先進制造技術及其發展研究

張劍， 歐陽陵江

（1.湖南網絡工程職業學院，長沙 410004；2.湖南工業職業技術學院，長沙 410208）

0 引言

制造業作為現代國民經濟和綜合國力的重要支柱，無論在發達國家還是發展中國家它都是競爭核心，國內生產總值有將近5成是制造業產生的。因此，國家的制造生產水平從某種意義上來講已經成為了衡量其綜合國力的標準。在20世紀80年代，美國根據當時其制造業面臨的挑戰，本著激勵國家經濟的快速發展，提升制造業的競爭力為原則提出了先進制造技術（Advanced Manufacturing Technology，簡稱AMT）一詞。由于制造技術在不斷地發展更新，所以到目前為止仍然沒有一個相對明確的定義。但經過對其內涵、特點特征等各個方面進行分析后，基本可以做出如下定義：先進制造技術是以人為主體，計算機技術為輔，旨在提高綜合效率，在傳統制造業的基礎上不斷吸收機械、計算機與通信、電子、控制理論、材料、環保以及現代系統管理技術等相關領域的科研成就，使其在最初的產品設計、開發研制、后期質量保證、項目管理及銷售與售后服務等環節得以運用，以達到產品質量保證、綠色環保、在市場上具有強競爭力制造技術的總稱。先進制造技術有5大特點：1）面向21世紀的制造技術。先進制造技術較傳統技術而言，更加適應于信息化時代的特征，它有傳統制造技術的優點，并且在傳統制造技術的基礎上能夠有效地控制制造系統中的物質流、價值流和信息流的工程技術。2）集成人、技術、管理。所謂先進就是在人、技術、管理三者有效地合成時所達到的一種狀態。實踐證明，先進制造技術不僅僅是一門技術，沒有很好的組織管理，人員的作用很難在生產中有比較明顯的提升。故而，人、技術、管理在先進制造技術中的綜合應用能顯著提高整個制造系統運行的穩定性，使整個生產管理、組織更加合理化。3）計算機技術、信息技術、現代系統管理技術的應用。如今的制造業更加注重這三個方面的應用，在生產設計、制造和生產組織管理等方面能夠更加系統化、模塊化。4）多學科交叉的產物。如今的生產模式不在局限于某一單方面上的內容，多專業、多學科交叉融合而成的系統綜合技術更加適應現代生產的模式。先進制造技術集機械、信息、電子和管理等技術與一體的新興技術。5）更加注重環保因素。隨著各行各業的發展，環境因素必須考慮在內。“綠色產品”是運用先進制造技術的最好佐證，對資源利用、對環境影響及對人體有無危害等在內問題是先進制造技術更加注重的因素。

1 先進制造技術的體系結構

制造業是整個工業生產的核心，它帶動著國家的經濟向前發展。而制造技術是發展制造業并且提高相應產品的競爭力的一個重要因素，它是生產資料、生產工具、現代生產裝備及技術的依托。經過長期的發展，形成了一個相對完整的高新技術群，我們稱之為體系結構。其具體是由3個大的技術群組成：主體技術群、支撐技術群、制造基礎設施技術群。3個技術群很好地闡述了先進制造技術的體系結構，同時，這3個技術群不是相對獨立的，它們是層層包含。在三者相互融合的情況下，才能更好地發展先進制造技術。那么這3個技術群具體包含哪些內容呢？下面就作以詳細的剖析。

1.1 主體技術群

主體技術群作為現代制造技術的中心，其包括兩個主要部分：產品設計技術和制造加工工藝技術。簡言之，一個側重點在設計制造上，一個側重點在工藝上。我們都知道，一個產品除了要有其基本的功能，我們往往要求其能夠在使用、制造、后續維護方面性能達到最優，那么除了滿足基本的功能要求之外還必須有一定的工藝要求。先進制造技術的核心就在于此。

面向制造的設計技術群通常指生產制造準備階段的工具群和技術群。產品和制造工藝的設計往往可以通過一些工具來完成，如計算機輔助設計，工藝過程建模和仿真。在生產過程中，從開始的設計，到實際生產及后續試驗平臺都可以采取先進技術來更加有效地完成。

面向工藝的設計技術群通常指實體產品的生產過程和設備。傳統的生產方式如注塑成型、鑄、鍛、焊、車、銑、磨等都是其制造過程中必須考慮的工藝技術。隨著高新技術的不斷發展及滲入，傳統的制造工藝和裝備正在發生質變。所以除了上述傳統常規加工工藝及裝備，還包括高速超高速加工工藝及裝備、精密與納米級的加工工藝及裝備、特種加工（如激光、電化學、離子束、超聲波等）工藝及裝備等等。

1.2 支撐技術群

支撐技術群是保證產品在研發設計、加工制造、生產工藝等方面的核心技術群，它在整個產過程中提供了一系列的技術支撐。生產的基本環節如試驗檢測、相關物料及成品的運輸、生產計劃的控制、包裝等都需要支撐技術群提供相應的技術去完成。主體技術群穩定運行的前提是擁有與之對應的支撐技術群。這一技術群是主體技術群不斷取得進步的相關技術，如信息技術（計算機技術、數據庫技術、多媒體技術、軟件工程、人工智能、決策支持等），標準和框架（數據、產品定義、工藝、檢測標準、接口框架等），機床和工具技術，傳感器和控制技術等。

