先進(jìn)制造技術(shù)與模式綜述

摘要：文章闡述了先進(jìn)制造的技術(shù)內(nèi)涵和技術(shù)特點(diǎn)，分析了幾種先進(jìn)的制造模式，并論述了先進(jìn)制造技術(shù)的主要發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：先進(jìn)制造技術(shù)；先進(jìn)制造模式；制造業(yè)

1 先進(jìn)制造技術(shù)概述

制造業(yè)是工業(yè)的主體，是生產(chǎn)工具、生活資料、科技手段、現(xiàn)代裝備及其技術(shù)進(jìn)步的依托，既占有基礎(chǔ)地位又處于發(fā)展核心，而制造技術(shù)則是發(fā)展制造業(yè)并提高其產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素[1]。

隨著制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的形勢(shì)，美國(guó)、日本、西歐、新加坡等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)以及部分新興工業(yè)國(guó)，都投入大量資金用于進(jìn)行先進(jìn)制造技術(shù)及其系統(tǒng)的研究開發(fā)，并將其列為國(guó)家的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。

1994年，美國(guó)投入14億美元研發(fā)經(jīng)費(fèi)將先進(jìn)制造技術(shù)作為重點(diǎn)扶持的科技領(lǐng)域，1996年，更是投入高達(dá)3420億美元的資金用于制造業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備更新投資；1986～1993年，日本投入3萬億美元進(jìn)行制造業(yè)的技術(shù)設(shè)備更新和工藝改造； 1991～1994年，歐共體投入74億美元進(jìn)行先進(jìn)制造技術(shù)探索與開發(fā)[2]。

2 先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵及特點(diǎn)

先進(jìn)制造技術(shù)，是指制造業(yè)不斷吸收現(xiàn)代信息技術(shù)及管理技術(shù)的成果，先進(jìn)制造技術(shù)綜合應(yīng)用于產(chǎn)品制造全過程，包括設(shè)計(jì)，加工，檢測(cè)，管理，銷售，使用，服務(wù)以及回收。目的是實(shí)現(xiàn)高效率，低耗能、更清潔、更敏捷的產(chǎn)品生產(chǎn)，提高在市場(chǎng)動(dòng)態(tài)多變的現(xiàn)實(shí)中的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。

現(xiàn)代裝備制造業(yè)的先進(jìn)制造技術(shù)，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的產(chǎn)物，具有“數(shù)、精、極、自、集、網(wǎng)、智、綠、信”等特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)，相互滲透，相互依賴，相互促進(jìn)。

其中，“數(shù)”是發(fā)展的核心，數(shù)字化制造是制造技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和管理科學(xué)相互融合的結(jié)果； “精”是發(fā)展的關(guān)鍵，精密化是指對(duì)產(chǎn)品，零件的精度要求以及產(chǎn)品零件的加工精度要求越來越高； “極”是發(fā)展的焦點(diǎn)，極端化是指需要在極端條件下工作，或者產(chǎn)品的要求比較極端；“自”是條件，自動(dòng)化是指從自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)辨認(rèn)等，發(fā)展到自學(xué)習(xí)、自組織、自維護(hù)、自修復(fù)等；“集”是發(fā)展的方法，集成化是指技術(shù)的集成、管理的集成、技術(shù)與管理的集成，其實(shí)質(zhì)是知識(shí)表現(xiàn)形式的集成，集成化主要指的是現(xiàn)代技術(shù)的集成，加工技術(shù)的集成，企業(yè)內(nèi)部與外部的集成、生物技術(shù)與制造技術(shù)的集成等；“網(wǎng)”是發(fā)展的道路，網(wǎng)絡(luò)化是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的必由之路，它由生產(chǎn)組織變革的需要，以及生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的可能這兩者共同決定；“智”是發(fā)展的前景，智能化是指系統(tǒng)具有人機(jī)一體化、自組織與超柔性、自我學(xué)習(xí)與維護(hù)及自律的特點(diǎn)、未來還需具有更高級(jí)類人思維能力；“綠”是發(fā)展的必然，綠色化目標(biāo)是使產(chǎn)品在整個(gè)周期中，包括設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響極小，資源利用率極高，從而使得企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化；“信”是發(fā)展的方向，信息化具有高科技，好效益，低消耗，優(yōu)資源的特點(diǎn)[3]。

