先進制造技術概述

1、 先進制造技術機械工程學院 王靜 學號e20150033l 制造業(yè) 制造業(yè)是現(xiàn)代國民經(jīng)濟和綜合國力的重要支柱，其生產(chǎn)總值一般占一個國家國生產(chǎn)總值的20%-55%。在一個國家的企業(yè)生產(chǎn)力構成中，制造技術的作用一般占60%左右。專家認為，世界上各個國家經(jīng)濟的競爭，主要是制造技術的競爭。其競爭能力最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)的產(chǎn)品的市場占有率上。隨著經(jīng)濟技術的高速發(fā)展以與顧客需求和市場環(huán)境的不斷變化，這種競爭日趨激烈，因而各國政府都非常重視對先進制造技術的研究。l 制造技術 一、當前制造科學要解決的問題 當前制造科學要解決的問題主要集中在以下幾方面： （1）制造系統(tǒng)是一個復雜的大系統(tǒng)，為滿足制造系統(tǒng)敏捷性、快速

2、響應和快速重組的能力，必須借鑒信息科學、生命科學和社會科學等多學科的研究成果，探索制造系統(tǒng)新的體系結構、制造模式和制造系統(tǒng)有效的運行機制。制造系統(tǒng)優(yōu)化的組織結構和良好的運行狀況是制造系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化的主要目標。制造系統(tǒng)新的體系結構不僅對制造企業(yè)的敏捷性和對需求的響應能力與可重組能力有重要意義，而且對制造企業(yè)底層生產(chǎn)設備的柔性和可動態(tài)重組能力提出了更高的要求。 （2）為支持快速敏捷制造，幾何知識的共享已成為制約現(xiàn)代制造技術中產(chǎn)品。生物制造觀越來越多地被引入制造系統(tǒng)，以滿足制造系統(tǒng)新的要求。開發(fā)和制造的關鍵問題。例如在計算機輔助設計與制造(CADCAM)集成、坐標測量(CMM)和機器人學等方面

3、，在三維現(xiàn)實空間(3-RealSpace)中，都存在大量的幾何算法設計和分析等問題，特別是其中的幾何表示、幾何計算和幾何推理問題；在測量和機器人路徑規(guī)劃與零件的尋位(如Localization)等方面，存在C-空間(配置空間ConfigurationSpace)的幾何計算和幾何推理問題；在物體操作(夾持、抓取和裝配等)描述和機器人多指抓取規(guī)劃、裝配運動規(guī)劃和操作規(guī)劃方面則需要在旋量空間(ScrewSpace)進行幾何推理。制造過程中物理和力學現(xiàn)象的幾何化研究形成了制造科學中幾何計算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進一步突破，當前一門新學科-計算機幾何正在受到日益廣泛和深入的研究。 （3

4、）在現(xiàn)代制造過程中，信息不僅已成為主宰制造產(chǎn)業(yè)的決定性因素，而且還是最活躍的驅動因素。提高制造系統(tǒng)的信息處理能力已成為現(xiàn)代制造科學發(fā)展的一個重點。由于制造系統(tǒng)信息組織和結構的多層次性，制造信息的獲取、集成與融合呈現(xiàn)出立體性、信息度量的多維性、以與信息組織的多層次性。在制造信息的結構模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海量數(shù)據(jù)的制造知識庫管理等方面，都還有待進一步突破。 （4）各種人工智能工具和計算智能方法在制造中的廣泛應用促進了制造智能的發(fā)展。一類基于生物進化算法的計算智能工具，在包括調度問題在的組合優(yōu)化求解技術領域中，受到越來越普遍的關注，有望在制造中完成組合優(yōu)化問題時的求解速度和求解精度

5、方面雙雙突破問題規(guī)模的制約。制造智能還表現(xiàn)在：智能調度、智能設計、智能加工、機器人學、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能診斷等多方面。 這些問題是當前產(chǎn)品創(chuàng)新的關鍵理論問題，也是制造由一門技藝上升為一門科學的重要基礎性問題。這些問題的重點突破，可以形成產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎研究體系。二、現(xiàn)代機械工程的前沿科學 不同科學之間的交叉融合將產(chǎn)生新的科學聚集，經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步對科學技術產(chǎn)生了新的要求和期望，從而形成前沿科學。前沿科學也就是已解決的和未解決的科學問題之間的界域。前沿科學具有明顯的時域、領域和動態(tài)特性。工程前沿科學區(qū)別于一般基礎科學的重要特征是它涵蓋了工程實際中出現(xiàn)的關鍵科學技術問題。超聲電機、超

6、高速切削、綠色設計與制造等領域，國外已經(jīng)做了大量的研究工作，但創(chuàng)新的關鍵是機械科學問題還不明朗。大型復雜機械系統(tǒng)的性能優(yōu)化設計和產(chǎn)品創(chuàng)新設計、智能結構和系統(tǒng)、智能機器人與其動力學、納米摩擦學、制造過程的三維數(shù)值模擬和物理模擬、超精度和微細加工關鍵工藝基礎、大型和超大型精密儀器裝備的設計和制造基礎、虛擬制造和虛擬儀器、納米測量與儀器、并聯(lián)軸機床、微型機電系統(tǒng)等領域國外雖然已做了不少研究，但仍有許多關鍵科學技術問題有待解決。信息科學、納米科學、材料科學、生命科學、管理科學和制造科學將是改變21世紀的主流科學，由此產(chǎn)生的高新技術與其產(chǎn)業(yè)將改變世界的面貌。因此，與以上領域相交叉發(fā)展的制造系統(tǒng)和制造信息

