策的特点是:重视产业技术的发展,以制造业为中心,注重技术推广,强调产业整体技术水平和市场竞争能力的提高。美国总统克林顿关于发展先进制造技术提出六点行动:①对先进制造技术的研究开发提供更多的资助,开发新汽车和新建筑技术;②支持敏捷制造;③建立全国制造技术推广中心网;④促进本地区建立技术联盟;⑤促进制造工程教育的发展;⑥促进考虑环境的制造技术的发展。(2)先进制造技术计划上一页下一页返回1.1先进制造技术的提出和发展1993年,美国政府批准了由联邦科学、工程与技术协调委员会(FCCSET)主持实施的AMT计划。1994年,美国商务部国家标准与技术研究所(NIST)发起了面向制造应用的系统集成(SystemsIntegrationforManufacturingApplications,SIMA)计划,该计划属于美国政府实施的高性能计算与通信(HPCC)计划的一部分。NIST的所有7个实验室均参加了SIMA计划。该计划主要研究开发能够提高制造系统集成水平的相关技术与标准,到1995年,其已经开发、测试和演示验证了能将支持设计、规划和生产等企业活动的各种软件应用集成在一起的集成技术。利用这些集成技术,再结合网络通信技术来改造企业的制造系统,使它们成为模块化、开放式、可重构和智能化的系统。该计划的研究领域包括:上一页下一页返回1.1先进制造技术的提出和发展①制造系统环境,包括面向设计的信息协议、适用于电子元件信息交换的电子商务、框架集成、制造企业集成、生产/产品数据管理、快速反应制造、供应链集成、面向制造的虚拟环境及可视化等15个项目。②标准开发环境(SDE),包括应用协议开发环境、产品模型数据交换标准(StandardfortheExchangeofProductModelData,STEP)一致性测试和STEP实施原型3个项目。③试验平台与技术转让环境(TTTE),包括先进制造系统与网络测试平台、适用于评价与优化产品和工艺设计的分析工具等9个项目。(4)敏捷制造使能技术战略发展计划上一页下一页返回1.1先进制造技术的提出和发展1995年11月,美国正式发布了敏捷制造使能技术战略发展计划(TechnologiesEnablingAgileManufacturingStrategicPlan,TEAM),其每年投资3000万美元,该计划到1999年结束。美国国防部、美国国家标准与技术研究所、美国国家科学基金会等部门都参加了TEAM计划的实施。另外,,有3000多家私营企业、60多家公司、16所大学和国际财团以及许多政府机构直接参与了此项计划。2.德国德国是世界制造业的传统强国,以良好的质量和生产工艺闻名于世。制造业是德国重要的经济生产部门,其机械产品在国际市场上享有盛誉,产品占世界同类产品的1/5左右,研发获得的发明专利数量居世界首位。上一页下一页返回1.1先进制造技术的提出和发展3.日本为继续保持经济强国地位和经济持续发展势头,日本决定通过发展本国尖端技术、开拓现有技术来开发新产品、新工艺,创造新市场和新产业,力争成为一个以创造性科学技术为基础的国家。对于先进的、将成为竞争热点的预竞争力(Pre-competitive)以及能加强国家未来工业技术基础的计划,其主要由政府统一规划和协调。从20世纪80年代末期开始,日本相继出台了4项重大计划,即:(1)智能制造系统计划智能制造系统(IntelligentManufacturingSystem,IMS)计划是日本通产省(MITI)于1989年发起的一项国际合作研究计划,美国、加拿大、澳大利亚、欧共体和欧洲自由贸易联盟等国家和地区组织纷纷加入进来.上一页下一页返回1.1先进制造技术的提出和发展它是迄今为止制造业领域内最大的一项国际合作研究,其目标是全面展望21世纪先进制造技术的发展趋势,先行开发下一代制造技术,以解决全球制造业面临的共同问题,如提高产品质量和性能,促进科技成果转化,改善地球环境,推动全球制造、信息制造技术的体系化和标准化,快速响应制造业的全球化等。该计划先后经历了可行性研究(1992—1994年)和全面实施(1995—2005年)两个阶段。(2)未来计划1996年,日本文部省下属的日本科学振兴会(JSPS)发起未来计划(FutureProgram)。⑤通过将生命科学与化学技术的集成来生产新型材料(6个课题)。(3)风险企业型实验室计划1995年,日本文部省发起风险企业型实验室计划。该计划的主要目的是促进创新性研究开发活动,为新工业和风险企业培养年轻的科技人才。上一页下一页返回1.1先进制造技术的提出和发展该计划共资助了21所日本著名国立大学的实验室,这些实验室的研究领域以微型机械制造、虚拟现实硬件与软件技术、毫微米技术等为主。(4)促进创新性工业技术研究开发计划1995年,日本通产省新能源与工业技术开发组织(NEDO)发起促进创新性工业技术研究开发计划(NewIndustryCreativeTypeTechnologyR&DPromotionProgram)。4.英国英国政府在支持工程和技术规划(EngineeringandTechnologyProgramme)及制造系统工程(ManufacturingSystemEngineering)研究方面开展了如下先进制造技术研究:上一页下一页返回1.1先进制造技术的提出和发展5.