先進制造技術發(fā)展方向

計算機技術、自動控制理論、數控技術、機器人、CAD/CAM技術、CIM技術以及網絡通信技術等在內的信息自動化技術的迅猛發(fā)展，為先進制造技術的發(fā)展和應用提供了日益增多的高效能手段。

（一）工業(yè)應用的技術，機械、電子、信息、材料及能源技術成果，綜合應用于制造過程。

1.數控技術（Numerical Control），簡稱數控（NC），是用數字量及字符作為加工的指令，實現自動控制的技術。簡稱CNC，數控技術在國外一般都稱為CNC。數控技術的核心是數字控制技術，用計算機來對輸入的指令進行存儲、譯碼、計算、邏輯運算，并將處理的信息轉換為相應的控制信號，控制運動精度較高的驅動元件，使之按編程人員設定的運動軌跡來高效加工，從而徹底克服了傳統(tǒng)機械加工的缺點。

2.計算機輔助設計與制造（CAD/CAM），是計算機輔助設計（Computer Aided Design）簡稱CAD，與計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing）簡稱CAM相結合而組成的系統(tǒng)，依托強大軟件來完成產品設計中的建模、解算、分析、虛擬模擬、加工模擬、制圖、數控編程、編制工藝文件等工作。

3.特種加工技術，傳統(tǒng)機械切削加工的本質為：刀具材料比工件更硬，用機械能把工件上多余的材料切除，零件的形狀由機床的成型運動產生。但是，隨著生產發(fā)展和科學實驗的需要，很多工業(yè)部門，要求尖端科學技術產品向高精度、高速度、耐高溫、小型化和結構復雜化等方向發(fā)展。尺寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求越來越高，工件材料越來越硬，加工表面越來越復雜，傳統(tǒng)的加工方法已不能滿足生產的需要，人們探索利用電、磁、聲、光、化學等能量或將多種能量組合施加在工件的被加工部位，實現材料去除、變形、改變性能或被鍍覆等非傳統(tǒng)加工方法，這些方法統(tǒng)稱為特種加工。

（二）制造業(yè)綜合自動化，信息技術、自動化技術、現代企業(yè)管理技術的有機結合。

1.機器人技術，計算機控制的可再編程的多功能操作器，又稱工業(yè)機器人。它能在三維空間內完成多種操作。機器人技術綜合了計算機、控制論、機構學、信息、傳感技術、人工智能和仿生學等多學科而形成的高新技術。

它是由關節(jié)元件、末端執(zhí)行器、機身和控制裝置所組成，具有類似人的動作的功能；另一種由于安裝有感覺元件和遙感元件，分析計算機及行走裝置，具有感覺、觸覺、分析、判斷、決策和行走的功能而稱為智能機器人。

2.成組技術，人們用大批量生產的組織形式以高效的生產設備、高效的工藝技術去制造單件小批的零件，降低生產成本，成組技術（Group Technology簡稱GT）就應運而生。成組技術就是應用相似性原理，在多品種產品的生產中將相似零件組織在一起進行生產，使組內零件近似為原來的單一品種的大批量，或者變單件、小批生產為批量生產，按照批量生產的生產組織、管理技術來進行生產。

3.柔性制造系統(tǒng)（FMS-Flexible Manufacturing System），是以計算機為控制中心實現自動完成工件的加工、裝卸、運輸、管理的系統(tǒng)。它具有在線編程、在線監(jiān)測、修復、自動轉換加工產品品種的功能。一個柔性制造系統(tǒng)概括為以下三部分組成，即：加工系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)和計算機控制的信息流系統(tǒng)。

柔性制造系統(tǒng)具有：高柔性，在線編程使計算機響應進行控制高自動化設備工作；高效率，合理控制設備的切削用量實現高效加工，減小輔助時間和準備、終結時間；高度自動化，工件的加工、裝配、檢驗、搬運、倉庫存取完全由自動化程度高的設備來完成；柔性化生產大大減少操作人員、機床數目，提高機床利用率，縮短生產周期、降低產品成本、降低庫存、減少流動資金、縮短資金流動周期，因此可取得較高的綜合經濟效益。

（三）系統(tǒng)管理技術，制造業(yè)綜合自動化、過程工業(yè)綜合自動化、系統(tǒng)技術等綜合應用于制造全過程，實現優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活生產，獲得理想技術經濟效果