7、學、納米機械和納米制造科學、仿生機械和仿生制造學、制造管理科學和可重構制造系統(tǒng)等會是21世紀機械工程科學的重要前沿科學。2.1制造科學與信息科學的交叉-制造信息科學 機電產(chǎn)品是信息在原材料上的物化。許多現(xiàn)代產(chǎn)品的價值增值主要體現(xiàn)在信息上。因此制造過程息的獲取和應用十分重要。信息化是制造科學技術走向全球化和現(xiàn)代化的重要標志。人們一方面對制造技術開始探索產(chǎn)品設計和制造過程中的信息本質，另一方面對制造技術本身加以改造，以使得其適應新的信息化制造環(huán)境。隨著對制造過程和制造系統(tǒng)認識的加深，研究者們正試圖以全新的概念和方式對其加以描述和表達，以進一步達到實現(xiàn)控制和優(yōu)化的目的。 與制造有關的信息主要有產(chǎn)品信

8、息、工藝信息和管理信息，這一領域有如下主要研究方向和容：(1)制造信息的獲取、處理、存儲、傳遞和應用，大量制造信息向知識和決策轉化。(2)非符號信息的表達、制造信息的保真?zhèn)鬟f、制造信息的管理、非完整制造信息狀態(tài)下的生產(chǎn)決策、虛擬管理制造、基于網(wǎng)絡環(huán)境下的設計和制造、制造過程和制造系統(tǒng)中的控制科學問題。 這些容是制造科學和信息科學基礎融合的產(chǎn)物，構成了制造科學中的新分支-制造信息學。2.2微機械與其制造技術研究 微型電子機械系統(tǒng)(MEMS)，是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器以與信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機電系統(tǒng)。MEMS技術的目標是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原

9、理、新功能的元件和系統(tǒng)。MEMS的發(fā)展將極促進各類產(chǎn)品的袖珍化、微型化，成數(shù)量級的提高器件與系統(tǒng)的功能密度、信息密度與互聯(lián)密度，大幅度地節(jié)能、節(jié)材。它不僅可以降低機電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統(tǒng)無法完成的任務。例如用尖端直徑為5m的微型鑷子可以夾起一個紅細胞；制造出3mm大小能夠開動的小汽車；可以在磁場中飛行的像蝴蝶大小的飛機等。MEMS技術的發(fā)展開辟了技術全新的領域和產(chǎn)業(yè)，具有許多傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點，因此在制造業(yè)、航空、航天、交通、通信、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事、家庭以與幾乎人們接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。 微機械是機械技術與電子技術在納米尺度上相

10、融合的產(chǎn)物。早在1959年就有科學家提出微型機械的設想，1962年第一個硅微型壓力傳感器問世。1987年美國加州大學伯克利分校研制出轉子直徑為60120m的硅微型靜電電動機，顯示出利用硅微加工工藝制作微小可動結構并與集成電路兼容制造微小系統(tǒng)的潛力。微機械技術有可能像20世紀的微電子技術那樣，在21世紀對世界科技、經(jīng)濟發(fā)展和國防建設產(chǎn)生巨大的影響。近10年來，微機械的發(fā)展令人矚目。其特點如下：相當數(shù)量的微型元器件(微型結構、微型傳感器和微型執(zhí)行器等)和微系統(tǒng)研究成功，體現(xiàn)了其現(xiàn)實的和潛在的應用價值；多種微型制造技術的發(fā)展，特別是半導體微細加工等技術已成為微系統(tǒng)的支撐技術；微型機電系統(tǒng)的研究需要多

11、學科交叉的研究隊伍，微型機電系統(tǒng)技術是在微電子工藝的基礎上發(fā)展的多學科交叉的前沿研究領域，涉與電子工程、機械工程、材料工程、物理學、化學以與生物醫(yī)學等多種工程技術和科學。三、現(xiàn)代制造技術的發(fā)展趨勢 20世紀90年代以來，世界各國都把制造技術的研究和開發(fā)作為國家的關鍵技術進行優(yōu)先發(fā)展，如美國的先進制造技術計劃AMTP、日本的智能制造技術（IMS）國際合作計劃、國的高級現(xiàn)代技術國家計劃(G-7)、德國的制造2000計劃和歐共體的ESPRIT和BRITE-EURAM計劃。 隨著電子、信息等高新技術的不斷發(fā)展，市場需求個性化與多樣化，未來現(xiàn)代制造技術發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡化、虛擬化、智能

12、化、綠色集成化、全球化的方向發(fā)展。 當前現(xiàn)代制造技術的發(fā)展趨勢大致有以下九個方面：(1)信息技術、管理技術與工藝技術緊密結合，現(xiàn)代制造生產(chǎn)模式會獲得不斷發(fā)展。(2)設計技術與手段更現(xiàn)代化。(3)成型與制造技術精密化、制造過程實現(xiàn)低能耗。(4)新型特種加工方法的形成。(5)開發(fā)新一代超精密、超高速制造裝備。(6)加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學。(7)實施無污染綠色制造。(8)制造業(yè)中廣泛應用虛擬現(xiàn)實技術。(9)制造以人為本。3.1先進制造技術 先進制造技術(Advanced Manufactuing Technology),人們往往用AMT來概括由于微電子技術、自動化技術、信息技術等給傳統(tǒng)制造技術

13、帶來的種種變化與新型系統(tǒng)。具體地說，就是指集機械工程技術、電子技術、自動化技術、信息技術等多種技術為一體所產(chǎn)生的技術、設備和系統(tǒng)的總稱。主要包括：計算機輔助設計、計算機輔助制造、集成制造系統(tǒng)等。AMT是制造業(yè)企業(yè)取得競爭優(yōu)勢的必要條件之一，但并非充分條件，其優(yōu)勢還有賴于能充分發(fā)揮技術威力的組織管理，有賴于技術、管理和人力資源的有機協(xié)調和融合。 先進制造技術主要包括以下三個技術群:3.2主體技術群 這是制造技術的核心,它包括兩個基本部分:有關產(chǎn)品設計技術和工藝技術。(1)面向制造的設計技術群 面向制造的設計技術群系指用于生產(chǎn)準備(制造準備)的工具群和技術群。設計技術對新產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)費用、產(chǎn)品質量

