论先进制造技术特点与发展.doc

论先进制造装备与技术特点与发展 叶信超1.先进制造技术的概念一般认为：先进制造技术是指制造业（传统制造 技术）不断吸收机械工程技术，电子信息技术（包括微 电子、光电子、计算机软硬件、现代通信技术）、自动化 控制理论技术（自动化技术生产设备）、材料科学、能 源技术、 生命科学及现代管理科学等方面的成果；并 将其综合应用于制造业中产品 设 计 、制 造 、管 理 （检 测）、销售、使用、服务（售后服务）以及对报废产品的 回收处理这样一个制造全过程， 实现优质、 高效、低 耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适 应、竞争能力，取得（具有市场竞争能力的）理想经济 技术综合效果的制造技术的总称。2.先进制造技术特点：（1） 先进制造技术不是一成不变的， 而是一个动 态过程，要不断吸取各种高新技术成果，并将其渗透 到产品的设计、制造、生产管理及市场营销的所有领 域及全部过程，并实现优质、高效、低耗、清洁的生产。（2） 先进制造技术是面向新世纪技术系统， 它的目的是提高制造业的综合效益，赢得国际市场竞争。（3） 先进制造技术是不仅限于制造过程本身，它涉及到产品 从市场调研、产品设计、工艺设计、加工制造、售后服 务等产品寿命周期的所有内容。（4） 先进制造技术是 特别强调计算机技术、 信息技术和现代系统管理技 术，在产品设计、制造和生产管理等方面的应用。（5） 先进制造技术是强调各专业学科之间的相互渗透、融 合和淡化，并最终消除它们之间的界限。（6） 先进制造 技术是特别强调环境保护，要求产品是所谓的“绿色 产品，要求生产过程是环保型的！3.先进制造技术发展展望与科学技术的发展和人类社会的进步相适应，先进制造技术的发展将具有以下三个特点：（1）制造科学理论体系不断完善   现代制造正从技艺、技术走向科学：“数字化”将是建立制造科学理论体系的关键，它将贯穿包含设计、制造和控制等整个制造过程的数字化，如制造中从几何量、控制量的数字化到物理量、知识、经验的数字化等；“虚拟化”将在产品制造、制造系统运行全过程中广泛应用，是使预测和评价科学化的重要手段；“集成化”将使制造技术和管理更加深入和广泛地融合，其本质是知识与信息的集成；“网络化”可为制造企业的设计、生产、管理与营销等提供跨地域的运行环境，使制造业走向全球化、整体化和有序化； “智能化”将显著提高制造企业、系统和单元（装备）适应环境的能力，对海量和不完整信息的处理能力，相互间主动协调和协同能力。运作的自律性、组织结构的柔性、响应的敏捷性是智能化的典型特征，也是制造科学理论的重要特色。加工精度的“精密化”、加工尺度“细微化”、加工要求和条件的“极限化”都是当今制造科学与技术发展研究的焦点。（2）先进制造技术的内涵与外延将在与其他相关科学的交叉融合中不断丰富和发展下一代航天、航空产品的制造将与材料科学、空间物理学等紧密结合；制造科学与生命科学、生物学交叉的生物制造、仿生制造将得到较大的发展；精微制造的机理和控制技术将得益于与量子力学、材料科学、微电子科学等的深度融合；数字制造、智能制造的发展将更加依赖于与现代数学、系统科学、管理科学的综合。可以说，未来1015年将是制造科学与技术同其他相关学科交叉融合大发展的时期，尤其是制造基础科学可望一些新的突破。（3）绿色制造将是先进制造技术发展的重点人类社会的发展必将走向与自然界的和谐。制造必须充分保护自然环境，保护社会环境、生产环境和生产者的身心健康。制造必然要走“绿色”之路，这是实现国民经济可持续发展的重要条件。