现代装备制造业的先进制造技术及其发展综述

第19卷第2期2005年6月

上 海 工 程 技 术 大 学 学 报

JOURNALOFSHANGHAIUNIVERSITYOFENGINEERINGSCIENCE

Vol.19No.2Jun.2005

文章编号:1009-444X(2005)02-0177-04

现代装备制造业的先进制造技术及其发展综述

唐勤生,王明红,施海锋,华忆苏,陆 文

(上海工程技术大学机械工程学院,上海200336)

摘要:从提出/先进制造技术0概念的国际背景入手,综述了先进制造技术的内涵和特点,强调了先进制造技术在我国现代装备制造业中的重要作用,并从国家和上海装备制造业发展的角度提出了对先进制造技术的迫切需求和深层次的思考。关键词:制造;先进制造技术;现代装备;现代装备制造业中图分类号:T-1 文献标志码:A

ReviewofAdvancedManufacturingTechnologyanditsDevelopmentinModernEquipmentManufacturingIndustry

TANGQin2sheng,WANGMing2hong,SHIHai2feng,HUAYi2su,LUWen

(CollegeofMechanicalEngineering,ShanghaiUniversityofEngineeringScience,Shanghai200336,China)

Abstract:Theconnotationandcharacteristicsofadvancedmanufacturingtechnologyarereviewedfrominter2nationalbackgroundsofraisingtheconceptofadvancedmanufacturingtechnology.Theimportanteffectofadvancedmanufacturingtechnologyonourmodernequipmentmanufacturingindustryisemphasized.Then,anurgentneedandadeeperthoughtforadvancedmanufacturingtechnologyareputforwardfromtheviewofdevelopmentofequipmentmanufacturingindustryinourcountryandinShanghai.

Keywords:manufacturing;advancedmanufacturingtechnology;modernequipment;modernequipmentmanufacturingindustry

法适应现代制造环境的严峻挑战。

1 先进制造技术的提出背景

没有制造业,就没有工业;没有先进制造技术,就没有现代装备制造业;没有强大的与高科技相应的现代装备制造业,就不可能有独立自主的现代工业。科学技术进步和社会需求个性化、多样化的发展,使现代制造业市场出现了前所未有的买方化、国际化的大趋势,传统的制造技术和制造模式已无

收稿日期:2005-03-17

作者简介:唐勤生(1957-),男,江苏高邮人,讲师,研究方向为机械制造.

20世纪70年代,美国许多学者提出美国已进入/后工业化0社会,力图把经济发展的重心从制造

业转向服务业等第三产业。导致了美国科技优势和经济竞争力的衰退。在某些工业领域诸如家电、汽车和机器人等产品方面的市场竞争力一度明显下降,并有相对落后于日本和德国等国家的危险趋势。20世纪90年代初开始,克林顿政府发起了振兴美国经济计划,突出了现代装备制造业的支撑作

# 178#

上海工程技术大学学报第19卷

用,强调了技术创新及其成果转化,提出了增强产品市场竞争力的关键是发展/先进制造技术0(Ad2vancedManufacturingTechnology,简称AMT)的新观点和新概念。之后,白宫科技政策办公室发表的国家关键技术报告中有四项涉及先进制造技术领域,即柔性计算机集成制造、智能加工设备、毫纳米级制造、系统管理技术。

面对21世纪国际经济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把需投入大量资金的先进制造技术及其系统的开发列为国家的重点发展领域。美国政府投入14亿美元研发经费将先进制造技术作为1994年度重点扶持的科技领域;1996年用于制造业的生产技术设备更新投资高达3420亿美元;欧共体在1991~1994年期间投入74亿美元研究开发先进制造技术;日本在1986~1993年期间用于制造业的技术设备更新和工艺改造投资达3万亿美元。根据2001年有关统计资料表明,世界500强中有104家为制造业企业,其中美国36家、西欧33家、日本31家[1]。

销售使用、维护服务甚至回收再生等整个生产过程,随着微电子与信息技术的引入,便于动态信息的生成、采集、传递、反馈、调整,因此可以全面驾驭生产

过程物质流、能量流和信息流的整个系统工程。正是由于前者比后者更加重视技术与管理的交叉结合,更加重视制造过程组织和管理体制的合理化,从而产生了一系列先进的制造技术和制造模式。

