简述先进制造工艺的定义与特点.docx
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简述先进制造工艺的定义与特点
简述先进制造工艺的定义与特点
一、引言
先进制造技术AMT（AdvancedManufacturingTechnology）是集机械，电子，信息，材料，能源和管理等各项先进技术而发展起来的高新技术，它是发展国民经济的重要基础技术之一。
先进制造技术是制造业为提高竞争力以适应时代的要求而形成的-一个高新技术群，经过发展，已形成了完整的体系结构。
先进制造技术是当今生产力的主要构成因素，是国民经济的重要支柱。
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它担负着为国民经济各部门和学技术的各个学科提供装备、I具和检测仪器的重要任务，成为国民经济和科学技术赖以生存和发展的重要手段。
尤其是些尖端科技，如航空、航天、微电子、光电子、激光、分子生物学和核能等等技术的出现和发展，如果没有先进制造技术作为基础，是不可能实现的。
二、先进制造技术的起源
“先进制造技术”一词源于美国。
二战结束之前的制造技术，可以统称为传统的制造技术，美国制造业在第二次世界大战以后，在当时国际环境背景下得到了空前的发展，并形成了支强大的研究开发力量，强调基础和学研究的重要性，忽视制造技术的发展。
至20世纪70年代，随着日、德经济的恢复，美国制造业遇到了强有力的挑战，汽车业等行业的霸主地位，遇到了强有力的冲击，出口产品的竞争力大大落后于日、德，美国经济滞胀，发展缓慢。
而日本在过去几十年内不断主动地采用制造新技术，已使其成为制造业公认的世界领。
在此背景下,美国反思了制造技术同国民经济、技术与国力的至关重要的相互依赖关系，强调了制造技术的重要性，明确了社会经济目标的关键是技术的重要性，制定了国家关键技术计划，并对其技术政策作了重大调整。
与此同时，以计算机为中心的新一代信息技术的发展，也全面推动了制造技术的飞跃发展。
由于经济和增强国防的需要，在剧烈的市场竞争的刺激F,各个国家和地区纷纷将传统的制造技术与新发展起来的科技成就相结合，先进制造技术的概念逐步形成并发展。
三、先进制造技术的内涵
先进制造技术是传统制造业不断地吸收机械、信息、材料及现代管理技术等方面最新的成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想技术经济效果的前沿制造技术的总称。
从本质上:
可以说，先进制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术和现代管理技术等的有机融合。
与传统的制造技术比较起来，当代先进的制造技术以其高效率、高质量和对于市场变化的快速响应能力为主要特征。
它贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用维修等全过程，成为“市场一产品设计一制造一市场”的大系统。
而传统制造工程一般单指加工过程。
先进制造技术充分应用计算机技术、传感技术、自动化技术、新材料技术、管理技术等的最新成果，各专业、学科间不断交叉、融合，其界限逐渐淡化甚至消失。
它是技术、组织与管理的有机集成，特别重视制造过程组织和管理体制的简化及合理化。
先进制造技术又可看作是硬件、软件、人和支持网络（技术的与社会的） 综合与统一。
先进制造技术并不追求高度自动化或计算机化，而是通过强调以人为中心，实现自主和自律的统一，最大限度地发挥人的积极性、创造性和相互协调性。
先进制造技术高度开放、具有高度自组织能力的系统，通过大力协作，充分、合理地利用全球资源，不断生产出最具竞争力的产品。
先进制造技术的目的在于能够以最低的成本、最快的速度提供用户所希望的产品，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，并取得理想的技术经济效果。
四、先进制造技术的主要内容
信息技术和现代管理技术是先进制造技术的两个支柱,而现代管理技术要以先进制造哲理为基础。
不同的时代具有不同的消费需求和科学技术，不同的消费需求和科学技术又会产生不同的生产技术和生产方式，进而要求不同的管理与之相适应。