在未来1015年先进制造技术将在以下10个方面得到优先发展。1）机电产品的创新设计和系统优化设计理论与方法包括全生命周期的产品数字化建模、仿真评估理论及设计规范；产品快速创新开发的设计、优化、规划和管理技术；复杂机电系统创新设计、整体优化设计的理论、技术与方法2）网络协同制造策略理论和关键技术主要包括制造系统的信息模型和约束描述；支持并行及网络协同制造的理论和技术；制造系统优化运行理论、策略与控制。3）新型成形制造原理和技术包括基于新材料、新工艺的成形原理及技术；精捷成形制造原理和技术；高能束精密成形制造原理及技术。4）数字制造理论和数字制造装备技术包括产品制造过程的数字化模型及多领域物理作用规律；高速高效数字制造理论与技术，基于新原理、新工艺的新型数字化装备；数字制造中多智能体协调和实时自律控制技术。5）制造中的量值溯源和测量的理论和技术主要包括在多尺度空间上精密测量问题；机械表面微观计量理论与技术；超精密测量、量值溯源原理、新传感器技术等。6）纳米制造科学与技术包括纳米材料制备及其性能测量；纳米尺度加工、制造、测量和装配；纳电子制造和分子原子制造原理与技术。7）生物制造与仿生机械的科学与技术包括结构、功能、能源及运动机械仿生及仿生制造；生物自生长成形制造；机械超前反馈仿生与制造的科学与技术；生物工程制造原理及技术、新一代生物芯片制造原理与技术。8）微系统与新一代电子制造科学与关键技术主要包括微机械、微传感、微光器件的制造机理与技术；纳米级光学光刻与非光学光刻、浅沟槽刻蚀、铜互连等机理及技术；集成电路新型封装工艺原理与技术。9）绿色制造的科学与技术包括产品与人类和自然的协调理论；产品绿色制造工艺（如Near-Zero Waste）；产品的再制造与维修科学；产品绿色使用以及废旧产品资源再利用的理论与方法。10）面向国家安全和国家重大工程的制造科学与技术主要包括针对未来国家将实施的重大工程（宇宙探索、航天、航空、海洋、能源、交通和国防装备等）中的制造技术与科学问题，提前进行研究，以保证国家重大工程和国家安全有相应的技术储备。4.先进制造技术的应用举例在产品制造过程与工艺技术中的应用国内主要发电设备制造厂家在90年代就开始采用数控加工技术加工主要零部件，并在复杂和典型零件加工方面研究开发CAM技术。如开发出大型水轮机叶片的五轴联动数控加工技术、汽轮机叶片制造的FMS、汽轮机缸体数控加工技术、汽轮发电机风叶加工的FMS等。数控加工技术已在不同层次上广泛应用于发电设备制造业。针对发电设备制造业的特点，进一步推广应用FMS、CIMS、VM等在内的先进制造技术，对于我国发电设备制造业提高产品制造水平、优化生产工艺具有重要的意义。可以应用的先进制造技术包括：(1)计算机辅助制造(CAM)及仿真加工技术利用数控机床，数控加工中心配以CAM技术，可以实现零件部分或全部加工过程的自动化。充分利用CAD的产品三维模型，在CAM和仿真软件中定义和模拟机床，模拟加工刀具、 夹具等加工工艺系统，制定零件的工艺路线和工序内容，进行刀位轨迹规划、刀位轨迹计算、刀具干涉计算、进行针对加工机床后置处理数控加工程序。利用加工过程仿真软件在计算机仿真加工对象在加工过程中的运动和状态进行虚拟加工，检查NC代码和装夹等因素引起的碰撞干涉现象，优化加工方案和加工工艺，并具有动画功能。(2)计算机辅助工艺设计规划(CAPP)通过PDM传递各发电设备的零部件信息，通过CAPP建立各企业的工艺资源库，向计算机输入被加工零件加工工艺信息，由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件。