先进制造技术发展趋势

第9章先进制造技术发展趋势

9.1 概述

9.1.1 什么是先进制造技术9.1.2 先进制造技术的特点9.1.3 先进制造技术的产生背景

先进制造技术是当代信息技术、自动化技术、现代企业管理技术和通用制造技术的有机结合；是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源及现代管理技术成果，将其综合应用于制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，获得理想技术经济效果的制造技术的总称。包括计算机技术、自动控制理论、数控技术、机器人、CAD／CAM技术、CIM技术以及网络通信技术等在内的信息自动化技术的迅猛发展，为先进制造技术的发展和应用提供了日益增多的高效能手段。

先进制造技术主要包括三个技术群：主体技术群、支撑技术群和制造技术基础设施群。其具体内容主要有：现代设计技术、精密及超精密加工技术、精密快速成型技术、特种加工技术、制造业综合自动化、过程工业综合自动化、系统管理技术等。

1. 先进制造技术中的主体技术群

主体技术群包括面向制造的设计技术群与制造工艺技术群。

(1)设计技术群。指用于生产准备的工具群与技术群。包括产品、工艺过程和工厂设计，如计算机辅助设计(CAD)及工艺过程建模和仿真、系统工程集成技术、快速样件成型技术、并行工程技术(CE)、面向环境的设计(DFE)。

(2)制造工艺技术群。指用于产品制造的过程及设备，包括材料生产工艺、加工工艺，连接和装配、测试和检验技术。

2. 先进制造技术中的支撑技术群

支撑技术群是使主体技术群发挥作用的基础和核心，是实现先进制造系统的工具、手段和系统集成的基础技术，包括信息技术、传感器技术和控制技术。信息技术中包括网络和数据库技术、集成平台和集成框架技术、接口和通信、基于知识的决策支持系统以及软件工程方面的技术。先进制造系统中的控制技术将向智能控制方面发展。智能控制系统具有根据过程和环境模型以及传感器数据实时决策的能力。这方面具有潜力的领域是人工神经网络和模糊逻辑的研究。网络和数据库技术是先进制造技术中的关键技术。通过全球网络实现信息的快速传递和共享，使企业之间的联合成为可能。

3先进制造技术中的制造技术基础设施群

这是指为了管理好各种适当技术群的开发，促进技术在整个国家工业企业内推广应用而采用的各种方案和机制；是使先进的制造技术与企业组织管理体制，以及使用技术的人员协调工作的系统工程。它主要包括质量管理、用户／供应商交互作用、人员培训和教育、全局监督和基准评测、技术获取和利用。

在利用先进制造技术的未来企业中，继续教育和培训已变得日益重要。未来的企业面临的是多变的市场和激烈竞争的环境。聘用职员的关键是看他能否多专、多能地、能动地迅速适应产品变化、工作岗位变化、所需技能变化以及促进这些变化的知识能力。显然，教育和培训是抵消环境不断变化所带来的潜在打击和忧虑的要素。所以，对于企业而言，要想有效提高其竞争能力，综合教育和培训计划是基础。

21世纪的市场竞争，就是先进制造技术的竞争。先进制造技术贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用维修等全过程，因此，21世纪的先进制造技术应具有下列特点：

1. 以低消耗创造高效益、高劳动生产率

低消耗意味着低成本，从而可以创造高效益。降低能源的消耗和有效地利用能源成为未来制造业十分关心的问题。工业生产消耗了发达国家大量能源。人们希望不断提高生活水准，但也会带来全球能源的高消耗，从而引起人们对节能的关注。改进原有生产过程可以有效地降低工业过程的能耗。例如：大范围内实现质量控制，不仅在其他方面受益，而且也节省了用于生产不合格产品而消耗的能源。

2. 提供有竞争力的优质可售产品

先进制造企业提出了产品终身质量保证。“质量”一词的含义已不仅仅是“零缺陷”了。由于越来越多的公司都能有效地保证产品无缺陷，因此，人们把“质量”重新定义为“零缺陷”与“用户满意”。产品的工程设计过程也不仅仅是为保证其无缺陷，而且还要从许多方面使用户满意。这样的产品才有竞争力。

3. 采用适用、先进的工艺装备

计算机技术、自动化技术、新材料技术、传感技术、管理技术等的引入，使制造技术成为一个能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。适用、先进的工艺和装备能快速生产出产品，并保证质量。

4. 具有迅捷响应市场的能力

当前，工业正进入市场和经济因素高度分散、快速变化、不可预测的时代。企业为了求得生存就必须对付这些频繁的变化，要想在不断变化的环境中做到迅速响应，就必须重视技术与管理的结合；重视制造过程组织和管理体制的简化与合理化，使硬件、软件和人集成的大系统的组成和体系结构具备前所未有的柔性。这体现了未来制造系统的先进性。

