先进制造技术进入“泛在信息制造”时代

作者:孙柏林 文章来源:中国自动化学会专家咨询工作委员会 发布时间:2011-10-18
制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱,创造了我国国民生产总值的1/3,工业生产总值的4/5,提供了国家财政收人的1/3,由此可见制造技术的水平对一个国家的经济实力和科技发展水平所产生的重要影响.

制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱,创造了我国国民生产总值的1/3,工业生产总值的4/5,提供了国家财政收人的1/3,由此可见制造技术的水平对一个国家的经济实力和科技发展水平所产生的重要影响。而先进制造技术则是现代制造业的关键技术,已成为一个国家综合实力和科技发展的重要标志之一,对于提高一个国家的国际地位起着举足轻重的作用。

我国对先进制造技术是高度重视的。在2011年7月国家科技部公布的《国家“十二五”科学和技术发展规划》(简称规划)中,又再次将先进制造技术列为“强化前沿技术研究”的重要课题之一。规划认为,前沿技术是高技术领域中具有前瞻性、先导性和探索性的重大技术,是未来高技术更新换代和新兴产业发展的重要基础。先进制造技术作为高技术战略的重要组成部分,已列入我国中长期科学与技术发展规划。坚持自主创新,围绕国家重大需求,探索引领未来发展的先进制造前沿技术、攻克支撑重点行业的共性关键技术和掌握重大装备制造的核心技术,已成为我国制造业的发展方向。

先进制造技术的发展历程

近200年来,在市场需求不断变化的驱动下,制造业的生产规模沿着“小批量→少品种、大批量→多品种、变批量”的方向发展。在科学技术高速发展的推动下,制造业的资源配置沿着“劳动密集→设备密集→信息密集→知识密集”的方向发展。与之相适应,制造技术的生产方式沿着“手工→机械化→单机自动化→刚性流水自动化→柔性自动化→智能自动化”的方向发展,从而推动了制造业的不断发展,促进了制造业的不断进步。

1.先进制造技术的内容

先进制造技术是一门综合性、交叉性前沿学科和技术,学科跨度大,内容广泛,涉及制造业生产与技术、经营管理、设计、制造以及市场各个方面。先进制造技术就是在传统制造技术的基础上,利用计算机技术、网络技术、控制技术、传感技术与机、光、电一体化技术等方面的最新进展,不断发展完善。

2.先进制造技术的提出及背景

先进制造技术源于20世纪80年代的美国,是为提高制造业的竞争力和促进国家经济增长而提出的。近年来,随着科学技术的不断发展和学科间的相互融合,先进制造技术迅速发展,不断涌现出新技术、新概念。例如:成组技术(GT)、精益生产(LP)、并行工程(CE)、敏捷制造(AM)、快速成型技术(RPM)、以及虚拟制造技术(VMT)等。

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。

先进制造技术是面向全球的竞争。目前每一个国家都处于全球化市场中,一个国家的先进制造技术是该国制造业在全球范围市场的竞争力。

3.我国先进制造技术的发展状况

近年来,中国的制造技术有了较大的提高,取得了较大的成绩。经过国家“863计划”等的政策支持,我国将先进制造技术列为重要的发展领域,并给予了大力支持,使得先进制造技术得到了快速发展,促进了我国制造业能力的提升和生产组织与管理的进步。目前,我国已发展成为一个制造大国;但与发达国家相比仍有很大差距。例如,产品的研究开发与生产制造过程脱节;再如,国外先进制造技术的引进与国产化相对较弱的矛盾;三是设计开发的方法和手段落后,当前世界上现代的设计理论和方法已经形成体系,如全寿命设计、绿色设计、可靠性设计等,将生产的全过程和环保等要求贯穿于设计中。而我国的大多数企业还是停留在经验设计阶段,缺乏自主开发能力,即使在开发成功的机电产品中,也有相当一部分是要利用国外的技术;四是从设计技术来说,工业发达国家使用计算机辅助设计技术的覆盖率超过60%,而中国不到10%;五是从制造工艺来说,中国大部分企业仍采用较落后的工艺装备进行生产,优质高效低耗的先进工艺普及程度不足10%;六是从制造过程来说,中国尚处在单机自动化、刚性自动化的阶段,已拥有的机床数控率小于1%,柔性制造系统仅在个别企业使用。总而言之,我国的先进制造技术在世界范围内尚处于产业链的低端。