14、以與新產(chǎn)品上市時間都有很大影響。產(chǎn)品和制造工藝的設計可以采用一系列工具,例如計算機輔助設計(CAD)以與工藝過程建模和仿真等,生產(chǎn)設施、裝備和工具,甚至整個制造企業(yè)都可以采用先進技術更有效地進行設計。近幾年發(fā)展起來的產(chǎn)品和工藝的并行設計具有雙重目的,一是縮短新產(chǎn)品上市的周期,二是可以將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢物減少到最低程度,使最終產(chǎn)品成為可回收、可再利用的,因此對實現(xiàn)面向保護環(huán)境的制造而言是必不可少的。(2)制造工藝技術群(加工和裝配技術群) 制造工藝技術群是指用于物質產(chǎn)品(物理實體產(chǎn)品)生產(chǎn)的過程與設備。例如,模塑成形、鑄造、沖壓、磨削等。隨著高新技術的不斷滲入,傳統(tǒng)的制造工藝和裝備正在產(chǎn)生質的

15、變化。制造工藝技術群是有關加工和裝配的技術,也是制造技術或稱生產(chǎn)技術的傳統(tǒng)領域。3.3支撐技術群 支撐技術群是指支持設計和制造工藝兩方面取得進步的基礎性的核心技術?；镜纳a(chǎn)過程需要 一系列的支撐技術,諸如:測試和檢驗、物料搬運、生產(chǎn)(作業(yè))計劃的控制以與包裝等。它們也是用于保證和改善主體技術的協(xié)調運行所需的技術,是工具、手段和系統(tǒng)集成的基礎技術。支撐技術群包括:(1)信息技術:接口和通信、數(shù)據(jù)庫技術、集成框架、軟件工程人工智能、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡、決策支持系統(tǒng)。(2)標準和框架：數(shù)據(jù)標準、產(chǎn)品定義標準、工藝標準、檢驗標準、接口框架。(3)機床和工具技術。(4)傳感器和控制技術：單機加工單元和

16、過程的控制、執(zhí)行機構、傳感器和傳感器組合、生產(chǎn)作業(yè)計劃。(5)其它3.4制造技術基礎設施 制造技術基礎設施是指為了管理好各種適當?shù)募夹g群的開發(fā)并鼓勵這些技術在整個國家工業(yè)(基地)推廣應用而采取的各種方案和機制。由于技術只有應用適當?shù)貢a(chǎn)生效用,所以其技術基礎設施的各要素和基本技術本身同樣重要。這些要素包括了車間工人、工程技術人員和。3.5美國ATM計劃 1993年，美國政府批準了由聯(lián)邦科學、工程與技術管理人員在各種先進生產(chǎn)技術和方案方面的培訓和教育,這些技術和方案將提高企業(yè)的生產(chǎn)競爭力。可以說,制造技術的基礎設施是使制造技術適應具體企業(yè)應用環(huán)境充分發(fā)揮其功能、取得最佳效益的一系列措施,是使先進

17、的制造技術與企業(yè)組織管理體制和使用技術的人員協(xié)調工作的系統(tǒng)工程,是先進制造技術生長和壯大的土壤,因而是其不可分割的一個組成部分。美國AMT計劃目標是：研究開發(fā)世界領先的先進制造技術，以滿足美國制造業(yè)對先進制造技術的需求，提高制造業(yè)的競爭力；通過教育與培訓計劃提高勞動力素質；促進具有環(huán)境意識的制造等。 美國AMT計劃中的項目包括：(1)設計技術 制造準備階段所需的設計工具與技術；(2)制造技術 實際生產(chǎn)過程中所需的加工工藝和設備；(3)支持技術 為前兩類開發(fā)項目提供所需的基礎核心技術；(4)制造技術基礎設施 為有效地管理項目的開發(fā)，以與推動將這些項目應用于生產(chǎn)實踐中的方法與機制。 AMT計劃的集

18、成創(chuàng)新重點領域有：(1)下一代智能制造單元與設備；(2)適用于快速而有效地設計新產(chǎn)品、工藝、設備與企業(yè)集成化設計工具；(3)確保企業(yè)能廣泛了解和應用先進制造技術而進行的基礎設施建設。 現(xiàn)代設計的方法和技術主要有： 1.綠色設計。綠色技術就是為了減輕環(huán)境污染或減少原材料、自然資源使用的技術、工藝或產(chǎn)品的總稱。綠色設計的目的是克服傳統(tǒng)設計的不足，使產(chǎn)品滿足環(huán)保的要求。它包括產(chǎn)品從概念形成到生產(chǎn)制造、使用乃至廢棄后的回收、重用與處理等各個階段。綠色設計從根本上防止了污染，節(jié)約了資源和能源。因此，綠色設計也是現(xiàn)代機械制造業(yè)進行產(chǎn)品設計開發(fā)的一個重要原則。 2.并行工程。并行工程是現(xiàn)代設計的一個重要方法

19、。 傳統(tǒng)的順序工程設計，是先進勝需求分析，然后進行產(chǎn)品設計，再進行生產(chǎn)制造，最后是產(chǎn)品上市。這種設計方法，信息是單向依次地傳遞。采用并行工程方法，則將各個工程設計過程與其后續(xù)過程并行進行設計，而且上下過程之間的信息交流是雙向的，并據(jù)此作出決策。這意味著，采用并行工程方法，從一開始就要考慮產(chǎn)品整個生命周期中的所有因素，如用戶要求概念形成、成本質量、報廢處理等。這就有利于提高產(chǎn)品質量、降低成本、縮短研制周期。 3.計算機輔助設計。計算機輔助設計是以計算機為工具，幫助設計人員進行設計的適用技術的總稱。在設計過程中，人們可以進行創(chuàng)造性思維活動，完成設計方案構思、工作原理擬定，并將設計思想和設計方法經(jīng)過

