国内外先进制造技术的新发展现状和趋势解读[5篇范例]

第一篇：国内外先进制造技术的新发展现状和趋势解读

国内外先进制造技术的新发展现状和趋势 1 当前制造科学要解决的问题

（1）制造系统是一个复杂的大系统，为满足制造系统敏捷性、快速响应和快速重组的能力，必须借鉴信息科学、生命科学和社会科学等多学科的研究成果，探索制造系统新的体系结构、制造模式和制造系统有效的运行机制。制造系统优化的组织结构和良好的运行状况是制造系统建模、仿真和优化的主要目标。制造系统新的体系结构不仅对制造企业的敏捷性和对需求的响应能力及可重组能力有重要意义，而且对制造企业底层生产设备的柔性和可动态重组能力提出了更高的要求。生物制造观越来越多地被引入制造系统，以满足制造系统新的要求。

（2）为支持快速敏捷制造，几何知识的共享已成为制约现代制造技术中产品开发和制造的关键问题。例如在计算机辅助设计与制造(CAD／CAM)集成、坐标测量(CMM)和机器人学等方面，在三维现实空间(3-Real Space)中，都存在大量的几何算法设计和分析等问题，特别是其中的几何表示、几何计算和几何推理问题；在测量和机器人路径规划及零件的寻位(如Localization)等方面，存在C-空间(配置空间Configuration Space)的几何计算和几何推理问题；在物体操作(夹持、抓取和装配等)描述和机器人多指抓取规划、装配运动规划和操作规划方面则需要在旋量空间(Screw Space)进行几何推理。制造过程中物理和力学现象的几何化研究形成了制造科学中几何计算和几何推理等多方面的研究课题，其理论有待进一步突破，当前一门新学科--计算机几何正在受到日益广泛和深入的研究。3）在现代制造过程中，信息不仅已成为主宰制造产业的决定性因素，而且还是最活跃的驱动因素。提高制造系统的信息处理能力已成为现代制造科学发展的一个重点。由于制造系统信息组织和结构的多层次性，制造信息的获取、集成与融合呈现出立体性、信息度量的多维性、以及信息组织的多层次性。在制造信息的结构模型、制造信息的一致性约束、传播处理和海量数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。

（4）各种人工智能工具和计算智能方法在制造中的广泛应用促进了制造智能的发展。一类基于生物进化算法的计算智能工具，在包括调度问题在内的组合优化求解技术领域中，受到越来越普遍的关注，有望在制造中完成组合优化问题时的求解速度和求解精度方面双双突破问题规模的制约。制造智能还表现在：智能调度、智能设计、智能加工、机器人学、智能控制、智能工艺规划、智能诊断等多方面。

这些问题是当前产品创新的关键理论问题，也是制造由一门技艺上升为一门科学的重要基础性问题。这些问题的重点突破，可以形成产品创新的基础研究体系。2 现代机械工程的前沿科学

不同科学之间的交叉融合将产生新的科学聚集，经济的发展和社会的进步对科学技术产生了新的要求和期望，从而形成前沿科学。前沿科学也就是已解决的和未解决的科学问题之间的界域。前沿科学具有明显的时域、领域和动态特性。工程前沿科学区别于一般基础科学的重要特征是它涵盖了工程实际中出现的关键科学技术问题。

超声电机、超高速切削、绿色设计与制造等领域，国内外已经做了大量的研究工作，但创新的关键是机械科学问题还不明朗。大型复杂机械系统的性能优化设计和产品创新设计、智能结构和系统、智能机器人及其动力学、纳米摩擦学、制造过程的三维数值模拟和物理模拟、超精度和微细加工关键工艺基础、大型和超大型精密仪器装备的设计和制造基础、虚拟制造

和虚拟仪器、纳米测量及仪器、并联轴机床、微型机电系统等领域国内外虽然已做了不少研究，但仍有许多关键科学技术问题有待解决。

信息科学、纳米科学、材料科学、生命科学、管理科学和制造科学将是改变21世纪的主流科学，由此产生的高新技术及其产业将改变世界的面貌。因此，与以上领域相交叉发展的制造系统和制造信息学、纳米机械和纳米制造科学、仿生机械和仿生制造学、制造管理科学和可重构制造系统等会是21世纪机械工程科学的重要前沿科学。

2．1 制造科学与信息科学的交叉--制造信息科学

机电产品是信息在原材料上的物化。许多现代产品的价值增值主要体现在信息上。因此制造过程中信息的获取和应用十分重要。信息化是制造科学技术走向全球化和现代化的重要标志。人们一方面对制造技术开始探索产品设计和制造过程中的信息本质，另一方面对制造技术本身加以改造，以使得其适应新的信息化制造环境。随着对制造过程和制造系统认识的加深，研究者们正试图以全新的概念和方式对其加以描述和表达，以进一步达到实现控制和优化的目的。

与制造有关的信息主要有产品信息、工艺信息和管理信息，这一领域有如下主要研究方向和内容：

(1)制造信息的获取、处理、存储、传递和应用，大量制造信息向知识和决策转化。

(2)非符号信息的表达、制造信息的保真传递、制造信息的管理、非完整制造信息状态下的生产决策、虚拟管理制造、基于网络环境下的设计和制造、制造过程和制造系统中的控制科学问题。

这些内容是制造科学和信息科学基础融合的产物，构成了制造科学中的新分支--制造信息学。

2．2 微机械及其制造技术研究

微型电子机械系统(MEMS)，是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS的发展将极大地促进各类产品的袖珍化、微型化，成数量级的提高器件与系统的功能密度、信息密度与互联密度，大幅度地节能、节材。它不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。例如用尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红细胞；制造出3mm大小能够开动的小汽车；可以在磁场中飞行的像蝴蝶大小的飞机等。MEMS技术的发展开辟了技术全新的领域和产业，具有许多传统传感器无法比拟的优点，因此在制造业、航空、航天、交通、通信、农业、生物医学、环境监控、军事、家庭以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。

