我国先进制造技术的发展及关键

先进制造技术学习报告 21081010 任建成 第一章 我国先进制造技术的发展 一、 概述 　　我国制造业产值占国民生产总值的40％，预计未来15年内制造业的年平均增长率将高于国民生产总值的年平均增长率。随着市场的全球化、多样化以及信息时代的到来，振兴国家的经济、提高综合国力的根本动力在于制造业的振兴。 　　对于制造业而言，竞争的核心是创新工艺和创新产品。进入90年代以来，各国都把制造 技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，如美国的先进制造技术AMTP、日本的智能制造技术（IMS）国际合作计划、韩国的高级先进技术国家计划（G－7）和欧共体的ESPRIT和BRITE－EURAM计划。面临着市场、信息、环境和资源的严峻挑战，我国制造业的紧迫任务是要提高企业产品市场竞争力。而产品竞争力的关键在于创新，“设计是制造业的灵魂”，现代的设计理论和方法是我国制造业发展的首要问题。 　　二、 先进制造技术的内涵与外延 　　先进制造技术（Advanced Manufacturing Technology，AMT）是在制造全过程以及制造理念上融入信息科学、电子科学，计算机科学、材料科学、环境科学等新的知识和技术，产生出与传统的面向制造的生产技术有本质区别的，面向市场、面向用户的涵盖从设计、制造、生产管理、产品维护以至到报废的整个生产周期的集成制造技术，以实现快速、灵活、高效、清洁的生产模式。 　　先进制造技术是一个大制造的概念，涵盖了市场分析、产品设计、工艺规划、制造装配、监控、质量保证、生产管理、售后服务等整个生产过程。综合国内外在先进制造技术领域的发展，其外延归结如下。 　　1．现代设计理论和方法 　　市场竞争对产品设计的要求是要面向市场、面向用户的。并行工程（CE）的设计方法，以及由此派生出的一系列新的设计理念，如面向制造的设计（Design for Manufacturability，DFM）、面向装配的设计（Design for Assembly，DFA）、面向检测的设计（Design for Testability）、可负担性设计（Design for Affordability）、绿色设计等，使设计与制造系统的全过程相结合，产品开发的重点向产品设计过程转移，使设计涵盖了从产品概念设计到产品报废处理的整个生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户需求，并通过CAD/CAPP/CAM、快速原型制造（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM）、虚拟制造技术（Virtual Manufacturing，VM）等在设计的初期对产品的结构、工艺进行优化，对产品的性能进行预测。 　　2．先进的加工制造技术 　　产品的加工制造是AMT的基础，是实现快速、灵活地生产出创新产品的主体，进入90年代以来，加工制造技术有以下的发展趋势： 　　（1）精密成形技术 包括精密铸造、精密锻造、精密焊接以及精密超精密机加工。 　　（2）特种加工技术 如激光、电子、离子束、高压水束、电化学及电火花加工技术。 　　（3）快速原型制造技术RPM（Rapid Prototyping manufacturing）。 （4）CAD/CAE/CAM/PDM集成的制造系统。 　　（5）柔性快速制造系统FMS。 　　（6）微米/纳米加工技术。 　　（7）少无污染制造与报废产品的可拆卸重组技术。 　　（8）制造过程自动化 如数控（NC）技术、CIMS，虚拟制造（Virtual Manufacturing）、全能制造（Holonic Manufacturing）、智能制造（Intelligent Manufacturing）、敏捷制造（Agile Manufacturing）、智能4M（Modeling，Manufacturing，Measurement，Manipulation）技术等。 　　3．先进的生产资源管理模式 　　制造企业从社会大市场中获得资金、物资、人才等资源，又将资源转化为某种社会需求的产品，因而制造企业必须用最少的资源消耗，获取最大的增值。有效的资源获取、转换和分配就成为制造企业经营活动的主要内容，如编制满足需求数量和交付期的计划，监督和控制该计划的实现，并且保证资源的分配最合理和消耗最少。