先进制造技术及其发展

3 AMT的现状

    AMT是现代技术和工业创新的集成和典范，是国家制造业水准的主要标志，是国家工业的基础和支柱。目前，世界各工业发达国家已充分认识到发展AMT的重要性和紧迫感，纷纷对此进行广泛深入的研究，展开了激烈的竞争。各种创新成果和先进技术不断涌现。它们主要包括：计算机集成制造系统(computer integrated manufacturing system，C1MS)，敏捷制造(agile manufacturing，AM)，并行工程(concurrent engineering，CE)，虚拟制造(virtual manufacturing，VIM)以及可持续发展技术等等。

    a)CIMS是现代信息技术条件下的新一代制造系统。

    它以计算机来辅助制造系统的集成，以充分的、及时的信息交流或信息共享将企业的设计、工艺、生产车间以及供销和管理部门集成为一个有机的整体，使他们相互协调地运作，以提高产品品质，缩短产品开发周期，提高生产效率，确保企业的整体效益，提高企业的竞争能力和生存能力。

    b)CE是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。

    在传统的串行开发过程中，设计中的问题或不足，要分别在加工、装配或售后服务中才能被发现，然后再修改设计，改进加工、装配或售后服务(包括维修服务)。而CE就是将设计、工艺和制造结合在一起，利用计算机互联网并行作业，大大缩短生产周期(图2)。

图2串、并行工程时序的比较

    c)AM是指企业实现敏捷生产经营的一种制造哲理和生产模式。AM包括产品制造机械系统的柔性、员工授权、制造商和供应商关系、总体品质管理及企业重构。AM是借助于计算机网络和信息集成基础结构，构造有多个企业参加的“VM”环境，以竞争合作的原则，在虚拟制造环境下动态选择合作伙伴，组成面向任务的虚拟公司，进行快速和最佳生产。

    d)VM是虚拟现实(virtual reality，VR)技术在制造中的应用。VM实际上是一种计算机科学技术，以信息技术、仿真技术、VR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。VM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，在VM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。VM技术是CE，AM，精益生产的支撑技术，是品质工程实现的有力保证。

    e)可持续设计是在生态哲学的指导下，将设计行为纳入“社会一经济一环境一人类”的系统中，既实现社会价值又保护人与自然的共同繁荣，旨在平衡环境、社会、经济三方面的设计实践和设计管理。可持续设计包含并超越了传统的产品设计，并代表了人类对传统产品设计的新思考，是产品设计学科的新的发展方向。目前可持续设计并不成熟，主要设计工具有生命周期评价(LCA)；面向环境的设计(DFE)；面向材料选择的设计(DFMS)；面向拆装的设计(DFD)；面向回收的设计(DFR)等，可持续设计可以说是人类文明的巨大进步。

4 先进制造的发展趋势

    先进制造业追求的目标是：高品质、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，ATM的发展趋势应体现在以下几个方面：

    a)制造技术向自动化与智能化方向发展：随着电子技术、信息技术和计算机技术的发展，推动了制造技术向更深层次发展。基于CAD／CAM技术的CIMS是制造业自动化的一个重要方向。CIMS通过CAX(CAD，CAPP，CAE，CAM)系统和PDM系统，进行产品的数字化设计、仿真，并结合数字化制造设备，进行自动加工，并采用MRPIVERP系统，对整个企业的物流、资金流、管理信息流和人力资源进行数字化管理。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，在外界干扰或内部激励下能自动调整其参数，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、保证品质和降低成本。

    b)精密成形与加工：精密加工、超精密加工技术、微型机械是AMT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技术发展。纳米技术已在纳米机械学、纳米电子学和纳米材料技术得到了应用。

    c)新型特种加工方法的形成：特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、光能、热能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法。它包括激光加工技术、电子束加工技术、离子束加工技术、等离子加工技术、电加工技术等。今后，特种加工将从实际出发，在融合传统技术和现代技术的基础上大力开发特种加工领域中的新方法，包括微细加工和复合加工。

    d)制造业中广泛应用VM技术和柔性制造技术：制造过程中的VM是指面向产品生产过程的模拟和检验。VM的核心是计算机仿真，通过仿真软件来模拟真实系统，以保证产品设计和产品工艺的合理性，保证产品制造的成功和生产周期，发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。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。

    e)网络化和全球化：随着网络通讯技术的迅速发展和普及，企业的产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售等都可以异地或跨越国界进行。此外，网络通讯技术的快速发展，加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习，推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。因此制造业发展的必然是由网络化迅速向全球化迈进。

    f)实施无污染绿色制造：绿色制造是通过绿色生产过程、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响，同时使原材料和能源的利用效率达到最高。对于目前世界资源紧张，环境恶化的现状以及人类的持续发展的要求来讲，绿色制造是必然的趋势。

5 结语

    AMT充分体现了一个国家的生产技术水平和现代化程度，是国际间经济竞争和科技竞争的重要手段，发达国家都把它作为优先发展的领域。只有跟上发展AMT的世界潮流，将其放在战略优先地位，并以足够的力度予以实施，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。■（责编：Catherine）

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