微机械是机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物。早在1959年就有科学家提出微型机械的设想，1962年第一个硅微型压力传感器问世。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60~120μm的硅微型静电电动机，显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构并与集成电路兼容制造微小系统的潜力。微机械技术有可能像20世纪的微电子技术那样，在21世纪对世界科技、经济发展和国防建设产生巨大的影响。近10年来，微机械的发展令人瞩目。其特点如下：相当数量的微型元器件(微型结构、微型传感器和微型执行器等)和微系统研究成功，体现了其现实的和潜在的应用价值；多种微型制造技术的发展，特别是半导体微细加工等技术已成为微系统的支撑技术；微型机电系统的研究需要多学科交叉的研究队伍，微型机电系统技术是在微电子工艺的基础上发展的多学科交叉的前沿研究领域，涉及电子工程、机械工程、材料工程、物理学、化学以及生物医学等多种工程技术和科学。

目前对微观条件下的机械系统的运动规律，微小构件的物理特性和载荷作用下的力学行

为等尚缺乏充分的认识，还没有形成基于一定理论基础之上的微系统设计理论与方法，因此只能凭经验和试探的方法进行研究。微型机械系统研究中存在的关键科学问题有微系统的尺度效应、物理特性和生化特性等。微系统的研究正处于突破的前夜，是亟待深入研究的领域。

2．3 材料制备／零件制造一体化和加工新技术基础

材料是人类进步的里程碑，是制造业和高技术发展的基础。每一种重要新材料的成功制备和应用，都会推进物质文明，促进国家经济实力和军事实力的增强。21世纪中，世界将由资源消耗型的工业经济向知识经济转变，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的设计实现定量化、数字化；要求材料和零件的制备快速、高效并实现二者一体化、集成化。材料和零件 的数字化设计与拟实仿真优化是实现材料与零件的高效优质制备／制造及二者一体化、集成化制造的关键。一方面，通过计算机完成拟实仿真优化后可以减少材料制备与零件制造过程中的实验性环节，获得最佳的工艺方案，实现材料与零件的高效优质制备／制造；另一方面，根据不同材料性能的要求，如弹性模量、热膨胀系数、电磁性能等，研究材料和零件的设计形式。进而结合传统的去除材料式制造技术、增加材料式覆层技术等，研究多种材料组分的复合成形工艺技术。形成材料与零件的数字化制造理论、技术和方法，如快速成形技术采用材料逐渐增长的原理，突破了传统的去材法和变形法机械加工的许多限制，加工过程不需要工具或模具，能迅速制造出任意复杂形状又具有一定功能的三维实体模型或零件。

去，将可能产生革命性的突破。今后应关注的研究领域有生物加工技术、仿生制造系统、基于快速原型制造技术的组织工程学，以及与生物工程相关的关键技术基础等。现代制造技术的发展趋势

20世纪90年代以来，世界各国都把制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，如美国的先进制造技术计划AMTP、日本的智能制造技术（IMS）国际合作计划、韩国的高级现代技术国家计划(G--7)、德国的制造2000计划和欧共体的ESPRIT和BRITE-EURAM计划。

随着电子、信息等高新技术的不断发展，市场需求个性化与多样化，未来现代制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、绿色集成化、全球化的方向发展。当前现代制造技术的发展趋势大致有以下九个方面：(1)信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，现代制造生产模式会获得不断发展。

(2)设计技术与手段更现代化。

(3)成型及制造技术精密化、制造过程实现低能耗。(4)新型特种加工方法的形成。

(5)开发新一代超精密、超高速制造装备。(6)加工工艺由技艺发展为工程科学。(7)实施无污染绿色制造。

(8)制造业中广泛应用虚拟现实技术。(9)制造以人为本。

第二篇：国内外先进复合材料低成本制造技术的发展现状

国内外先进复合材料低成本制造技术的发展现状

从低成本成型的研发现状看，大致可分为以下5方面的内容：（1）对热固性复合材料一直沿用的方法进行改进和提高效率，如Filament Winding（FW，纤维缠绕）、Pultrusion（拉挤）、Braiding（编织）、Tow placement（丝束排布）、自动成套裁剪、预浸材料激光样板切割（Laser template）等自动化技术。（2）湿法工艺技术：RTM、RFI等在纤维增强体的预型件上再注入浸渍树脂。（3）热塑性复合材料的易成型新材料开发及IN-SITU（原位）成型方法：Direct consolidate（直接固结）、Commingled yarn（搀混纱线）、Powder coated towpreg（粉末涂覆丝束预浸）等新成型方法。（4）不用热压罐的新固化技术，用微波、电子束、超声波、X线等高效率能量的新固化方法。（6）CAD/CAM模拟技术：铺层、浸渍、成型、固化等工序的模型化/模拟技术，有助于保证产品质量，提高生产效率。

低成本成型技术当前发展的主流是湿法成型技术，也称液体模塑成型技术（简称LCM），主要有树脂传递模塑、真空辅助树脂传递模塑（VARTM）、树脂渗透成型工艺（SCRIMP）和结构反应注射模塑等。其中最重要的是树脂传递模塑技术（RTM）以及由此而发展起来的VARTM。RTM免除了将纤维制成预浸料，再切割成层片然后再铺叠成预型件的过程，摆脱了大投资的热压罐，工艺易于实现自动化，具有生产周期短、劳动力成本低、环境污染少、制造尺寸精确、外形光滑、可制造复杂产品等优点。是目前国际上发展应用最快，并在航空工业应用最多的低成本技术之一。

