先进制造技术论文Word格式文档下载.docx

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摘要：

本文介绍了先进制造技术的一些基础，以及先进制造技术的特点，在现在的国家竞争中，先进制造技术的发展代表了科技的发达，所以先进制造技术在现代的社会发展中很重要。

一、概论

先进制造技术（AdvancedManufacturingTechnology）,人们往往用AMT来概括由于微电子技术、自动化技术、信息技术等给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。

具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。

主要包括：

计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。

AMT是制造业企业取得竞争优势的必要条件之一，但并非充分条件，其优势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管理，有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。

机械制造业是国民经济最重要的基础产业,而机械制造技术的不断创新则是机械工业发展的技术基础和动力。

先进制造技术是制造业21世纪发展的方向。

制造业为了在竞争激烈的全球市场求得生存与发展，必须能够更好地满足市场所提出的T、Q、C、S要求，即要以最短的产品开发周期（Time），最优质的产品质量（Quality），最低廉的制造成本（Cost）和最好的技术支持与售后服务（Service）来赢得市场与用户．面对不可预测、持续发展、多变的市场需求，企业的生产活动必须具有高度的柔性。

中国经济经过30年改革开放的快速增长，取得了令世人瞩目的骄人业绩，综合国力和经济总量位居世界前列。

自20世纪80年代以来，我国制造业取得了长足的发展。

目前，中国正成为“世界工厂”，承接全世界制造业的转移。

据相关资料表明，世界上国家之间的经济竞争，先进制造技术是重要的竞争手段之一。

其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上。

随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而我国非常重视对先进制造技术的研究。

制造业是国国民经济和综合国力的重要支柱产业，其生产总值占国民生产总值（GDP）的40%左右。

本文将详细介绍先进制造技术的含义、特点以在我国的发展状况和发展趋势。

先进制造技术的含义及其特点

1、含义

先进制造技术涉及的技术领域广泛，它是由多学科高新技术集成的制造工程学。

制造技术基础设施是指为了管理好各种适当的技术群的开发并鼓励这些技术在整个国家工业（基地）内推广应用而采取的各种方案和机制。

由于技术只有应用适当地会产生效用,所以其技术基础设施的各要素和基本技术本身同样重要。

这些要素包括了车间工人、工程技术人员和管理人员在各种先进生产技术和方案方面的培训和教育,这些技术和方案将提高企业的生产竞争力。

可以说,制造技术的基础设施是使制造技术适应具体企业应用环境充分发挥其功能、取得最佳效益的一系列措施,是使先进的制造技术与企业组织管理体制和使用技术的人员协调工作的系统工程,是先进制造技术生长和壮大的土壤,因而是其不可分割的一个组成部分。

先进制造技术是促进科技和经济发展的基础。

先进制造技术（AMT）是以人为主体，以计算机技术为支柱，以提高综合效益为目的，是传统制造业不断地吸收机械、信息、材料、能源、环保等高新技术及现代系统管理技术等方面最新的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，并取得理想技术经济效果的前沿制造技术的总称。

2、特点

（1）先进制造技术是制造技术的最新发展阶段,是面向21世纪的技术制造业是社会物质文明的保证,是与人类社会一起动态发展的,因此,制造技术必然也将随着科技进步而不断更新。

先进制造技术是制造技术的最新发展阶段,是由传统的制造技术发展而来,保持了过去制造技术中的有效要素;

但随着高新技术的渗入和制造环境的变化,已经产生了质了变化,先进制造技术是制造技术与现代高新技术结合而产生的一个完整的技术群,是一类具有明确范畴的新的技术领域,是面向21世纪的技术。

（2）先进制造技术是面向工业应用的技术先进制造技术应能适合于在工业企业推广并可取得很好的经济效益,先进制造技术的发展往往是针对某一具体的制造业（如汽车工业、电子工业）的需求而发展起来的适用的先进制造技术,有明显的需求导向的特征。

先进制造技术不是以追求技术的高新度为目的,而是注重产生最好的实践效果,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。