先进制造哲理与信息技术和现代管理技术的有机结合，是必然产生的生产模式。
先进制造哲理、现代管理技术与先进生产模式三位一体，共同构成了先进制造技术生长的软环境。
自20 世纪90 年代以来，人1门在总结GT、FMS、JIT、MRPII、CIMS等生产模式经验和教训的基础上,提出了许多新的制造概念和生产模式。
例如，以组成多功能协同小组工作模式为特征的并行工程（CE），以简化组织和强调人的能动性为核心的精益生产（LP）,以动态多变的且织结构和充分发挥技术、组织人员的2 度柔性集成为主导的敏捷制造（AM）。
先进工程设计技术是先进制造技术的重要组成部分。
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产品生产首先从工程设计开始。
工程设计包括需求分析、产品规划、方案设计、总体设计、详细设计、工艺设计等
内容。
工程设计结果直接影响产品的功能、怕能、质量、制造成本与交货期。
据统计，产品设计阶段决定了产品生产成本的70%-80%。
先进制造工艺是先进制造技术的核心和基础。
按照设计方案，将原材料转化为实际产品的过程，称为制造工艺过程。
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为实现这一过程，需要采用各种有效的制造工艺方法对产品质量、成本、生产周期等具有重要影响的因素实施有效控制。
先进制造技术的支撑技术是指支持主体技术（ 设计和制造工艺）发展所需的技术、工具、手段和系统集成的基础技术，它包括信息技术、标准框架、机床和工具技术、传感与控制技术等。
五、先进制造工艺的发展趋势
先进制造技术的- 一个重要发展趋势是工艺设计从经验判断走向定量分析，其方法就是将
数值模拟技术与物理模拟和人工智能技术相结合，确定工艺参数，优化工艺方案，预测加工
质量，使生产过程从“理论-实验-生产”转变为“理论-计算机模拟- 生产”。
随着人工智能技术、计算机视觉技术、数字化信息处理技术、机器人技术的溶入，促使制造技术向着工艺高效化，控制数字化、智能化以及生产过程机器人化方向发展，如下几点有待攻破：
（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Localizat ion） 等方面，存在C-空间（配置空间Configuration Space）的几何计算和儿何推理问题; 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I 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。
1.采用模拟技术，成形、改性与加工是机械制造工艺的主要工序，是将原材料（主要是金属材料）制造加工成毛坯或零部件的过程。
这些工艺过程特别是热加工过程是极其复杂的高温、动态、瞬时过程，其间发生一系列复杂的物理、化学、治金变化，这些变因而多年来，热加工工艺设计只能化不仅不能直接观察，间接测试也十分困难，凭“经验”。
近年来，应用计算机技术及现代测试技术形成的热加工工艺模拟及优化设计技术风靡全球，成为热加工各个学科最为热门的研究热点和跨世纪的技术前沿。
应用模拟技术，可以虚拟显示材料热加工（铸造、锻压、焊接、热处理、注塑等）的工艺过程，预测工艺结果（组织性能质量），并通过不同参数比较以优化工艺设计，确保大件一次制造成功;确保成批件一次试模成功。
模拟技术同样已开始应用于机械加工、特种加工及装配过程，并已向拟实制造成形的方向发展，成为分散网络化制造、数字化制造及制造全球化的技术基础。
2.成形精度向近无余量方向发展
毛坯和零件的成形是机械制造的第一道工序。
金属毛坯和零件的成形一般有铸造、锻造、冲压、焊接和轧材下料五类方法。
随着毛坯精密成形工艺的发展，零件成形的型成形的形状尺寸精度正从近净成形（NearNetShapeForming）向净即近无余量成形方向发展。
“毛坯”与“零件”的界成形（NetShapeForming:
限越来越小。
有的毛坯成形后，已接近或达到零件的最终形状和尺寸，磨削后即可装配。
主要方法有多种形式的精铸、精锻、精神、冷温挤压、精焊接及切割。
如在汽车生产中，“接近零余量的敏捷及精密冲压系统”及“智能电阻焊系统”正在研究开发中。