目前,我国已经形成了较为完善的制造业体系,但由于自主创新能力不强,缺乏全球化的管理和营销能力及资源利用效率低等原因,我国制造业的国际竞争力并不强。未来应顺应世界先进制造业的发展趋势和特点,提升产品的附加值,减少资源消耗,加快自身产业战略升级,通过制造业跨越式发展,带动我国经济发展方式的转变。立足于现有产业基础,把握国际产业发展趋势,提升研发创新能力。

中国制造业应顺应世界先进制造业发展趋势和特点,提升产品的附加值,减少资源消耗,加快自身产业战略升级,通过制造业跨越式发展,带动我国经济发展方式的转变。

装备制造业真正体现了一个国家的实力,在产业链上具有非常强的带动性。我国虽然是世界制造大国,制造业占国家30%的产值,工业增加值居世界第四位。但与工业发达国家相比,我国的制造技术仍有较大差距,突出表现为高端装备制造技术落后,对国家各领域发展的装备支撑能力弱,能源和资源消耗大,环境污染严重。

鉴于此,中国已将先进制造技术列为国家重点发展领域之一,力争在21世纪的先进制造技术领域占有一席之地。

4.先进制造技术发展中的关键技术

(1)成组技术(GT):揭示和利用事物间的相似性,按照一定的准则分类成组,同组事物采用同一方法进行处理,以便提高效益的技术,称为成组技术。在机械制造工程中,成组技术是计算机辅助制造的基础,将成组哲理用于设计、制造和管理等整个生产系统,改变多品种小批量生产方式,获得最大的经济效益。

(2)敏捷制造(AM):敏捷制造(AM)是指企业实现敏捷生产经营的一种制造哲理和生产模式。敏捷制造包括产品制造机械系统的柔性、员工授权、制造商和供应商关系、总体品质管理及企业重构。

(3)并行工程(CE):并行工程(CE)是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。

(4)快速成型技术(RPM):快速成型技术(RPM)是集CAD/CAM技术、激光加工技术、数控技术和新材料等技术领域的最新成果于一体的零件原型制造技术。

(5)虚拟制造技术(VMT):虚拟制造技术(VMT)以计算机支持的建模、仿真技术为前提,对设计、加工制造、装配等全过程进行统一建模,在产品设计阶段,实时并行模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响,预测出产品的性能、产品的制造技术、产品的可制造性与可装配性,从而更有效、更经济地灵活组织生产,使工厂和车间的设计布局更合理、有效,以达到产品开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化以及生产效率的最高化。

(6)智能制造(IM):智能制造(IM)是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术。其具体表现为:智能设计、智能加工、机器人操作、智能控制、智能工艺规划、智能调度与管理、智能装配、智能测量与诊断等。它强调通过“智能设备”和“自治控制”来构造新一代的智能制造系统模式。

先进制造技术内涵广泛、学科交叉,并且不断地发展与完备,在激烈的国际市场竞争中,制造业要求生存和发展,必须掌握并科学运用最先进的制造技术。先进制造技术也是改造传统产业的有力武器。先进制造技术的发展与产业化,将对国民经济的发展产生越来越大的影响。先进制造技术是制造技术的最新发展阶段,是面向21世纪的技术,它是由传统的制造技术发展而来的,保留了过去制造技术中的有效要素,是制造技术与现代高新技术结合而产生的完整的技术群。