（3）先进制造技术是面向全球竞争的目前每一国家都处于全球化市场中。

一个国家的先进制造技术是支持该国制造业在全球范围市场的竞争力。

因此,先进制造技术的主体应具有世界水平。

但是,每个国家的国情也将影响到从现有的制造技术水平向先进制造技术的过渡战略和措施。

我国正在以前所未有的速度进入全球化的国际市场,开发和应用适合国情的先进制造技术势在必行。

三、发展中的关键技术

（1）成组技术（GT）揭示和利用事物间的相似性，按照一定的准则分类成组，同组事物采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术，称为成组技术。

在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的基础，将成组哲理用于设计、制造和管理等整个生产系统，改变多品种小批量生产方式，获得最大的经济效益。

成组技术的核心是成组工艺，它是将结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族制定工艺进行加工，扩大批量、减少品种、便于采用高效方法、提高劳动生产率。

零件的相似性是广义的，在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性，以基本相似性为基础，在制造、装配等生产、经营、管理等方面所导出的相似性，称为二次相似性或派生相似性。

（2）敏捷制造（AM）

　　敏捷制造（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。

敏捷制造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。

敏捷制造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。

（3）并行工程（CE）

　　并行工程（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）。

而并行工程就是将设计、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。

（4）快速成型技术（RPM）

　　快速成型技术（RPM）是集CAD/CAM技术、激光加工技术、数控技术和新材料等技术领域的最新成果于一体的零件原型制造技术。

它不同于传统的用材料去除方式制造零件的方法，而是用材料一层一层积累的方式构造零件模型。

它利用所要制造零件的三维CAD模型数据直接生成产品原型，并且可以方便地修改CAD模型后重新制造产品原型。

由于该技术不像传统的零件制造方法需要制作木模、塑料模和陶瓷模等，可以把零件原型的制造时间减少为几天、几小时，大大缩短了产品开发周期，减少了开发成本。

随着计算机技术的决速发展和三维CAD软件应用的不断推广，越来越多的产品基于三维CAD设计开发，使得快速成型技术的广泛应用成为可能。

速成形技术快已广泛应用于宇航、航空、汽车、通讯、医疗、电子、家电、玩具、军事装备、工业造型（雕刻）、建筑模型、机械行业等领域。

（5）虚拟制造技术（VMT）

　　虚拟制造技术（VMT）以计算机支持的建模、仿真技术为前提，对设计、加工制造、装配等全过程进行统一建模，在产品设计阶段，实时并行模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测出产品的性能、产品的制造技术、产品的可制造性与可装配性，从而更有效地、更经济地灵活组织生产，使工厂和车间的设计布局更合理、有效，以达到产品开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最高化。

虚拟制造技术填补了CAD/CAM技术与生产全过程、企业管理之间的技术缺口，把产品的工艺设计、作业计划、生产调度、制造过程、库存管理、成本[1]核算、零部件采购等企业生产经营活动在产品投入之前就在计算机上加以显示和评价，使设计人员和工程技术人员在产品真实制造之前，通过计算机虚拟产品来预见可能发生的问题和后果。

虚拟制造系统的关键是建模，即将现实环境下的物理系统映射为计算机环境下的虚拟系统。

虚拟制造系统生产的产品是虚拟产品，但具有真实产品所具有的一切特征。

（6）智能制造（IM）

　　智能制造（IM）是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术。

其具体表现为：

智能设计、智能加工、机器人操作、智能控制、智能工艺规划、智能调度与管理、智能装配、智能测量与诊断等。

它强调通过“智能设备”和“自治控制”来构造新一代的智能制造系统模式。

智能制造系统具有自律能力、自组织能力、自学习与自我优化能力、自修复能力，因而适应性极强，而且由于采用VR技术，人机界面更加友好。

因此，智能制造技术的研究开发对于提高生产效率与产品品质、降低成本，提高制造业市场应变能力、国家经济实力和国民生活水准，具有重要意义。

四、现代机械制造技术的现状

1.国外情况。

在制造业自动化发展方面,发达国家机械制造技术已经达到相当水平,实现了机械制造系统自动化。

产品设计普遍采用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助产品工程（CAE）和计算机仿真等手段,企业管理采用了科学的规范化的管理方法和手段,在加工技术方面也已实现了底层的自动化,包括广泛地采用加工中心（或数控技术）、自动引导小车（AGV）等。

