先進制造技術與模式綜述

摘要：文章闡述了先進制造的技術內涵和技術特點，分析了幾種先進的制造模式，并論述了先進制造技術的主要發展方向。

關鍵詞：先進制造技術；先進制造模式；制造業

1 先進制造技術概述

制造業是工業的主體，是生產工具、生活資料、科技手段、現代裝備及其技術進步的依托，既占有基礎地位又處于發展核心，而制造技術則是發展制造業并提高其產品競爭力的關鍵因素[1]。

隨著制造業競爭日益激烈的形勢，美國、日本、西歐、新加坡等發達國家和地區以及部分新興工業國，都投入大量資金用于進行先進制造技術及其系統的研究開發，并將其列為國家的重點發展領域。

1994年，美國投入14億美元研發經費將先進制造技術作為重點扶持的科技領域，1996年，更是投入高達3420億美元的資金用于制造業的生產技術設備更新投資；1986～1993年，日本投入3萬億美元進行制造業的技術設備更新和工藝改造； 1991～1994年，歐共體投入74億美元進行先進制造技術探索與開發[2]。

2 先進制造技術的內涵及特點

先進制造技術，是指制造業不斷吸收現代信息技術及管理技術的成果，先進制造技術綜合應用于產品制造全過程，包括設計，加工，檢測，管理，銷售，使用，服務以及回收。目的是實現高效率，低耗能、更清潔、更敏捷的產品生產，提高在市場動態多變的現實中的適應能力和競爭能力。

現代裝備制造業的先進制造技術，是現代科學技術和市場經濟發展的產物，具有“數、精、極、自、集、網、智、綠、信”等特點及發展趨勢，相互滲透，相互依賴，相互促進。

其中，“數”是發展的核心，數字化制造是制造技術，計算機技術，網絡技術和管理科學相互融合的結果； “精”是發展的關鍵，精密化是指對產品，零件的精度要求以及產品零件的加工精度要求越來越高； “極”是發展的焦點，極端化是指需要在極端條件下工作，或者產品的要求比較極端；“自”是條件，自動化是指從自動控制、自動調節、自動補償、自動辨認等，發展到自學習、自組織、自維護、自修復等；“集”是發展的方法，集成化是指技術的集成、管理的集成、技術與管理的集成，其實質是知識表現形式的集成，集成化主要指的是現代技術的集成，加工技術的集成，企業內部與外部的集成、生物技術與制造技術的集成等；“網”是發展的道路，網絡化是先進制造技術發展的必由之路，它由生產組織變革的需要，以及生產技術發展的可能這兩者共同決定；“智”是發展的前景，智能化是指系統具有人機一體化、自組織與超柔性、自我學習與維護及自律的特點、未來還需具有更高級類人思維能力；“綠”是發展的必然，綠色化目標是使產品在整個周期中，包括設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理，對環境的負面影響極小，資源利用率極高，從而使得企業經濟效益和社會效益協調優化；“信”是發展的方向，信息化具有高科技，好效益，低消耗，優資源的特點[3]。

3 先進制造模式的研究

目前，世界上各發達國家正在進行現代先進制造技術的探索與研究，同時也取得了很多成果，特別是在管理體制，經營理念，方案評價，方法建立，制造技術等方面探索研究后，提出了各種先進制造的模式，主要有以下幾種：

（1）精益生產（LP）

精益生產不但是一種生產方式，更是一種運用于現代制造業的組織管理方法。精益生產是通過系統結構、人員組織、運行方式和市場供求等方面的變革，使生產系統能很快適應用戶需求不斷變化，并能使生產過程中一切無用、多余的東西被精簡，最終達到包括市場供銷在內的生產的各方面最好結果的一種生產管理方式。與傳統的大生產方式不同，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、中小批量生產加工，是一種具有高柔性同時也是高自動化的制造模式。柔性制造技術是對各種不同形狀加工對象實現程序化柔性制造加工的各種技術的總和。

（3）計算機集成制造（CIM）

計算機集成制造是指以計算機為核心，將各種與制造相關的技術系統，集成在一起的信息技術，目的是使企業實現整體優化，其市場競爭力得以提高。

（4）智能制造（IM）

智能制造是指計算機模擬人類進行分析，判斷，推理，構思及其決策等智能活動，并且把智能機器和這些活動進行有機融合，應用于企業制造中的各子系統，實現整個企業經營運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，并對這些智能信息進行搜集，存儲，完善，共享，繼承與發展。

（5）敏捷制造（AM）

敏捷制造是指制造企業運用通信手段，采用快速配置各種資源，包括技術、管理和人，以有效和協調的方式來響應用戶需求，實現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能夠快速靈敏地響應市場的動態多變，滿足市場的多樣化需求，獲取長期的經濟效益。

（6）綠色制造（GM）

綠色制造是指將環境影響和資源消耗因素綜合考慮的一種制造模式，其目標是使產品在整個周期中，包括設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理，對環境的負面影響極小，資源利用率極高，從而使得企業經濟效益和社會效益協調優化。

綠色制造是人類社會可持續發展戰略在現代制造業中的體現。

（7）虛擬制造（VM）

虛擬制造是指利用計算機仿真和建模，建立虛擬產品模型，在產品進行實際加工之前，對產品的性能，可制造性進行評價，也對產品的整個加工過程進行仿真，以達到產品生產最優的一種制造模式。

3 先進制造技術的發展展望

先進制造技術其實就是信息技術，管理科學和相關的科學技術相融而成的制造技術。

21世紀制造業高速發展的同時，先進制造技術得以飛速發展，根據現代制造科學與技術的發展趨勢分析，先進制造技術在未來發展的方向表現在以下幾個方面：

（1）產品的創新設計和優化設計。產品的數字化建模，仿真分析，評價及設計規范；產品的創新開發設計，優化，管理，維護技術；系統整體化設計的理論，技術和方法。

（2）網絡化制造理論及關鍵技術。網絡環境下的系統與裝備的協同優化；制造系統的信息模型，約束條件，運行理論及控制手段。

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

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

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

（6）納米技術。納米材料及其性能測量；納米尺度加工、制造、測量和裝配技術；

納電子與分子原子制造的原理及技術。

（7）仿生技術。仿生機械制造技術，結構，功能，能源與運動機械仿生技術；機械超前反饋仿生與制造的科學和技術； 生物工程技術；新一代生物芯片制造技術。

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

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

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

參考文獻（References）

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

[2] 蔡建國，吳祖育.現代制造技術導論[M].上海：上海交通大學出版社，2000：1～14.

[3] 劉文劍.計算機集成系統導論[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1994.

第一作者簡介：羅勛，男，1988年1月28日，碩士在讀，機械工程專業，四川大學制造科學與工程學院，主要從事數控機床優化設計研究與開發工作，獲工學、經濟學雙學士學位。

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