从60年代初的物料需求计划（Material Requirement Planning，MRP）到制造资源计划（Manufacturing Resource Planning，MRPⅡ），以至准时化生产（Just-In-time，JIT）、企业资源计划（Enterprise Resources Planning，ERP），形成以MRPⅡ/ERP为代表的，以信息技术为基础的，包含先进管理哲理、理论和方法的，进行企业资源计划与控制的高度集成的管理信息系统，成为对企业影响深远的战略工具。 　　同时，产品的质量已经成为企业生存的命脉，对制造全过程进行质量管理，把形成产品质量的设计试制过程、制造过程、辅助生产过程、使用过程都管起来的全面质量管理（Total Quality Control，TQC）应运而生，它不仅全面提高产品质量，而且还要保证使用质量，把质量管理从原来的生产制造过程扩展到市场调研、质量发展规划、研究开发、设计、试制、试验、工艺技术、原材料供应、检测仪表、生产、工序控制、成品检验、包装、销售、用户服务等各个环节。 　　三、 我国发展先进制造技术的经验和教训 　　1．产品的研究开发与生产制造过程脱节 　　制造业中广泛存在市场意识淡薄的问题。长期以来，产品品种单调，竞争力不强，特别是市场需求对企业的要求不能有效地反映在技术创新上，科研、教育机构对企业的技术需求也认识不够，这也反映了国家科技政策中对技术服务于市场才能创造新的生产力的忽视，最终的结果表现为官、产、学、研的脱节。 　　2．国外先进制造技术的引进与国产化弱的矛盾 　　一是我国在引进先进制造技术的过程中，很多企业存在盲目引进的状况，不注重引进后的消化吸收，而且在一些具体技术的引进中，买到的技术往往要有一定的滞后性，如果不能很好的消化吸收并进行提升的话，只能是“引进一代，落后一代”。 　　二是在引进中“重硬轻软”，大型生产线、设备引进的巨大投资与对先进的管理机制、管理模式的忽视很不协调，这在汽车、船舶、机床等行业都普遍存在。以MRPⅡ为例，在引进上投入的巨资达80亿，但用得好的企业并不多。因为MRPⅡ并不单纯是一个硬件的先进程度和计算机用得好不好的问题，更重要的是其内涵的管理思想和模式。 3．设计开发的方法和手段落后 　　当前世界上现代的设计理论和方法已经形成体系，如全寿命设计、绿色设计、可靠性设计等，将生产的全过程和环保等要求贯穿于设计中。而我国的大多数企业还是停留在经验设计阶段，缺乏自主开发能力，即使在开发成功的机电 .aspx" title="产品" style="text-decoration:underline;color:blue">产品中，也有相当一部分是要利用国外的技术。 　　从设计手段上来讲，以CAD技术为例，大多数企业还是局限在甩图板的水平。而目前的世界水平已经达到三维快速实体造型、结构强度分析以及工艺优化的整体设计。第一架无图纸、无样机上天的飞机――波音777，开创了制造技术史上的新时代。当前工业发达国家的CAD技术普及率已达到60％，而我们国家平均仅为5％左右，无论从质上还是量上都亟待发展。 　　四、 先进的设计理论、方法和手段是发展我国先进制造技术的关键 　　缺乏自主开发能力，产品缺乏市场竞争力是我国制造业的突出问题。如果没有好的产品，再好的CIMS系统、柔性加工系统，或者MRPⅡ、ERP以及TQC、并行工程等用得再好，企业也无法生存。因此，发展先进制造技术的首要问题是更新传统的设计方式，建立基于知识、面向市场的设计。 　　现代的设计是基于知识的设计，知识信息以数字化的形式存在于设计制造过程。产品和工艺越来越复杂，包含越来越多的规则，要求多个远程的组织和个人进行协同设计。而且，对产品可靠性和安全性的进一步认识要求更安全的设计；对环境恶化与全球人口膨胀的认识要求更具有环境友好性的产品和工艺设计；对可持续性发展的认识也要求对产品报废后的可回收性进行设计。以下对我国未来21世纪工程设计理论和技术进行分析。 　　1．设计决策的准确评价与虚拟技术 　　设计是一个建立在决策理论上的、基于规则的决策过程，决策理论包含三方面的因素：决策目标选项的获取与识别、选项结果的预估或期望、优选项的确定过程中参数或取值的使用。对设计的评价需要各方面的分析，如有限元分析、传热分析、流体分析等，所使用的技术主要依赖计算机技术，而虚拟设计（Virtual Design）就是未来有潜力的进行设计决策评价的有效工具。 　　CAD通常只考虑产品各个子部件的几何特征和相互间的几何约束。而虚拟技术在虚拟现实（VR）的环境中，将安全性、人机工程学、易维护性和装配等多种所需满足的条件集成到设计过程中一并考虑。这一技术以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支持，在产品进入物质流程以前，在信息流程中通过对虚拟环境下的软产品原型（Soft prototype）进行感受、试验，对产品将来的性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短设计开发周期，降低开发成本，提高企业的快速响应能力。 　　