２０１１年６月 机电技术 １７１ 先进制造技术的研究现状及发展方向 向大学 （内江职业技术学院建筑工程系，四川内江６４１１００） 摘要：概述了先进制造技术（ＡＭＴ）的体系结构和分类。分析了各国对先进制造技术的研究进展，提出了未来先进 制造技术的关键技术及其发展方向。 关键词：先进制造技术；虚拟制造：纳米制造；绿色制造 中图分类号：ＴＢ４７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－４８０１ｆ２０１１）０３—１７１—０４ 先进制造技术（ＡＭＴ，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ １．２分类 Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）是指在制造过程和制造系统中融合电 （１）现代设计技术。主要包括：现代设计方 子、信息和管理技术，以及新工艺、新材料等现 法，设计自动化技术，工业设计技术。 代科学技术，使材料转换为产品的过程更有效、 （２）先进制造工艺。主要包括：精密和超精 成本更低、更环保以及更及时满足市场需求先进 密加工技术、精密成型技术、特种加工技术、表 的工程技术的总称。 面改性、制模和涂层技术。 自２０世纪８０年代末，国际上提出先进制造技 （３）自动化技术。主要包括：数控技术、工 术（ＡＭＴ）的概念以来，以ＣＡＤ／ＣＡＭ技术、快速 业机器人技术、柔性制造技术、计算机集成制造 原型制造技术、柔性制造系统技术、计算机集成 技术、传感技术、自动检测及信号识别技术和过 制造系统技术、虚拟制造、绿色制造、敏捷制造 程设备工况监测与控制技术等。 等为代表的一系列ＡＭＴ在诸多国家和地区得到 （４）系统管理技术。主要包括：工程管理、 迅速的发展和广泛的应用，逐步实现了柔性化、 质量管理、管理信息系统等，以及现代制造模式 自动化、敏捷化与虚拟化。 （如精益生产、ＣＩＭＳ、敏捷制造、智能制造等）、 进入２ ｌ世纪后，以计算机技术、网络技术和通 集成化的管理技术、企业组织结构与虚拟公司等 信技术等为代表的信息技术、生物技术及新材料技 生产组织方法。 术，被应用于制造业的各个领域，使制造技术发生 质的飞跃，制造生产模式发生了重大的改变。 ２经济发达国家及我国先进制造技术的 研究现状 １ 先进制造技术的体系结构及分类 （１）美国。上世纪８Ｏ年代中后期，美国制造 １．１体系结构 业国际竞争力大大下降，引起美国政府和社会各 先进制造技术主要包括有：主体技术群、支 界的高度重视。为此，美国政府决定大力发展先 撑技术群和管理技术群，具体内容见图１所示。 进制造技术。１９９４年，美国国家最高科技决策机 主体技术群 构——国家科学技术委员会指定其所属的民用工 设计技术群 御造工艺技术群 国产品、工艺设计 ①材辩生产工艺 业技术委员会制订国家级先进制造技术发展战 ・计算机糖驰避计 ＠加工工艺 ・工艺垃酌毫瓣静啪Ｉ ＠链接和装配 ・工艺栅程踺计 略，其主旨有如下四点：①支持国家实验室、大 蕞统Ｉ程舨 ④澍试和检曩皇 ・・工作辫蕊证计 ＠环保拉术 圆快速成形技术 ＠雏謦技术 学与工业界联合研究开发先进制造技术；②通过 ＠井行设计 ⑦萁他 支撑技米群 国家级工业服务网络帮助企业快速采用先进技 ０竹息技术｛接矗和通讯、救据库，集成挂槊、软 件工｜蔓、人工智糖、谀簟支持 术；③开发并推广有利于环境保护的制造技术； ＠标准和拉架，数据标准、产品定义标准、工艺标 准、检肇标准、接口幅絮 ④积极实施与工程设计和制造相关的教育与培训 ＠机床和工具技术 ④传巷嚣和静制技术 计划。１９９６年，美国国家先进制造联合会发表了 瞥理技木群 ①品质管理 圆用户／供应商变互作用 ＠工作人员培枷和教育回垒目监鬻和基准评涮 《面向２１世纪的美国工业力量》白皮书，建议美 ＠技术获囊戚作用 国今后应重点发展如下先进制造技术：集成产品 图１先进制造技术所设计的学科、技术内容 与过程开发、并行工程、敏捷企业哲理、虚拟产 作者简介：向大学（１９６４～），男，讲师，主要从事机械制造技术教学与科研。 １７２ 机电技术 ２０１１年６月 品开发、快速原型与过程仿真、可扩展的企业体 国民经济和社会发展十二五规划纲要》明确提出， 系结构、综合资源规划、产品数据交换标准、高 坚持走中国特色新型工业化道路，适应市场需求 速网络、人工智能、传感器数据融合、专家系统、 变化，根据科技进步新趋势，发挥我国产业在全 电子数据交换、纳米／微米制造技术、高级控制 球经济中的比较优势，发展结构优化、技术先进、 器、全能制造系统的制造单元技术等。同时建议 清洁安全、附加值高、吸纳就业能力强的现代产 国防承包商采用大批量定制技术，重点发展柔性 业体系。 制造技术与系统。目前，美国正在实施的先进制 造技术计划有ＡＭＴ计划、ＴＲＰ计划、ＡＴＰ计划、 ３ 未来先进制造技术的关键技术及其发 ＳＩＭＡ计划和ＭＡＮＴＥＣＨ计划等。 展趋势 （２）德国。德国是工业强国，与美国、欧洲、 ３．１关键技术 亚洲其他国家的竞争中，为继续保持传统制造业 （１）虚拟制造（Ⅵ ）。ＶＭ技术是以虚拟现实技 的经济增长，积极采取行动，将更多的精力和资 术和仿真技术为基础发展起来的，是实际制造在 源投入到更新的先进技术上来，积极推动工业界 虚拟环境下的映射，即在虚拟条件下模拟产品设 采用信息技术改造传统制造技术与制造企业，并 计、产品制造、产品测试、产品营销的全过程， 制订了相关的计划。德国政府于１９９５年提出了实 并对有关技术数据和性能指标做出预测和评价， 施“２０００年生产计划”以推动信息技术促进制造业 从而增强各级决策与控制能力，达到缩短产品开 的现代化和提高制造领域的研究水平；２００２年又 发周期、优化制造过程的目的。由于虚拟制造技 分别推出了“ＩＴ２００６研究计划”和“光学技术一德 术在面对激烈市场竞争中显示出了巨大的技术优 国制造”计划，投资３０多亿欧元，研究电子制造技 势，目前已为各先进工业国家和公司所极度重视。 术和设备、新型电路和元件、芯片系统以及下一 如美国波音公司在设计波音７７７飞机时，在整机设 代光学系统。 计、部件测试、整机装配及试飞均采用ＶＭ技术， （３）日本。日本早在１９８９年就发起过“智能制 使该机型的开发周期由８年缩短为５年；美国克莱 造系统”计划，研究开发全球化制造、下一代制造 斯勒公司开发９３ＬＨ系列汽车采用ＶＭ技术，使开 系统、全能制造系统等技术；１９９５年日本通产省 发时间从３６个月缩短为２４个月。此外，我国对虚 发起旨在推动工业基础研究的“新兴工业创新型 拟机床加工系统、虚拟数控加工过程和某些机械 技术研究开发促进计划”；２００４年又启动了“新产 零部件的虚拟加工、制造等都有研究，伴随着这 业创造战略”，为制造业寻找未来战略产业。这已 些工作的逐渐开展将为提高我国制造业的总体水 引起美国、欧洲、日本在机械制造技术上新一轮 平、加速制造业的自动化，以及提升我国企业的 的竞争。 国际竞争力打下良好的基础。 （４）中国。我国对先进制造技术的发展也给 （２）纳米制造。纳米制造是纳米技术与制造 予充分重视。１９９５年９月《中共中央关于制定国 技术相融合的产物，它包括超精加工、精密加工、 民经济和社会发展“九五”计划和２０１０年远景目 超微细加工和微细加工。常用的制造技术有聚焦 标的建议》中明确提出要大力采用先进制造技 离子速工艺、扫描隧道效应显微镜技术等。例如 术，先进制造技术是一个国家，一个民族赖以昌 ＩＢＭ公司曾用扫描隧道显微镜搬移氙原子和铁原 盛的重要手段。 《全国科技发展“九五”计划和到 子而形成“ＩＢＭ”字样，我国中科院曾在１９９４年用 ２０１０年长期规划》中明确将先进制造技术专项列 电流脉冲工作模式搬动Ｓｉ原子，写出了“中国”字 入高技术研究与发展专题。在“九五”期间实施一 样。纳米制造是微型机械的基础和重点方向，其 批发展先进制造技术项目。２０００年中科院在沈阳 应用前景十分广阔，如制成微机器人在医学、军 成立国家先进制造技术基地，２００２年在沈阳浑南 事等领域都可大显身手，注入人体血管，可以进 开发区建设“先进制造技术ＡＭＴ产业园”。