3 先進(jìn)制造模式的研究

目前，世界上各發(fā)達(dá)國(guó)家正在進(jìn)行現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的探索與研究，同時(shí)也取得了很多成果，特別是在管理體制，經(jīng)營(yíng)理念，方案評(píng)價(jià)，方法建立，制造技術(shù)等方面探索研究后，提出了各種先進(jìn)制造的模式，主要有以下幾種：

（1）精益生產(chǎn)（LP）

精益生產(chǎn)不但是一種生產(chǎn)方式，更是一種運(yùn)用于現(xiàn)代制造業(yè)的組織管理方法。精益生產(chǎn)是通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、人員組織、運(yùn)行方式和市場(chǎng)供求等方面的變革，使生產(chǎn)系統(tǒng)能很快適應(yīng)用戶需求不斷變化，并能使生產(chǎn)過程中一切無用、多余的東西被精簡(jiǎn)，最終達(dá)到包括市場(chǎng)供銷在內(nèi)的生產(chǎn)的各方面最好結(jié)果的一種生產(chǎn)管理方式。與傳統(tǒng)的大生產(chǎn)方式不同，其特色是“多品種”，“小批量”。

（2）柔性制造（FM）

柔性制造適用于多品種、中小批量生產(chǎn)加工，是一種具有高柔性同時(shí)也是高自動(dòng)化的制造模式。柔性制造技術(shù)是對(duì)各種不同形狀加工對(duì)象實(shí)現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和。

（3）計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）

計(jì)算機(jī)集成制造是指以計(jì)算機(jī)為核心，將各種與制造相關(guān)的技術(shù)系統(tǒng)，集成在一起的信息技術(shù)，目的是使企業(yè)實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化，其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得以提高。

（4）智能制造（IM）

智能制造是指計(jì)算機(jī)模擬人類進(jìn)行分析，判斷，推理，構(gòu)思及其決策等智能活動(dòng)，并且把智能機(jī)器和這些活動(dòng)進(jìn)行有機(jī)融合，應(yīng)用于企業(yè)制造中的各子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)經(jīng)營(yíng)運(yùn)作的高柔性化和高集成化。

智能制造代替人類咋在制造過程中的部分腦力勞動(dòng)，并對(duì)這些智能信息進(jìn)行搜集，存儲(chǔ)，完善，共享，繼承與發(fā)展。

（5）敏捷制造（AM）

敏捷制造是指制造企業(yè)運(yùn)用通信手段，采用快速配置各種資源，包括技術(shù)、管理和人，以有效和協(xié)調(diào)的方式來響應(yīng)用戶需求，實(shí)現(xiàn)制造快速靈敏的一種制造模式。

敏捷制造的目的是使制造企業(yè)能夠快速靈敏地響應(yīng)市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)多變，滿足市場(chǎng)的多樣化需求，獲取長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)效益。

（6）綠色制造（GM）

綠色制造是指將環(huán)境影響和資源消耗因素綜合考慮的一種制造模式，其目標(biāo)是使產(chǎn)品在整個(gè)周期中，包括設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響極小，資源利用率極高，從而使得企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。

綠色制造是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在現(xiàn)代制造業(yè)中的體現(xiàn)。

（7）虛擬制造（VM）

虛擬制造是指利用計(jì)算機(jī)仿真和建模，建立虛擬產(chǎn)品模型，在產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)際加工之前，對(duì)產(chǎn)品的性能，可制造性進(jìn)行評(píng)價(jià)，也對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)加工過程進(jìn)行仿真，以達(dá)到產(chǎn)品生產(chǎn)最優(yōu)的一種制造模式。