1.并行工程（Concurrent Engineering），簡稱（CE）是對產品及其設計過程和制造過程進行并行、集成設計的一種系統(tǒng)化工作模式，這種模式使產品開發(fā)人員從一開始就考慮到從概念形成到產品報廢的全生產周期中的所有因素，包括加工的質量、成本、進度和產品的技術性能及使用性能需求等，減少加工制造中可能出現的問題，加速產品開發(fā)過程，縮短開發(fā)周期。并行工程的最大特點是利用計算機的仿真技術，用上、下游共同決策方式，在計算機上進行產品整個生命周期各個階段的設計。

2.虛擬制造（Virtual Manufacturing），簡稱（VM）利用計算機技術、建模技術、信息處理技術、仿真技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真模擬，以發(fā)現設計或制造中出現的問題，在產品實際生產前就改進完成，省略了產品的開發(fā)研制階段，達到降低設計和生產成本，縮短產品開發(fā)周期，增強產品競爭力的目的。

3.計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System），簡稱（CIMS）是在自動化技術、信息技術及制造技術的基礎之上，通過計算機網絡及數據庫，將分散的自動化系統(tǒng)有機的集成起來，完成從原材料采購到產品銷售的一系列生產過程的高效益、高柔性的先進制造系統(tǒng)。系統(tǒng)包含技術應用系統(tǒng)：工程設計與制造系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、制造自動化系統(tǒng)、質量保證系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)：數據庫系統(tǒng)、通訊網絡保障系統(tǒng)。

1.先進制造技術涉及到產品從市場調研、產品開發(fā)及工藝設計、生產準備、加工制造、售后服務等產品壽命周期的所有內容，它的目的是提高制造業(yè)的綜合經濟效益和社會效益，是面向工業(yè)應用的技術。

2.先進制造技術強調計算機技術、信息技術、傳感技術、自動化技術、新材料技術和現代系統(tǒng)管理技術在產品設計、制造和生產組織管理、銷售及售后服務等方面的應用。它駕馭生產過程的物質流、能量流和信息流，是生產過程的系統(tǒng)工程。

3.先進制造技術的最新發(fā)展階段保持了過去制造技術的有效要素，同時吸收各種高新技術成果，滲透到產品生產的所有領域及其全部過程，從而形成了一個完整的技術群，具有面向21世紀新的技術領域。

它包括兩個基本部分:有關產品設計技術和工藝技術。

先進制造技術⑴面向制造

面向制造的設計技術群系指用于生產準備（制造準備）的工具群和技術群。設計技術對新產品開發(fā)生產費用、產品質量以及新產品上市時間都有很大影響。產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）以及工藝過程建模和仿真等，生產設施、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)展起來的產品和工藝的并行設計具有雙重目的，一是縮短新產品上市的周期，二是可以將生產過程中產生的廢物減少到最低程度，使最終產品成為可回收、可再利用的，因此對實現面向保護環(huán)境的制造而言是必不可少的。

先進制造技術⑵制造工藝

制造工藝技術群是指用于物質產品（物理實體產品）生產的過程及設備。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生質的變化。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技術的傳統(tǒng)領域。

先進制造技術（Advanced Manufacturing Technique，縮寫AMT），AMT是中國1995年列入為提高工業(yè)質量及效益的重點開發(fā)推廣項目，該技術廣涉信息、機械、電子、材料、能源、管理等方面的知識。因此，該技術的發(fā)展對推動國民經濟的發(fā)展有著重要的作用。

AMT發(fā)展歷程：

人類漫長的歷史發(fā)展中，使用工具、制造工具進行產品制造是基本生產活動之一。直到18世紀中葉產業(yè)革命以前，制造都是手工作業(yè)和作坊式生產。

產業(yè)革命中誕生的能源機器（蒸汽機）、作業(yè)機器（紡織機）和工具機器（機床），為制造活動提供了能源和技術，并開拓了新的產品市場。

經過100多年的技術積累和市場開拓，到19世紀末制造業(yè)已初步形成。其主要生產方式是機械化加電氣化的批量生產。

20世紀上半葉，以機械技術和機電自動化技術為基礎的制造業(yè)的生產空前發(fā)展。以大批量生產為主的機械制造業(yè)成為制造活動的主體。

20世紀中葉（1946年）電子計算機問世。

在計算機誕生2年后，由于飛機制造（飛機蒙皮壁板、梁架）的需要，在美國發(fā)明了數字控制（NC）機床。不久計算機又開始用于輔助編制NC機床的加工程序，推出了自動編程工具APT語言（Automatically Programmed tools），此后CNC、DNC、FMC、FMS、CAX、MIS、MRP、MRPⅡ、ERP、PDM、Web-M等數字化制造技術相繼問世和應用。