从国际上看，美国在湿法成型技术上处于领先地位，特别是在航空航天领域内，在过去十年里，美国应用RTM技术的增长率为20-25%。据美国塑料工程学会预测，在今后五年里美国应用RTM技术的增长率将提高到30-32%。美国基本形成了RTM有关的材料体系、制造工艺、技术装备和验证系统，并在武器装备上得到批量应用，应用范围从次结构件发展到主结构件，包括机翼主承力正弦波梁，其它构件包括前机身隔框、油箱构架和壁板、中机身武器舱门帽型加强筋、机翼中间梁、尾翼梁和加强筋等。RTM技术的成熟和发展，为美国的航空工业带来巨大的经济效益，如美国F-22机上采用RTM技术制造的各种复合材料部件达400件，占复合材料结构总量的1/4，单这一项就比原设计节省开支约2.5亿美元。欧洲是湿法成型发展较快的另一地区，RTM制件的增长率为8-10%。业内人士估计，20年以后大多数大型的复合材料结构或半结构部件都将是RTM制品，所有重型卡车的壳体只有用RTM生产。

由RTM 开发出来的VARTM和SCRIMP工艺近年来更是发展迅速，这种方法改变了RTM采用双边闭合模的办法，而只采用单边硬模，用来铺放纤维增强体，另一面则采用真空袋覆盖，由电脑控制的树脂分配系统先使树脂胶液迅速在长度方向充分流动渗透。然后在真空压力下向厚度方向缓慢浸润，大大改善了浸渍效果，减少了缺陷发生，产品性能的均匀性和重复性以及质量都能得到有效的保证。在同样原材料的情况下，与手糊制件相比，成本节约可达50%，树脂浪费率低于5%，而制件的强度、刚度及其它的物理特性可提高30%-50%以上。另外由于采用闭模成型，挥发性有机物和有毒空气污染物均受到很好的控制，VOC排放不超过5PPm的标准，而开模成型的苯乙烯的挥发量超过500PPm。SCRIMP工艺使大尺寸、几何形状复杂、整体性要求高的的制件的制造成为可能，目前它可成型面积达185m2、厚度为3-150mm、纤维含量达70-80%、孔隙率低于1%的制品。树脂浪费率低于5%，节约劳动成本50%以上。在船艇制造、风机叶片、桥梁、汽车部件及其它民用和海洋基础工程等方面得到广泛应用。实践证明，SCRIMP工艺制造的部件性能与航空航天领域广泛采用的热压罐工艺相媲美。随着SCRIMP技术从军事应用向民用工业的转移，在建筑、汽车行业将有很大的拓展空间，如大尺寸的屋面、建筑平台等公用工程构件。以Lotus公司为代表的汽车厂家已实现该工艺的大规模生产。SCRIMP工艺的另一个主要应用领域是风机叶片的制造，目前，国外采用闭模的真空辅助成型工艺用于生产大型叶片（叶片长度在40m以上时）和大批量的生产。这种工艺适合一次成型整体的风力发电机叶片（纤维、夹芯和接头等可一次模腔中共成型），而无需二次粘接。世界著名的叶片生产企业LM公司开发出56M的全玻纤叶片就是采用这种工艺生产的。

除湿法成型外，其它的低成本制造技术还有纤维缠绕、拉挤等。纤维缠绕主要用于圆柱体及旋转体的制造，如压力容器、石油管道、排水管道等。缠绕成型的一种拓展技术为预浸带自动缠绕，采用的是经树脂预浸渍的纤维预浸带，这种方法比一般的纤维丝束缠绕铺放的效率更高，业内专家介绍，美国波音787 飞机上采用50%的复合材料，其中整体机身段就是采用纤维预浸带缠绕工艺制造的，机身段是长度和直径都在5m以上的超大型制件，而采用这种高效的成型技术，整个制件的成型仅在三天之内就完成，其中装模和准备一天，缠绕一天，固化及卸模一天，不仅高效快速，且能有效的保证了产品的质量。另一种高效的低成本成型是拉挤成型，拉挤成型有高度自动化大量生产的特性，特别适合民生用产品，许多金属件也逐渐被拉挤成型的FRP制件来取代，各式各样的拉挤制件件，如实心方管、实心圆管、工型梁、C型梁、空心方管、空心圆管以及空心加助补强制件件，几乎任何截面都可制造出，其截面形状变化能力非常高。用以取代金属制件用于建筑工程，完全没有锈蚀的问题，且结构轻便、施工与保养容易。另外如屋顶波浪版、工型梁、中空方型梁都可用拉挤的复合材料取代又重又容易锈蚀的钢制结构。可以预见拉挤成型制件的轻、强、产量大、容易制造、成本低等优点会逐渐取代金属件，而在民品工业中占有一席之地。

国内复合材料低成本产业起步较晚，技术水平较低，特别是高端的航空航天产品的低成本制造，目前仅停留在实验阶段，这也从一个侧面反映出我国复合材料产业的总体现状和水平。在低成本成型技术的研发方面，高端的航空航天产品，由于应用需求问题，目前仍处于初级阶段，在原材料、制造设备、成型技术以产品验证系统和规范标准等还未形成自己的体系。其它民用复合材料的制造，目前手糊工艺制品占有相当大的比重，但近年来随着复合材料工业对成型工艺产品的质量要求的不断提升，特别是对成型工艺的环保及成本方面的要求越来越高，促进了这些企业复合材料的生产工艺、产品质量不断改进和升级。其中低成本成型技术，包括湿法工艺的RTM和VARTM技术，以及缠绕、拉挤工艺得到了迅速的发展。我国玻璃钢/复合材料企业生产能力与技术水平与世界先进国家之间有着明显的差距。我国仍以手糊法为主，占75%的比例，相应其它国家只有约20%，而在先进成型技术方面，美国接近40%，日本30%，德国15%，而我国不到3%；缠绕法我国发展较快，达13%，这是因为我国在这方面市场需求增长很快，而中低端的缠绕产品在技术上较容易实现。从产业规模和集成能力来看，我国的企业数量是美国的6倍，而相反年产量仅是美国的1/3。这是因为我国的中小型民营企业数量巨大，这些数量巨大的小型民营企业目前普遍存在诸如生产工艺落后，产品多为来样加工，缺乏自主设计能力，无严格的质量检验体系，生产过程对空气污染严重，生产环境恶劣，工人缺乏必要的防护服等着一系列的问题。