4.机械加工向超精密、超高速方向发展超精密加工技术目前已进入纳米加工时代，加工精度达0.025pm,表面粗糙度达0.0045pm。
精切削加工技术由目前的红处波段向加工可见光波段或不可见紫外线和X射线波段趋近;超精加工机床向多功能模块化方向发展;超精加工材料由金属扩大到非金属。
目前起高速切削铝合金的切削已超过1600m/min;铸铁为1500m/min;超高速切削已成为解决一些难加工材料加工问题的一条途径。
5.采用新型能源及复合加工。
解决新型材料的加工和表面改性难题激光、电子束、离子束、分子束、等离子体、微波、超声波、电液、电磁、高压水射流等新型能源或能源载体的引入，形成了多咱崭新的特种加工及高密度能切割、焊接、熔炼、锻压、热处理、表面保护等加工工艺或复合工艺。
其中以多种形式的激光加工发展最为迅速。
这些新工艺不仅提高了加工效率和质量，同时还解决了超硬材料、高分子材料、复合材料、工程陶瓷等新型材料的加工难题。
6.采用自动化技术，实现工艺过程的优化控制微电子、计算机、自动化技术与工艺设备相结合，形成了从单机到系统，从刚性到柔性，从简单到复杂等不同档次的多种自动化成形加工技术，使工艺过程控制方式发生质的变化，其发展历程及趋势为:
1） 应用集成电路、可编程序控制器、微机等新型控制元件、装置实现工艺设备的单机、生产线或系统的自动化控制。
2） 应用新型传感、无损检测、理化检验及计算机、微电子技术，实时测量并监控工艺过程的温度、压力、形状、尺寸、位移、应力、应变、振动、声、像、电、磁及合金与气体的成分、组织结构等参数，实现在线测量、测试技术的电子化、数字化、计算机及工艺参数的闭环控制，进而实现自适应控制。
3） 将计算机辅助工艺编程（CAPP）、数控、CAD/CAM、机器人、自动化搬运仓储、管理信息系统（MIS） 等自动化单元技术综合用于工艺设计、加工及物流过程，形成不同档次的柔性自动化系统; 数控加工、加工中心（MC）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造岛（FMI）、柔性制造系统（FMS） 和柔性生产线（FTL）,及至形成计算机集成制造系统（CIMS） 和智能制造系统（IMS）。
7.采用清洁能源及原材料、实现清洁生产机械加工过程产生大量废水、废渣、废气、噪声、振动、热辐射等，劳动条件繁重危险，已不适应当代清洁生产的要求。
近年来清洁生产成为加工过程的一个新的目标，除搞好三废治理外，重在从源头抓起，杜绝污染的产生。
其途径之一为:
一是采用清洁能源，如用电加热代替燃煤加热锻坯，用电熔化代替焦炭冲天炉熔化铁液; 二是采用清洁的工艺材料开发新的工艺方法，如在锻造生产中采用非石墨型润滑材料，在砂型铸造中采用非煤粉型砂; 三是采用新结构，诚少设备的噪声和振动。
如在铸造生产中，噪声极大的震击式造型机已被射压、静压造型机所取代。
在模锻生产中，噪声大且耗能多的模锻锤，已逐渐被电液传动的曲柄热模锻压力机、高能螺旋压力机所取代。
在清洁生产基础上，满足产品从设计、生产到使用乃至回收和废弃处理的整个周期都符合特定的环境要求的“绿色制造”将成为21世纪制造业的重要特征。
国内外先进制造工艺技术的定义，发展现状与发展趋势
伴随着世界经济日益国际化，更兼并着科学技术的不断发展与突飞猛进，工业化的发展程度，成为一个国家在世界地位中凸显的重要标志之一，为此,先进技术则成为此领域内的一项重要技术之一。
尤其高效高质量制造技术被广泛应用于飞机、汽车、造船、模具制造业、特殊材料加工以及航空航天、国防事业等。
先进制造技术逐步成为衡量一国家工业化的核心标志，并对一个国家的、经济、航空航天、国防事业作出重大贡献。
并逐步成为推动世界先进技术向高端技术发展重要标志。
机械制造工艺是将各种原材料通过改变其形状、尺寸、性能或相对位置，使之成为成品或半成品的方法和过程。
机械制造工艺流程是由原材料和能源的提供、毛坯和零件成形、机械加工以先进制造工艺加工制造出的产品质量高、性能好、尺寸精确、表面光洁、组织致密、无缺陷杂质、使用性能好、使用寿命和可靠性高。
与传统制造工艺相比，先进制造工艺可极大地提高劳动生产率，大大降低了操者的劳动强度和生产成本。
低耗先进制造工艺可大大节省原材料消耗，降低能源消耗，提高了对日益枯竭的自然资源的利用率。