形成了 行健康检查乃至疏通脑血管血栓、消除心脏动脉 电子信息、生物技术、新材料、机电一体化、激 脂肪沉积物等治疗；因此，纳米制造将是２ｌ世纪 光等五大领域的高新技术产业群，其中尤以电子 的科技前沿，将给制造业带来一场革命，并将随 信息产业的发展最为引人注目，已成为国内最重 着科技的不断进步而发展。 要的生产、研究开发基地之一。２０１ １年， 《我国 （３）绿色制造（ＧＭ）。绿色制造是一个综合考 第３期 向大学：先进制造技术的研究现状及发展方向 １７３ 虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标 是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报 废处理的整个生命周期中，对环境负面影响极小， 资源利用率极高，并使企业经济效益和社会效益 协调优化。绿色制造实质上是人类社会可持续发 展战略在现代制造业中的体现。绿色制造对未来 制造业的可持续发展至关重要，因而倍受全球制 造业的关注，已成为先进制造技术的主要内容和 基于网络制造的分布式网络化生产（ＤＮＰＳ）将在 生产中占主导地位。因此，以微电子技术、软件 技术为核心，以数字化、网络化为特征的信息化 制造技术将是先进制造技术的重要发展方向． （２）集成化。未来的制造系统集成化程度更 高，这种集成是“多集成”，即不仅包括信息、技 术的集成，而且包括管理、人员和环境的集成．以 前，在制造系统中，往往只强调信息和技术的集 各国优先发展并支持的研究项目。以汽车工业为 例，当前全球汽车市场竞争激烈，为抢占市场， 各大汽车公司都十分热衷于开发“绿色汽车”．所 谓“绿色汽车”是指“对环境友好”、“零排放”和“几 乎无声”的新型车．如通用汽车公司的“零排放”电 动车辆的开发；福特汽车公司最近提出的“新能源 ２０１０”概念车等。国际经济专家分析认为，目前“绿 色产品”比例大约为５ ～ｌ０ ，再过１０年，所有 产品都将进入绿色设计家族，可回收、易拆卸， 部件或整机可翻新和循环利用。 ３．２未来的主要发展方向 进入２ｌ世纪后，全球化竞争日益加剧，市场 需求越来越个性化与多样化。因此未来先进制造 技术的发展趋势将是向着信息化、集成化、智能 化、网络化、环保化的方向发展。 （１）信息化。信息化的制造技术将是新世纪 先进制造技术的主要发展方向。主要表现为数字 化制造技术和网络化制造技术的快速发展。近年 来，信息技术不断地与制造技术相融合，使制造 业日益走向数字化。采用数字化制造技术不仅能 够满足市场需求多样化和个性化的趋势．还能够 快速响应市场，降低生产成本，将数字化技术注 入产品也是提高产品精度和可靠性的有效途径， 数字化产品既直观又方便，便于与计算机连接， 通过计算机控制产品，进行信息处理及传递。例 如，美国波音公司采用数字化制造技术，完成了 波音７７７飞机的设计与制造。成功地实现了全球化 异地协作，并且在三年内从设计到一次试飞成功， 创造了飞机史上的一个奇迹。随着计算机网络技 术的迅猛发展，Ｉｎｔｅｍｅｔ技术已成为制造业应用系 统的重要支撑平台，是实现各种制造系统自动化 的基础。基于ｗｅｂ技术的产品数据管理（ＰＤＭ）系 统、ＣＡＤ／ＣＡＭ系统、供应链管理系统、数据交 换转换系统等成为产品的主流．专家预测，未来 成，这是不够的。因为系统中不可能没有人，系 统运行的效果及企业经营思想、运行机制、管理 模式都与人息息相关，因此在技术上集成的同时， 还应强调管理与人的集成。只有将人、信息、技 术、管理、环境等真正集成起来，融合成一个统 一的整体，才能最大限度地发挥制造系统的综合 能力。 （３）智能化。所谓智能化，就是应用人工智 能技术实现产品生命周期各个环节的智能化、生 产设备的智能化，以及实现人与制造系统的融合 及人在其中智能的充分发挥。在现代机械制造业 中，人们不仅需要摆脱繁重的体力劳动，而且需 要从繁琐的计算、分析等脑力劳动中解放出来， 以便用更多精力从事高层次的创造性劳动。