虚拟设计将制造信息加入到产品设计与工艺设计过程中，以优化产品设计及工艺过程，其发展趋势有： 　　（1） 产品及工艺建模，通过映射、抽象等方法提取产品实施中各活动所需的模型，建立将工艺参数与影响制造功能的产品设计属性联系起来的，包括物理和数学模型、统计模型、计算机工艺仿真、制造数据表和制造规则的工艺模型。 （2） 仿真技术，利用产品建模仿真、设计过程规划仿真、设计思维过程和设计交互行为仿真，对设计结果进行评价，实现设计过程的早期反馈。 　　（3） 以互联网为基础，建立虚拟研究开发中心、虚拟企业，将异地的研究开发力量和经济实体联系起来，以联合设计和资源共享为制造提供全球性的技术支持。 　　2．并行设计（Concurrent Design） 　　并行工程（Concurring Engineering，CE）的首要目的，就是通过各生产准备部门的并行工作，而使产品的生产技术准备时间显著缩短。其次，由于各部门的工作同步进行，各种相关问题在生产准备阶段便能得到及时沟通和解决，不至于将问题拖到日后正式投产时才暴露，防止对生产可能造成的极大损失。从这一意义上说，CE还有保证并提高产品质量的功能，而且缩短生产准备时间，有利于降低成本。 　　现行的CAD技术是一种顺序设计，往往不能排除实际生产中屡见不鲜的工程更改问题。这种工程更改往往导致在制品半途而废、已准备好的工艺装备不能使用，从而造成不应有的生产中断、生产费用增加以及产品交货期的延迟。CE这种系统的集成方法，在现行CAD的基础上，根据企业的不同考虑，进一步发展DFX设计方法，如面向制造的设计、面向装配的设计、面向检测的设计、可负担性设计等。目的是使设计人员在新产品的设计阶段便考虑到它们应该易于制造、装配和检测维修，从而使新产品在制造与装配过程中的工程更改减少到最小程度。 　　如何有效地将产品仿真模型的几何信息转化为制造信息是并行设计的关键，由CAD产生模型的几何信息通过处理、转换后，生成制造模型后直接用于可制造性评价、数控编程，CAD/CAPP/CAM的一体化使设计和制造在制造模型辅助下并行地进行。并行工程的思想要求CAD将不再只是单纯的利用计算机软件绘图，而是要利用先进的计算机技术，进行产品的三维实体造型、机构学分析、结构强度的校核、制造工艺的优化等全方位的设计，是C3P（CAD/CAE/CAM/PDM）以及CAPP技术的整合，并以RPM及VM等技术与制造过程相衔接。 　　3．协同设计与设计信息管理 　　在设计过程中，设计数据及设计所需的各种文件需要方便快捷的数据库来管理和维护，而且现代的工程设计已经成为由多个远程的团队和个体进行协同工作的过程，这些团队包括不同组织的设计人员，他们的设计目标往往有一定的交叉，因而，从数学上理解，协同设计是一种合作决策。在这种合作中，多个设计人员要同时对设计数据库进行访问和修改，并且，由一个设计人员所作的修改能迅速更新并为其他人员所获得。为实现这种协同设计，要由计算机网络通信技术保证优质的传输、有效的信息集成和快速安全的通信，如SDRC公司在其刚刚发布的I-DEALS7.0版本中，增加了利用普通浏览器从网络上查阅产品设计信息的功能，为远程的协同工作提供支持。 　　4．全寿命设计的思想 　　现代产品设计要求对设计、制造、装配、安装、维护、报废等产品的整个生命周期进行综合考虑，全寿命设计是面向产品的整个生命周期中的多个目标进行设计，以满足市场、用户、资源、环境的多方要求。一辆汽车出厂后，后边的运行、维修，一直到报废都是设计中要考虑的问题。 在全寿命设计中，设计对象是一个时变的系统，不仅设计师要知道设计对象的时变规律，而且要让用户随时知道产品使用过程中当前的状况，因此，对重大的产品，要考虑其状态监测和故障诊断功能，对状态稳定要求高的产品，状态补偿和控制结构也是必然考虑的因素。 　　5．绿色设计 　　制造业的可持续性发展是全球可持续性发展战略的重要组成部分。绿色设计是以节省资源和保护环境为指导思想的一种新的工业设计方法。传统的产品设计制造往往忽略了对自然环境的影响，使得越来越多的有害废弃物轻易地进入环境而在无形中破坏了环境，在原料取得、制造、销售过程中随处可见废弃物。若不将最终消费者的行为计算在整个过程内，仍然有许多可再制或再生的资源未经使用就被废弃了 。全球环境的日益恶化使制造业面临如何在获取最大效益的同时，提高资源的利用率、减少废弃物排放的挑战。 　　 