第三篇：先进制造技术的现状和发展趋势

先进制造技术的现状和发展趋势

摘要

近年来, 制造业出现了世界范围的研究并采用“先进制造技术”的浪潮，先进制造技术已成为当代国际间的科技竞争的重点。本文论述了先进制造技术的发展现状与发展趋势，指出：信息化、精密化、集成化、柔性化、动态化、虚拟化、智能化、绿色化将是未来制造技术的必然发展方向。

1.先进制造技术简介

1.1先进制造技术的定义

先进制造技术AMT(advanced manufacturing technology)是制造业不断吸收机械、电子、信息(计算机与通信、控制理论、人工智能等)、能源及现代系统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁和灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。它集成了现代科学技术和工业创新的成果，充分利用了信息技术，使制造技术提高到新的高度。先进制造技术是不断利用新技术逐步发展和完善的技术，因而它具有动态性和相对性。先进制造技术以提高企业竞争能力为目标,应用于产品的设计、加工制造、使用维修、甚至回收再生的整个制造过程，强调优质、高效、清洁、灵活生产，体现了环境保护与可持续发展和制造的柔性化。

1.2 先进制造技术的内涵和技术构成

先进制造技术的技术构成可以分为以提高生产效率和快速响应市场需求为目的的技术构成和以满足特种需求为目的的技术构成。

以提高生产效率和快速响应市场需求为目的的技术构成强调制造系统与制造过程的柔性化、集成化和智能化。包括：

(1)系统理论与技术(着重制造系统组织优化与运行优化,以提高制造系统的整体柔性与效率)。

(2)制造过程的单元技术(着重制造过程的优化,以提高单元的效率与精度)。系统理论与技术涉及范围包括：CIMS、敏捷制造、精益生产、智能制造等。制造过程单元技术涉及的范围包括：设计理论与方法、并行工程、系统优化、运行、控制、管理、决策与自组织技术、虚拟制造技术、制造过程智能检测、信息处理、状态检测、补偿与控制、制造设备的自诊断与自修复、智能机器人技术、智能数控技术、精密成型技术等。

以满足特种需求为目的的技术构成使传统制造工业与加工方法发生根本变化，其技术构成包括：

(1)精密与超精密加工、细微与超细微加工技术等。

(2)快速成型制造(RPM)；激光加工；电子加工；离子加工；化学加工技术等。

先进制造技术在不同发展水平的国家和同一国家所处的不同阶段，先进制造技术的内涵和技术构成是不同的。

1.3先进制造技术的分类

(1)现代设计技术：现代设计技术是根据产品功能要求，应用现代技术和科学知识，制定方案并使方案付诸实施的技术。它是一门多学科、多专业相互交叉的综合性很强的基础技术。现代设计技术主要包括：现代设计方法，设计自动化技术，工业设计技术。

(2)先进制造工艺：现代制造工艺技术主要包括精密和超精密加工技术、精密成型技术、特种加工技术、表面改性、制模和涂层技术。

(3)自动化技术：自动化技术包括数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术、计算机集成制造技术、传感技术、自动检测及信号识别技术和过程设备工况监测与控制技术等。

(4)系统管理技术：系统管理技术包括工程管理、质量管理、管理信息系统等，以及现代制造模式(如精益生产、CIMS、敏捷制造、智能制造等)、集成化的管理技术、企业组织结构与虚拟公司等生产组织方法。

2.我国先进制造技术的发展状况

(1)在设计方面，计算机助设计(CAD)技术普及化。计算机辅助设计(CAD)技术，是电子信息技术的一个重要组成部分，是促进科研成果的开发和转化，促进传统产业和学科的更新和改造，实现设计自动化，增强企业及其产品在市场上竞争能力，加速国民经济发展和国防现代化的一项关键性高新技术，也是进一步向计算机集成制造(CIMS)发展的重要技术基础。CAD技术的广泛应用，提高了我国企业整体的设计水平和产品开发能力。以二维CAD和产品数据管理为重点，在软件市场和企业应用方面得到充分的发挥。

(2)在应用方面，各种高新技术发展迅速，并取得了显著的成效。主要表现在以下几个方面：快速原型制造技术由起步迈向成熟，应用初具规模；精密成形与加工技术水平显著提高，在汽车零部件、重大装配制造中获得广泛应用；热加工工艺模拟优化技术取得重要进展，使材料热加工由“技艺”走向“科学”；激光加工在基础研究和技术开发方面有实质性进展，产业应用获得经济效益；数控技术取得重要进展，国内市场占有率有所提高；现场总线智能仪表研究开发获重要进展，应用已有一定的基础；现代集成制造系统研究和应用取得突破，在国际上已占有一席之地。

(3)在管理方面，新生产模式的研究和实践具有特色，推动了我国制造业的技术进步和管理现代化。通过学习和引进工业发达国家的先进管理经验，采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产(JIT)，敏捷制造(AM)，精益生产(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技术，通过精简机构、减少管理层次和消除各种浪费现象，显著提高了企业的经营效益。