3 先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展展望

先進(jìn)制造技術(shù)其實(shí)就是信息技術(shù)，管理科學(xué)和相關(guān)的科學(xué)技術(shù)相融而成的制造技術(shù)。

21世紀(jì)制造業(yè)高速發(fā)展的同時(shí)，先進(jìn)制造技術(shù)得以飛速發(fā)展，根據(jù)現(xiàn)代制造科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析，先進(jìn)制造技術(shù)在未來發(fā)展的方向表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。產(chǎn)品的數(shù)字化建模，仿真分析，評(píng)價(jià)及設(shè)計(jì)規(guī)范；產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)設(shè)計(jì)，優(yōu)化，管理，維護(hù)技術(shù)；系統(tǒng)整體化設(shè)計(jì)的理論，技術(shù)和方法。

（2）網(wǎng)絡(luò)化制造理論及關(guān)鍵技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的系統(tǒng)與裝備的協(xié)同優(yōu)化；制造系統(tǒng)的信息模型，約束條件，運(yùn)行理論及控制手段。

（3）新型成形制造原理和技術(shù)。新型材料及工藝的成形原理及技術(shù)；快速成形制造原理及技術(shù)；高能束精密成形制造原理及技術(shù)。

（4）高速高效數(shù)字制造理論和技術(shù)，新材料，新原理，新工藝的數(shù)字制造裝備技術(shù)。

（5）制造中，精密，超精密測(cè)量，量值溯源原理和新傳感器技術(shù)；多尺度空間精度測(cè)量技術(shù)；表面微觀計(jì)量理論及技術(shù)。

（6）納米技術(shù)。納米材料及其性能測(cè)量；納米尺度加工、制造、測(cè)量和裝配技術(shù)；

納電子與分子原子制造的原理及技術(shù)。

（7）仿生技術(shù)。仿生機(jī)械制造技術(shù)，結(jié)構(gòu)，功能，能源與運(yùn)動(dòng)機(jī)械仿生技術(shù)；機(jī)械超前反饋仿生與制造的科學(xué)和技術(shù)； 生物工程技術(shù)；新一代生物芯片制造技術(shù)。

（8）微電子制造科學(xué)和關(guān)鍵技術(shù)。微機(jī)械、微傳感、微光器件制造技術(shù)；納米級(jí)光學(xué)光刻、非光學(xué)光刻、淺溝槽刻蝕、銅互連等機(jī)理和技術(shù)；集成電路新型封裝工藝原理和技術(shù)。

（9）綠色制造技術(shù)。產(chǎn)品與人類和自然的協(xié)調(diào)理論；產(chǎn)品綠色制造工藝技術(shù)；產(chǎn)品的再制造和維修科學(xué)和技術(shù)；產(chǎn)品綠色使用理論和方法；廢舊產(chǎn)品資源回收再利用技術(shù)。

（10）面向航空、航天、海洋、能源、交通和國(guó)防裝備等重大工程制造的科學(xué)和技術(shù)。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] Hunt D V. Adanced Manufacturing Technology [M]. Britain：Elsevier Science Publishing Co.Inc，1987.

[2] 蔡建國(guó)，吳祖育.現(xiàn)代制造技術(shù)導(dǎo)論[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2000：1～14.

[3] 劉文劍.計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)導(dǎo)論[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1994.

第一作者簡(jiǎn)介：羅勛，男，1988年1月28日，碩士在讀，機(jī)械工程專業(yè)，四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院，主要從事數(shù)控機(jī)床優(yōu)化設(shè)計(jì)研究與開發(fā)工作，獲工學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)雙學(xué)士學(xué)位。

+通訊作者：羅勛，E-mail：luoxun1202@163.com，tel：15982314265。