围绕绿色设计这一设计思想，国际上还提出了环境意识的设计与制造（Environmentally Conscious Design and Manufacturing，ECD&M）、面向环境的设计与制造（Design and Manufacturing For Environment D&MFE）、生态工厂（Ecofactory）、清洁化生产(Clean Production)等概念，它们的研究都是全球可持续发展战略在制造业中的体现。 　　绿色设计要考虑以下的因素： 　 （1）环境友好 在制造和使用过程中对人体无害，对生态环境无影响，人体环境舒适、友好。1993年，美国三大汽车公司联合实施清洁车计划（Clean Car Initiative），提高燃料效率、应用轻型、可回收材料和减少大气污染的催化剂。 　 （2）节省资源 节省材料、能源和人力资源，尽可能利用可再生或易于再生的资源，如太阳能、可再生生物资源（以不破坏生态平衡为准）和信息资源，使产品在使用过程中能耗低。 　 （3）可回收性 采用面向拆卸以及回收再利用（Design for Disassembly and Recycle）的设计方法，并且要尽可能地减少使用材料种类，选用可回收、可分解材料，以利于产品在报废后分类回收和循环再利用。 先进制造技术的发展趋势及先进制造模式 1、机械制造业的发展趋势 先进的制造业是将物料、能源、设备、资金、技术、信息和人力等制造资源通过先进的制造技术、先进的管理技术和先进的制造过程转变成人类需求产品的行业。行业追求的目标是：高质量、高效率、高柔性、低成本、低劳动力、低消耗、品种多和规格全的产品，因此，面向21世纪的机械制造技术的发展趋势体现在以下几个方面： 1.1 精密化 精密加工、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。美国1997年首次制造出直径仅为60 μm的静电微型电机，以及几十微米的微型齿轮、弹簧及微型机构。武汉大学研制成纳米级超微电极，将其插入活体细胞后首次测出细胞内部神经递质的动态信息。目前各国科学家正在进行微型机器人的研究，微型机器人可以潜入人体血管、脏器去疏通血管、诊治疾病［2］。据国外预测，21世纪将是微型机械电子技术和微型机器人的时代，因此有人将纳米技术与微型机械称为21世纪的核心技术。 1.2 自动化 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。同时自动化开始面向中小型企业，以经济实用为出发点，满足不断发展的产品多样化和个性化需要。 1.3 信息化 信息、物质和能量是制造系统的三要素。随着计算机、自动化与通讯网络技术在制造系统中的应用，信息的作用越来越重要。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21世纪高柔性生产的需要。 1.4 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、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。柔性制造自动化的形式很多，如美国提出的敏捷制造(AM)其主线就是高柔性生产。上海同济大学张曙教授提出的独立制造岛(AMI)也是高柔性生产模式。 1.5 集成化 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，同时还要强调入的集成，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。集成化生产将成为面向21世纪占主导的生产方式。 1.6 智能化 智能化是面向21世纪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，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。例如机器人加工就是将机床与机器人、传感器、控制器组合而成的智能制造系统，它具有信息处理和知觉反馈、决策能力，可同时控制指挥多种操作，从而能提高效率、保证质量和降低成本。智能化是柔性自动化和集成自动化的新发展和重要组成部分。 2、先进的制造模式 机械制造业发展趋势表明，只有采用先进的制造技术并能实施在相匹配的制造模式中才能符合上述的趋势。制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作模式。 2.1 精良生产(LP)与独立制造岛(AMI) 90年代美国麻省理工学院(MIT)提出精良生产(LP)概念。它的特征是：①重视客户需求，以最快的速度和适宣的价格提供质量优良的适销新产品去占领市场，并向客户提供优质服务。②重视人的作用，强调一专多能，推行小组自治工作制，赋予每个工人有一定的独立自主权，运行企业文化。