简述我国先进制造技术现状

简述我国先进制造技术现状

机日111 王尊阳 11431040

第一部分：简述先进制造技术

机械制造技术是研究产品设计、制造、使用及维护、保养乃至回收再利用的整个过程的系统学科，是以提高质量、效益、竞争力为目标，包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。随着社会的发展，人们对产品的要求也发生了很大的变化，要求品种多样、更新、快捷、质量高档、使用方便、价格合理、外观美观、自动化程度高、售后服务好。要满足人们越来越高的要求，就必须采用先进的机械制造技术。

1 先进制造技术的特点

1.1机械制造技术是一个系统工程

先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合，使制造技术成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。先进制造技术应用的目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长。因此，它并不限于制造过程本身，它涉及产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。以便提高制造业的综合经济效益和社会效益。

1.2 环保性

机械制造技术的环保性主要表现在优质、高教、低耗、洁净、灵活(柔性)五个方面。优质：利用现代制造技术，使加工制造出的零部件或整机质量高，性能好；零部件尺寸精确，表面光洁，内部组织致密，无缺陷及杂质，使用性能好，整机的结构合理、色彩美观宜人，可靠性高。高效：使用现代制造技术，不仅表现在生产过程中，生产效率得到了很大的提高，大大降低了操作者的劳动强度。而且还表现在产品的开发过程中，提高了产品的开发效率和质量，缩短了生产准备时间。低耗：采用现代制造技术，可以降低整个生产过程中的原材料及能源消耗。洁净：生产过程不污染环境，使有害废弃物零排放或少排放。灵括：能快速对市场变化及产品设计的更改做出反应，适应多品种柔性生产。

1.3.市场竞争要素的统一体

市场竞争的核心是如何提高生产率。随着市场全球化的进一步发展，20世纪80年代以后，制造业要赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的矛盾。先进制造技术把这三个矛盾有机结合起来，使三者达到了统一。

1.4 世界性

20世纪80年代以来，市场的全球化有了进一步的发展，发达国家通过金融、经济、科技手段争夺市场，倾销产品，输出资本。随着全球市场的形成，使得市场竞争变得越来越激烈，先进制造技术正是为适应这种激烈的市场竞争而出现的。因此，一个国家的先进制造技术，它的主体应该具有世界先进水平，应能支持该国制造业在全球市场的竞争力。同时，机械制

造技术是面向21世纪的技术，应与现代高新技术相结合，应是有明确范畴的新的技术领域。

1.5 前沿性

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。

如：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。

第二部分：简述我国先进制造技术现状

目前，我国已加入WTO，机械制造业面临着巨大的挑战与新的机遇。因此，我国机械制造业不能单纯的沿着20世纪凸轮及其机构为基础采用专用机床、专用夹具、专用刀具组成的流水式生产线——刚性自动化发展。而是要全面拓展，面向五化发展，即全球化、网络化、虚拟化、自动化、绿色化。

当前制造科学要解决的问题主要集中在以下几方面：

（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。

原因分析：

2.1 制度落后

工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推动了准时生产、敏捷制造、精益生产、并行工程等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理。多数小型企业仍处于经验管理阶段。

2.2 设计方法落后

工业发达国家不断更新设计数据和准则。采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术(CAD／CAM)，大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用CAD／CAM技术的比例较低。

2.3 制造工艺落后

工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米，纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高，尚在开发、掌握之中。

2.4 自动化程度低

工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元、柔性制造系统、计算机集成制造系统，实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。

2.5 管理方面

工业发达国家广泛采用计算机管理，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、敏捷制造、精益生产、并行工程等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。

2.6 产品结构的差距

中国机械制造业的快速发展，主要依靠技术引进和赶超型发展战略，加之中国劳动力丰富而资金相对短缺，致使机械制造业的科技开发明显滞后。虽然中国机械制造业的产品数量已经位居世界前列，但主要是劳动密集型产品，具有自主知识产权的高、精、尖产品比较少。2000 年，中国汽车生产超过200 万辆，但是关键技术都来源于国外大型汽车公司，很多关键部件国内尚不能生产，需要依靠进口。我国械制造业产品的质量虽然有了很大程度的提高，但大量的机电产品的质量可靠性、外观设计、内在性能还有很大差距。比如数控机床和精密机床的可靠性差、质量问题严重，轴承、液压件、密封件等基础件产品水平低、品种少、满足度低、质量不稳定。工程机械目前只能生产中小型产品，大型工程机械、大型火电设备的技术能力十分薄弱。