20、綜合、分析，轉換成計算機可以處理的數(shù)學模型和解析這些模型的程序。在程序運行過程中，人們可以評價設計結果，控制設計過程，計算機則可以發(fā)揮其分析和存儲信息的能力，完成信息管理、繪圖、模擬、優(yōu)化和其他數(shù)值分析任務。計算機輔助設計包括的容很多，如概念設計、優(yōu)化設計、有限元分析、計算機仿真、計算機繪圖等。4. 虛擬技術得到廣泛應用。虛擬技術是以計算機支持的仿真技術為前提，對設計、加工、裝配等工序統(tǒng)模，形成虛擬的環(huán)境、虛擬的過程、虛擬的產(chǎn)品以與虛擬的企業(yè)。面對新的挑戰(zhàn)和競爭，過去那種大而全的企業(yè)已越來越?jīng)]有優(yōu)勢，各種開放式的合作開發(fā)、生產(chǎn)與銷售與日俱增。用戶訂貨、產(chǎn)品創(chuàng)意設計、零部件生產(chǎn)、總成裝配、銷售與

21、售后服務等各個環(huán)節(jié)都可分別由不同地域的企業(yè)按某種契約進行互利合作。通過國際互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)，世界上任何地方的用戶都可訂貨，還能進行異地設計、異地制造，然后在最接近用戶的地方交貨。l 先進制造技術一、先進制造技術工藝過程 先進制造工藝以與自動化技術在整個機械制造的過程中，工藝過程是最主要的過程。由于機械制造業(yè)本身的需要，形成和發(fā)展了許多先進的制造工藝與自動化技術，從而充實、發(fā)展了整個先進制造技術群，帶動了其他制造業(yè)的發(fā)展。這些先進制造工藝與自動化技術主要包括以下幾個方面。 1.毛坯制造工藝。毛坯制造是機械制造工藝的基礎和前提。近幾年，出現(xiàn)了許多先進的制造工藝與技術。鑄造方面出現(xiàn)了一套精密潔

22、凈鑄造成形工藝，例如，外熱風沖天爐熔煉、處理、保護成套技術；鋼液精煉與保護技術；高效金屬型鑄造工藝與設備；氣化模鑄造工藝與設備等。 鍛壓方面出現(xiàn)了精確高效塑性成型技術，主要有熱精鍛生產(chǎn)線成套技術；冷溫成型成套技術；輥鍛和楔橫軋成形技術；精密沖裁工藝與設備等。焊接與切割方面出現(xiàn)了新型焊接電源與控制技術；激光焊接技術；微連接技術；數(shù)控切割技術等。 2.機械加工工藝。機械加工是機械制造工藝過程的主要組成部分，在這方面的趨勢是向高效、高精度方向發(fā)展。主要有精密加工和超精密加工；高速切削與高速磨削；復雜型面的數(shù)控加工；游離磨料的高效加工等。 3.表面處理。隨著機械產(chǎn)品表面質量的要求越來越高，出現(xiàn)了許多表

23、面處理工程新技術，包括化學鍍非晶態(tài)合金技術；新型節(jié)能表面涂裝技術；高速燃氣噴涂技術；等離子體化學氣相沉積技術；離子束輔助鍍膜技術等。 4.熱處理。熱處理工藝近幾年出現(xiàn)了可控氣氛熱處理、真空熱處理、離子化學熱處理、激光表面合金化等先進技術。5.自動化技術。在機械制造過程中，除了發(fā)展應用先進制造工藝以外，自動化技術的發(fā)展與應用是另一大特征。這些自動化技術包括機床數(shù)控技術、工業(yè)機器人、柔性制造技術、傳感技術、集成制造技術、自動檢測與信號識別技術等。二、 先進制造國外的現(xiàn)狀1.我國先進制造技術的現(xiàn)狀自建國以來，尤其是改革開發(fā)20多年以來，我國機械制造業(yè)得到了迅速地發(fā)展。 機械工業(yè)是我國工業(yè)中發(fā)展最快的

24、行業(yè)之一。20世紀70年代以前，產(chǎn)品的技術相對比較簡單，一個新產(chǎn)品上市，很快就會有一樣功能的產(chǎn)品跟著上市。 20世紀80年代以后，隨著市場全球化的進一步發(fā)展，市場競爭變得越來越激烈。20世紀90年代初，隨著CIMS技術的大力推廣應用，包括有CIMS實驗工程中心和7個開放實驗室的研究環(huán)境已建成。在全國圍，部署了CIMS的若干研究項目，諸如CIMS軟件工程與標準化、開放式系統(tǒng)結構與發(fā)展戰(zhàn)略，CIMS總體與集成技術、產(chǎn)品設計自動化、工藝設計自動化、柔性制造技術、管理與決策信息系統(tǒng)、質量保證技術、網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫技術以與系統(tǒng)理論和方法等均取得了豐碩成果，獲得不同程度的進展。但因大部分大型機械制造企業(yè)和絕大