在这个基础上再提高制造系统的自动化水平,对于改善企业的TQCS（T———尽量缩短产品的交货时间或提早新产品上市时间、Q———提高产品质量、C———降低产品成本、S——提高服务水平）已无明显的作用。

因此,近10余年来,发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找出路,提出了一系列新的制造系统，如计算机集成制造系统、智能制造系统、敏捷制造、并行工程等。

（1）计算机集成制造系统。

它是在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上，通过计算机及软件，将制造厂全部生产活动有关的各种分散的自动化系统有机地集成起来,并适合于多品种、中小批量产的总体高效率、高柔性的制造系统。

计算机集成制造系统在概念上，主要强调两点：

首先在功能上，它包含了一个工厂的全部生产经营活动,即从市场预测、产品设计、加工工艺、制造、管理至售后服务以及报废处理的全部活动。

因此它比传统的工厂自动化的范围要大得多，是一个复杂的大系统，是工厂自动化的发展方向。

其次,在集成上，它涉及的自动化不是工厂各个环节的自动化的简单叠加，而是在计算机网络和分布式数据库支持下的有机集成。

这种集成主要体现在以信息和功能为特征的技术集成，即信息集成和功能集成，以便缩短产品开发周期、提高质量、降低成本。

（2）智能制造系统。

是指将专家系统、模糊推理、人工神经网络等人工智能技术应用到制造系统中，以解决复杂的决策问题,提高制造系统的水平和实用性。

人工智能的作用是要代替熟练工人的技艺，学习工程技术人员的实践经验和知识，并用于解决生产中的实际问题，从而将工人、工程技术人员多年来积累起来的丰富而又宝贵的实践经验保存下来，在实际的生产中长期发挥作用。

（3）并行工程。

又称同步工程或同期工程,是针对传统的产品串行开发“（需求分析———概念设计———详细设计———过程设计———加工制造———试验检测———设计修改”的流程，称为产品从设计到制造的串行生产模式）过程而提出的一个概念、一种哲理和方法。

（4）敏捷制造。

又称灵捷制造、迅速制造和灵活制造等，它是将柔性生产技术、熟练掌握生产技能和有知识的劳动力与促进企业内部和企业之间相互合作的灵活管理集成在一起,通过所建立的共同基础结构,对迅速改变或无法预见的消费者需求和市场时机作出快速响应。

市场的快速响应是敏捷制造的核心。

五、先进制造技术在我国的发展状况

1、我国的装备制造业经过数十年努力，已具有相当规模，积累了大量的技术和经验。

但是随着经济全球化的发展，由于我国的巨大市场和丰富的劳动力资源，国外技术、资金、产品大量涌入，企业面临前所未有的国内外激烈的竞争局面。

竞争要求企业产品更新换代快，产品质量高，价格低，交货及时和服务好。

近年来，我国的制造业不断采用先进制造技术，但和工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。

（1）管理体制方面。

工业发达国家国有企业所占比重较小，绝大部分企业是规范的股份公司。

我国国有企业所占比重较大，装备制造业存在着带根本性的问题，制造业的人均劳动生产率远远落后于发达国家，产业主体技术依靠国外，国有企业深化改革远未到位，企业集中度低，大型骨干企业少，围绕大型骨干企业的中小企业群体也未形成。

（2）企业经营管理方面。

工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产（JIT）、灵敏制造（AM）、精益生产（LP）、并行工程（CE）等新的管理思想和技术。

我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数中小型企业仍处于经验管理阶段。

（3）产品开发设计方面。

工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术（CAD/CAM），大型企业开始无图纸的设计和生产。