3.先进制造技术的前沿

3.1无余量精密成形技术

目前，某些中小零件经过精密成形制成的，可以做到不经切削加工或极少余量加工即可装配，因此国外某些学者提出成形的工件应该由“接近零件形状(Near Net Shape Products)”向“完全成零件形状(Net Shape Products)”发展, 即所谓的“净成形技术(Net Shape Technique)”。

3.2毫微米技术与微型机械

“毫微米技术”又称之为“超精密工程”，是高精度加工的技术前沿，据预测到2000年，普通加工、精密加工和超精密加工的精度可分别达到1um，0.01um和0.001um(毫微来一一纳米)，而且“超精密工程”正在向原子级加工精度逼近。毫微米技术的发展还引发了微型机械的出现。微型机械是机械技术与电子技术在毫微米水平上相融合的产物。国外有人将毫微米技术与微型机械称为“21世纪的核心技术”。

3.3自由造型制造与快速零件制造技术

近年来国外正在发展一种崭新的称为快速零件制造一的新技术，它是将 与各种自由造型制造等新的制造技术直接结合起来，从而使直接生产出零件的实体物理模型、样件、铸模或冲模。的出现将是制造技术的一场新的变革，它将使传统的金属切削加工技术面临被部分或逐步替代的挑战。

3.4新型材料的成型、加工技术

随着材料使用结构的不断变化, 新型材料的成形、加工技术的重要性越来越突出，未来的重点是超硬材料、功能梯度材料、复合材料、工程陶瓷、非晶微晶合金及各种功能材料的某些崭新的成形，加工技术将不断出现并得到应用，如未来的超导材料成形加工技术等。

3.5极限条件下的成形加工技术

下个世纪人类的活动区间将从陆地扩展到空间和海洋。宇航工程及海洋工程提出了极限条件下真空、失空、水下高压等的成形加工技术要求，其中最重要的是空间焊接及水下切割、焊接技术。

4.先进制造技术的发展趋势

4.1信息化

信息化是制造技术发展的生长点，信息技术正在以人们难以想象的速度高速发展。网络技术特别是Internet/Intranet/Extranet技术的迅速发展，正在给制造业带来新的变化和重大影响，制造网络化是现代制造业发展的主要趋势之一。基于网络的制造技术（NMT）是指网络技术和制造技术相结合的有关技术和研究领域。NMT的技术内容框架由计算机网络技术和数据技术及其支撑下的基于网络的制造系统管理和营销技术群、基于网络的产品设计与开发技术群、基于网络的制造过程技术群、基于网络的系统集成技术群构成。NMT具有一系列的创新功能特点，如时域特点、空间特点、生产方式特点、组织模式特点等。4.2精密化

现代高新技术产品需要高精度制造，社会的发展对机械产品的质量提出了越来越高的要求。这决定了发展精密加工、超精密加工技术是机械制造未来的一个重点。目前，加工制造技术向着超精密、超高速、创新装备的方向发展。

4.3集成化

计算机集成制造(CIM)是信息技术和生产技术的综合应用，旨在提高制造企业的生产效率和响应能力。因此，企业的所有功能信息和组织管理都是一个集成起来的整体的各个部分。其通俗含义就是用计算机通过信息集成实现现代化的生产制造，求的企业的总体效益。SIM的实现方法就是CIMS。

理想的CIMS能够实现5个R：在正确的时间(Right time)将正确的信息(Right information)送到正确的地点(Right place)的正确的人(Right person)，从而帮助他做出正确的决策(Right decision)他通过管理、生产控制、工程设计等子系统的集成，使企业具有快速响应市场的能力(T)、较好的产品质量(Q)、较低的生产成本(C)和较好的服务(S)。

现代制造业的方向并不只是计算机的集成，信息的集成，而是人、技术、组织的整体集成，包括功能集成、组织集成、信息集成、过程集成、知识集成和企业间的集成。

4.4柔性化

柔性制造系统(FMS)集高效、高质量、高柔性三者于一体，它既是CIMS的重要组成部分，也是当前和未来制造业的一个主要生产系统，故发达国家都把FMS当作是制造业自动化的一个重点发展领域。目前，FMS在发达国家已发展成熟，并正向规模大型化、功能复杂化(柔性制造车间)及小型化、简单化(FMC)这两极方向发展。

80年代中期以来，国外的柔性制造设备开始与CAD/ CAPP/ CAM 等自动化技术和生产管理中的MIS等进行集成，借助计算机和网络技术，将企业所有的技术、信息、管理功能和人员、财务、设备等资源与制造活动有机结合在一起，向CIMS发展，构成一个覆盖企业制造全过程(产品订货、设计、制造、管理营销)，能对全厂物质流、能量流、信息流进行有效控制和集成管理的完整系统，实现全局动态综合优化、协调运作和整体高柔性、高质量、高效率，从而创造出巨大生产力。

现在柔性化不仅是指企业的制造技术柔性化，还包括生产方式柔性化，管理模式柔性化。

4.5动态化

由于先进制造技术本身是针对一定的应用目标、不断吸收各种高薪技术逐渐形成、不断发展的新技术，因而其内涵不是绝对的和一成不变的。

4.6虚拟化

虚拟制造系统(VMS)是指在虚拟环境下，以图形虚拟和仿真技术为前提，通过不消耗实际资源和能量的生产活动，生产可视的虚拟产品，并具有现实制造系统所具有的一切特征、功能及运行机制从而做出可制造性和可装配性评价及产品性能预测，做出收益和风险评价，并发现潜在的问题。