25、部分中小型機械制造企業(yè)主要限于CAD和管理信息系統(tǒng)，底層基礎自動化還十分薄弱，數(shù)控機床由于編程復雜，還沒有真正發(fā)揮作用。因此，與工業(yè)發(fā)達國家相比，我國的制造業(yè)仍然存在一個階段性的整體上的差距。  此外，我國還掌握了一批先進的重大成套設備的核心技術。 2.國外先進制造技術的現(xiàn)狀 在產(chǎn)品設計方面，普遍采用計算機輔助產(chǎn)品設計(CAD)、計算機輔助工程分析(CAE)和計算機仿真技術；在加工技術方面，巳實現(xiàn)了底層(車間層)的自動化，包括廣泛地采用工中心(或數(shù)控技術)、自動引導小車(AGV)等近10余年來，發(fā)達國家主要從具有全新制造理念的制造系統(tǒng)自動化方面尋找出路，提出了一系列新的制造

26、系統(tǒng)。如計算機集成制造系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、并行工程、敏捷制造等。計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS) 它是在自動化技術、信息技術和制造技術的基礎上，通過計算機與其軟件，將制造廠全部生產(chǎn)活動所需的各種分散的自動化系統(tǒng)有機地集成起來，是適合于多品種、中小批量生產(chǎn)的總體高效率、高柔性的制造系統(tǒng)。首先在功能上，它包含了一個工廠的全部生產(chǎn)經(jīng)營活動，即從市場預測、產(chǎn)品設計、加工工藝、制造、管理至售后服務以與報廢處理的全部活動因此它比傳統(tǒng)的工廠自動化的圍要大得多，是一個復雜的大系統(tǒng)，是工廠自動化的發(fā)展方向。其次，在集成上，它涉與的自動化不是工廠各個環(huán)節(jié)自動化的簡單疊加，而是在計算機網(wǎng)絡和分布式數(shù)據(jù)庫支持

27、下的有機集成。這種集成主要體現(xiàn)在以信息和功能為特征的技術集成，即信息集成和功能集成。計算機集成制造系統(tǒng)的核心技術是/cAM技術。 智能制造系統(tǒng)(IMS)是指將專家系統(tǒng)、模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等人工智能技術應用到制造系統(tǒng)中，以解決復雜的決策問題，提高制造系統(tǒng)的水平和實用性。人工智能的作用是要代替熟練工人的技藝，學習工程技術人員的實踐經(jīng)驗和知識，并用于解決生產(chǎn)中的實際問題，從而將工人、工程技術人員多年來積累起來的豐富而又寶貴的實踐經(jīng)驗保存下來，在實際的生產(chǎn)中長期發(fā)揮作用。智能制造系統(tǒng)的核心技術是人工智能。三、先進制造技術的特點 先進制造技術計劃（Advanced Manufacturin

28、g TechnologyAMT)是美國根據(jù)本國制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和機遇,為增強制造業(yè)的競爭力和促進國家經(jīng)濟增長,首先提出了先進制造技術(Advanced Manufacturing Technology)的概念。此后,歐洲各國、日本以與亞洲新興工業(yè)化國家如國等也相繼作出響應。 (1)先進制造技術是制造技術的最新發(fā)展階段,是面向21世紀的技術制造業(yè)是社會物質文明的保證,是與人類社會一起動態(tài)發(fā)展的,因此,制造技術必然也將隨著科技進步而不斷更新。先進制造技術是制造技術的最新發(fā)展階段,是由傳統(tǒng)的制造技術發(fā)展而來,保持了過去制造技術中的有效要素;但隨著高新技術的滲入和制造環(huán)境的變化,已經(jīng)產(chǎn)生了質了變化,先

29、進制造技術是制造技術與現(xiàn)代高新技術結合而產(chǎn)生的一個完整的技術群,是一類具有明確疇的新的技術領域,是面向21世紀的技術。(2)先進制造技術是面向工業(yè)應用的技術先進制造技術應能適合于在工業(yè)企業(yè)推廣并可取得很好的經(jīng)濟效益,先進制造技術的發(fā)展往往是針對某一具體的制造業(yè)(如汽車工業(yè)、電子工業(yè))的需求而發(fā)展起來的適用的先進制造技術,有明顯的需求導向的特征。先進制造技術不是以追求技術的高新度為目的,而是 注重產(chǎn)生最好的實踐效果,以提高企業(yè)的競爭力和促進國家經(jīng)濟增長和綜合實力為目標。 (3)先進制造技術是面向全球競爭的目前每一國家都處于全球化市場中。一個國家的先進制造技術是支持該國制造業(yè)在全球圍市場的競爭力。

30、因此,先進制造技術的主體應具有世界水平。但是,每個國家的國情也將影響到從現(xiàn)有的制造技術水平向先進制造技術的過渡戰(zhàn)略和措施。我國正在以前所未有的速度進入全球化的國際市場,開發(fā)和應用適合國情的先進制造技術勢在必行。四、我國先進制造技術目前存在的問題和解決措施 半個世紀來，我國機械制造業(yè)雖然從無到有，從小到大取得了較快的發(fā)展，但與西方先進工業(yè)國家相比還存在這明顯的差距，主要表現(xiàn)在如下方面： （1）產(chǎn)品檔次低，高水平產(chǎn)品所占比例小  目前我國機械工業(yè)主導產(chǎn)品達到當代國際先進水平的不到5%，達到上世紀90年代國際先進水平的占25%，答到80年代水平的占40%。 （

31、2）創(chuàng)新開發(fā)能力差，新產(chǎn)品貢獻率低 我國大中型企業(yè)生產(chǎn)的2000多種主導產(chǎn)品的平均生命周期為10.5年，而美國一般僅有3-4年。美國制造業(yè)的新產(chǎn)品的貢獻率已達到國生產(chǎn)總值的52%。 （3）專業(yè)化生產(chǎn)水平低 我國基礎零部件、基礎工藝專業(yè)化水平與國外先進國家比較存在很大的差距。（4） 企業(yè)生產(chǎn)管理技術落后 目前，我國大部分企業(yè)的生產(chǎn)管理依舊停留在過去計劃經(jīng)濟管理方式上，現(xiàn)金管理模式和手段未能得到實施。 目前我國制造企業(yè)的技術水平與國先進水平相比較，從總體上看差距達20年左右。結合我國基本國情，解決我國先進制造技術目前問題應： （1）提高認識，全面規(guī)劃，力促先進制造技術的發(fā)展。&