先进制造技术的特点

1.先进制造技术是面向21世纪的技术制造业

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而来,保持了过去制造技术中的有效要素;但随着高新技术的渗入和制造环境的变化,已经产生了质的变化。先进制造技术是制造技术与现代高新技术结合而产生的一个完整的技术群,是一类具有明确范畴的新的技术领域,是面向21世纪的技术。

2.先进制造技术有明显的需求导向的特征

先进制造技术是面向工业应用的技术,先进制造技术应能适合于在工业企业推广并可取得很好的经济效益。先进制造技术的发展往往是针对某一具体的制造业(如汽车工业、电子工业)的需求而发展起来的,有明显的需求导向的特征。先进制造技术不是以追求技术的高新度为目的,而是注重产生最好的实践效果,以提高企业的竞争力并促进国家经济增长和综合实力为目标。

3.先进制造技术具备全球性,开发和应用应适合国情

先进制造技术是面向全球竞争的,目前每一国家都处于全球化市场中。一个国家的先进制造技术是该国制造业在全球范围市场的竞争力,因此,先进制造技术的主体应具有世界水平。但是,每个国家的国情也将影响到从现有的制造技术水平向先进制造技术的过渡战略和措施。我国正在以前所未有的速度进入全球化的国际市场,开发和应用适合国情的先进制造技术势在必行。

先进制造技术的发展趋势

根据许多专家学者的看法,先进制造技术将向全球化、信息化、智能化、绿色化并与多学科融合的方向发展。纵观先进制造技术的发展趋势,“绿色”和“智能”将成为其主要的发展方向。

1.制造过程的绿色化

制造过程的绿色化是从环境保护角度出发,在制造的各个阶段(全寿命周期)都要充分考虑到环境保护。这里的环境不仅是自然环境,还包括社会环境和生产环境,要做到可持续发展,走向人类社会和自然界的统一与和谐。绿色制造技术的研究将在资源的绿色转化、新资源和能源的替代、过程强化与系统集成,以及绿色产品工程等四个方面展开。

在我国高端装备制造产业技术中,强调绿色制造;重点发展先进绿色制造技术与产品,突破制造业绿色产品设计、环保材料、节能环保工艺、绿色回收处理等关键技术;开展绿色制造技术和绿色制造装备的推广应用和产业示范,培育装备再制造、绿色制造咨询与服务、绿色制造软件等新兴产业。

在实现制造过程的绿色化的时候,必须考虑制造行业的“低碳经济”问题,聪明的企业善于抓住机遇,转变生产方式,走在前面,将被动变为主动,利用社会发展理念的变革作为企业加速发展的动力,努力抢占“低碳经济”的制高点。企业应当在考虑发展战略时,考虑如何制定“低碳战略”,并力求与国家的可持续发展趋势同步增长。

2.制造过程的智能化

智能化是未来制造技术的发展方向,它是将人工智能融入到生产过程的各个环节中去:通过模拟人类专家的智能活动,取代生产系统中的部分脑力劳动。

智能化是自动化的高级阶段,是柔性化和集成化的延伸和发展。专家指出:今后,传统的制造业将仍将朝着高性能、高精度、高灵敏、高稳定、高可靠、高环保和长寿命的“六高一长”的方向发展。新型的先进制造技术将朝向小型化(微型化)、集成化、成套化、电子化、数字化、多功能化、智能化、网络化、计算机化、综合自动化以及光机电一体化;服务上将朝着专门化、简捷化、无维护化以及组装生产自动化、无尘(或超净)化以及专业化等的方向发展。占主导地位、起关键作用的是智能化和网络化。

智能化是制造技术发展的前景。智能化制造模式的基础是智能制造系统,它是智能和技术的集成而形成的应用环境,也是智能制造模式的载体。在国家高端装备制造产业技术中,强调智能制造,发展工业机器人、智能控制、微纳制造、制造业信息化等相关系统和装备,重点研发工业机器人的模块化核心技术和功能部件、重大工程自动化控制系统和智能测试仪器及基础件等技术装备,建设产业技术培训体系,推动技术集成验证与示范应用工作,制定技术与安全标准,培育一批高技术创新企业,实现制造系统智能运行,改造提升装备制造业。

