先进制造技术与模式综述

摘要：文章阐述了先进制造的技术内涵和技术特点，分析了几种先进的制造模式，并论述了先进制造技术的主要发展方向。

关键词：先进制造技术；先进制造模式；制造业

1 先进制造技术概述

制造业是工业的主体，是生产工具、生活资料、科技手段、现代装备及其技术进步的依托，既占有基础地位又处于发展优秀，而制造技术则是发展制造业并提高其产品竞争力的关键因素[1]。

随着制造业竞争日益激烈的形势，美国、日本、西欧、新加坡等发达国家和地区以及部分新兴工业国，都投入大量资金用于进行先进制造技术及其系统的研究开发，并将其列为国家的重点发展领域。

1994年，美国投入14亿美元研发经费将先进制造技术作为重点扶持的科技领域，1996年，更是投入高达3420亿美元的资金用于制造业的生产技术设备更新投资；1986～1993年，日本投入3万亿美元进行制造业的技术设备更新和工艺改造； 1991～1994年，欧共体投入74亿美元进行先进制造技术探索与开发[2]。

2 先进制造技术的内涵及特点

先进制造技术，是指制造业不断吸收现代信息技术及管理技术的成果，先进制造技术综合应用于产品制造全过程，包括设计，加工，检测，管理，销售，使用，服务以及回收。目的是实现高效率，低耗能、更清洁、更敏捷的产品生产，提高在市场动态多变的现实中的适应能力和竞争能力。

现代装备制造业的先进制造技术，是现代科学技术和市场经济发展的产物，具有“数、精、极、自、集、网、智、绿、信”等特点及发展趋势，相互渗透，相互依赖，相互促进。

其中，“数”是发展的优秀，数字化制造是制造技术，计算机技术，网络技术和管理科学相互融合的结果； “精”是发展的关键，精密化是指对产品，零件的精度要求以及产品零件的加工精度要求越来越高； “极”是发展的焦点，极端化是指需要在极端条件下工作，或者产品的要求比较极端；“自”是条件，自动化是指从自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨认等，发展到自学习、自组织、自维护、自修复等；“集”是发展的方法，集成化是指技术的集成、管理的集成、技术与管理的集成，其实质是知识表现形式的集成，集成化主要指的是现代技术的集成，加工技术的集成，企业内部与外部的集成、生物技术与制造技术的集成等；“网”是发展的道路，网络化是先进制造技术发展的必由之路，它由生产组织变革的需要，以及生产技术发展的可能这两者共同决定；“智”是发展的前景，智能化是指系统具有人机一体化、自组织与超柔性、自我学习与维护及自律的特点、未来还需具有更高级类人思维能力；“绿”是发展的必然，绿色化目标是使产品在整个周期中，包括设计、制造、包装、运输、使用到报废处理，对环境的负面影响极小，资源利用率极高，从而使得企业经济效益和社会效益协调优化；“信”是发展的方向，信息化具有高科技，好效益，低消耗，优资源的特点[3]。

3 先进制造模式的研究

目前，世界上各发达国家正在进行现代先进制造技术的探索与研究，同时也取得了很多成果，特别是在管理体制，经营理念，方案评价，方法建立，制造技术等方面探索研究后，提出了各种先进制造的模式，主要有以下几种：

（1）精益生产（LP）

精益生产不但是一种生产方式，更是一种运用于现代制造业的组织管理方法。精益生产是通过系统结构、人员组织、运行方式和市场供求等方面的变革，使生产系统能很快适应用户需求不断变化，并能使生产过程中一切无用、多余的东西被精简，最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好结果的一种生产管理方式。与传统的大生产方式不同，其特色是“多品种”，“小批量”。

（2）柔性制造（FM）

柔性制造适用于多品种、中小批量生产加工，是一种具有高柔性同时也是高自动化的制造模式。柔性制造技术是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性制造加工的各种技术的总和。

（3）计算机集成制造（CIM）

计算机集成制造是指以计算机为优秀，将各种与制造相关的技术系统，集成在一起的信息技术，目的是使企业实现整体优化，其市场竞争力得以提高。

（4）智能制造（IM）

智能制造是指计算机模拟人类进行分析，判断，推理，构思及其决策等智能活动，并且把智能机器和这些活动进行有机融合，应用于企业制造中的各子系统，实现整个企业经营运作的高柔性化和高集成化。

智能制造代替人类咋在制造过程中的部分脑力劳动，并对这些智能信息进行搜集，存储，完善，共享，继承与发展。

（5）敏捷制造（AM）

敏捷制造是指制造企业运用通信手段，采用快速配置各种资源，包括技术、管理和人，以有效和协调的方式来响应用户需求，实现制造快速灵敏的一种制造模式。

敏捷制造的目的是使制造企业能够快速灵敏地响应市场的动态多变，满足市场的多样化需求，获取长期的经济效益。

（6）绿色制造（GM）

绿色制造是指将环境影响和资源消耗因素综合考虑的一种制造模式，其目标是使产品在整个周期中，包括设计、制造、包装、运输、使用到报废处理，对环境的负面影响极小，资源利用率极高，从而使得企业经济效益和社会效益协调优化。

绿色制造是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。

（7）虚拟制造（VM）

虚拟制造是指利用计算机仿真和建模，建立虚拟产品模型，在产品进行实际加工之前，对产品的性能，可制造性进行评价，也对产品的整个加工过程进行仿真，以达到产品生产最优的一种制造模式。

3 先进制造技术的发展展望

先进制造技术其实就是信息技术，管理科学和相关的科学技术相融而成的制造技术。

21世纪制造业高速发展的同时，先进制造技术得以飞速发展，根据现代制造科学与技术的发展趋势分析，先进制造技术在未来发展的方向表现在以下几个方面：

（1）产品的创新设计和优化设计。产品的数字化建模，仿真分析，评价及设计规范；产品的创新开发设计，优化，管理，维护技术；系统整体化设计的理论，技术和方法。

（2）网络化制造理论及关键技术。网络环境下的系统与装备的协同优化；制造系统的信息模型，约束条件，运行理论及控制手段。

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

（4）高速高效数字制造理论和技术，新材料，新原理，新工艺的数字制造装备技术。

（5）制造中，精密，超精密测量，量值溯源原理和新传感器技术；多尺度空间精度测量技术；表面微观计量理论及技术。

（6）纳米技术。纳米材料及其性能测量；纳米尺度加工、制造、测量和装配技术；

纳电子与分子原子制造的原理及技术。

（7）仿生技术。仿生机械制造技术，结构，功能，能源与运动机械仿生技术；机械超前反馈仿生与制造的科学和技术； 生物工程技术；新一代生物芯片制造技术。

（8）微电子制造科学和关键技术。微机械、微传感、微光器件制造技术；纳米级光学光刻、非光学光刻、浅沟槽刻蚀、铜互连等机理和技术；集成电路新型封装工艺原理和技术。

（9）绿色制造技术。产品与人类和自然的协调理论；产品绿色制造工艺技术；产品的再制造和维修科学和技术；产品绿色使用理论和方法；废旧产品资源回收再利用技术。

（10）面向航空、航天、海洋、能源、交通和国防装备等重大工程制造的科学和技术。

第一作者简介：罗勋，男，1988年1月28日，硕士在读，机械工程专业，四川大学制造科学与工程学院，主要从事数控机床优化设计研究与开发工作，获工学、经济学双学士学位。