VMS是集CAD/CAM技术、计算机技术、可视技术、并行工程、快速原型虚拟逼真设计等多学科先进技术的综合应用。其关键技术中最核心的是：虚拟环境下服务于产品全生命周期的建模、分布式并行协同求解技术、全局最优化决策理论与技术，实现虚拟制造系统对实际制造系统映射的虚拟设备、虚拟传感器、虚拟车间和工厂的建立基于真实动画感的产品制造、装配、生产调度过程仿真等。

VMS的应用可以缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高对市场变化的响应能力。

4.7智能化

智能制造是指综合利用各个学科、各种先进技术和方法，解决和处理制造系统中的各种问题。系统能领会设计人员的意图，能够检测失误，回答问题，提出建议方案等。

智能制造技术旨在将人工智能融进制造过程的各个环节，通过模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中的部分脑力劳动，从而在制造过程中，系统能自动监测其运行状态，在受到外界或内部激励时能够自动调整其参数，以期达到最佳状态，具有自组织能力。

4.8绿色化

绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源利用的一种现代制造模式。其主要技术是：

(1)绿色设计技术。在产品设计阶段就考虑在其生命周期全过程的无污染、资源低耗和回收。

(2)清洁生产技术。清洁生产(Clean Production)或称清洁工艺(Clean Technology)技术，是近年来，根据社会、环境要求而发展的一种新型生产技术。它与一般的环保技术的区别在于要求将加工过程产生的废物减量化、资源化、无害化，使污染尽量消灭在生产过程之中，以达到末端排放最小的目的。

(3)拆卸回收技术。

(4)生态工厂的循环制造技术。

(5)ISO140000环保管理标准。

4.9快速化

快速化是指对市场的快速响应，对生产的快速重组。它要求生产模式有高度的柔性与高度敏捷性。快速化能强有力地推动着制造技术的进步与发展，它是先进制造技术发展的“动力”。

4.10全球化

新世纪制造业将从单一企业或企业集团为主的竞争模式发展成为完全调和、多企业共同合作的全球化生产体系的竞争，全球化的制造系统将成为21世纪的主要制造模式。面向全球制造环境(GME)的制造技术主要有：面GME企业动态联盟；面向GME的并行产品设计技术；面向GME的异地设计与制造技术；面向GME的产品信息集成技术；面向GME的并行产品集成开发系统等。

先进制造技术的竞争正在导致制造业在全球范围内的重组，新的制造模式不断出现，更加强调实现优质、高效、清洁、灵活的生产。

5．结束语

近几十年来，以微电子、信息、新材料、控制论、系统科学等为代表的科学与技术的迅猛发展及其在制造领域的广泛渗透、应用、融合与衍生，极大地拓展了制造活动的深度和广度，急剧地改变了现代制造业的设计方法、产品结构、生产方式、生产工艺和设备以及生产组织结构，产生了一大批新的先进的制造技术和制造模式。新世纪的制造业将成为发展速度快、技术创新能力强的技术密集乃至知识密集的产业部门。

工业发达国家都把先进制造技术作为国家级关键技术和优先发展领域。经过近几十年的发展，我国的制造工业已经取得了长足的进步。但和先进国家相比还存在很大差距。主要表现在：技术投入相对不足，原有技术基础和研究开发能力薄弱，制造业产品落后，技术水平低，信息含量少，更新换代慢，以及市场营销、经营管理、人才素质相对落后，缺乏国际竞争能力等方面。面对这样形势，我们必须注重科技人才的培养，大力发展对高新技术的研究，加强政策与法规建设，建立与发展我国自主的NC，CAD/CAM，FMS，CIMS，IMS等制造自动化单元技术，提高制造业现代化管理水平，发展适应我国国情的生产模式。努力缩小我国与先进国家之间的差距，使我国的制造业站在世界先进行列。

参考文献

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【6】姚小群,陈统坚．展望新世纪的制造技术．东莞理工学院学报．2002(12)【7】陈国权．先进制造技术系统研究开发和应用的关键——人的因素．中国机械工程．1996

第四篇：先进制造技术

先进制造技术

定义:先进制造技术是制造业不断吸收信息技术及现代化管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、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能力和竞争能力的制造技术的总称。特点: 1.动态性2.广泛性3.实用性4.集成性5.系统性6.高效灵活性7.先进性

构成: 从内层到外层分别为基础技术、新型单元技术、集成技术。

分类:（1）现代设计技术（2）先进制造工艺技术（3）自动化技术（4）产品数据管理技术 发展趋势: 1.集成化2.智能化3.网络化4.信息化5.自动化6.柔性化7.数字化8.虚拟化

9.极端制造10.精密化11.绿色制造

自动化技术

制造技术的自动化包括产品设计自动化、企业管理自动化、加工过程自动化和质量控制过程自动化。制造系统的自动化 突出特点是采用信息技术，实现产品全生命周期中的信息集成，人、技术和管理三者的有效集成。

问: 制造自动化技术的研究现状?

答: 1）制造系统中的集成技术和系统技术已成为制造自动化研究中热点问题；

2）更加注重研究制造自动化系统中人的作用的发挥；

3）单元系统的研究仍然占有重要的位置；

4）制造过程的计划和调度研究十分活跃，实用化的成果不多；

5）柔性制造技术的研究向着深度和广义发展；

6）适应现代生产模式的制造环境的研究正在兴起；

7）底层加工系统的智能化和集成化研究越来越活跃。

柔性制造系统定义: 我国国家军用标准 “柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统,它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整,适用于多品种、中小批量生产。”

