李華楹

（岳陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 岳陽(yáng) 414000）

20世紀(jì)上半葉，以機(jī)械技術(shù)和機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)的制造業(yè)的生產(chǎn)空前發(fā)展。以大批量生產(chǎn)為主的機(jī)械制造業(yè)，成為制造活動(dòng)的主體。20世紀(jì)中葉（1946年）電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世。在計(jì)算機(jī)誕生2年后，由于飛機(jī)制造（飛機(jī)蒙皮壁板、梁架）的需要，在美國(guó)發(fā)明了數(shù)字控制（NC）機(jī)床。不久計(jì)算機(jī)又開(kāi)始用于輔助編制NC機(jī)床的加工程序，推出了自動(dòng)編程工具APT語(yǔ)言（Automatically Programmed Tools），此后 CNC、DNC、FMC、FMS、CAX、MIS、MRP、MRPII、ERP、PDM、Web-M等數(shù)字化制造技術(shù)相繼問(wèn)世和應(yīng)用。就目前世界的經(jīng)濟(jì)發(fā)展來(lái)看，以美國(guó)、日本、西歐為代表的工業(yè)化國(guó)家，在AMT上都有雄厚的實(shí)力。

先進(jìn)制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)與微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等現(xiàn)代高新技術(shù)相交叉融和的結(jié)果，是一個(gè)集機(jī)械、電子、光學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)、管理學(xué)等新成就于一身的新興技術(shù)?，F(xiàn)將先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和特色闡述如下：

1 “數(shù)”是發(fā)展的核心

“數(shù)”，是指制造領(lǐng)域的數(shù)字化。

其包括以設(shè)計(jì)為中心的數(shù)字制造，以控制為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造。對(duì)數(shù)字化制造設(shè)備而言，其控制參數(shù)均為數(shù)字化信號(hào)；對(duì)數(shù)字化制造企業(yè)而言，各種信息（如圖形、數(shù)據(jù)、知識(shí)、技能等等）均以數(shù)字形式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)內(nèi)傳遞，在多種數(shù)字化技術(shù)的支持下，企業(yè)對(duì)產(chǎn)品信息、工藝信息與資源信息進(jìn)行分析、規(guī)劃與重組，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品功能的仿真，對(duì)加工過(guò)程與生產(chǎn)組織過(guò)程的仿真或完成原型制造，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的快速重組和對(duì)市場(chǎng)的快速反應(yīng)。對(duì)全球制造業(yè)而言，在數(shù)字制造環(huán)境下，用戶(hù)借助網(wǎng)絡(luò)發(fā)布信息，各類(lèi)企業(yè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用電子商務(wù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，迅速協(xié)同設(shè)計(jì)并制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。

2 “精”是發(fā)展的關(guān)鍵

“精”，是指加工精度及其發(fā)展。

20世紀(jì)初，超精密加工的誤差是10μm，70～80年代為0.01μm，現(xiàn)在僅為0.001μm，即1 nm。從海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)，到阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)來(lái)看，武器的命中率越來(lái)越高，其實(shí)質(zhì)就是武器越來(lái)越“精”，也可以說(shuō)，關(guān)鍵就是打“精度”戰(zhàn)。在現(xiàn)代精密機(jī)械中，對(duì)精度要求極高，如人造衛(wèi)星的儀表軸承，其圓度、圓柱度、表面粗糙度等，均達(dá)到納米級(jí)；基因作機(jī)械其移動(dòng)距離為納米級(jí)，移動(dòng)精度為0.1 nm；細(xì)微加工、納米加工技術(shù)，可達(dá)納米以下的要求，如果借助于掃描隧道顯微鏡與原子力顯微鏡的加工，則可達(dá)0.1 nm。至于微電子芯片的制造，有所謂的“三超”：

（1）超凈。加工車(chē)間塵埃顆粒直徑＜1μm，顆粒數(shù)少于0.1個(gè) /inch3；

（2）超純。芯片材料有害雜質(zhì)，其含量要＜1/109；

（3）超精。加工精度達(dá)納米級(jí)。

顯然，沒(méi)有先進(jìn)制造技術(shù)，就沒(méi)有先進(jìn)電子技術(shù)裝備；當(dāng)然，沒(méi)有先進(jìn)電子技術(shù)與信息技術(shù)，也就沒(méi)有先進(jìn)制造裝備。先進(jìn)制造技術(shù)與先進(jìn)信息技術(shù)是相互滲透，相互支持，緊密結(jié)合的。