应用先进制造工艺可做到零排放或少排放，生产过程不污染环境，符合日益增长的环境保护要求。
、材料改性与处理、装配与包装、质量检测与控制等多个工艺环节组成。
目前对于先进制造技术尚未有一明确的定义。
改进、提高信息技术和现代管理技术的成果，并将其运用于产造业不断吸收、品设计、加工、检测、生产管理、产品销售、使用、回收等制造全过程技术的总称。
纵观历史，现代制造技术形成和发展至今也只有是近十年间的事。
上世纪，美国的一批学者不断鼓吹美国已进入”后工业化社会”,把传统的制造业视为”夕阳工业”，因而制造技术的发展受到极大的阻碍。
然而由于美国根据本国面临的挑战与机遇，对其制造业存在的问题进行了深刻反省，重新认识到制造业在国民经济中的地位和作用。
此时，由于计算机信息技术的发展，也全面推动了制造技术的飞跃发展。
于是，先进制造技术的概念逐步形成。
而我国，机械科学研究院提出了多层次技术群构成的先进制造技术体系。
第一个层次是优质、高效、低耗、清洁基础制造技术，它是先进制造技术的核心。
第二个层次是新型的制造单元技术。
这是在市场需求及新兴产业的带动下，制造技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新制造技术。
2先进制造技术现状
我国工业化发展程度较世界先进的发达国家相比,起步晚，创新程度低,体系薄弱，突入比例相对较少，人类资源地下，相比其他发达国家而言，落后程度甚至超过数十年，为此,我国在改革开放三十年以来，不断大力发展生产力，力求科技创新，认真汲取国内外先进技术，来弥补我们先天的不足，所以有了，十五、十一五、十.二五等长期的规划目标为基准，为迈向世界先进制造技术大国强国而分发。
相对我国而言，国外工业发达国家制造技术相当先进。
并把先进制造技术作为国家级关键技术和优先发展领域。
尽管决定国家综合竞争力的因素有多种，但制造业的基础地位不能忽视。
20世纪90年代以来，各发达国家，如美国、日本、欧共体、德国等都针对先进制造技术的研发提出了国家级发展计划，旨在提高本国制造业的国际竞争能力。
如网络化制造作为未来的重要的制造模式，已经引起各国政府、研究机构和企业界的广泛重视。
20世纪90年代初,美国政府提出”先进制造技术”计划，将基于信息高速公路的敏捷制造作为美国21世纪的制造战略。
总之，工业化国家大都把先进制造技术作为本国的科技优先发展领域和高技术的实施重点; 发展中国家也十分重视制造业信息化，都把信息技术作为改造传统企业和产业结构调整的主要战略;新兴工业化国家希望通过加快制造业信息化，跻身世界先进行列,我国以及众多发展中国家也希望以信息化推进工业化，以缩小与先进国家的差距。
自建国以来，尤其是改革开放以来，我国机械制造业得到了迅速地发展。
机械工业是我国工业中发展最快的行业之一。
20世纪70年代以前，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很快就会有相同功能的产品跟着上市。
20世纪80年代以后，随着市场全球化的进-步发展，市场竞争变得越来越激烈。
20世纪90年代初，随着CIMS技术的大力推广应用，包活有CIMS实验工程中心和7个实验室的研究环境已建成。
在全国范围内，部署了CIMS的若干研究I页F1，诸如CIMS软件工程与标准化、开放式系统结构与发展战略，CIMS总体与集成技术、产品设计自动化、C艺设计自动化、柔性制造技术、管理与决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术以及系统理论和方法等均取得了丰硕成果，获得不同程度的进展。
但因大部分大型机械制造企业和绝大部分中小型机械制造企业主要限于CAD和管理信息系统，底层基础自动化还十分薄弱，数控机床由于编程复杂，还没有真正发挥作用。
因此，与L业发达国家相比，我国的制造业仍然存在-一个阶段性的整体上的差距。
在产品设计方面，普遍采用计算机轩甫助产品设计（CAD）
2.国外先进制造技术的现状
计算机辅助工程分析（CAE）和计算机仿真技术;在加工技术方面，已实现了底层（车间层）的自动化，包括广泛地采用加工中心（或数控技术）、自动引导小车（AGV）等.近10余年来，发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找出路，提出了-一系列新的制造系统。
