2020制造业的展望1

2020年制造业的展望任磊湖南师范大学工学院08级机制四班，学号：2008180418摘要：世界各国都对制造业的发展十分关注。

世界制造业2020年总的发展趋势可归纳为：。

关键词：2020年制造业；绿色制造；极端制造；高新技术；信息技术近年来，世界各国都对制造业的发展十分关注，其中美国对未来制造业及制造科学与技术的发展趋势预测，值得借鉴。

美国提出了以人、技术与管理为制造业成功的三要素，同时提出了十大关键技术，其中主要包括：快速产品/工艺开发系统，新一代工艺及装备，建模与仿真技术，自适应信息系统，及知识供应链等。

接着，美国在“2020年制造业挑战的展望”中进一步提出多项优先发展关键技术，主要有：无废弃物制造（减少废弃物及能耗），新的材料工艺（纳米加工及先进成形工艺），生物制造技术，企业建模与仿真，信息技术，及产品与工艺设计等。

美国进一步制订了“集成制造技术计划及其路线图计划”，并得到了国家标准与技术研究院、国家基金委员会、能源部以及国防先进研究计划署等单位的支持。

据对世界科技发展动态和其对制造业的影响分析，世界制造业2020年总的发展趋势可归纳为：绿色制造将成为制造科技发展的主要方向；与高新技术深刻融合、制造技术发展日新月异；信息技术进一步促进和提升了制造技术水平；极端制造是制造科技的发展趋势。

一、绿色制造将成为制造科技发展的主要方向，面对日趋严峻的资源和环境约束，世界各国掀起一股“绿色浪潮”，环境问题已经成为世界各国关注的热点，并列入世界议事日程，制造业将改变传统制造模式，推行绿色制造技术，发展相关的绿色材料、绿色能源和绿色设计数据库、知识库等基础技术，生产出保护环境、提高资源效率的绿色产品，如绿色汽车、绿色冰箱等，并用法律、法规规范企业行为，随着人们环保意识的增强，那些不推行绿色制造技术和不生产绿色产品的企业，将会在市场竞争中被淘汰，使发展绿色制造技术势在必行。

（一）全球化——绿色制造的研究和应用将愈来愈体现全球化的特征和趋势绿色制造的全球化特征体现在许多方面。

1、制造业对环境的影响往往是超越空间的，人类需要团结起来，保护我们共同拥有的唯一的地球。

2、ISO14000系列标准的陆续出台为绿色制造的全球化研究和应用奠定了很好的基础，但一些标准尚需进一步完善，许多标准还有待于研究和制定。

3、随着近年来全球化市场的形成，绿色产品的市场竞争将是全球化的。

4、近年来许多国家要求进口产品要进行绿色性认定，要有“绿色标志”。

特别是有些国家以保护本国环境为由，制定了极为苛刻的产品环境指标来限制国际产品进入本国市场，即设置“绿色贸易壁垒”。

绿色制造将为我国企业提高产品绿色性提供技术手段，从而为我国企业消除国际贸易壁垒进入国际市场提供有力的支撑。

这也从另外一个角度说明了全球化的特点。

（二）社会化——绿色制造的社会支撑系统需要形成绿色制造的研究和实施需要全社会的共同努力和参与，以建立绿色制造所必需的社会支撑系统。

绿色制造涉及的社会支撑系统首先是立法和行政规定问题。

当前，这方面的法律和行政规定对绿色制造行为还不能形成有利的支持，对相反行为的惩罚力度不够。

立法问题现在已愈来愈受到各个国家的重视。

其次，政府可制定经济政策，用市场经济的机制对绿色制造实施导向。

例如：制定有效的资源价格政策，利用经济手段对不可再生资源和虽可再生资源但开采后会对环境产生影响的资源（如树木）严加控制，使得企业和人们不得不尽可能减少直接使用这类资源，转而寻求开发替代资源。