柔性制造系统的特点：（柔性和自动化）

（1）适应市场需求，以利于多品种、中小批量生产。

（2）提高机床利用率，缩减辅助时间，以利于降低生产成本。

（3）缩短生产周期，减少库存量，以利于提高市场响应能力。

（4）提高自动化水平，以利于提高产品质量、降低劳动强度、改善生产环境。柔性制造系统一般由三个子系统组成：加工系统、物流系统和控制与管理系统。加工系统的配置

互替形式（并联）、互补形式（串联）和混合形式（并串联）三种。常见的物料存储装置有立体仓库、水平回转型自动料架、垂直回转型自动料架和缓冲料架。柔性制造系统中的数据流,实质上就是信息的流动.数据类型:基本数据、控制数据和状态数据。

柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上发展起来的.计算机集成制造

定义:基于企业资源的一种先进制造模式是计算机集成制造系统，简称CIMS。信息集成和总体优化是集成制造系统与一般制造系统的最主要区别之一。

组成: 人与机构、经营、技术三要素。

从功能角度看，一般可以将CIMS分为四个功能分系统和两个支撑分系统。

四个功能系统: 1）工程设计自动化分系统

2）管理信息分系统（MIS）

3）CIMS制造自动化分系统(MAS)

4)CIMS质量保证分系统 质量保证分系统的目标: a.保证用户对产品的需求；

b.使这些要求在实际生产的各环节得到实现。两个支撑分系统: 计算机网络分系统 , 数据库分系统

数据库：就是以一定的组织方式将相关的数据组织在一起存放在计算机存储器上形成的、能为多个用户共享的、与应用程序彼此独立的一组相关数据的集合。

先进制造工艺技术

特点: 具有优质、高效、低耗、洁净和灵活五个方面的显著特点 特种加工技术

定义：是用非常规的切削加工手段，利用电、磁、声、光、热等物理及化学能量直接施加于被加工工件部位，达到材料去除、变形以及改变性能等目的的加工技术。

特种加工与传统切削加工的不同特点主要有：

①不是主要依靠机械能，而是用其他的能量（如电能、热能、光能、声能以及化学能等）去除工件材料；

②工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，有些情况下，例如在激光加工、电子束加 工、离于束加工等加工过程中，根本不需要使用任何工具； 激光加工

定义：激光加工是利用材料在激光聚焦照射下瞬时急剧熔化和气化，并产生很强的冲击波，使被熔化的物质爆炸式地喷溅来实现材料去除地加工技术。

基本原理和特点：利用光能经过透镜聚焦后达到很高的能量密度，依靠光热效应加工各种材料。基本设备包括：激光器、电源、光学系统、冷却系统及机械系统等。

激光加工技术的应用：（1）激光打孔（2）激光切割(3)激光焊接(4)激光表面处理等加工制造领域。

电子束加工

离子束加工分为离子刻蚀、离子溅射沉积、离子镀及离子注入 4类。

激光加工、电子束加工、离子束加工都是利用高能量密度的束流作为热源，对材料或构件进行加工的技术，又称为高能束加工。

超声波加工 主要是磨粒的撞击作用

超声波加工 适合于加工硬脆材料，尤其是不导电的非金属材料。(玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石)微细加工技术 是指微小尺寸零件的生产加工技术。

包括三级：微米级

亚微米级

纳米级

快速原型制造技术 原理：基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材料二维添加的组合。

RPM技术的特点：（1）可以制造任意复杂的三维几何实体，不受传统机械加工中刀具无法达到某些型面的限制。

（2）成形过程中无人干预或较少干预，大大减少了对熟练技术工人的需求。

（3）任意复杂零件的加工只需在一台设备上完成，也不需要专用的工装、夹具和模具。

快速堆积成形

快速成形系统根据切片的轮廓和厚度要求，用片材、丝材、液体或粉末材料制成所要求的薄片，通过一片片的堆积，最终完成三维实体原型的制备。

选择性激光烧结则使用粉末材料。

超高速加工技术

常用的刀具材料有：涂层刀具 金属陶瓷刀具 立方氮化硼（CBN）刀具

聚晶金刚石（PCD）刀具 超高速切削机床 电主轴采用陶瓷滚动球轴承 磁悬浮轴承

PDM技术的发展可以分为以下三个阶段：配合CAD工具的PDM系统、专业PDM系统 产生和PDM的标准化阶段。

PDM系统标准化包括:管理对象的标准化和管理过程的标准化

第五篇：先进制造技术

简述先进制造技术及其现代

集成制造系统

概述：综述先进制造技术的概念、内涵、特点、主要内容等，结合现代集成制造系统理解先进制造技术及其发展历程

1先进制造技术概述 2 先进制造技术的内涵 3 先进制造技术的特点 4现代集成制造系统

1先进制造技术概述

先进制造技术是系统的工程技术，可以划分为三个层次和四个大类。三个层次：一是优质、高效、低耗、清洁的基础制造技术。这一层次的技术是先进制造技术 的核心，主要由生产中大量采用的铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械加工等基础 工艺优化而成。二是新型的制造单元技术。这是制造技术与高技术结合而成的崭新制造技术。这是运用信息技术 和系统管理技术，对上述两个层次进行技术集成的结果，系统驾驭生产过程中的物质流、能 量流和信息流。如成组技术（CT）、系统集成技术（SIT）、独立制造岛（AMI）、计算机集 成制造系统（CIMS）等。四个大类：一是现代设计技术，是根据产品功能要求，应用现代技术和科学知识，制定方案 并使方案付诸实施的技术。它是门多学科、多专业相互交叉的综合性很强的基础技术。现代 设计技术主要包括：现代设计方法，设计自动化技术，工业设计技术等；二是先进制造工艺技术，主要包括精密和超精密加工技术、精密成刑技术、特种加工技术、表而改性、制模和 涂层技术；三是制造自动化技术，其中包括数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术、计 算机集成制造技术、传感技术、自动检测及信号识别技术和过程设备工况监测与控制技术等； 四是系统管理技术，包括工程管理、质量管理、管理信息系统等，以及现代制造模式（如精 益生产、CIMS、敏捷制造、智能制造等）、集成化的管理技术、企业组织结构与虚拟公司等 生产组织方法。关于先进制造技术的体系结构。2先进制造技术的内涵