如计算机集成制造系统、智能制造系统、并行工程、敏捷制造等。
先进制造技术的组成先进制造技术不是一般单指加工过程的工I艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、C艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。
发展
当前先进制造技术的发展趋势大致有以下几个方面:
l、信息技术对先进制造技术的发展起着越来越重要的作用
2、设计技术不断现代化
3、成形及改进制造技术向精密、精确、少能耗、无污染方向发展
4、加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展
5、工艺由技艺发展为工程科学，工艺模拟技术得到迅速发展
6、专业、学科间的界限逐渐淡化、消失
7、绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征。
8、虚拟现实技术在制造业中获得越来越多的应用
9、信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，先进制造生产模式获得不断发展，造业在
经历了少品种小批量--少品种大批量、--多品种小批量生产模式的过渡后，先进制造模式必将获得不断发展。
三我国先进制造技术的发展趋势
进入21世纪以来，我国先进制造技术借鉴了国外先进经验得到了迅速发展并且形成lee
自己的方向与目标，具体如下所述:
（一） 精密化
精密加工、特种加T、超精密加工技术、微型机械是现代化机械制造技术发展的方向之一。
（二） 自动化
自动化技术自20 世纪初出现以后，经历了由刚性自动化向柔性自动化的发展过程，自动
化技术的成功应用，不但提高了效率，保证了产品质量，还可以代替人去完成危险场合的工作。
在未来的自动化技术实施过程中，将更加重视人在自动化系统中的作用。
（三） 信息化
信息、物质和能量是制造系统的三要素。
产品制造过程中的信息投入，己成为决定产品成本的主要因素。
（四） 柔性化
随着科学技术的飞速发展和人民生活水平不断提高，促使产品更新换代的速度不断加快，
这就要求现代企业必须具备一定的生产柔性来满足市场多变的需要。
（五）集成化
集成是综合自动化的- 一个重要特征。
集成化的目的是实现制造企业的功能集成，功能集成要借助现代管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术实现技术集成，同时还要强调人的集成，由于系统中不可能没有人，系统运行的效果与企业经营思想、运行机制、管理模式都与人有关，因此在技术上集成的同时，还应强调管理与人的集成。
（六） 智能化
智能化是制造技术的发展趋势之一。
智能制造技术（TMT）是将人工智能独入制造过程的各个环节，在整个制造过程中贯彻智力活动，使系统柔性的方式集成起来，通过模拟人类专家的智能活动，取代或延伸制造系统中的部分脑力劳动，在制造过程中系统能自动监测其运行状态，在受到外界干扰或半个世纪来，我国机械制造业虽然从无到有，从小到大取得了较快的发展，但与西方先进工业国家相比还存在这明显的差距，主要表现在如下方面:
（1）产品档次低，高水平产品所占比例小目前我国机械工业主导产品达到当代国际先进水平的不到5%，达到上世纪90 年代国际先进水平的占25%，答到80 年代水平的占40%。
我国大中型企业生产的2000 多种主导产品的平均生命周期为10.5 年，而美国- 一般仅有3-4 年。
美国制造业的新产品的贡献率已达到国目前，我国大部分企业的生产管理依旧停留在过去计划经济管理方式上,现金管理模式和手段未能得到实施。
目前我国制造企业的技术水平与国先进水平相比较，从总体上看差距达20年左右。
结合我国基本国情，解决我国先进制造技术目前问题应:
（1）提高认识，全面规划，力促先进制造技术的发展。
（2） 深化科技体制改革，推动技术创新体系的建设。
（3） 将引进消化国外先进制造技术与自主开发创新相结合。
（4） 大力发展先进高新制造技术及其产业。
（5） 积极培养创造性人才，努力提高制造业的全员素质。
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