3 “極”是發(fā)展的焦點(diǎn)

“極”，就是極端條件，是指生產(chǎn)特需產(chǎn)品的制造技術(shù)，必須達(dá)到“極”的要求。

例如，能在高溫、高壓、高濕、強(qiáng)沖擊、強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)腐蝕等條件下工作，或有高硬度、大彈性等特點(diǎn)，或極大、極小、極厚、極薄、奇形怪狀的產(chǎn)品等，都屬于特需產(chǎn)品。“微機(jī)電系統(tǒng)”就是其中之一。這是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家高度關(guān)注的一項(xiàng)前沿科技，亦即所謂微系統(tǒng)微制造。“微機(jī)電系統(tǒng)”用途十分廣泛。在信息領(lǐng)域中，用于分子存儲(chǔ)器、原子存儲(chǔ)器、芯片加工設(shè)備等；生命領(lǐng)域中，用于克隆技術(shù)、基因操作系統(tǒng)、蛋白質(zhì)追蹤系統(tǒng)、小生理器官處理技術(shù)、分子組件裝配技術(shù)等；軍事武器中，用于精確制導(dǎo)技術(shù)、精確打擊技術(shù)、微型慣性平臺(tái)、微光學(xué)設(shè)備等；航空航天領(lǐng)域中，用于微型飛機(jī)、微型衛(wèi)星、“納米”衛(wèi)星（0.1 kg以?xún)?nèi)）；微型機(jī)器人領(lǐng)域中，用于各種醫(yī)療手術(shù)、管道內(nèi)操作、竊聽(tīng)與收集情報(bào)等；此外，還用于微型測(cè)試儀器微傳感器、微顯微鏡、微溫度計(jì)、微儀器等等?！拔C(jī)電系統(tǒng)”可以完成特種動(dòng)作與實(shí)現(xiàn)特種功能，乃至可以溝通微觀世界與宏觀世界，其深遠(yuǎn)意義難以估量。

4 “自”是發(fā)展的條件

“自”，就是自動(dòng)化。其為減輕、強(qiáng)化、延伸、取代人的有關(guān)勞動(dòng)的技術(shù)或手段。

自動(dòng)化總是伴隨有關(guān)機(jī)械或工具來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？梢哉f(shuō)，機(jī)械是一切技術(shù)的載體，也是自動(dòng)化技術(shù)的載體。第一次工業(yè)革命，以機(jī)械化這種形式的自動(dòng)化，來(lái)減輕、延伸或取代人的有關(guān)體力勞動(dòng)；第二次工業(yè)革命，即電氣化進(jìn)一步促進(jìn)了自動(dòng)化的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1870～1980年，加工過(guò)程的效率提高為20倍，即體力勞動(dòng)得到了有效的解放，但管理效率只提高1.8至2.2倍，設(shè)計(jì)效率只提高1.2倍，這表明腦力勞動(dòng)遠(yuǎn)沒(méi)有得到有效的解放。信息化、計(jì)算機(jī)化與網(wǎng)絡(luò)化，不但可以極大地解放人的身體，而且可以有效提高人的腦力勞動(dòng)水平。今天的自動(dòng)化的內(nèi)涵與水平，已遠(yuǎn)非昔比，從控制理論、控制技術(shù)，到控制系統(tǒng)、控制元件等等，都有著極大的發(fā)展。自動(dòng)化已成為先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的前提條件。

5 “集”是發(fā)展的方法

“集”，就是集成化。目前，“集”主要指：

（1）現(xiàn)代技術(shù)的集成。機(jī)電一體化是個(gè)典型，是高技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。