5. 满足环境保护和生态平衡的要求

现今，环境问题已成为企业运行的关键因素。随着社会对环境问题越来越关注，要求企业工艺系统以及设备向“环境安全型”组织转化。面对环境的日益破坏，世界范围内环保热潮不断高涨。政府及民间组织对制造业提出更严格的要求。于是，人们提出了面向环境的设计(DFE)。美国IBM，DEC及AT&T等大公司率先采用了DFE思想。DFE节约了材料和能源的消耗，提高产品的重新利用率，增强了企业的经济效益。

9.1.3 先进制造技术的产生背景

先进制造技术的产生和发展是与现代高新技术的飞速发展及制造业所面临的市场竞争环境密不可分的。随着“冷战”时代的结束及世界市场的发展，市场竞争日趋激烈，TQCS(T：Time to

market,Q:Quality,C:Cost,S:Service)成为企业共同追求的目标。早期的市场竞争主要是围绕如何降

低成本，特别是劳动力成本，于是刚性大规模生产线就应运而生。进入20世纪70年代后，随着电子信息技术的发展，产品成本因素的组成发生了根本变化，降低成本的焦点转到了如何提高企业的整体效率。美国从20世纪70年代开始提出CIM哲理；日本采用准时生产JIT(JustInTime)准则压缩库存，提高资金周转率；采用精良生产(Lean Production)方法，去掉生产过程中一切不产生价值的环节。这些都获得了一定的成功。20世纪80年代，工厂的一切活动转到以满足用户要求为核心，为了赢得市场，必须提高新产品的上市速度，于是产生了并行工程CE(Concurrent Engineering)的思想，在20世纪90年代初，欧洲制造业出现了一个新现象，人们开始把注意力集中在以CIMS为基础的“以人为中心的生产系统APS(Anthropocentric Production System)”，APS是组织管理、人、技术三者的集成，其中人是核心。新的竞争环境要求企业具有极大的柔性，能快速响应市场。为了夺回在制造业的领先地位，美国在CIM和CE的基础上，又认真研究了日本的JIT和精良生产，于1991年进一步提出了敏捷制造(Agile Manufacturing)的新概念。与APS相似，如何提高制造系统的智能，如何把人更有效地集成到CIM中，人们又提出了智能制造(Intelligent Manufacturing)的思想。而敏捷制造被认为是全面提高企业竞争能力的21世纪制造策略，是在CIM和CE基础上更大范围内企业之间的集成。在这种策略下的虚拟公司(Virtual Company)通过信息高速公路和其他公司进行合作，以对市场机遇作出敏捷的响应。虚拟制造(VM)则是在计算机上模拟产品的制造和装配全过程，以期尽早发现可能发生的问题。

9.2 几种典型先进制造技术简介

9.2.1 智能制造9.2.2 敏捷制造9.2.3 并行工程9.2.4 虚拟制造系统

9.2.1 智能制造

一、智能制造研究的背景

近年来，由于市场竞争的冲击和信息技术的推动，传统的制造产业正经历着一场重大的变革，围绕提高制造业水平这一中心的新概念、新技术层出不穷，智能制造正是在这一背景下孕育而生的。

从市场竞争方面来看，当前和未来企业面临的是一个多变的市场和激烈竞争的环境。社会的需求正从大批量产品转向小批量、甚至单件产品上。企业要在这样的市场环境中立于不败之地，必须从产品的时间、质量、成本和服务(TQCS)等方面提高自身的竞争力，以快速响应市场频繁的变化。企业在生产活动中的机敏性和智能就显得尤为重要。

从制造系统自身来看，它是一个信息系统。制造过程是对市场信息、开发信息、制造信息、服务信息和管理信息等获取、加工和处理的过程。制造所得的产品实质上是物质、能量和信息三者的统一体。因此，制造水平提高的关键在于系统处理制造信息能力的提高。由于市场的竞争、产品性能的完善、结构的复杂和需求的个性化，导致现代制造过程中信息量的激增，信息种类多样化和信息质量的复杂化(残缺和冗余信息)，要求未来制造系统具有更强的信息加工能力，特别是信息的智能加工能力。