2.7 生产投入结构的差距

机械制造业作为一般竞争性行业，其竞争状况与效益状况直接受生产投入结构的影响。企业之间的竞争，实际上是科学技术实力和创新能力的竞争，而科技实力和技术创新能力在很大程度上取决于科研与开发的投入。发达国家为了保持机械制造业的市场竞争力，加大了科技投入的力度。一些大企业的科技开发费用占到其销售额的4%—8%，甚至10%以上。这种高投入，使其本来就远远领先的科技优势进一步扩大，使企业从完全竞争的局面转变为“垄断竞争”，在许多关键领域占据了战略性优势地位。日本、美国、德国、法国机械制造业企业的人均研究开发经费，分别为21.54 万美元/年、15.76 万美元/年、19.99 万美元/年、25.94

万美元/年，是中国企业的几十倍。与科技开发相类似，国外机械制造业企业非常重视设备更新。美国制造业企业设备的平均役龄逐步缩短，由1975 年的6.98 年，下降到1990 年的6.70 年，其中电制造机械和精密机械的设备役龄分别为5.5 年和4.9 年。中国机电行业的设备更新比较缓慢，而且呈现下降趋势。1994 年与1985 年相比，机械行业的设备更新度系数下降了5.73 个百分点，1995 年与1990 年相比下降了2.4 个百分点。设备更新度系数偏低成为机械制造业各行业普遍存在的问题。企业科研人员占职工的比重，可以反映出企业的人力资本状况与发展潜力。国外大型机械制造业企业研究开发人员占职工人数的比重为5%—10%，中国仅为1% 。正是科技投入、人员素质、设备投入等方面的巨大差距，使中国机械制造业企业的设计与生产方法落后，自主开发能力差，产品开发周期长，更新慢，新产品产值率低，产品质量难以得到保证。

2.8 产业组织结构的差距

中国机械制造业之所以在投入结构上难以加大科技开发投入，直接根源是产业组织结构不合理，企业规模小，布局分散，大中小企业之间难以形成合理的专业化分工协作体系；深层原因是体制约束，条块分割导致的地区雷同与“分散化”倾向，有悖于世界机械制造业日益资本密集化、生产全球化、机电一体化、市场集中化的发展趋势。机械制造业是竞争性产业，整体产业集中度要求较高。国外大型企业一般在行业中占主导地位，并形成层次分明的专业化分工协作体系，在大企业周围，形成数量众多的专门化的中小企业。企业尤其是大型企业投巨资进行科技开发。中国机械制造业在改革以来出现了分散化趋势，甚至出现小企业排挤大企业的现象。受管理体制、投资体制、采购体制的影响，中国没有形成具有国际竞争力的大型企业或企业集团，企业“大而全、小而全”的状况依然严重，中小企业与大型企业进行专业化协作的产业组织结构还没有形成。目前还有相当数量的企业仍以“全能式”结构为主，除汽车、拖拉机、内燃机少数大批量生产企业外协率达到50%左右外，其他企业多数低于30%。中国机械制造业的技术进步速度与对产值增长的贡献率，总体上略高于全国的技术进步速度及其对GDP 增长的贡献率。但是，与发达国家相比，中国机械制造业技术进步速度与贡献率偏低。1998 年，中国机械制造业技术进步对产值增长速度的贡献率只有34%，西方国家一般都在60以上；新产品产值率不到30%，西方国家在50%以上；机床产值数控化率，中国只有25%左右，日本已达70%；中国机械制造业技术开发经费占销售收入的比重为1.78%，技术开发人员占职工比重，也明显低于发达国家。机械制造业整体设计和制造技术落后，产品多为中低档次。