（2）加工技術(shù)的集成。特種加工技術(shù)及其裝備是個(gè)典型，如激光加工、高能束加工、電加工等等。

（3）企業(yè)的集成。即管理的集成，包括生產(chǎn)信息、功能、過(guò)程的集成，也包括企業(yè)內(nèi)部的集成和企業(yè)外部的集成。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，還有一點(diǎn)很值得注意，即由生物技術(shù)與制造技術(shù)集結(jié)而成的“微制造的生物方法”，或所謂的“生物制造”。其依據(jù)是，生物是由內(nèi)部生長(zhǎng)而成“器件”，而非同一般制造技術(shù)那樣，由外加作用以增減材料而成“器件”。這是一個(gè)嶄新的充滿活力的領(lǐng)域，作用難以估量。

6 “網(wǎng)”是發(fā)展的道路

“網(wǎng)”，就是網(wǎng)絡(luò)化。制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的必由之路。

制造業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，面臨多方的壓力：采購(gòu)成本不斷提高，產(chǎn)品更新速度加快，市場(chǎng)需求不斷變化，全球化所帶來(lái)的沖擊日益加強(qiáng)等等。企業(yè)要避免這一系列問(wèn)題，就必須在生產(chǎn)組織上實(shí)行某種深刻的變革，拋棄傳統(tǒng)的“小而全”與“大而全”的“夕陽(yáng)技術(shù)”，把力量集中在自己最有競(jìng)爭(zhēng)力的核心業(yè)務(wù)上。科學(xué)技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使這種變革的需要成為可能。制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化，會(huì)導(dǎo)致一種新的制造模式，即虛擬制造組織，這是由地理上異地分布的、組織上平等獨(dú)立的多個(gè)企業(yè)，在談判協(xié)商的基礎(chǔ)上，建立密切合作關(guān)系，形成動(dòng)態(tài)的“虛擬企業(yè)“或動(dòng)態(tài)的”“企業(yè)聯(lián)盟”。此時(shí)，各企業(yè)致力于自己的核心業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化動(dòng)態(tài)組合與共享。

7 “智”是發(fā)展的前景

“智”，就是智能化。制造技術(shù)的智能化是制造技術(shù)發(fā)展的前景。

近20年來(lái)，制造系統(tǒng)正在由原先的能量驅(qū)動(dòng)型，轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔Ⅱ?qū)動(dòng)型，這就要求制造系統(tǒng)不但要具備柔性，而且還要表現(xiàn)出某種智能，以便應(yīng)對(duì)大量復(fù)雜信息的處理、瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)需求和激烈競(jìng)爭(zhēng)的復(fù)雜環(huán)境，因此智能制造越來(lái)越受到重視。

與傳統(tǒng)的制造相比，智能制造系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）人機(jī)一體化；

（2）自律能力強(qiáng)；

（3）自組織與超柔性；

（4）學(xué)習(xí)能力與自我維護(hù)能力；

（5）在未來(lái)，具有更高級(jí)的類(lèi)人思維的能力。

可以說(shuō)，智能制造作為一種模式，是集自動(dòng)化、集成化和智能化于一身，并具有不斷向縱深發(fā)展的高技術(shù)含量和高技術(shù)水平的先進(jìn)制造系統(tǒng)，也是一種由智能機(jī)器和人類(lèi)專(zhuān)家共同組成的人機(jī)一體化系統(tǒng)。其突出之處，是在制造諸環(huán)節(jié)中，以一種高度柔性與集成的方式，借助計(jì)算機(jī)模擬的人類(lèi)專(zhuān)家的智能活動(dòng)，進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)，同時(shí)收集、存儲(chǔ)、處理、完善、共享、繼承和發(fā)展人類(lèi)專(zhuān)家的制造智能。盡管智能化制造道路還很漫長(zhǎng)，但是必將成為未來(lái)制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式之一，潛力極大，前景廣闊。