与科学技术和市场经济发展相应的现代装备制造业的先进制造技术,具有/数、精、极、自、集、网、智、绿、信0九大特点与发展趋势,它们彼此渗透、相互依赖、相互促进。

其中:发展的核心是/数字化0;发展的关键是/精密化0;发展的焦点是/极端化0,即以制造在极端条件下工作或有极端要求的产品;发展的条件是/自动化0,即从自动控制、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;发展的方法是/集成化0,即通过技术的集成、管理的集成、技术与管理的集成,落实在知识表现形式的集成、现代技术的集成、加工技术的集成、机电一体化的集成、生产过程的集成、全寿命周期过程的集成、企业内部与外部的集成、生物技术与制造技术的集

[2]

成等;发展的道路是/网络化0;发展的前景是/智能化0,即更具备人机一体化的综合、自组织与超柔性的特色、自我学习与维护及自律的能力、人类思维的延伸,特别是分布式数据库技术、智能代理技术和网络技术的发展,更突出了知识在制造过程中的价值地位;发展的必然是/绿色化0,即应从哲学的高度,在产品构思、设计、制造、销售、流通、使用、维护、回收、再制造的全过程,充分考虑可持续发展;发展的方向是/信息化0,即以信息化带动工业化、以工业化促进信息化,从而促进现代制造业具有高的科技含量、好的经济效益、低的资源消耗、少的环境污染、优的人力资源。

2 先进制造技术的内涵与特点

所谓先进制造技术,是制造业中将机械工程技术、电子信息技术(包括微电子、计算机、网络通信等)、自动化技术、现代管理技术以及材料技术等相关科学技术综合交融并应用于产品的计划、设计、准备、制造、加工、检测、管理、供销、物流、使用和售后服务乃至回收再生的全过程并注重考虑市场、价格、安全、美学、资源、环境等方面影响的集成生产技术的总称。它涵盖的主要内容有四大方面,即先进的制造工艺与装备、柔性与自动化的制造过程、先进的设计方法与手段、科学的组织与系统管理技术。它追求的目标,是以市场需求为导向、提高效益为中心,实现优质、精确、高效、低耗、节能、省料、清洁、灵活和快速生产,增强对动态多变市场的适应能力和竞争能力,从而满足社会个性化和多样化的需求。

先进制造技术相对传统制造技术的最大不同点在于:后者的专业学科单一独立,通常仅指各种将原材料变为成品的加工工艺,一般只能驾驭生产过程的物质流和能量流;而前者的专业学科界线则已逐渐淡化甚至消失,由于其组成体系包含了先进设计技术、自动化技术、现代管理技术等综合应用于制造的3 先进制造技术的重要作用

今天的/制造0概念,已经是指从市场分析、产品开发、技术准备(包括产品设计、产品工艺编制、设计和制造工艺装备等)、产品生产(即产品的加工与装

配)、产品的生产组织与计划管理(包括物流控制及其仓储)、产品的质量保证、产品的包装和发送等的全部活动和全部过程。它主要体现在五个方面的转变)))即从以技术为中心向以人为本的转变;从金

第2期唐勤生,等:现代装备制造业的先进制造技术及其发展综述

#179#

传统顺序工作方式向并行工作方式的转变;从按功能划分部门的固定组织形式向动态的自主管理工作组织形式的转变;从质量第一的竞争策略向快速响

应市场的竞争策略的转变。

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核心,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[3]。在传统制造技术基础之上发展起来的先进制造技术,代表了现代装备制造业及其制造技术发展的前沿和必然需求,是对制造技术不断优化和推陈出新的结果,是现代物质文明的重要支柱之一,是现代化的动力源泉之一,是加速国民经济和高新技术发展、体现国家综合实力的主要技术支撑,对制造业的技术变革产生着巨大的影响,由此不断发展形成了高新技术群,其体系结构如图1所示。

域、不同的发展阶段,面向现代装备制造业的先进制造技术有其不同的内容、组成和跨越式发展的目标,我国目前的先进制造技术范畴如图2

所示。

4 发展先进制造技术的需求

与高新技术相应的现代装备制造业,是新一轮国际产业转移中最大规模的价值转移。从我国建设国家级装备制造业的战略导向出发,实现制造业大

国走向制造业强国,是今后一段时期产业发展并完善产业链的重大战略举措。而在不同的国家和区

图1 先进制造技术的体系结构图Fig.1 Thesystematicstructureofadvanced

manufacturingtechnolog

y

图2 先进制造技术的范畴

Fig.2 Thecategoryofadvancedmanufacturingtechnology

21世纪的上海要成为国际经济中心,制造业就必须从粗放型向集约型转变、由资源型向效益型转化,主动适应国际产业转移的趋势。尤其是世界制造业向长三角大规模转移的机遇,积极参与国际分工,重点瞄准现代装备制造业中的核心技术,形成产绕5上海优先发展先进制造业行动方案6,充分发挥在人才、技术、管理等多方面的综合优势,选择高技术含量和高附加价值并与周边地区错位竞争、共谋发展的相关产业。通过/科教兴市0和/长期坚持三、二、一产业发展方针0、/长期坚持二、三产业共同推