先進制造技術是一門綜合性、交叉性前沿學科和技術，學科跨度大，內容廣泛，涉及制造業(yè)生產與技術、經營管理、設計、制造、市場各個方面。先進制造技術就是在傳統(tǒng)制造技術的基礎上，利用計算機技術、網絡技術、控制技術、傳感技術與機、光、電一體化技術等方面的最新進展，不斷發(fā)展完善。

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。基本的生產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（作業(yè)）計劃的控制以及包裝等。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：

⑴信息技術：接口和通信、數據庫技術、集成框架、軟件工程人工智能、專家系統(tǒng)和神經網絡、決策支持系統(tǒng)。

⑵標準和框架：數據標準、產品定義標準、工藝標準、檢驗標準、接口框架。

⑶機床和工具技術。

⑷傳感器和控制技術：單機加工單元和過程的控制、執(zhí)行機構、傳感器和傳感器組合、生產作業(yè)計劃。

⑸其它

制造技術基礎設施是指為了管理好各種適當的技術群的開發(fā)并鼓勵這些技術在整個國家工業(yè)（基地）內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地會產生效用，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、工程技術人員和管理人員在各種先進生產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)的生產競爭力?？梢哉f，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。先進制造技術是促進科技和經濟發(fā)展的基礎。

1993年，美國政府批準了由聯(lián)邦科學、工程與技術協(xié)調委員會（FCCSET）主持實施的先進制造技術計劃（Advanced Manufacturing Technology－AMT）計劃

先進制造技術計劃（Advanced Manufacturing Technology－AMT）是美國根據本國制造業(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、日本以及亞洲新興工業(yè)化國家如韓國等也相繼作出響應。

1 成組技術（GT)成組技術（GT）揭示和利用事物間的相似性，按照一定的準則分類成組，同組事物采用同一方法進行處理，以便提高效益的技術，稱為成組技術。在機械制造工程中，成組技術是計算機輔助制造的基礎，將成組哲理用于設計、制造和管理等整個生產系統(tǒng)，改變多品種小批量生產方式，獲得最大的經濟效益。

成組技術的核心是成組工藝，它是將結構、材料、工藝相近似的零件組成一個零件族（組），按零件族制定工藝進行加工，擴大批量、減少品種、便于采用高效方法、提高勞動生產率。零件的相似性是廣義的，在幾何形狀、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性為基本相似性，以基本相似性為基礎，在制造、裝配等生產、經營、管理等方面所導出的相似性，稱為二次相似性或派生相似性。

2 敏捷制造（AM)

敏捷制造（AM）是指企業(yè)實現敏捷生產經營的一種制造哲理和生產模式。敏捷制造包括產品制造機械系統(tǒng)的柔性、員工授權、制造商和供應商關系、總體品質管理及企業(yè)重構。敏捷制造是借助于計算機網絡和信息集成基礎結構，構造有多個企業(yè)參加的“VM”環(huán)境，以競爭合作的原則，在虛擬制造環(huán)境下動態(tài)選擇合作伙伴，組成面向任務的虛擬公司，進行快速和最佳生產。

3 并行工程（CE)

并行工程（CE）是對產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）進行并行、一體化設計的一種系統(tǒng)化的工作模式。在傳統(tǒng)的串行開發(fā)過程中，設計中的問題或不足，要分別在加工、裝配或售后服務中才能被發(fā)現，然后再修改設計，改進加工、裝配或售后服務（包括維修服務）。而并行工程就是將設計、工藝和制造結合在一起，利用計算機互聯(lián)網并行作業(yè)，大大縮短生產周期。

4 快速成型技術（RPM)