③精简一切生产中不创造价值的工作，减少管理层次，精简组织结构，简化产品开发过程和生产过程，减少非生产费用，强调一体化质量保证。④精益求精、持续不断的改进生产、降低成本、零废品、零库存和产品品种多样化。 独立制造岛是张曙教授根据在引进先进技术的同时，必须改革生产组织的角度提出新的生产模式。独立制造岛的技术构思是：以GT为基础，以 NC机床为核心，强调信息流的自动化和以人为中心的生产模式，它的特征是：组织、人员和技术三者的有机集成，面向车间、权力下放、综合治理，并以获经济效益为主要目标。AMI是发展中国家走向工厂自动化的重要途径，它的推广对中国机械制造业转向市场机制，参与国际竞争意义重大。 2.2 敏捷制造与虚拟制造 美国通用汽车公司与里海大学于1988年提出了敏捷制造(AM)，AM是在不可预测的持续变化的竞争环境中取得繁荣成长，并具有能对客户需求的产品和服务驱动市场作出迅速响应的生产模式。 AM的特征是：①企业间联作集成。充分发挥各企业的长处，针对限定市场的目标要求共同合作完成任务。②具有高度的制造柔性。制造柔性是指制造企业对市场要求迅速转产和能实现产品多品种变批量的快速制造。③充分发挥人的作用，不断提高企业职工素质和教育水平，优化人机功能分配。 虚拟制造(VM)是国际上提出的新概念。VM与AM联系密切。VM的特征是：当市场新的机遇出现时，组织几个有关公司联作，把不同的公司，不同地点的工厂或车间重新组织协调工作。在运行之前必须分析组合是否最优，能否协调运行，以及投产后的效益和风险进行评估，这种联作公司称虚拟公司。虚拟公司通过虚拟制造系统运行。因此研究开发虚拟制造技术(VMT)和虚拟制造系统(VMS)意义重大，美国称AM为21世纪制造业发展战略。 2.3 集成制造与智能制造 美国哈林顿博士在“计算机和集成制造”一书中提出计算机和集成制造(CIM)的概念。集成制造的核心内容是：制造企业从市场预测、产品设计、加工制造、经营管理直至售后服务是一个不可分割的整体，需要统筹考虑。整个制造过程的实质是信息采集、传递和加工过程，最终生产的产品可看作是信息的物质表现。集成是CIM的核心，这种集成不仅是物的集成，更主要的是以信息集成为特征的技术集成和功能集成，计算机是集成的工具，计算机和辅助各单元技术是集成的基础，信息交换是桥梁，信息共享是关键。集成的目的在于制造企业组织结构和运行方式的合理化和最优化，以提高企业对市场变化的动态响应速度，并追求最高整体效益和长期效益。 智能制造(IM)是美国出版研究IM和IMS书籍中首先提出的。它的特征是：在制造工业的各个环节的高度柔性与高度集成的方式，通过计算机和模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承与发展。制造智能的目的是：通过集成知识工程、制造软件系统、机器人视觉和机器人控制来对制造工人的技能与人类专家知识进行建模，以使智能机器能够在没有人干预的情况下进行小批量生产。 3、存在差距和实施策略 改革开放20年，通过技术改造和引进国外先进制造技术，使我国的制造工业有了长足的进步，但和先进国家相比还存在很大差距，表现在：技改投入相对不足，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。面对这样形势，发展先进制造技术、实施先进的制造模式已经到了刻不容缓的地步。为了使我国的制造业站在世界先进行列，必须采取相适应的措施和策略。 (l) 人才是关键。发展和推广先进的制造技术、实施先进的制造模式人才是关键。我国是社会主义市场经济体制，研究先进制造技术和先进的生产模式其根本目的是制造出有竞争力的产品去占领国内市场和国际市场，科技人员必须强化市场意识，因此人才的培养要注意市场导向。要有产业观念、企业观念、信息观念、竞争观念和效益观念。科技人员要懂得市场营销、经营管理和经济法。要拓宽学科领域，更新教育内容与方法，培养一支了解和掌握机械工程科学的前沿技术人才，加速先进制造技术的推广和实施，为市场经济服务。 对于企业职工要建立培训、考核上岗制度，提高他们的知识和技能。企业一方面为职工创造工作条件和晋升途径，另一方面又要施加工作压力，给每个职工独立自主权，满足他们学习新知识和新技术的愿望，从而形成独特的和有竞争意识的企业文化。 (2) 加强政策与法规建设，建立强有力的宏观调控机制。在市场经济环境下，国家仍应制订科学的制造产业规划和制造技术进步的总体规划，以及相应的法规政策。避免重复建设、重复生产和重复引进的事情发生，要尽可能减少和避免市场盲目竞争造成的损失。继续鼓励科技创新政策，一些技术改造和先进技术推广，仍需国家给予支持。