32、#160;（2）深化科技體制改革，推動技術創(chuàng)新體系的建設。 （3）將引進消化國外先進制造技術與自主開發(fā)創(chuàng)新相結合。 （4）大力發(fā)展先進高新制造技術與其產(chǎn)業(yè)。 （5）積極培養(yǎng)創(chuàng)造性人才，努力提高制造業(yè)的全員素質。五、先進制造技術的容 1、制造系統(tǒng)自動化 機械制造過程是一種離散的生產(chǎn)過程，與連續(xù)自動化過程相比，實現(xiàn)自動化更為困難。自動化的目的是提高生產(chǎn)率、改善勞動條件、保證產(chǎn)品質量、提高對市場變化的響應速度和競爭力。 2、精密工程和微型機械 精密工程包括：精密加工和超精密加工技術、微細加工和超微細加工技術、納米技術。以納米技術為代表的超精密加工技術和以微細加工為手段的

33、微型機械技術代表了目前精密工程的發(fā)展方向。精密工程的發(fā)展方向主要表現(xiàn)在：（1） 超精密加工設備與其新型結構的研究（2） 金剛石砂輪超精密磨削 加工方式：外圓磨削、無心磨、溝槽磨和切割 加工材料：難加工材料，如瓷、半導體 研究的關鍵問題：金剛石砂輪整修、微粉金剛石砂輪超精密磨削（3） 現(xiàn)金超精密研磨拋光加工（4） 納米加工和微型機械 微型機械乏指尺寸圍為毫米、微米或納米級，集微機構、微傳感器、微驅動器、微執(zhí)行器和微控制器為一體的的微型機電系統(tǒng)(MEMS)。中國在近十年期間，通過微齒輪、微泵、微電機、微馬達、微型飛機和微型陀螺等研究，在MEMS領域取得了突出進展。提出和發(fā)展了由于尺度效應而產(chǎn)生的微

34、機械學。MEMS技術已開始在我國的社會生產(chǎn)中發(fā)揮作用，如微操作機器人已開始用于生物工程中的細胞分裂、顯微手術和生物芯片的制造工藝;微傳感器已民開始用于飛行器的加速度、壓力等參數(shù)的實時測量;納米薄膜潤滑技術已應用于火箭和計算機硬盤的制造工藝。3、 特種加工特種加工亦稱"非傳統(tǒng)加工"或"現(xiàn)代加工方法"，泛指用電能、熱能、光能、電化學能、化學能、聲能與特殊機械能等能量達到去除或增加材料的加工方法，從而實現(xiàn)材料被去除、變形 、改變性能或被鍍覆等。特種加工是指那些不屬于傳統(tǒng)加工工藝疇的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用機械能切除多余材料的傳統(tǒng)加工方法。特種

35、加工是近幾十年發(fā)展起來的新工藝,是對傳統(tǒng)加工工藝方法的重 要補充與發(fā)展,目前仍在繼續(xù)研究開發(fā)和改進。直接利用電能、熱能、聲能、光能、化學能和電化學能，有時也結合機械能對工件進行的加工。特種加工中以采用電能為主的電火花加工和電解加工應用較廣，泛稱電加工。20世紀40年代發(fā)明的電火花加工開創(chuàng)了用軟工具、不靠機械力來加工硬工件的方法。50年代以后先后出現(xiàn)電子束加工、等離子弧加工和激光加工。這些加工方法不用成型的工具，而是利用密度很高的能量束流進行加工。對于高硬度材料和復雜形狀、精密微細的特殊零件,特種加工有很大的適用性和發(fā)展?jié)摿?在模具,量具,刀具、儀器儀表、飛機、航天器和微電子元器件等制造中得到越

36、來越廣泛的應用。4、 表面工程技術 表面工程是表面經(jīng)過預處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面技術復合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學成分、組織結構和應力狀況，以獲得表面所需性能的系統(tǒng)工程。表面工程技術是表面工程的核心和實質。5、 快速成型制造 快速成型(RP)技術是九十年代發(fā)展起來的一項先進制造技術，是為制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務的一項關鍵共性技術， 對促進企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競爭力有積極的推動作用。自該技術問世以來，已經(jīng)在發(fā)達國家的制造業(yè)中得到了廣泛應用，并由此產(chǎn)生一個新興的技術領域。它可以在無需準備任何模具、刀具和工裝卡具的情況下，直接接受產(chǎn)品設計(C

37、AD)數(shù)據(jù)，快速制造出新產(chǎn)品的樣件、模具或模型。因此，RP技術的推廣應用可以大大縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高開發(fā)質量。由傳統(tǒng)的"去除法"到今天的"增長法"，由有模制造到無模制造，這就是RP技術對制造業(yè)產(chǎn)生的革命性意義。RP技術將一個實體的復雜的三維加工離散成一系列層片的加工，大大降低了加工難度，具有如下特點:成型全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產(chǎn)品市場;可以制造任意復雜形狀的三維實體;用CAD模型直接驅動，實現(xiàn)設計與制造高度一體化，其直觀性和易改性為產(chǎn)品的完美設計提供了優(yōu)良的設計環(huán)境;成型過程無需專用夾具、模具、刀具，既節(jié)省了費用，又縮短了制作周