快速成型技術（RPM）是集CAD/CAM技術、激光加工技術、數控技術和新材料等技術領域的最新成果于一體的零件原型制造技術。它不同于傳統(tǒng)的用材料去除方式制造零件的方法，而是用材料一層一層積累的方式構造零件模型。它利用所要制造零件的三維CAD模型數據直接生成產品原型，并且可以方便地修改CAD模型后重新制造產品原型。由于該技術不像傳統(tǒng)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時間減少為幾天、幾小時，大大縮短了產品開發(fā)周期，減少了開發(fā)成本。隨著計算機技術的決速發(fā)展和三維CAD軟件應用的不斷推廣，越來越多的產品基于三維CAD設計開發(fā)，使得快速成型技術的廣泛應用成為可能。快速成形技術已廣泛應用于宇航、航空、汽車、通訊、醫(yī)療、電子、家電、玩具、軍事裝備、工業(yè)造型（雕刻）、建筑模型、機械行業(yè)等領域。

5 虛擬制造技術（VMT)

虛擬制造技術（VMT）以計算機支持的建模、仿真技術為前提，對設計、加工制造、裝配等全過程進行統(tǒng)一建模，在產品設計階段，實時并行模擬出產品未來制造全過程及其對產品設計的影響，預測出產品的性能、產品的制造技術、產品的可制造性與可裝配性，從而更有效地、更經濟地靈活組織生產，使工廠和車間的設計布局更合理、有效，以達到產品開發(fā)周期和成本最小化、產品設計質量的最優(yōu)化、生產效率的最高化。虛擬制造技術填補了CAD/ CAM技術與生產全過程、企業(yè)管理之間的技術缺口，把產品的工藝設計、作業(yè)計劃、生產調度、制造過程、庫存管理、成本核算、零部件采購等企業(yè)生產經營活動在產品投入之前就在計算機上加以顯示和評價，使設計人員和工程技術人員在產品真實制造之前，通過計算機虛擬產品來預見可能發(fā)生的問題和后果。虛擬制造系統(tǒng)的關鍵是建模，即將現實環(huán)境下的物理系統(tǒng)映射為計算機環(huán)境下的虛擬系統(tǒng)。虛擬制造系統(tǒng)生產的產品是虛擬產品，但具有真實產品所具有的一切特征。

6 智能制造（IM)

智能制造（IM）是制造技術、自動化技術、系統(tǒng)工程與人工智能等學科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術。其具體表現為：智能設計、智能加工、機器人操作、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調度與管理、智能裝配、智能測量與診斷等。它強調通過“智能設備”和“自治控制”來構造新一代的智能制造系統(tǒng)模式。

智能制造系統(tǒng)具有自律能力、自組織能力、自學習與自我優(yōu)化能力、自修復能力，因而適應性極強，而且由于采用VR技術，人機界面更加友好。因此，智能制造技術的研究開發(fā)對于提高生產效率與產品品質、降低成本，提高制造業(yè)市場應變能力、國家經濟實力和國民生活水準，具有重要意義。

制造技術是制造業(yè)所使用的一切生產技術的總稱，是將原材料和其他生產要素經濟合理地轉化為可直接使用的具有較高附加值的成品/半成品和技術服務的技術群。近兩百年來.在市場需求不斷變化的驅動下，制造業(yè)的生產規(guī)模沿著“小批量→少品種、大批量→多品種、變批量”的方向發(fā)展。在科學技術高速發(fā)展的推動下，制造業(yè)的資源配置沿著“勞動密集→設備密集→信息密集→知識密集”的方向發(fā)展。與之相適應，制造技術的生產方式沿著“手工→機械化→單機自動化。剛性流水自動化→柔性自動化→智能自動化”的方向發(fā)展。從而推動了制造業(yè)的不斷發(fā)展，促進了制造業(yè)的不斷進步。

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：

⑴設計技術 制造準備階段所需的設計工具與技術；

⑵制造技術 實際生產過程中所需的加工工藝和設備；

⑶支持技術 為前兩類開發(fā)項目提供所需的基礎核心技術；

⑷制造技術基礎設施 為有效地管理項目的開發(fā)，以及推動將這些項目應用于生產實踐中的方法與機制。

AMT計劃的集成創(chuàng)新重點領域有：

⑴下一代智能制造單元與設備；

⑵適用于快速而有效地設計新產品、工藝、設備及企業(yè)集成化設計工具；

⑶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。2100433B

《先進制造技術基礎實習》可作為高等工科院校機械類、近機類先進制造技術實踐教學的教材，也可作為高等職業(yè)學校、高等?？茖W校、中等職業(yè)技術學校的培訓教材。