尽管对企业和制造系统有这样的要求，但是，由于过去人们对制造技术的注意力多集中在制造过程的自动化上，从而导致在制造过程中自动化水平不断提高的同时，产品设计及生产管理效率提高缓慢。生产过程中人们的体力劳动虽然得到了极大解放，但脑力劳动的自动化程度(即决策自动化程度)却很低，各种问题求解的最终决策在很大程度上仍依赖于人的智慧。并且，随着竞争的加剧和制造信息量的增加，这种依赖程度将越来越大。另一方面，从20世纪70年代开始，发达国家为了追求廉价的劳动力，逐渐将制造业移向了发展中国家，从而引起本国技术力量向其他行业的转移，同时发展中国家专业人才严重短缺，其结果制约了制造业的发展。因此，制造产业企盼着自身的智能，以减小对人类智慧的依赖，解决人才供求的矛盾。智能制造技术IMT(Intelligent Manufacturing Technology)和智能制造系统IMS(Intelligent Manufacturing System)正是顺应上述情况而得以发展。

二、智能制造的含义

智能制造技术(IMT)是指在制造工业的各个环节，以一种高度柔性与高度集成的方式，通过计算机模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承与发展的技术。基于IMT 的制造系统(IMS)则是一种借助计算机，综合应用人工智能技术、并行工程、现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术和系统工程技术，在国际标准化和互换性的基础上，使得制造系统中的经营决策、生产规划、作业调度、制造加工和质量保证等各个子系统分别智能化，成为网络集成的高度自动化制造系统。

智能制造系统的特点突出表现在：

1制造系统的自组织能力自组织能力是指IMS中的各种智能设备，能够按照工作任务的要求，自行集结成一种最合适的结构，并按照最优的方式运行。完成任务后，该结构随即自行解散，以备在下一个任务中集结成新的结构。自组织能力是IMS的一个重要标志。

2制造系统的自律能力IMS能根据周围环境对自身作业状况的信息进行监测和处理，并根据处理

结果自行调整控制策略，以采用最佳行动方案。这种自律能力使整个制造系统具备抗干扰、自适应和容错等能力。

3自学习和自维护能力IMS能以原有的专家知识为基础，在实践中不断进行学习，完善系统知识库，并删除库中有误的知识，使知识库趋向最优。同时，还能对系统故障进行自我诊断、排除和修复。

4整个制造环境的智能集成IMS在强调各生产环节智能化的同时，更注重整个制造环境的智能集成。这是IMS与面向制造过程中的特定环节、特定问题的“智能化孤岛”的根本区别。IMS覆盖了产品的市场、开发、制造、服务与管理整个过程，把它们集成为一个整体，系统地加以研究，实现整体的智能化。

IMS的研究是从人工智能在制造中的应用AIM(Artificial Intelligent in Manufacturing)开始的，但又有所不同。人工智能在制造领域的应用，是面向制造过程中特定对象的，研究结果导致了“自动化孤岛”的出现，人工智能在其中起辅助和支持的作用。而IMS是以部分取代制造中人的脑力劳动为研究目标的，并且要求系统能在一定范围内独立地适应周围环境，开展工作。

同时，IMS不同于计算机集成制造系统CIMS，CIMS强调的是企业内部物流料的集成和信息流的集成；而IMS强调的则是更大范围的整个制造过程的自组织能力。但两者又是密切相关的，CIMS中众多研究内容是IMS发展的基础，而IMS又将对CIMS提出更高的要求。集成是智能的基础，而智能又推动集成达到更高水平，即智能集成。因此，有人预言，下一世纪的制造工业将以双I(Intelligent和Integration)为标志。

三、智能制造研究的支撑技术

1人工智能技术

IMT的目标是用计算机模拟制造业人类专家的智能活动，取代或延伸人的部分脑力劳动，而这些正是人工智能技术研究的内容。因此，IMS离不开人工智能技术(专家系统、人工神经网络、模糊逻辑)。IMS智能水平的提高依赖着人工智能技术的发展。同时，人工智能技术是解决制造业人才短缺的一种有效方法。当然，由于人类大脑活动的复杂性，人们对其认识还很片面，人工智能技术目前尚处于低级阶段，此时IMS中的智能主要是人(各领域专家)的智能。但随着人们对生命科学研究的深入，人工智能技术一定会有新的突破，最终在IMS中取代人脑进行智能活动，将IMS推向更高阶段。

2并行工程

针对制造业而言，并行工程的含义是指产品概念的形成和设计，与其生产和服务系统的实现相并行，即在制造过程的设计阶段就考虑到产品全生命周期的各环节，集成并共享各环节和各方面的制造智能，并行地开展产品制造各环节的设计工作。并行工程作为一种重要的技术方法学，应用于IMS 中，将最大限度地减少产品设计的盲目性和设计的重复性。