我国采用CAD/CAM技术的比例较低。

在应用技术及技术集成方面的能力还比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后。

（4）加工制造工艺方面。

工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。

我国普及率不高，尚在开发、学习阶段。

例如：

在高速超高速加工的各关键领域如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、陶瓷滚动轴承等方面总体水平同国外尚有较大差距；

在超精密加工的效率、精度可靠性，特别是规格（大尺寸）和技术配套方面与国外比，还有相当大的差距。

（5）加工机床和自动化技术方面。

工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS），实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。

我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。

相比美国、德国和日本等机床发达国家，我国数控机床产品在设计水平、质量、精度、性能方面差距较大。

从整体上来说，我国数控机床与国外先进相差5～10年；

在高精尖技术方面的差距则达到了10～15年。

在高级数控系统、高速精密主轴单元、高速滚动部件和数控动力刀架等核心零部件方面，我国仍无法国产化，主要依赖于进口。

2、国内情况。

我国机械制造技术水平与发达国家相比还非常低，大约落后20年。

近十几年来，我国大力推广应用CIMS技术，20世纪90年代初期已建成研究环境，包括有CIMS实验工程中心和7个开放实验室。

在全国范围内，部署了CIMS的若干研究项目，诸如CIMS软件工程与标准化、开放式系统结构与发展战略，CIMS总体与集成技术、产品设计自动化、工艺设计自动化、柔性制造技术、管理与决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术以及系统理论和方法等专题。

各项研究均取得了丰硕成果，获得不同程度的进展。

但大部分大型机械制造企业和绝大部分中小型机械制造企业主要限于CAD和管理信息系统,因底层（车间层）基础自动化还十分薄弱,数控机床由于编程复杂，还没有真正发挥作用。

加工中心无论是数量还是利用率都很低。

可编程控制器的使用并不普及，工业机器人的应用还很有限。

因此，做好基础自动化的工作仍是我国制造企业一项十分紧迫而艰巨的任务。

我们在看到国际上制造业发展趋势的同时,还要立足于我国的实际情况,扎扎实实地把基础自动化工作搞上去，才能在稳步前进的基础上开展制造业自动化系统的研究与应用。

六、现代机械制造技术的发展趋势

现代机械制造技术的发展主要表现在两个方向上：

一是精密工程技术，以超精密加工的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表，将进入微型机械电子技术和微型机器人的时代；

二是机械制造的高度自动化，以CIMS和敏捷制造等的进一步发展为代表。

超精密加工的加工精度在2000年已达到0.001μm（1nm），在21世纪初开发的分子束生长技术、离子注入技术和材料合成、扫描隧道工程（STE）可使加工精度达到010003～010001μm（013～011nm），现在精密工程正向其终极目标---原子级精度的加工逼近，也就是说,可以做到移动原子级别的加工。

加工设备正向着高精、高速、多能、复合、控制智能化、安全环保等方向发展,在结构布局上也已突破了传统机床原有的格式。

日本Mazak公司在产品综合样本中展示出一种未来机床,该机床在外形上犹如太空飞行器，加工过程中噪音、油污、粉尘等将不再给环境带来危害。

随着技术、经济、信息、营销的全球化，我国加入WTO，纵观21世纪的制造业的发展趋势，进入21世纪，随着电子、信息等高新技术的不断发展，市场需求个性化与多样化，未来制造技术发展的总趋势将向精密化、信息化、网络化、虚拟化、智能化、绿色集成化、全球化的方向发展。