韩国1991年年底,韩国政府提出了极先进技术国家计划(HighlyAdvancedNationalProject,HANP),由韩国科技部、工商部、能源部和交通部联合实施。该计划的目标是:到2000年把韩国的技术实力提高到世界一流工业发达国家水平。这一计划包括先进制造系统、新能源、电气车辆、人机接口技术等7个大项目,其中先进制造系统的含义是将市场需求、设计、制造和销售等集成在一起的系统。先进制造系统项目从1992年12月开始实施,为期10年,共分3个部分:基础技术,开发集成化的开放式系统、标准化技术以及系统性能评价方法;下一代加工系统,开发下一代加工设备、机械技术与生产工艺技术;电子产品的装配和检验技术,开发下一代印刷版装配和检验技术、高性能装配机构和制造系统、系统操作集成技术和智能技术等。上一页返回1.2先进制造技术的内涵和体系结构1.2.1先进制造技术的内涵和特点随着社会需求个性化、多样化的发展,生产规模沿小批量→大批量→多品种变批量的方向发展,以及以计算机为代表的高技术和现代化管理技术的引入、渗透与融化,不断地改变着传统制造技术的面貌和内涵,从而形成了先进制造技术。1.先进制造技术的内涵目前对先进制造技术尚没有一个明确的、一致公认的定义,经过近年来对发展先进制造技术方面开展的工作,通过对其特征的分析研究,可以认为:先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果,是将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁和灵活生产,提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。下一页返回1.2先进制造技术的内涵和体系结构2.先进制造技术的特点(1)先进制造技术的实用性先进制造技术最重要的特点在于,它首先是一项面向工业应用,具有很强实用性的新技术。先进制造技术的发展过程、其应用于制造全过程的范围和其达到的目标与效果,无不反映这是一项应用于制造业,并对制造业和国民经济的发展可以起重大作用的实用技术。先进制造技术的发展往往是针对某一具体的制造业(如汽车制造、电子工业)的需求而发展起来的先进、适用的制造技术,具有明确需求导向的特征;先进制造技术不是以追求技术的高新为目的,而是注重产生最好的实践效果,以提高效益为中心,以提高企业的竞争力、促进国家经济增长和增强国家综合实力为目标。(2)先进制造技术应用的广泛性上一页下一页返回1.2先进制造技术的内涵和体系结构先进制造技术相对传统制造技术在应用范围上的一个很大不同点在于,传统制造技术通常只是指各种将原材料变成成品的加工工艺,而先进制造技术虽然仍大量应用于加工和装配过程中,但由于其组成中包括了设计技术、自动化技术、系统管理技术,因而则将其综合应用于制造的全过程,覆盖了产品设计、生产准备、加工与装配、销售使用、维修服务甚至回收再生的整个过程。(3)先进制造技术的动态特征由于先进制造技术本身是针对一定的应用目标,不断地吸收各种高新技术逐渐形成和发展的新技术,因而其内涵不是绝对的、一成不变的。反映在不同的时期,先进制造技术有其自身的特点;反映在不同的国家和地区,先进制造技术有其本身重点发展的目标和内容,并通过重点内容的发展以实现这个国家和地区制造技术的跨越式发展。上一页下一页返回1.2先进制造技术的内涵和体系结构(4)先进制造技术的集成性传统制造技术的学科、专业单一独立,相互间的界限分明;先进制造技术由于专业和学科间的不断渗透、交叉、融合,界线逐渐淡化甚至消失,技术趋于系统化、集成化,并已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新型交叉学科,因此可以称其为“制造工程”。(5)先进制造技术的系统性传统制造技术一般只能驾驭生产过程中的物质流和能量流。随着微电子、信息技术的引入,先进制造技术还能驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的流动过程。(6)先进制造技术强调的是实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产上一页下一页返回1.2先进制造技术的内涵和体系结构先进制造技术的核心是优质、高效、低耗、清洁等基础制造技术,它是从传统的制造工艺发展起来的,并与新技术实现了局部或系统集成,其重要的特征是实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。(7)先进制造技术最终目标是要提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力为确保生产和经济效益持续稳步的提高能对市场变化做出更敏捷的反应,以及对最佳技术效益的追求,以提高企业的竞争能力,先进制造技术比传统的制造技术更加重视技术与管理的结合,更加重视制造过程组织和管理体制的简化以及合理化,从而产生了一系列先进的制造模式。随着世界自由贸易体制的进一步完善,以及全球交通运输体系和通信网络的建立,制造业将形成全球化与一体化的格局,新的先进制造技术也必将成为全球化的模式。上一页下一页返回1.2先进制造技术的内涵和体系结构1.2.2先进制造技术的体系结构