又如：城市的汽车废气污染是一个十分严重的问题，政府可以对每辆汽车年检时，测定废气排放水平，收取高额的污染废气排放费。

这样，废气排放量大的汽车自然没有销路，市场机制将迫使汽车制造厂生产绿色汽车。

企业要真正有效地实施绿色制造，必须考虑产品寿命终结后的处理，这就可能导致企业、产品、用户三者之间的新型集成关系的形成。

例如，有人就建议，需要回收处理的主要产品，如汽车、冰箱、空调、电视机等，用户只买了使用权，而企业拥有所有权，有责任进行产品报废后的回收处理。

无论是绿色制造涉及的立法和行政规定以及需要制定的经济政策，还是绿色制造所需要建立的企业、产品、用户三者之间新型的集成关系，均是十分复杂的问题，其中又包含大量的相关技术问题，均有待于深入研究，以形成绿色制造所需要的社会支撑系统。

这些也是绿色制造今后研究内容的重要组成部分。

（三）集成化——将更加注重系统技术和集成技术的研究绿色制造涉及到产品生命周期全过程，涉及到企业生产经营活动的各个方面，因而是一个复杂的系统工程问题。

因此要真正有效地实施绿色制造，必须从系统的角度和集成的角度来考虑和研究绿色制造中的有关问题。

当前，绿色制造的集成功能目标体系、产品和工艺设计与材料选择系统的集成、用户需求与产品使用的集成、绿色制造的问题领域集成、绿色制造系统中的信息集成、绿色制造的过程集成等集成技术的研究将成为绿色制造的重要研究内容。

绿色制造集成化的另一个方面是绿色制造的实施需要一个集成化的制造系统来进行。

为此，文献[11]提出了绿色集成制造系统的概念，并建立了一种绿色集成制造系统的体系框架：该系统包括管理信息系统、绿色设计系统、制造过程系统、质量保证系统、物能资源系统、环境影响评估系统等6个功能分系统，计算机通讯网络系统和数据库/知识库系统等2个支持分系统以及与外部的联系。

绿色集成制造技术和绿色集成制造系统将可能成为今后绿色制造研究的热点。

（四）并行化——绿色并行工程将可能成为绿色产品开发的有效模式绿色设计今后仍将是绿色制造中的关键技术。

绿色设计今后的一个重要趋势就是与并行工程的的结合，从而形成一种新的产品设计和开发模式绿色并行工程。

绿色并行工程又称为绿色并行设计，是现代绿色产品设计和开发的新模式。

它是一个系统方法，以集成的、并行的方式设计产品及其生命周期全过程，力求使产品开发人员在设计一开始就考虑到产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划、用户要求、环境影响、资源消耗状况等。

（五)智能化——人工智能和智能制造技术将在绿色制造研究中发挥重要作用绿色并行工程涉及一系列关键技术，包括绿色并行工程的协同组织模式、协同支撑平台、绿色设计的数据库和知识库、设计过程的评价技术和方法、绿色并行设计的决策支持系统等。

许多技术有待于今后的深入研究。

绿色制造的决策目标体系是现有制造系统TQCS（即产品上市时间T、产品质量Q、产品成本C和为用户提供的服务S ）目标体系与环境影响E和资源消耗R的集成，即形成了 TQCSRE的决策目标体系。

要优化这些目标，是一个难于用一般数学方法处理的十分复杂的多目标优化问题，需要用人工智能方法来支撑处理。

另外，在绿色产品评估指标体系及评估专家系统，均需要人工智能和智能制造技术。

基于知识系统、模糊系统和神经网络等的人工智能技术将在绿色制造研究开发中起到重要作用。

如：在制造过程中应用专家系统识别和量化产品设计、材料消耗和废弃物产生之间的关系；应用这些关系来比较产品的设计和制造对环境的影响；使用基于知识的原则来选择实用的材料等。