2.9 中国机械制造业的现代化水平指数

根据我们确定的“中国制造业现代化水平指数”衡量机械制造业的现代化水平，可以看到，我国与发达国家的先进制造业相比差距还是非常大的。机械制造业人均生产率只有美国的3%，增加值率为发达国家的60%左右，整体效率指数约为23.5%。从结构指数衡量，中国机械制造业的设备更新度约为发达国家的60%，先进机械产品的贸易竞争指数由-10%降到-25%，Ｒ＆Ｄ费用和技术贡献率仅为发达国家的50%—60%，产业组织结构指数更低一些，协作水平大约为日本的25%。机械制造业由于生产厂点多、批量小，耗能耗材多，污染量大。机械制造业污染物排放量占到全国工业的1/6。近年来环保水平有所提高，但也只是部分具有一定规模的企业能达到机械制造业生产的逐步清洁化、绿色化，与发达国家相比差距很大，若能达到发达国家的50%—60%左右的水平就是一个相当理想的水平。

第三部分：我国先进制造技术发展趋势

改革开放以来，通过技术改造和引进国外先进制造技术，使我国的制造工业有了长足的进步，但和先进国家相比还存在很大差距，表现在：技改投入相对不足，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。面对这样形势，发展先进制造技术、实施先进的制造模式已经到了刻不容缓的地步。

先进制造技术是制造技术的最新发展阶段，是由传统的制造技术发展起来的，既保持了过去制造技术中的有效要素，又要不断吸收各种高新技术成果，并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。

20世纪80年代，随着扫描显微镜的发明和使用，人类认识世界和改造世界的能力进入纳米尺度，纳米技术是指实现纳米级精度，是一种在纳米尺度上研究原子和分子结构，物质特性及相互作用与运动，并运用这种技术为人类服务的高新技术，纳米技术对制造业产生了很大的影响，其应用范围将非常广泛，包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米装配技术和纳米测量技术等。

超精密加工的加工精度在2000年已达到纳米级，在21世纪初开发的分子束生长技术、离子注入技术和材料合成、扫描隧道工程（STE）可使加工精度达到0.0003～0.0001μm，现在精密工程正向其终极目标——原子级精度的加工逼近，也就是说，可以做到移动原子级别的加工。

现代机械制造技术的发展主要表现在两个方向上：一是精密工程技术，以超精密加工的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表，将进入微型机械电子技术和微型机器人的时代；二是机械制造的高度自动化，以CIMS和敏捷制造等的进一步发展为代表。

1.精密成形技术成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等。精密成形技术包括：精密铸造（湿膜精密成形铸造、刚型精密成形铸造、高精度造芯）、精密锻压（冷湿精密成形、精密冲裁）、精密热塑性成形、精密焊接与切割等。

2.无切削液加工无切削液加工的主要应用领域是机械加工行业，无切削液加工简化了工艺、减少了成本并消除了冷却液带来的一系列问题，如废液排放和回收等等。

3.快速成形技术快速原型零件制造技术（RPM），其设计突破了传统加工技术所采用的材料去除的原则，而采用添加、累积的原理。其代表性技术有分层实体制造（LOM），熔化沉积制造（FDM）等等。

4.建立与发展我国自主的 NC、MC、CAD、CAM、FMS、CAT、CIM、IMS等制造自动化单元技术，结合实际情况实现与现有成熟技术的有效结合。同时要有组织有计划的引进先进制造技术进行消化和吸收。对于引进的并行工程(CE)、敏捷制造(AM)、精良生产(LP)、智能制造( IM)等先进制造模式要根据它们的技术构思和特征开发创新成适合我国国情的生产模式，(如独立制造岛)以使企业适应市场经济的需要。

5.提高制造业现代化管理水平。现代管理核心是信息管理、物质管理、质量管理、生产过程管理和市场信息管理、加强企业人才的培养同时与国际接轨，开展ISO9000系列管理体系认证，加快现代企业制度改革，为先进制造技术的发展奠定良好的基础。

由于以上工艺和技术不仅减少了原材料和能源的耗用量或缩短了开发周期、减少了成本，而且有些工艺的改进对环境起到保护作用，因此被称为绿色制造工艺。绿色制造是人类社会可持续发展在制造业中的体现。这一切除了工艺革新外，还必须依靠信息技术，通过计算机的模拟、仿真，才能实现。