对于引进外资，建立合资企业，应有利于我国制造技术的发展，有利于提高产品在国际市场上有竞争力为原则。 (3) 发展适应我国国情的生产模式。对于一些先进的制造技术和先进的制造模式，要根据我国现实存在的技术水平和能力向前发展，避免盲目的追求目前实施有一定困难的理想的先进科学制造技术。例如我国的人工智能(AI)的研究尚处于低级和起步阶段，进展困难，其理由是我们对人类思维活动的实质尚知甚少，基于人工智能的智能机器，在智能水平上，远远不能与人类专家智能相比，因此想以人工智能全面取代制造过程中人类专家智能，进行独立分析、判断和决策等任务是不现实的［4］，这只是未来的发展方向。目前要积极发展适应我国国情的制造模式。如1988年张曙教授提出的独立制造岛(AMI)和1996年张伯鹏教授等人提出的面向21世纪的制造模式——QLRF模式，是值得推广的先进制造模式，是在市场经济环境下使企业走向自动化的重要途径。 (4) 建立与发展我国自主的 NC，MC， CAD，CAM，FMS，CAT，CIM，IMS等制造自动化单元技术，结合实际情况实现现有成熟技术的有效结合。同时要有组织有计划的引进先进制造技术进行消化和吸收。对于引进的并行工程(CE)、敏捷制造(AM)、精良生产(LP)、智能制造( IM)等先进制造模式要根据它们的技术构思和特征开发创新成适合我国国情的生产模式，(如独立制造岛)以使企业适应市场经济的需要。 (5) 提高制造业现代化管理水平。现代管理核心是信息管理、物质管理、质量管理、生产过程管理和市场信息管理、加强企业人才的培养同时与国际接轨，开展ISO9000系列管理体系认证，加快现代企业制度改革，为先进制造技术的发展奠定良好的基础。 先进制造技术的系统整体性及其发展动态 先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源及现代管理等方面的科技成果，并将其综合应用于制造行业的产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务等的制造全过程，以实现优质、精良、快速、灵活生产，并取得理想技术经济效果的制造技术群的总称。 改革开放20多年，通过技术改造和引进国外先进制造技术，我国的制造工业有了长足的进步，但和先进国家相比还存在很大差距，表现在：技改投入相对不足，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。面对这样形势，发展先进制造技术、实施先进制造模式已经刻不容缓。但实施和发展先进制造技术及先进制造模式不是买几套先进的制造设备就可以解决问题，而是一项系统、全面的工程，必须综合考虑先进制造技术和先进制造模式的特点，并结合实际，处理好技术、管理、组织和人的关系，真正使先进制造技术及先进制造模式的先进性得到发挥。 2先进制造技术的系统整体性 2.1应用目的整体性 先进制造技术首先是具有很强实用性的新技术。先进制造技术有着明确的需求导向特征，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和促进国家经济增长和综合实力为目标。所以先进制造技术是追求总体效果的技术综合，具有明确的系统目的性。 2.2应用范围全局性 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。在使用先进制造技术时往往要系统地考虑到产品制造的全过程，覆盖了从产品设计、生产准备、加工与装配、销售使用、维修服务直至回收再生的整个过程，而且要考虑到整个的制造组织的几乎所有软硬件设施，还要实现可持续发展，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。无论从横向和纵向看，先进制造技术的应用均具有全局性。 2.3系统动态性 由于先进制造技术在发展时是针对一定的应用目标，不断吸收各种高新技术逐渐形成的，它是不断发展的，因而其内涵不是绝对的和一成不变的，反映在不同的时期，其技术程度和自身特点不完全相同；反映在不同的国家和地区，其重点发展的目标和内容也不尽相同。通过重点发展某些内容来实现某地区或某些行业的制造技术的跨越式发展，对我国具有特殊的意义。 2.4系统整体性 传统制造技术的学科和专业间的界限分明，相互独立；而先进制造技术则包括设计技术、自动化技术、系统管理技术等，专业和学科间不断渗透、交叉、融合，界线逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术于一体的新型交叉学科，是综合多种学科技术的“制造工程”。 3正确发展先进制造技术 3.1总体优化，追求总体目标 先进制造技术是复杂的系统，内部有多个要素：人、技术、管理、资金、工具、物料、信息等，各要素起的作 用是不同的，要正确处理各要素之间的矛盾，各要素之间要协同工作。