先进制造技术及其发展研究

张剑， 欧阳陵江

（1.湖南网络工程职业学院，长沙 410004；2.湖南工业职业技术学院，长沙 410208）

0 引言

制造业作为现代国民经济和综合国力的重要支柱，无论在发达国家还是发展中国家它都是竞争核心，国内生产总值有将近5成是制造业产生的。因此，国家的制造生产水平从某种意义上来讲已经成为了衡量其综合国力的标准。在20世纪80年代，美国根据当时其制造业面临的挑战，本着激励国家经济的快速发展，提升制造业的竞争力为原则提出了先进制造技术（Advanced Manufacturing Technology，简称AMT）一词。由于制造技术在不断地发展更新，所以到目前为止仍然没有一个相对明确的定义。但经过对其内涵、特点特征等各个方面进行分析后，基本可以做出如下定义：先进制造技术是以人为主体，计算机技术为辅，旨在提高综合效率，在传统制造业的基础上不断吸收机械、计算机与通信、电子、控制理论、材料、环保以及现代系统管理技术等相关领域的科研成就，使其在最初的产品设计、开发研制、后期质量保证、项目管理及销售与售后服务等环节得以运用，以达到产品质量保证、绿色环保、在市场上具有强竞争力制造技术的总称。先进制造技术有5大特点：1）面向21世纪的制造技术。先进制造技术较传统技术而言，更加适应于信息化时代的特征，它有传统制造技术的优点，并且在传统制造技术的基础上能够有效地控制制造系统中的物质流、价值流和信息流的工程技术。2）集成人、技术、管理。所谓先进就是在人、技术、管理三者有效地合成时所达到的一种状态。实践证明，先进制造技术不仅仅是一门技术，没有很好的组织管理，人员的作用很难在生产中有比较明显的提升。故而，人、技术、管理在先进制造技术中的综合应用能显著提高整个制造系统运行的稳定性，使整个生产管理、组织更加合理化。3）计算机技术、信息技术、现代系统管理技术的应用。如今的制造业更加注重这三个方面的应用，在生产设计、制造和生产组织管理等方面能够更加系统化、模块化。4）多学科交叉的产物。如今的生产模式不在局限于某一单方面上的内容，多专业、多学科交叉融合而成的系统综合技术更加适应现代生产的模式。先进制造技术集机械、信息、电子和管理等技术与一体的新兴技术。5）更加注重环保因素。随着各行各业的发展，环境因素必须考虑在内。“绿色产品”是运用先进制造技术的最好佐证，对资源利用、对环境影响及对人体有无危害等在内问题是先进制造技术更加注重的因素。

1 先进制造技术的体系结构

制造业是整个工业生产的核心，它带动着国家的经济向前发展。而制造技术是发展制造业并且提高相应产品的竞争力的一个重要因素，它是生产资料、生产工具、现代生产装备及技术的依托。经过长期的发展，形成了一个相对完整的高新技术群，我们称之为体系结构。其具体是由3个大的技术群组成：主体技术群、支撑技术群、制造基础设施技术群。3个技术群很好地阐述了先进制造技术的体系结构，同时，这3个技术群不是相对独立的，它们是层层包含。在三者相互融合的情况下，才能更好地发展先进制造技术。那么这3个技术群具体包含哪些内容呢？下面就作以详细的剖析。

1.1 主体技术群

主体技术群作为现代制造技术的中心，其包括两个主要部分：产品设计技术和制造加工工艺技术。简言之，一个侧重点在设计制造上，一个侧重点在工艺上。我们都知道，一个产品除了要有其基本的功能，我们往往要求其能够在使用、制造、后续维护方面性能达到最优，那么除了满足基本的功能要求之外还必须有一定的工艺要求。先进制造技术的核心就在于此。

面向制造的设计技术群通常指生产制造准备阶段的工具群和技术群。产品和制造工艺的设计往往可以通过一些工具来完成，如计算机辅助设计，工艺过程建模和仿真。在生产过程中，从开始的设计，到实际生产及后续试验平台都可以采取先进技术来更加有效地完成。

面向工艺的设计技术群通常指实体产品的生产过程和设备。传统的生产方式如注塑成型、铸、锻、焊、车、铣、磨等都是其制造过程中必须考虑的工艺技术。随着高新技术的不断发展及渗入，传统的制造工艺和装备正在发生质变。所以除了上述传统常规加工工艺及装备，还包括高速超高速加工工艺及装备、精密与纳米级的加工工艺及装备、特种加工（如激光、电化学、离子束、超声波等）工艺及装备等等。

1.2 支撑技术群

支撑技术群是保证产品在研发设计、加工制造、生产工艺等方面的核心技术群，它在整个产过程中提供了一系列的技术支撑。生产的基本环节如试验检测、相关物料及成品的运输、生产计划的控制、包装等都需要支撑技术群提供相应的技术去完成。主体技术群稳定运行的前提是拥有与之对应的支撑技术群。这一技术群是主体技术群不断取得进步的相关技术，如信息技术（计算机技术、数据库技术、多媒体技术、软件工程、人工智能、决策支持等），标准和框架（数据、产品定义、工艺、检测标准、接口框架等），机床和工具技术，传感器和控制技术等。