(六）产业化——绿色制造的实施将导致一批新兴产业的形成绿色制造将导致一批新兴产业的形成。

除了目前大家已注意到的废弃物回收处理装备制造业和废弃物回收处理的服务产业外，另有两大类产业值得特别注意：1、绿色产品制造业制造业不断研究、设计和开发各种绿色产品以取代传统的资源消耗和环境影响较大的产品，将使这方面的产业持续兴旺发展。

2、实施绿色制造的软件产业企业实施绿色制造，需要大量实施工具和软件产品，如绿色设计的支撑软件（计算机辅助绿色产品设计系统、绿色工艺规划系统、绿色制造的决策系统、产品生命周期评估系统、ISO14000国际认证的支撑系统等），将会推动一类新兴软件产业的形成。

二、与高新技术深刻融合、制造技术发展日新月异科学技术特别是高新技术的迅猛发展对制造科技带来深刻的变化。

一方面，制造已经从经验走向科学，从生产率（Productivity）和可制造性（Productability）分析走向可预测性（Predictability）分析，而可预测性也从宏观预测发展到微观乃至原子尺度预测。

今后的制造将是基于知识的制造及基于科学的制造。

另一方面，出现了一大批高技术含量的产品和崭新的制造技术。

前者如新一代的飞机、汽车与船舶，后者如纳米制造及生物制造等。

三、信息技术进一步促进和提升了制造技术水平以信息技术为代表的高新技术与制造技术相融合，将进一步给制造技术带来深刻的，甚至是革命性的变化。

具体表现在以下几个方面：产品信息化、数字化。

将传感技术、计算机技术、软件技术“嵌入”制造业的产品，实现产品的信息化、数字化，不仅可提高其性能，使之升级，还可使之具有“智慧”，代替部分人的脑力及体力劳动，从而满足国民经济和人民生活日益增长和个性化、多样化的需求。

制造过程的数字化、信息化与智能化。

制造过程的数字化、信息化与智能化的最终目标不仅是要快速开发出产品或装备，而且要努力实现产品或零部件一次开发成功。

因此，美国提出了基于建模与仿真的可靠制造。

制造装备高精度、高效与智能化。

信息技术的应用将大大提高制造装备的精度与效率，并实现自动化与智能化。

m制造的网络化与柔性化。

在经济全球化的格局下，基于网络的制造技术将得到广泛应用，制造装备和制造系统的柔性与可重组成为21世纪制造技术的显著特点。

m管理的信息化。

迅速发展的信息化和国际化及激烈的市场竞争环境，彻底改变了制造业的传统观念和生产组织方式，加速了现代管理理论的发展和创新。

因此，在信息化的推动下，全球正在兴起“管理革新”的浪潮。

四、极端制造是制造科技的发展趋势制造技术正在从常规制造、传统制造向非常规制造及极端制造发展。

极端制造是指在极端制造环境下，制造极端尺度或极高功能的器件和功能系统。

当前，极端制造集中表现在微细制造、超精密制造、巨系统制造和强场制造，如制造微纳电子器件、微纳光机电系统等极小尺度和极高精度产品；制造空天飞行器、超常规动力装备、超大型冶金和石油化工装备等极大尺寸和极强功能的重大装备。

以大型金属构件塑性成形制造能力为例，二战以后美、俄、法等国总结了德国二战中空中优势的来源之一为超大型金属构件的锻造能力，迅速建造了一批4.5到7.5万吨的巨型水压机，因而迅速提高和发展了空中作战能力以及洲际运载能力。

再以微制造为例，纳米技术和微纳系统是21世纪高技术的制高点，而微制造则是其基础。

2004年美国联邦政府、各州政府和工业界投入微制造、纳米技术领域的预算将超过21亿美元。

据《国际半导体技术指南》预测：2010年前后当特征线宽减小到50纳米后，微电子器件将接近物理极限，进入纳电子器件时代。

因此，现代制造科学的重要前沿是要在物质结构与运动的多层次、多尺度条件下探索极端制造规律，它将成为制造业发展的科技先导，也是建立具有国际核心竞争力的经济体系和国防体系的基础。