先进制造技术的先进性与各要素息息相关，任何一个要素的产生的瓶颈均可导致整个系统性能下降。 在一个先进制造技术系统中，不能单独优化各个要素，然后求和，而是要采用特定的协调方法，将各个要素的性能反馈给系统，用系统总目标衡量，而且要采取动态目标，随任务不同追求总体优化。在一个先进制造技术的系统中，即使每个要素不是很完善，但它们可以协调综合成为具有良好功能的系统。反之，即使各个要素都是良好的，但作为整体却可能不具备某种良好的性能，这个系统也不是完善的。 3.2结合实际 先进制造技术是相对的，具有一定的功能和目的性。一定的先进制造技术必须在相应的环境中才能发挥其优异的先进性。衡量先进制造技术的指标也是相对和特定的。对先进制造技术或先进制造模式的运行要进行跟踪评价并随时根据外界变化做出动态调整，优化系统的运行质量，并保障其先进性不致太快落伍。先进制造技术的发展要结合国情及厂情，结合用户需求、市场导向、本单位的发展方向，根据现存的技术水平、生产水平和企业能力，考虑先进制造技术能否发挥其优越性，以及对方案的技术经济可行性进行多方论证，避免盲目的追求目前实施有一定困难的理想的先进制造技术，力求使方案优化并切实可行。如有些厂花数千万美元引进的自动化生产线和大型设备的某些重要的控制台却不使用甚至被拆下而代之以人工操作，5~6轴的加工中心只用于2~3轴加工。所有这些都是在发展先进制造技术时没有结合实际造成的，既造成了经济上的浪费，更造成了技术上的浪费，使投入不能产生相应的产出。发展先进制造技术时，必须考虑提高企业适应环境变化及对市场瞬变的快速反应能力来发展企业的柔性战略，不能让先进制造技术束缚了自己，应该利用先进制造技术来降低企业的战略惯性，并应用先进制造技术快速调整企业内部的控制系统。 3.3不否定传统制造技术 先进制造技术是在传统制造技术的基础上发展起来的，并与新技术实现了局部或系统集成，它吸收了传统制造技术中成熟的和优秀的部分，并逐步完善。在发展先进制造技术时，不能全盘否定传统制造技术，尽可能减少和避免市场盲目竞争造成的损失。要鼓励科技创新，在传统制造技术的基础上通过技术改造，并适当引用新技术，发展适合自己的先进制造技术。同时要有组织有计划的对引进的先进制造技术进行消化和吸收。 3.4运作需要先进的制造模式相匹配 信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，使得先进的制造技术和制造模式不断发展。制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作模式。先进制造技术的运作需要一定的支撑环境，那就是先进制造模式。一种先进的制造模式除了考虑产品的设计、制造全过程外，还需要更好地考虑到整个的制造组织。 先进制造生产模式的进展，开始从以技术为中心向以人为中心转变；从金字塔式的多层次生产向扁平的网络结构转变；从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变；从按功能划分部门的固定组织形式向动态的、自主管理的小组工作组织形式转变；从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变。机械制造业发展趋势表明，只有采用先进的制造技术并实施与其相匹配的制造模式才能发挥先进制造技术的优越性。 3.5以人为中心 人、技术、管理、信息是先进制造技术中的关键要素，各要素之间是集成的，是相互适应、相互促动并共同发展。传统制造强调以技术为主导，强调工厂、机器、设备等硬件是企业最重要的资源和最有价值的东西。先进制造则强调以人为本，确立人是制造过程的中心，只有人才能使先进制造技术的优越性和先进性得以最大发挥。先进制造技术强调要充分发挥人的主观能动性，同时又促进人的积极性和创造性的发挥，促进人自身的全面发展。 3.6目的是提高对市场的响应速度 敏捷性是衡量企业对市场变化做出快速反应能力大小的指标。通过实施先进的制造技术和制造模式，可以使企业大大提高企业跟踪商务环境变化的能力，能在不可预测的持续变化的竞争环境中使企业繁荣和成长，并具有面对由顾客需求的产品和服务驱动的市场做出迅速响应的能力。先进制造技术的实施可在一定程度上提高企业的信息化程度，为实现敏捷制造打下基础。 敏捷制造是一种先进的制造模式，当市场出现新的机遇时，通过不同的公司，不同地点的工厂或车间的动态联盟，可以重新组织协调工作。敏捷制造具有高度的制造柔性，对市场能够迅速响应并能实现产品多品种变批量的快速制造。 