包括毛坯选择及毛坯图生成、定位夹具选择、加工方法选择、加工顺序选择、工艺设备选择、工艺参数选择等，可优化加工工艺，合理设备负荷，大大降低工艺准备周期。(3)柔性制造系统(FMS)推广FMS技术，以加工中心为基础，包括加工中心、立体仓库、物料运输系统和控制系统。FMS可以实现加工高度柔性，有利于发电设备这种单件加工、小批量生产和增强对市场响应的敏捷性。(4)特种加工和新兴制造技术如将快速成型技术等特种加工应用于水轮机模型制造中，可大大缩短试制周期。(5)三维测量及大尺寸测量技术发电设备中有很多大型曲面零部件需要进行三维坐标测量，也有很多大部件需要进行尺寸测量。采用计算机辅助非接触光电测量技术，结合反求工程可得以很好的解决。5.先进制造装备的机遇与挑战装备制造业亦称机械装备制造业，是提供生产工具的各种制造业的总称，是“母体”工业。装备制造业发展一般可分为三个阶段：第一阶段是生产性阶段，即主要扮演加工角色，或配套加工，或定牌加工，或借牌加工，发展重点是生产能力的扩张;第二阶段是生产加创新阶段，即在生产能力扩大，资本和技术、人才积累到一定程度的基础上，技术创新功能明显增强，既有模仿创新，又有自主创新，同时，品牌意识大大增强;第三阶段是产业中心阶段，即已成为研发中心、知识产权控制中心、品牌推广中心等等，具有引领行业发展的能力。在世界上，装备制造业的发展往往延续着从第一阶段向第二和第三阶段演进的路径，其水平往往代表着一个国家或地区当时科技、工业、管理等的最高水平，也是经济实力与核心竞争力的集中代表。目前，辽宁提出要大力发展先进装备制造业、走新型工业化道路，这符合装备制造业的发展要求。先进装备制造业中的“先进”两字，至少应包括三个方面的内涵：一是产业的先进性。即在全球生产体系中处于高端，具有较高的附加值和技术含量，通常指高技术产业或新兴产业。二是技术的先进性。装备制造业不是非高新技术产业莫属，传统产业通过运用高新技术或先进适用技术改造，在技术和研发方面保持先进水平，同样可以成为先进装备制造业。三是管理的先进性。即采用先进的管理方式方法和技术手段。从技术角度说，先进装备制造业还包括三个特性：一是集群化。20世纪90年代以来，全球装备制造业的集群化趋势不断发展，即同种产业或相关产业的制造企业在空间上有机地集聚在一起，通过不断创新而赢得竞争优势。二是信息化。当前，世界装备制造业正向全面信息化方向迈进，其新的发展趋势表现为技术的融合化，产品的高技术化、高附加值化、智能化和系统化。三是服务化。在用户产业的需求进入“多样化”阶段以后，装备制造业从以“硬件(生产)”为中心向以“软件(服务)”为中心的具有综合工程能力 (产品+服务)的产业转变。辽宁装备制造业在向第二、三阶段转变过程中，至少应符合以下两个条件才可以称其为先进装备制造业：一是装备制造业的生产和出口规模达到一定比重，同时以高附加值和高新技术产业为主体，主要产业的制造技术、研发能力和管理水平等在世界或全国处于先进水平;二是把视角放在更具体的层面，比如具有特色优势的产业集群，产业规模大，市场占有率高，技术创新能力强，能够引领行业发展。打造辽宁先进装备制造业，集中体现了我省的综合竞争力和工业发展的技术水平。切实把握、充分学习工业发达国家发展先进装备制造业的成功经验，对于此阶段的辽宁装备制造业实现先进的目标具有重要的借鉴意义。（1）引进先进技术和提高研发能力并举日本装备制造业振兴的过程，既不是全靠自力发展的“播种方式”，也不是全部引进成套设备的“移植方式”，而是始终以大力提高技术水平为基本内容，在已有技术基础上引进必要技术和关键设备的“嫁接方式”。从1950年到1979年，日本共花费100亿美元，引进技术约3。