# 180#

上海工程技术大学学报第19卷

应用,改造传统产业的生产方式,形成先进制造能力,注意跟踪现代科技和社会需求的发展,把握先进制造业和现代服务业互补、融合的趋向,提升上海产业的能级,提高上海工业的竞争力。

因此,为了既能适应国家与上海有关先进制造技术的发展需求,又能根据国际产业转移的进程,上海市中心城区工业布局和与周边区域错位竞争的原则,尚待选择和研发先进制造领域的关键产业及其相应技术有:精密加工设备制造业,自动测控设备制造业,现代交通运输和现代物流装备制造业,新型环保设备制造业,医疗器械与设备制造业,电子通信和网络产品制造业,新型元器件制造业,材料产业,天然气输配和应用工程,地热能开发利用,以及与上海信息港建设相适应的制造企业信息化建设、企业CIMS应用工程、先进生产模式与管理技术、制造业信息化公共技术平台建设。

具有自主知识产权的关键机电设备及其关键部件,依托区域优势的新型纺织、化纤、造纸、印刷、包装机械以及城市轨道交通机电装备、现代石化纤维生产装备及其自动控制技术等成套设备制造技术,工业机器人,开放式智能化数控系统,机电设备和生产过程的监控、预报和远程故障诊断,纳米材料与微机电系统,精密自动化装备,大型工程机械,智能化电梯,电站与输变电设备制造,农业节水灌溉新技术与设备制造,清洁成形与改性技术,绿色制造技术,可靠性工程技术,相关的产学研动态联盟的先进制造技术研发与教育培训基地。

总之,随着世界自由贸易体制的完善和全球交通运输体系及通信网络体系的建立,通过先进制造技术的研发应用,结合上海信息港建设的计划实施,上海的现代装备制造业生产技术面貌必将发生重大变化,为上海、长三角周边地区乃至全国现有企业提供装备和技术等方面的配套服务,实现经济增长方式的战略性转变。参考文献:

[1] 蔡建国,吴祖育.现代制造技术导论[M].上海:上海

交通大学出版社,2000.1~14.

[2] 刘文剑.计算机集成系统导论[M].哈尔滨:哈尔滨工

业大学出版社,1994.

[3] HuntDV.AdvancedManufacturingTechnology[M].

Britain:ElsevierSciencePublishingCo.Inc,1987.

5 对我国发展先进制造技术的几点思考

先进制造技术是一项系统工程,也是一项现代制造工程。发展先进制造技术要突出两个重点,即超精密加工和精密成形技术与综合自动化和系统管理技术。而自主开发和创新则是与先进制造技术同样重要的一个主题。

(1)先进制造技术是我国工业振兴的重要技术支撑,先进制造技术、制造业的发达和先进程度是一个国家工业化的表征。

(2)先进制造技术的发展和应用要突出强调市场需求,使之在振兴工业和发展国民经济中迅速见效,从而进入经济建设的主战场。

(3)通过实施应用工程、示范工程,加强和促进产学研的紧密结合,形成科研与生产、科技与经济相结合的良好格局。

(4)通过政策引导和政府组织,为先进制造技术的发展和应用提供有力支持,形成较为有利的外部环境。先进制造技术的发展是一个复杂的系统工程,从发展战略的确定,到重点领域的选择;从项目的选定,到实施单位的确定;从经费的保证到成果的推广应用,都离不开政府的组织协调。日、美等国政府都曾在发展先进制造技术中有所作为。

(5)在先进制造技术的发展中,工程技术界以系统工程和工业工程的思想来审视先进制造技术的产生和发展。以提高制造业竞争力为目标的发展应用先进制造技术,必须在与之相匹配的制造模式内运作,才能充分发挥作用。

(6)先进制造技术与制造业面临的各种新任务、新课题的挑战:对市场的快速响应能力;超精密加工技术;先进成形与改性技术,先进成形技术与节能、节材、绿色制造密切相关,是当今世界在发展先进制造技术中的关键课题之一。