目前对先进制造技术尚没有一个明确的、一致公认的定义，经过近年来对发展先进制造 技术方面开展的工作，通过对其特征的分析研究，可以认为：先进制造技术是制造业不断吸 收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动 态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。3 先进制造技术的特点

先进制造技术最重要的特点在于，它是一项面向工业应用，具有很强实用性的新技术。与传统制造技术相比，先进制造技术更具有系统性、集成性、广泛性、高精度性。先进制造 技术虽然仍大量应用于加工和装配过程，但在其制造过程中还综合应用了设计技术、自动化 技术、系统管理技术等。先进制造技术比传统的制造技术更加重视技术与管理的结合，更加 重视制造过程组织和管理体制的简化以及合理化，从产生了一系列先进的制造模式，并能 实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。先进制造技术主要有如下特征：

1）系统性 由于计算机技术，信息技术，传感技术，自动化技术，和先进管理等等技术的应用，并与传统的制造技术相结合，使先进制造技术成为能够驾驶在生产过程中的物质流，信息流，和能量流的系统工程

2）广泛性 传统制造技术通常只是将原材料变成成品的各种工艺加工，而先进制造技术贯穿了从生产设计，加工制造到产品销售及使用维修的整个过程，“成为市场——设计开发——加工制造——市场”的大系统

3）集成性 传统制造技术的学科专业单一，独立相互界限分明。而先进制造技术由于专业和学科的不断深入，交叉，融合其界限逐渐淡化和消失，技术系统化，集成化的现代交叉性制造系统工程。

4）动态性 先进制造技术是针对一定的应用目标不断吸收各种高新技术逐渐形成和发展起来的新技术因而其内涵不是绝对的和一成不变的。

5）实用性 先进制造技术的发展是针对某一具体的制造要而发展起来的先进实用技术，有着明确的需求方向 4现代集成制造系统

1）现代集成制造系统的含义与定位

现代集成制造系统是计算机集成制造系统新的发展阶段，在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上，它不断吸收先进制造技术中相关思想的精华，从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。具体地说，它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机地结合，通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行，在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。从集成的角度看，早期的计算机集成制造系统侧重于信息集成，而现代集成制造系统的集成概念在广度和深度上都有了极大的扩展，除了信息集成外，还实现了企业产品全生命周期中的各种业务过程的整体优化，即过程集成，并发展到企业优势互补的企业之间的集成阶段。

现代集成制造系统的研究范围应该介于国家攀登计划和国家攻关计划之间。与攀登计划研究项目相比较，它更注重成果的应用性，尽可能将技术产业化，并推动我国制造业的现代化进程；与国家攻关计划相比较，它更注重解决我国制造业发展中的关键的共性问题、前瞻性问题和示范性问题。2）现代集成制造系统的技术构成

先进制造技术(AMT Advanced Manufacturing Technology)作为一个专有名词至今还没有一个明确的、一致公认的定义。通过对其内涵和特征的研究，目前共同的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。它具有如下一些特点：

从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要；

从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥；

从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节；

从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量；

从按照功能划分部门的固定组织形式向动态的自主管理的小组工作方式转变。

通过对先进制造技术的定义和特点的分析发现，现代集成制造系统拥有先进制造技术的绝大部分特点，只不过先进制造技术所涉及的范围要比现代集成制造系统大，因此通过对先进制造技术的综合考察，提出了一个现代集成制造系统的技术构成模式。在先进制造技术中，现代集成制造系统在吸收计算机集成制造系统的优秀成果的基础上，继续推动并行工程、虚拟制造、敏捷制造和动态联盟的研究工作深入进行，并不断吸收先进制造技术中的成功经验和先进思想，将它们进行推广应用，由此使现代集成制造系统成为先进制造技术的核心。3）我国现代集成制造系统的发展策略

在市场竞争的推动下，先进制造技术发展十分迅速，新思想、新概念层出不穷，通过对现代集成制造系统与先进制造技术关系的分析，我们认为在制定我国现代集成制造系统的发展策略时，应该注重以人为本的思想，运用并行工程的哲理，使各种先进制造技术相互衔接、协调发展，并不断吸收先进制造技术的成熟成果，为先进制造技术在我国的广泛应用起到促进的作用。

目前，在美国并行工程已到了推广应用阶段，在虚拟制造方面也有商品化软件投入市场，在这方面我们存在巨大的差距，主要表现在：研究工作方面，科研经费紧缺，科研力量分散，科研成果难以推广应用，人才流失严重；企业方面，企业的整体素质不高，管理工作落后，科研能力薄弱，当面临国际竞争时大多难以为继，很难在现代集成制造系统方面花费过多，而且受企业人员素质的制约，一些先进的技术还不易取得立竿见影的效果，这些都挫伤了企业应用先进制造技术的热情；国家政策方面，虽然国家对制造业十分重视，但是，由于我国当前正处在改革过程中，多种机制同时运行，多方利益难以协调，在资金使用上往往顾此失彼，而且国家财政困难，也难以使用重金支持现代集成制造系统的研究。

综上所述，发展我国的现代集成制造系统应该以企业的需求为动力，通过政府的政策和计划的协调，继续深入开展并行工程、虚拟制造、敏捷制造和绿色制造的研究与应用，并利用分布式网络化研究中心，组织各地区的科研力量，集中突破与现代集成制造系统密切相关的如STEP标准的应用、CORBA规范的推广、企业过程重构理论的研究等具有重大战略意义的理论研究工作，逐步使现代集成制造系统成为我国制造业的灵魂。