38、期。技術的高度集成性，既是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是對它們的綜合應用，帶有鮮明的高新技術 特征。以上特點決定了RP技術主要適合于新產(chǎn)品開發(fā)，快速單件與小批量零件制造，復雜形狀零件的制造，模具與模型設計與制造，也適合于難加工材料的制造，外形設計檢查，裝配檢驗和快速反求工程等。6、 生物制造生物制造：Biological Manufacturing，指以生物體機能進行大規(guī)模物質加工與物質轉化、為社會發(fā)展提供工業(yè)商品的新行業(yè)，是以微生物細胞或以酶蛋白為催化劑進行化學品合成、或以生物質為原料轉化合成能源化學品與材料，促使能源與化學品脫油化學工業(yè)路線的新模式，主要表現(xiàn)為先進發(fā)酵工程、現(xiàn)代酶工程、生

39、物煉制、生物過程工程等新技術的發(fā)明與應用，具有低碳循環(huán)、綠色清潔等典型特征。7、 傳統(tǒng)加工工藝與其設備的改造和革新8、智能制造技術智能制造技術利用計算機模擬制造業(yè)領域的專家的分析、判斷、推理、構思和決策等智能活動，并將這些智能活動和智能機器融合起來，貫穿應用與整個制造企業(yè)的子系統(tǒng)（經(jīng)營決策、采購、產(chǎn)品設計、生產(chǎn)計劃、制造裝配、質量保證和市場銷售等），以實現(xiàn)整個制造企業(yè)經(jīng)營運作的高度柔性化和高度集成化，從而取代或延伸制造環(huán)境領域的專家的部分腦力勞動，并對制造業(yè)領域專家的智能信息進行收集、存儲、完善、共享、繼承和發(fā)展，是一種極大提高生產(chǎn)效率的先進制造技術。9、精良生產(chǎn)精良生產(chǎn)（Lean Produ

40、ction,LP，又叫做精益生產(chǎn)）是美國麻省理工學院于1989年和1990年出版的美國制造業(yè)的衰退與對策奪回生產(chǎn)優(yōu)勢和改造世界的機器的兩本專著中提出的新概念，系統(tǒng)深入地總結了日本的成功經(jīng)驗和美國的教訓。80年代中期，精良生產(chǎn)被公認為適用于現(xiàn)代化制造業(yè)的組織方式。精良生產(chǎn)（Lean Production,LP）的特點是：（1）重視客戶的需求，以最快的速度和適宜的價格提供質量優(yōu)良的適銷產(chǎn)品去占領市場，并向用戶提供優(yōu)質服務。（2）重視企業(yè)職工的作用，并強調雇員是比機器更重要的資產(chǎn)，要求并通過培訓使每個工人一專多能。推行小組自治工作制，賦予每個職工以一定的獨立自主權，并充分發(fā)揮職工的創(chuàng)造性運行企業(yè)文化

41、。生產(chǎn)線上的每一個工人在生產(chǎn)出現(xiàn)故障時都有權拉鈴讓整個工區(qū)的生產(chǎn)停下來，并立即與小組人員一起查找故障原因，并做出決策，解決問題，排除故障。（3）減少精良生產(chǎn)中一切不創(chuàng)造價值的工作，減少管理層次。精簡組織結構，簡化開發(fā)過程和生產(chǎn)過程，減少生產(chǎn)費用，強調一體化質量保證。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，由于集中了各方面的人員，大量的信息處理工作可以在組完成所以加快了信息的傳遞速度，系統(tǒng)反應十分靈活。在生產(chǎn)中采用準時制生產(chǎn)方式，精簡間接工作崗位和中間管理層，簡化產(chǎn)品檢驗環(huán)節(jié)，簡化與協(xié)作廠的關系。精益求精，盡善盡美，持續(xù)不斷地改進生產(chǎn)，降低成本，力求達到零廢品，零庫存。實現(xiàn)產(chǎn)品品種多樣化。9、 敏捷制造敏捷制造是美國

42、國防部為了指定21世紀制造業(yè)發(fā)展而支持的一項研究計劃。該計劃始于1991年，有100多家公司參加，由通用汽車公司、波音公司、IBM、儀器公司、AT&T、摩托羅拉等15家著名大公司和國防部代表共20人組成了核心研究隊伍。此項研究歷時三年，于1994年底提出了21世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略。在這份報告中，提出了既能體現(xiàn)國防部與工業(yè)界各自的特殊利益，又能獲取他們共同利益的一種新的生產(chǎn)方式，即敏捷制造。敏捷制造是在具有創(chuàng)新精神的組織和管理結構、先進制造技術（以信息技術和柔性智能技術為主導）、有技術有知識的管理人員三大類資源支柱支撐下得以實施的，也就是將柔性生產(chǎn)技術、有技術有知識的勞動力與能夠促進企業(yè)部和

43、企業(yè)之間合作的靈活管理集中在一起，通過所建立的共同基礎結構，對迅速改變的市場需求和市場進度作出快速響應。敏捷制造比起其它制造方式具有更靈敏、更快捷的反應能力。敏捷制造的優(yōu)缺點優(yōu)點：生產(chǎn)更快，成本更低，勞動生產(chǎn)率更高，機器生產(chǎn)率加快，質量提高，提高生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性，減少庫存，適用于CAD/CAM操作。對什么是敏捷、如何衡量敏捷性，人們從不同的角度提出了許多不同的觀點。Rick Dovex,x把敏捷性的評價歸納為四個指標時間、成本、健壯性和自適應圍。Rick指出，雖然從字面上看，敏捷有快速的意思。但僅僅快速并不等于敏捷。敏捷性的度量看成是下面四個方面的綜合度量：時間、成本、健壯性和自適應圍。但在不同