这也是我国机械装备制造业未来发展的方向。

1.全球化

制造的全球化,可以说是21世纪机械制造业自动化最重要的发展趋势[1]。

由于网络通讯技术的迅速发展和普及，正在给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。

产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行，实现制造的全球化。

第二个技术基础是集成化与标准化。

异地制造实际上是实现产品信息集成、功能集成、过程集成和企业集成。

实现集成的基础与关键是标准化，可以说没有标准化就没有全球化。

一方面，由于国际和国内市场上的激烈竞争，国内外已有不少装备制造企业，甚至是知名度很高的企业，在这种无情的竞争中纷纷落败；

另一方面，网络通讯技术的快速发展，推动了企业向着既竞争又合作的方向发展，这种发展进一步激化了国际间市场的竞争。

这两个原因的相互作用，已成为全球化制造业发展的动力，网络通讯技术使制造的全球化得以实现。

2.虚拟化

虚拟化是指设计过程中的拟实技术和制造过程中的虚拟技术。

虚拟化可以大大加快产品的开发速度和减少开发的风险。

虚拟化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。

虚拟化软件有可能形成21世纪大的软件产业。

制造过程中的虚拟技术，是面向产品生产过程的模拟和检验。

检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标，进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供给链及物流设计的建模和计算机仿真。

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。

3.绿色化

已经颁布实施的ISO9000系列国际质量标准和ISO14000国际环保标准为制造业提出了一个新的课题,就是快速实现制造的绿色化。

绿色制造则通过绿色生产过程（绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理）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。

绿色制造则通过绿色生产过程、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，使产品在生命周期符合环保、人类健康的要求，同时使原材料和能源的利用效率达到最高。

精密化。

精密化一方面指对产品、零件的精度要求越来越高；

另一方面指对产品、零件的加工精度要求越来越高。

加工精度及其发展可分为精密加工、细微加工、纳米加工等等。

20世纪初，超精密加工的误差是10μm，至今达到0.001μm，即1nm。

显然，没有先进制造技术，是无法实现的。

4、信息化

信息技术正在以人们想象不到的速度向前发展。

同时向制造技术注入和融合，促进着制造技术的不断发展。

可以说先进制造技术的形成与发展，无不与信息技术的应用与注入有关。

它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。

5、网络化

网络通讯技术的迅速发展和普及，给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。

产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓和产品销售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。

6、智能化

智能化是一个动态概念，主要表现在制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造技术和适应现代化生产模式的制造环境等方面。

智能制造系统既是智能和技术的集成而形成的应用环境，也是智能制造模式的载体。

7、集成化　　

集成是综合自动化的一个重要特征。

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，同时还要强调人的集成，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。

七、全球技术垄断与技术扩散背景下我国先进制造技术发展的策略选择

1、我国发展先进制造技术的现实研判

（1）、正确认识跨国公司在华R＆D机构的利弊，其先进制造技术控制战略决定我国的后发优势在于自主创新

有一种看法是：

跨国公司在华R＆D机构，凭借其资金、设备、技术、管理等优势，对中国科研机构和本土技术开发形成一定的压力，使我们在争夺市场和争夺人才的竞争中处于不利地位，但从长远和全局来看，跨国公司在华R＆D投资弥补了中国的研发资金缺口，带来了先进的技术和管理经验，有利于中国实现技术跨越式发展，有利于竞争人才市场的形成，是一个正和、“双赢”的博弈。

同时，跨国公司R＆D机构落户中国，对于我国的创新体系、创新水平等具有较大的溢出效应。

由此认定，中国已经成为外资企业的研发重地，是我国科技后发优势的依托。

这种看法具有一定的片面性。

由此可见，中国在外资企业研发战略上总体地位的低端性，不可能成为我国科技后发优势的依托，而且还带来两个方面的后果，一是逆向技术扩散效应。

外资企业研发机构的区位选择是我国专业技术程度较高的地区，这一布局给中国科技专业人对提供了高报酬的就业机会的同时，也因外资企业研发机构的磁吸作用，导致重点大学和科研机构新一轮人才流失和人才结构失衡。

例如我国每年培养的软件相关专业的毕业生有5万人，其中进外企或出国的占50%，国有企业流出的软件人员有44.7%流向外商或合资企业，有20.5%去国外深造。

在中国知识产权体系不完备的情况下，逆向技术扩散还可能是中国的部分保密技术泄露或转移到外资企业研发机构。

这种