4先进制造技术的发展趋势 4.1信息技术越来越重要 随着计算机、自动化及网络技术在制造系统中的应用，信息的作用越来越重要。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。信息技术使制造技术的技术含量提高，使传统制造技术发生质的变化。信息技术正在向制造技术注入和融合，促进制造技术不断发展。信息技术对制造技术发展的作用目前已占第一位。信息技术也促进着设计技术的现代化，加工制造的精密化、快速化，自动化技术的柔性化、智能化，整个制造过程的网络化、全球化。各种先进生产模式如CIMS、并行工程、精益生产、敏捷制造、虚拟企业与虚拟制造，也无不以信息技术的发展为支撑。通过信息交换和信息共享，企业生产的柔性和敏捷性大大提高。 4.2集成程度越来越高 先进制造技术的集成不仅是物的集成，更主要的是以信息集成为特征的技术集成和功能集成，集成的目的在于使先进制造技术的组织结构和运行方式更加合理化和最优化，提高对外界变化的动态响应速度，并追求整体目标的最高。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。先进制造技术的集成不是简单的连接，是经过统一规划设计，分析原技术和单元系统的作用和相互关系并进行优化重组而实现的。先进制造技术的集成促进了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。 先进制造技术的集成程度越来越高，使得专业、学科间的界限逐渐淡化、消失。先进制造技术的不断发展，使加工、检测、物流、装配过程，设计、制造过程等逐步走向一体化，专业车间、专用设备的概念逐渐淡化，不同专业的技术甚至设备集成为先进制造技术逐渐增多。先进制造技术的高度柔性与高度集成，使得系统越来越复杂，由于计算机、知识工程及制造软件系统的使用，一些先进制造技术的智能化越来越高，能够进行分析、判断、推理、构思和决策，可以在没有人干预的情况下进行制造生产。 4.3趋向绿色制造 先进制造技术在整个制造过程，应该大大减少能耗及对环境的负面影响，使得废弃物和有害物质的排放最小，对资源利用效率最高，这也是绿色制造。日趋严格的环境与资源的约束，使绿色制造业显得越来越重要，绿色制造将成为先进制造技术的重要特征。先进制造技术应该充分体现绿色制造，使产品在生命周期符合环保、人类健康、能耗低、资源利用率高的要求。 4.4越来越多使用虚拟技术 虚拟技术在先进制造技术中的应用主要包括虚拟制造技术和虚拟企业两个部分。虚拟制造实际上是一种计算机科学技术，以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支柱，在产品设计或制造系统的物理实现之前，就能使人体会到或感觉到未来产品的性能或者制造系统的状态，从而可以做出前瞻性的决策与优化实施方案。从本质上讲虚拟制造技术是对真实制造过程的动态模拟、仿真，是在计算机上制造数字化产品，经过模拟仿真对产品外形设计、布局设计、加工及装配过程达到优化产品的设计及工艺过程、优化制造环境配置和生产供给计划、优化制造过程并改进制造系统的目的，用来改善各个层次的决策和控制。虚拟制造从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的 传统制造模式。在产品真正制出之前，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，提高系统快速响应市场变化的能力。最新的进展是在并行工程环境下，开展虚拟成形制造，使得在产品的设计完成时，成形制造的准备工作也同时完成。 虚拟企业是为了快速响应某一市场需求，将产品涉及到的不同企业临时组建成为一个没有围墙、超越空间约束、靠计算机网络联系、统一指挥的合作经济实体。虚拟企业的特点是企业的功能上不完整、地域上分散和组织结构上非永久，它是实现敏捷制造的有效手段。由于市场的全球化，企业必须不断创新产品及优化制造过程，快速响应客户要求，才能取得竞争上的优势。同时，企业不可能也不必做每一件事、每一个部件和每一个制造过程，而必须寻找合适的合作伙伴。其最终目标是利用不同地区的现有生产资源，把它们迅速组合成一种没有界限的、靠电子手段联系的经营实体，以便快速推出高质量、低成本的新产品。 5结论 先进制造技术比先进制造技术已成为多学科交叉融合一体化的技术系统，并趋向更高的综合，信息对它的作用越来越重要，先进制造技术更多的考虑环保要求。 先进制造技术是一个复杂的系统，对系统内部的各个要素要采用协调的方法，追求总体优化。它比传统的制造技术更加重视技术与管理的结合，更加重视人的中心作用。发展先进制造技术时要结合国情和厂情，并且先进制造技术的运作需要先进的制造模式相匹配。