因此， 生产制造系统的智能化是必然发展趋势，智能化 将进一步提高制造系统的柔性化和自动化水平， 使生产系统具有更完善的判断与适应能力。 （４）环保化。环境问题是人类社会所面临的 共同问题，是关系到人类生存的大问题，也是社 会能否持续发展的重要问题。今天，环境问题已 成为国际社会关注的焦点。在此情况下，向环保 化或绿色化的方向发展就成为制造业在２ｌ世纪的 必由之路。制造业向环保化方向的发展使人们在 设计和制造产品时，不但要考虑产品的技术先进 性、经济合理性，还必须考虑产品的环境友善性， 并使产品在整个生命周期内都能实现“绿色化”。 ４结语 先进制造技术是现代制造业的关键技术，已经 成为一个国家综合实力和科技发展的重要标志，为 提高个国家的国际地位起着举足轻重的作用。因此， 我国对先进制造技术已引起高度的重视，大力发展 先进制造技术，培养专业人才，使我国由世界制造 大国逐步转变为世界制造强国。 １７４ 机电技术 ２０１１年６月 参考文献 ［１】朱江峰，黎震．先进制造技术［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，２００７：１－５． ［１］杨叔子，吴波．先进制造技术及其发展趋势［Ｊ］．机械工程学报，２００３，３９（１０）：７３．７８． 【２】吴良芹．先进制造技术及其发展［Ｊ】．机械制造与自动化，２００９，３８（１）：８４－８６． ［３】金杰，张安阳．快速成型技术及其应用［Ｊ］．浙江工业大学学报，２００５，３３（５）：５９２．５９５． ［４】王俊峰，张所地．先进制造技术的发展趋势研究［Ｊ］．山西财经大学学报，２００９，３１（１）：１４．１５． ［５】刘晓玲，董平．先进制造技术的发展趋势及其关键技术［Ｊ］．机械制造与自动化，２００８，３７（２）：１－３． （上接第１７０页） 式改革，则必须要深化与企业的紧密合作，使企 解决问题的能力，使学生在社会这个大“考场”中 业技术人员参与专业教学改革与课程建设，教师 能够通过考试，在社会实际中能够找到自己的位 参加企业工程项目，在工程项目建设过程中积累 置，能够适应、满足社会发展对专业人才的要求， 项目开发经验，了解工程项目开发过程所需要的 让学生和家长满意，这才是学校的立足之本。 实际知识。以一个工程项目为实例，可将课程知 识点与项目中各子模块结合，在专业课程教学中， ４结语 采用边讲边做的项目教学法。最好是在最后近一 为提高机电一体化的教学教学质量，广大相 学年的实习时间内，在企业以工程项目建设为教 关教育工作者必须紧跟行业发展的步伐，既保证 学任务与目标，以工程项目技术人员与学生为教 学生的基本素养和知识结构，又要突出高等职业 学小组，以工程项目各阶段为学习单元，以工程 教育的特点，在教学过程中积极推进教学改革， 项目各阶段的任务书、报告书、项目完成情况等 不断调动学生的学习积极性，加强对学生动手能 为考核内容，进行工学结合的人才培养模式的实 力和综合能力的培养，加强社会实践能力，不断 施与研究。 为社会提供适合时代需要的高技术机电一体化人 学生是学校的“产品”，这个“产品”的质量好 才。总之，高职院校应采取有效的教学措施与实 坏，是否能够被社会所接受和认可，这对一个学 施方法，采用科学客观的评价手段，充分发挥实 校来说非常重要。高职院校学生的实践动手能力 训教学环节的作用，体现高职教育特色，使机电 关乎院校的生存。对于专业教师来说，如何改进 一体化专业人才培养与未来社会发展需要相适 教学方法，以期最大程度地提高学生的实际分析、 应，为社会创造出更大的应用价值。 参考文献 【１】汤承江，董立占，梁军生，等．高职机电一体化技术专业“电工电子技术’’实训教学的改革与实践［Ｊ］．中国西部科技，２０１０（１３） ［２］梁颖，邹涯梅．高职院校机电一体化专业《电工技术与应用》课程教学设计［Ｊ］．信息系统工程，２０１０（０５）． ［３］张华．论高职院校机电一体化技术专业教学团队建设［Ｊ］．科技信息，２０１０（１４）． ［４】陆建遵，胡坤芳．高职机电一体化专业实践教学模式的改革与探索［Ｊ］＿科技资讯，２０１０（０７）．