44、的行業(yè)、不同的企業(yè)，針對不同的產(chǎn)品和生產(chǎn)過程，具體的評價指標和容可能都是不一樣的。這其中有許多不確定和綜合性的因素。敏捷意味著善于把握各種變化的挑戰(zhàn)。敏捷賦予企業(yè)適時抓住各種機遇以與不斷通過技術創(chuàng)新來領導潮流的能力。因此可以講，一個企業(yè)的敏捷性取決于它對機遇和創(chuàng)新的管理能力。10、 產(chǎn)品生產(chǎn)周期與清潔生產(chǎn)產(chǎn)品生產(chǎn)周期各階段:1投入期2成長期3成熟期4衰退期投入期消費者對產(chǎn)品不了解，產(chǎn)品銷售量少，單位產(chǎn)品成本高，尚未建立最理想的營銷渠道和分配模式，價格策略難以確立，廣告開支較大，利潤小。可采用快速掠取策略、緩慢掠取策略、快速參透策略、緩慢參透策略。產(chǎn)品在市場投入期通過成功的營銷活動，已經(jīng)被廣大消

45、費者和經(jīng)銷商所接受，此時產(chǎn)品的銷售增長率會大幅度提高。企業(yè)由于產(chǎn)品基本定型，開始了大批量生產(chǎn)，與此同時仿制品也開始出現(xiàn)，競爭加大?？刹捎靡韵聽I銷策略擴展購買新產(chǎn)品的市場，樹立品牌增強信任度。從新評價分銷渠道的選擇，改良產(chǎn)品品質，適時調整價格。產(chǎn)品經(jīng)過市場成長期后，銷售量在高水平上穩(wěn)定下來，但增長率會緩慢下降，利潤開始緩慢下降。開始改良市場策略、尋找新的細分市場、改變產(chǎn)品策略，改良市場營銷組合因素。由于市場競爭、科技進步流行趨勢以與其他環(huán)境因素的變化企業(yè)將面臨銷售量下降面臨著已經(jīng)形成的大批量的生產(chǎn)能力和迅速縮小的市場需求之間的矛盾。策略如下連續(xù)策略、集中策略、榨取策略、放棄策略。清潔生產(chǎn)是指將綜

46、合預防的環(huán)境保護策略持續(xù)應用于生產(chǎn)過程和產(chǎn)品中，以期減少對人類和環(huán)境的風險。清潔生產(chǎn)從本質上來說，就是對生產(chǎn)過程與產(chǎn)品采取整體預防的環(huán)境策略，減少或者消除它們對人類與環(huán)境的可能危害，同時充分滿足人類需要，使社會經(jīng)濟效益最大化的一種生產(chǎn)模式。清潔生產(chǎn)是一種新的創(chuàng)造性的思想，該思想將整體預防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)應用于生產(chǎn)過程、產(chǎn)品和服務中，以增加生態(tài)效率和減少人類與環(huán)境的風險。對生產(chǎn)過程，要求節(jié)約原材料與能源，淘汰有毒原材料，減降所有廢棄物的數(shù)量與毒性;對產(chǎn)品，要求減少從原材料提煉到產(chǎn)品最終處置的全生命周期的不利影響;對服務，要求將環(huán)境因素納入設計與所提供的服務中。在美國，清潔生產(chǎn)又稱為"污染

47、預防"或"廢物最小量化"。廢物最小量化是美國清潔生產(chǎn)的初期表述，后用污染預防一詞所代替。美國對污染預防的定義為:"污染預防是在可能的最大限度減少生產(chǎn)廠地所產(chǎn)生的廢物量力它包括通過源削減(源削減指:在進行再生利用、處理和處置以前，減少流入或釋放到環(huán)境中的任何有害物質、污染物或污染成分的數(shù)量;減少與這些有害物質、污染物或組分相關的對公共健康與環(huán)境的危害)、提高能源效率、在生產(chǎn)中重復使用投入的原料以與降低水消耗量來合理利用資源人常用的兩種源削減方法是改變產(chǎn)品和改進工藝(包括設備與技術更新、工藝與流程更新、產(chǎn)品的重組與設計更新、原材料的替代以與促進生產(chǎn)的科學管理

48、、維護、培訓或倉儲控制)。污染預防不包括廢物的廠外再生利用、廢物處理、廢物的濃縮或稀釋以與減少其體積或有害性、毒性成分從一種環(huán)境介質轉移到另一種環(huán)境介質中的活動。"清潔生產(chǎn)從本質上來說，就是對生產(chǎn)過程與產(chǎn)品采取整體預防的環(huán)境策略，減少或者消除它們對人類與環(huán)境的可能危害，同時充分滿足人類需要，使社會經(jīng)濟效益最大化的一種生產(chǎn)模式。具體措施包括:不斷改進設計;使用清潔的能源和原料;采用先進的工藝技術與設備;改善管理;綜合利用;從源頭削減污染，提高資源利用效率;減少或者避免生產(chǎn)、服務和產(chǎn)品使用過程中污染物的產(chǎn)生和排放。清潔生產(chǎn)是實施可持續(xù)發(fā)展的重要手段。清潔生產(chǎn)的觀念主要強調三個重點:(1)清潔能源。包括開發(fā)節(jié)能技術，盡可能開發(fā)利用再生能源以與合理利用常規(guī)能源。(2)清潔生產(chǎn)過程。包括盡可能不用或少用有毒有害原料和中間產(chǎn)品。對原材料和中間產(chǎn)品進行回收，改善管理、提高效率。(3)清潔產(chǎn)品。包括以不危害人體健康和生態(tài)環(huán)境為主導因素來考慮產(chǎn)品的制造過程甚至使用之后的回收利用，減少原材料和能源使用。發(fā)達國家在20世紀60年代和70年代初，由于經(jīng)濟快速發(fā)展，忽視對工業(yè)污染的防治，致使環(huán)境污染問題日益嚴重。公害事件不斷發(fā)生，如日本的水俁病事件，對人體健康造成極大危害，生態(tài)環(huán)境受到嚴