8 “綠”是發(fā)展的必然

“綠”，就是“綠色”制造。人類(lèi)必須從各方面促使自身的發(fā)展與自然界和諧一致，制造技術(shù)也不例外。

制造業(yè)的產(chǎn)品從構(gòu)思開(kāi)始，到設(shè)計(jì)、制造、銷(xiāo)售、使用與維修，直到回收、再制造等各階段，都必須充分顧及環(huán)境保護(hù)與改善。不僅要保護(hù)與改善自然環(huán)境，還要保護(hù)與改善社會(huì)環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境以及生產(chǎn)者的身心健康。其實(shí)，保護(hù)與改善環(huán)境，也是保護(hù)與發(fā)展生產(chǎn)力。在此前提下，制造出價(jià)廉、物美、供貨期短、售后服務(wù)好的產(chǎn)品。作為“綠色”制造，產(chǎn)品必須力求同用戶(hù)的工作、生活環(huán)境相適應(yīng)，給人以高尚的精神享受，體現(xiàn)物質(zhì)文明與精神文明的高度交融。因此，發(fā)展與采用一項(xiàng)新技術(shù)時(shí)，必須樹(shù)立科學(xué)的發(fā)展觀，使制造業(yè)不斷邁向“綠色”制造。

上面所講的“數(shù)、精、極、自、集、網(wǎng)、智、綠”這 8個(gè)方面，彼此滲透，相互依賴(lài)，相互促進(jìn)，形成一個(gè)整體。同時(shí)，8個(gè)方面一定要扎根在“機(jī)械”和“制造”這個(gè)基礎(chǔ)上，也就是說(shuō)，要研究與發(fā)展“機(jī)械”本身與“制造”本身的理論與機(jī)理。8個(gè)方面的技術(shù)，要以此理論與機(jī)理為基礎(chǔ)來(lái)研究、開(kāi)發(fā)、發(fā)展，要與此基礎(chǔ)相輔相成，最終服務(wù)于制造業(yè)的發(fā)展。值得注意的是，在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)與高速發(fā)展的今天，“先進(jìn)制造技術(shù)”如同一切先進(jìn)技術(shù)一樣，是不可能不“以人為本”的，不能見(jiàn)“物”不見(jiàn)“人”，見(jiàn)“技術(shù)”不見(jiàn)“文化”、不見(jiàn)“精神”。離開(kāi)人，離開(kāi)人的精神，先進(jìn)技術(shù)就失去了“靈魂”，甚至造禍于民。進(jìn)一步而言，要“以人為本”，就必須“教育先導(dǎo)”，就必須通過(guò)各種形式的教育，培養(yǎng)出合乎時(shí)代潮流與我國(guó)國(guó)情的制造業(yè)的科技人才與管理人才?？萍际顷P(guān)鍵，人才是根本，教育是基礎(chǔ)。要從根本、從長(zhǎng)遠(yuǎn)、從全面著想，不斷推動(dòng)我國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。

9 “低碳”是發(fā)展的目標(biāo)

隨著經(jīng)濟(jì)全球化深入發(fā)展，降低能耗和減排溫室氣體，成為國(guó)際社會(huì)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，以低能耗、低污染為基礎(chǔ)的“低碳經(jīng)濟(jì)”成為國(guó)際熱點(diǎn)，成為繼工業(yè)革命、信息革命之后又一波可能對(duì)全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大影響的新趨勢(shì)。據(jù)預(yù)測(cè)，走“低碳經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展道路，每年可為全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生25000億美元的收益，到2050年，低碳技術(shù)市場(chǎng)至少會(huì)達(dá)到5000億美元。為此，一些發(fā)達(dá)國(guó)家大力推進(jìn)向“低碳經(jīng)濟(jì)”轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略行動(dòng)，著力發(fā)展“低碳技術(shù)”，并對(duì)產(chǎn)業(yè)、能源、技術(shù)、貿(mào)易等政策進(jìn)行重大調(diào)整，以搶占產(chǎn)業(yè)先機(jī)。

“低碳技術(shù)”包括在節(jié)能、煤的清潔高效利用、油氣資源和煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)、可再生能源及新能源、二氧化碳捕獲與埋存等領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的有效控制溫室氣體排放的新技術(shù)，涉及電力、交通、建筑、冶金、化工、石化、汽車(chē)制造、機(jī)械制造等部門(mén)。

10 結(jié)束語(yǔ)

先進(jìn)制造技術(shù)不是一門(mén)具體的、單一的科學(xué)技術(shù)，它是一個(gè)集成的、多學(xué)科的、綜合的一門(mén)學(xué)科，并且它有一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，大家需要做的工作，是向其不斷接近，使其不斷完善。

[1]王隆太，等.先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]張平亮，等.先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]馮憲章.先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.