随着工业无线网络、传感器网络、无线射频识别、微型机电系统、激光技术等的日益成熟,人们由现在对于制造设备与制造过程的“了解不足”,向三维空间加时间的多维度、透明化“泛在感知”发展,泛在计算、泛在虚拟、泛在仿真无处不在,从而促成了以“泛在信息”技术为主要驱动力的新一代基于“泛在感知”的信息化制造和自动化技术——“泛在信息制造”时代的来临,这将会是新一代先进制造技术发展的核心驱动力!

新兴市场的企业实现升级和创新的最佳路径是由简单的委托代工制造到自主研发设计,并最终建立自主品牌。目前通过跨国公司的全球并购与重组,全球制造业的各条产业链几乎已被行业内少数几个跨国公司牢牢控制。随着全球化进程的不断加快,中国制造业除个别实力雄厚的大企业能够与跨国公司进行直接竞争外,大多数企业根据自身特点与优势,分别采取OEM、ODM和OBM方式积极主动地融入跨国公司的全球产业链中,进行模仿与学习,使得国内企业产品质量不断提高,生产成本不断降低,企业的管理水平和竞争力得到很大提高。

并且围绕行业的不断发展壮大,中国制造业成功地承接了世界制造业的转移与外包,逐渐形成了各区域的产业集群,这种产业集聚现象又进一步降低了企业的生产成本和组织成本,使得区域制造业产业优势不断强化,制造业竞争力进一步得到加强。中国的制造业想变得又大又强的话,必须要寻求突破。从相关数据的分析来看,总体而言,未来5~10年,中国制造业发展趋势是高增加值化,这是中国制造业实现突破的必由之路!在中国,伴随着产业制造能力的不断提高,中国产业国际上的竞争力不断增长,但中国产业的创新能力提高有限,存在着产业制造能力与技术能力不对称的现象。这种不对称现象是中国经济增长方式的一个写照,它蕴藏着中国经济发展的机遇与挑战。因此,提高中国企业的技术创新能力是未来数年的艰苦任务,需要企业与政府的共同努力。

结束语

科技部2011年7月13日正式发布实施《国家“十二五”科学和技术发展规划》,明确提出“十二五”国家综合创新能力世界排名将升至前18位,科技进步贡献率力争达到55%,创新型国家建设取得实质性进展。面对新的形势,必须清醒地认识到,我国科技发展仍存在一些薄弱环节和深层次问题。主要表现为:原始创新能力比较薄弱,企业技术创新活力和动力亟待加强,产学研用结合不够紧密,高层次创新型科技人才相对缺乏,科技资源配置效率有待提高,自主创新政策落实需要进一步深化。我们必须科学判断世界科技发展趋势并准确把握经济社会发展需求,着力解决科技发展中的突出问题,充分发挥科技对经济社会发展的支撑引领作用。当然,先进制造技术的发展必然会与目前一些热门的科学技术(如:安全技术、节能降耗、物联网技术以及云计算等)的发展相辅相成,并且及时吸取新技术、新思想、新概念与新方法的营养要素。

先进制造技术为历史悠久的制造业注入了一股清新的活力。先进制造技术是一个国家、一个民族赖以繁荣昌盛的重要手段,其发展将对世界产生巨大的影响。我们要大力发展先进制造技术,培养专业人才,使我国由世界制造大国逐步转变为世界制造强国。“十二五”时期,世界科技发展呈现新趋势,国内经济社会发展提出新要求,我国科技发展仍处于可以大有作为的重要战略机遇期。面向未来,我们应当把握这一重要的战略机遇期,努力将我国的先进制造技术做大做强!
 

0
-1

友情链接