4万项，其中装备制造业是日本引进技术最多的部门。日本装备制造业技术引进的注重点有二：其一，技术引进同生产密切结合，并重视创新，兼采各国之长，形成自己的技术。其二，在引进先进技术的同时，大力加强自己的研究与开发。日本的技术研究和开发，30%由国立科研单位和大学承担，70%由民间企业承担。各大公司都把研究和开发放在头等重要地位，舍得花大本钱。2001年，日本装备制造业企业的研发投入占其当年销售收入的比例达到4。16%。2006年，日本机电与精密仪器等领域11家主要厂商的研发投入突破了290亿美元。推动装备制造业产业集群的形成。20世纪90年代以来，全球装备制造业的集群化趋势不断发展。英国北部的汽车、金属加工等制造业集群，美国硅谷和128公路的电子业集群、明尼阿波利斯的医学设备业集群，德国索林根的刀具业集群、斯图加特的机床业集群、韦热拉的光学仪器集群等，已经成为地区经济发展的重要支柱。在日本东京，众多电子设备、精密仪器领域的中小企业集聚周围，这些“产品开发型中小企业”正取代传统的 “承包加工型中小企业”，迅速发展成为日本培育产业竞争力的基础。当前，辽宁装备制造业已取得长足发展，2006年成为第一大产业，产业链不断延伸，产业融合和产业创新越来越强，需要在进一步做强大型主机制造企业的同时，加快发展零部件、元器件产业，增强成套能力，提高服务水平，推进产业集群化发展。（2）加快培养一批能够提供重大技术装备总承包服务的企业集团在经济全球化的今天，装备制造业发达国家总是由具有总承包能力即提供交钥匙工程的公司，把有关设计、制造企业联合起来。总承包公司控制着总体设计和关键设备的制造。目前，我省装备制造业的相关研究院所、设计院、制造企业仍缺乏有机联系，没有像美国通用电气和IBM、德国西门子、日本三菱重工、法国阿尔斯通那样的能够提供全系统服务的世界级装备巨头。加快发展具有总体设计、系统集成、成套生产、配套服务等“一揽子”功能的大型装备制造企业，是占领国际国内竞争制高点的关键环节。不断强化系统设计、成套制造的能力，也是国际装备制造业的一个重要发展方向。韩国早在上世纪70年代就提出了工程成套规划，极大地促进了本国装备制造业的发展。由于工程承包公司掌握着关键流程工艺技术，在设备选用上也有决定权，因此促进这类公司持续快速健康发展，不仅有利于我省装备制造技术水平的整体提高，而且也有益于实现技术装备特别是重大技术装备的国产化。（3）努力将装备制造业改造成某种意义上的“服务业”和“信息业”根据世界装备制造业发展的趋势，在用户产业的需求进入多样化阶段以后，装备制造业就要从以“硬件(生产)”为中心的框架中跳出，向以 “软件 (服务)”为中心的、具有综合工程能力(产品+服务)的产业转变。在与用户结合方面，世界装备制造企业主动熟悉用户产业各种零部件的制造工艺，深入理解用户提出的各项要求，有针对性地开发用户所需要的新工艺、新装备。在国际市场上，装备制造企业不仅为用户提供设备，而且为用户提供工艺服务，使得工艺和装备的开发与用户产品的开发同步进行。辽宁装备制造业的各个部门，都应树立为用户服务的强烈责任感，切实建立和实行一套有效的章法，在为用户服务的理念、行为、习惯上做得更好和更有成效。应该说，这是对辽宁装备制造业的重大考验和挑战。6.结束语我国制造业面临的竞争越来越激烈，创新已成为企业竞争策略的重点，新生产模式越来越重视知识，必须采用先进制造技术来改造传统产业。但在我国，制造业应用先进制造技术和发展先进生产模式必须依据我国国情，在跟踪、消化国外先进生产模式的基础上，结合国情，博采众长来发展我国的制造业先进生产模式，推广现代先进制造技术。