1.3 制造基础设施

制造基础设施是使先进制造技术更好地在不同企业中应用，在不同环境下最大限度发挥其作用，使企业更好地管理调度人员配置的一个基本环节。制造基础设施是先进制造技术中不可或缺的一部分，它是先进制造技术中与企业管理体制和使用技术的人员细条工作的一个系统工程。其具体包括品质管理、用户供应商交互作用、工作人员培训教育、全局检测和基准考评、技术的获取和利用等。

先进制造技术的体系结构大体如上，在制造基础设施的技术之上拥有相应的支撑技术群，以此为主体技术群铺好基石。在三者的融合之下形成一个由传统的制造技术与以信息技术为核心的现代科学技术。

2 先进制造技术的发展现状及问题

先进制造技术显然已成为衡量一个国家制造业水平的一个基准，它集现代化技术与工业创新与一体，是国家制造业的基础与支柱。当前世界各个工业发达的国家应经逐步认识到先进制造技术的重要性。当前制造科学要解决的问题有以下几点。

1）日益复杂的制造系统结构。与传统的生产不同，现代化的制造业集成了许多不同领域的技术，使制造系统达到反应快、应变快的效果。在信息科学、生命科学、社会科学等不同领域吸收科研成果，摸索出能够使先进制造技术在现代化生产工业中稳定高速运行的生产机制。制造系统新的体系结构对包括企业厂家分析调研市场的能力、响应速度，对制造加工企业基础的生产设备的柔性和动态重组能力在内的相关方面提出了更高的要求。

2）大量涌现出的多样智能制造技术。为满足生产需要，更加智能的生产技术不断涌现，这既能够在一定程度上满足某方面的生产要求，但从另一方面来说，它带来的也是一种挑战。这些智能技术包括基于生物进化算法的计算智能工具，智能调度，智能控制，智能工业规划及诊断。同时，随着工业机器人的越来越成熟，智能化的制造生产也日益成熟。

3）日益庞杂的制造信息量。在当今这个信息化的社会，各行各业都离不开信息的急速更新，在量上面也是急速攀升。那么信息的处理已成为现代制造科学发展的一个侧重点。制造信息的涌现往往是多维度、多面性的。那么对制造信息的接收处理、相关管制、加工和制造业相关知识的管理，海量数据的传播需要进一步改善，以满足当今日益庞杂的制造信息量。这些问题的重点突破可成为先进制造技术的基础研究体系，它们是产品创新的关键理论问题。

3 先进制造技术的发展趋势

与传统制造相比，新理念、新技术的融合是先进制造技术的一大特点。只有这些技术能够满足当前生产的要求，它才能够为之运用。现代制造技术的优越性有几点表现：1）适应市场变化快速和多样化；2）以小规模高速运转，缩短制造周期，提高制造速度；3）拥有优质、高效、低耗、清洁、低成本、更加人性化的特点；4）集成信息技术、计算机技术、系统管理技术与一体，更好地体现出技术的优势；5）企业组织更加有机化、柔性化。由此可见，先进制造技术无论从需求的一方还是到生产的一方，它都能够从产品的功能、质量、成本、服务等几个方面提高企业在整个制造业中的竞争力。这是先进制造技术以体现出的优势，当然，后续的发展将以此为基础使整个制造业往更加科学的方向迈进。

先进制造技术的发展趋势有八化：一体化、柔性化、智能化、信息化、网络化、虚拟化、绿色化、全球化。所谓一体化是在计算机技术的基础之上，综合运用信息技术、自动化技术、现代生产技术、系统工程技术和管理技术，全面提高企业的生产管理水平、产品质量和经济效益。柔性化主要是在制造系统中体现出来，模块化设计是提高企业制造自动化系统柔性的重要方法和导向。现如今是信息网络时代，所以先进制造技术的发展趋势也会朝着信息化和虚拟化的方向发展。更加智能的制造技术是传统生产发展至今的必然趋势，智能生产逐步取代手工生产。另外，环保因素是先进制造技术的重点，所以它的发展也离不开绿色化。在当今网络时代，包括产品的设计研发、生产制造、后期销售在内的各个环节都可以在异地乃至跨国进行，因此制造业的发展必定由网络化向全球化迅猛发展。

4 结语

先进制造技术是一个国家制造业发展强盛的关键，它在某一层面上反映了一个国家生产技术水平和现代化程度，是国际间经济竞争的一个重要手段，所以发展先进制造技术是任何时刻都不能懈怠的。一些发达国家早已将之作为优先发展的领域，那么我们就应该努力发展更新先进制造技术，去学习发达国家在这方面取得成功的案例，同时不忘自主创新，使之更加符合我国的制造业的特点。只有充分认识到先进制造技术的重要性，紧跟先进制造技术的在国际上的发展脚步，实行长期战略实施计划，才能够在发展迅猛的今天稳中求进。

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