1.3 制造基礎設施

制造基礎設施是使先進制造技術更好地在不同企業中應用，在不同環境下最大限度發揮其作用，使企業更好地管理調度人員配置的一個基本環節。制造基礎設施是先進制造技術中不可或缺的一部分，它是先進制造技術中與企業管理體制和使用技術的人員細條工作的一個系統工程。其具體包括品質管理、用戶供應商交互作用、工作人員培訓教育、全局檢測和基準考評、技術的獲取和利用等。

先進制造技術的體系結構大體如上，在制造基礎設施的技術之上擁有相應的支撐技術群，以此為主體技術群鋪好基石。在三者的融合之下形成一個由傳統的制造技術與以信息技術為核心的現代科學技術。

2 先進制造技術的發展現狀及問題

先進制造技術顯然已成為衡量一個國家制造業水平的一個基準，它集現代化技術與工業創新與一體，是國家制造業的基礎與支柱。當前世界各個工業發達的國家應經逐步認識到先進制造技術的重要性。當前制造科學要解決的問題有以下幾點。

1）日益復雜的制造系統結構。與傳統的生產不同，現代化的制造業集成了許多不同領域的技術，使制造系統達到反應快、應變快的效果。在信息科學、生命科學、社會科學等不同領域吸收科研成果，摸索出能夠使先進制造技術在現代化生產工業中穩定高速運行的生產機制。制造系統新的體系結構對包括企業廠家分析調研市場的能力、響應速度，對制造加工企業基礎的生產設備的柔性和動態重組能力在內的相關方面提出了更高的要求。

2）大量涌現出的多樣智能制造技術。為滿足生產需要，更加智能的生產技術不斷涌現，這既能夠在一定程度上滿足某方面的生產要求，但從另一方面來說，它帶來的也是一種挑戰。這些智能技術包括基于生物進化算法的計算智能工具，智能調度，智能控制，智能工業規劃及診斷。同時，隨著工業機器人的越來越成熟，智能化的制造生產也日益成熟。

3）日益龐雜的制造信息量。在當今這個信息化的社會，各行各業都離不開信息的急速更新，在量上面也是急速攀升。那么信息的處理已成為現代制造科學發展的一個側重點。制造信息的涌現往往是多維度、多面性的。那么對制造信息的接收處理、相關管制、加工和制造業相關知識的管理，海量數據的傳播需要進一步改善，以滿足當今日益龐雜的制造信息量。這些問題的重點突破可成為先進制造技術的基礎研究體系，它們是產品創新的關鍵理論問題。

3 先進制造技術的發展趨勢

與傳統制造相比，新理念、新技術的融合是先進制造技術的一大特點。只有這些技術能夠滿足當前生產的要求，它才能夠為之運用。現代制造技術的優越性有幾點表現：1）適應市場變化快速和多樣化；2）以小規模高速運轉，縮短制造周期，提高制造速度；3）擁有優質、高效、低耗、清潔、低成本、更加人性化的特點；4）集成信息技術、計算機技術、系統管理技術與一體，更好地體現出技術的優勢；5）企業組織更加有機化、柔性化。由此可見，先進制造技術無論從需求的一方還是到生產的一方，它都能夠從產品的功能、質量、成本、服務等幾個方面提高企業在整個制造業中的競爭力。這是先進制造技術以體現出的優勢，當然，后續的發展將以此為基礎使整個制造業往更加科學的方向邁進。

先進制造技術的發展趨勢有八化：一體化、柔性化、智能化、信息化、網絡化、虛擬化、綠色化、全球化。所謂一體化是在計算機技術的基礎之上，綜合運用信息技術、自動化技術、現代生產技術、系統工程技術和管理技術，全面提高企業的生產管理水平、產品質量和經濟效益。柔性化主要是在制造系統中體現出來，模塊化設計是提高企業制造自動化系統柔性的重要方法和導向。現如今是信息網絡時代，所以先進制造技術的發展趨勢也會朝著信息化和虛擬化的方向發展。更加智能的制造技術是傳統生產發展至今的必然趨勢，智能生產逐步取代手工生產。另外，環保因素是先進制造技術的重點，所以它的發展也離不開綠色化。在當今網絡時代，包括產品的設計研發、生產制造、后期銷售在內的各個環節都可以在異地乃至跨國進行，因此制造業的發展必定由網絡化向全球化迅猛發展。

4 結語

先進制造技術是一個國家制造業發展強盛的關鍵，它在某一層面上反映了一個國家生產技術水平和現代化程度，是國際間經濟競爭的一個重要手段，所以發展先進制造技術是任何時刻都不能懈怠的。一些發達國家早已將之作為優先發展的領域，那么我們就應該努力發展更新先進制造技術，去學習發達國家在這方面取得成功的案例，同時不忘自主創新，使之更加符合我國的制造業的特點。只有充分認識到先進制造技術的重要性，緊跟先進制造技術的在國際上的發展腳步，實行長期戰略實施計劃，才能夠在發展迅猛的今天穩中求進。

［1］ 吳虹.淺析先進制造技術的發展趨勢 ［J］.天津電大學學報，2007（增刊 1）：40-41，44.

［2］ 王俊峰，張所地.先進制造技術的發展趨勢研究［J］.山西財經大學學報，2009（增刊 1）：14-15.

［3］ 楊叔子，吳波.先進制造技術及其發展趨勢［J］.機械工程學報，2003（10）：73-78.

［4］ 楊叔子，吳波，李斌.再論先進制造技術及其發展［J］.機械工程學報，2006（1）：1-5.

［5］ 李亨昭，邱敬之，戚法云.先進制造技術的發展趨勢與戰略設想［J］.電子機械工程，2000（2）：3-6，14.