3虚拟制造技术

虚拟制造技术是随着计算机多媒体技术的发展而发展起来的一项新兴技术。它是以计算机支持的仿真技术为前提，对设计、制造等生产过程进行统一建模，在产品设计阶段，实时地、并行地以多媒体的方式模拟出产品未来制造的全过程，以及制造过程对产品设计的影响，并预测产品性能和产品的

制造技术，即在产品设计阶段就模拟出该产品的整个生命周期，从而更有效、更经济、更灵活地组织生产。同时，使工厂和车间的设计与布局更加合理。以此达到产品开发周期最短，产品成本最低，产品质量最优，生产效率最高。虚拟制造技术应用于IMS，为并行工程的实施提供了必要的保证。

4信息网络技术

信息网络技术是制造过程的系统和各个环节“智能集成”化的支撑。信息网络是制造信息及知识流动的通道。因此，此项技术在IMS研究和实施中占有重要地位。

四、智能制造研究的内容

1智能制造理论和系统设计技术

智能制造概念的正式提出至今时间还不长，其理论基础与技术体系仍在形成过程中，它的精确内涵和关键设计技术仍需进一步研究，其内容包括：智能制造的概念体系、智能制造系统的开发环境与设计方法、以及制造过程中的各种评价技术等。

2智能制造单元技术的集成

人们在过去的工作中，以研究人工智能在制造领域中的应用为出发点，开发出了众多的面向制造过程中特定环节特定问题的智能单元，形成了一个个“智能化孤岛”。它们是智能制造研究的基础。为使这些“智能化孤岛”面向智能制造，使其成为智能制造的单元技术，必须研究它们在IMS中的集成，同时进一步完善和发展这些智能单元。它们包括：

(1)智能设计。应用并行工程和虚拟制造技术，实现产品的并行智能设计。

(2)生产过程的智能规划。在现有的检索式、半创成式CAPP系统的基础上，研究和开发创成式CAPP系统，使之面向IMS。

(3)生产过程的智能调度。

(4)智能监测、诊断和补偿。

(5)生产过程的智能控制。

(6)智能质量控制。

(7)生产与经营的智能决策。

3智能机器的设计

智能机器是IMS中模拟人类专家智能活动的工具之一。因此，对智能机器的研究在IMS研究中占有重要的地位。IMS常用的智能机器包括智能机器人、智能加工中心、智能数控机床和自动引导小车AGV(Automated Guided Vehicle)等。

五、智能制造系统的构成及典型结构

由于IMS结构体系尚处于研究阶段，在此只作简单探讨。

从智能组成方面考虑，IMS是一个复杂的智能系统，它是由各种智能子系统按层次递阶组图91MIS 结构图成，构成智能递阶层次模型。该模型最基本的结构称为元智能系统MIS(MetaIntelligent System)。其结构如图所示，大致分为三级：学习维护级、决策组织级和调度执行级。学习维护级，通过对环境的识别和感知，实现对MIS进行更新和维护，包括更新知识库、更新知识源，更新推理规则以及更新规则可信度因子等；决策组织级，主要接受上层MIS下达的任务，根据自身的作业和环境状况，进行规划和决策，提出控制策略。在IMS中的每个MIS的行为都是上层MIS的规划调度与自身自律共同作用的结果，上层MIS的规划调度是为了确保整个系统能有机协同地工作，而MIS自身的自律控制则是为了根据自身状况和复杂多变的环境，寻求最佳途径完成工作任务。因此，决策组织级要求有较强的推理决策能力；调度执行级，完成由决策组织级下达的任务，并调度下一层的若干个MIS并行协同作业。

MIS是智能系统的基本框架，各种具体的智能系统是在此MIS基础之上，对其扩充。具备这种框架的智能系统具有以下特点：①决策智能化；②可构成分布式并行智能系统；③具有参与集成的能力；

④具有可组织性和自学习、自维护能力。

从智能制造的系统结构方面来考虑，未来智能制造系统应为分布式自主制造系统(Distributed Autonomous Manufacturing Sytem)。该系统由若干个智能施主(Intelligent Agent)组成。根据生产任务细化层次的不同，智能施主可以分为不同的级别。如一个智能车间可称为一个施主，它调度管理车间的加工设备，它以车间级施主身份参与整个生产活动；同时对于一个智能车间而言，其间的智能加工设备也可称为智能施主，它们直接承担加工任务。无论哪一级别的施主，它与上层控制系统之间通过网络实现信息的联接，各智能加工设备之间通过自动引导小车(AGV)实现物质传递。在这样的制造环境中，产品的生产过程为：通过并行智能设计出的产品，经过IMS智能规划，将产品的加工任务分解成一个个子任务，控制系统将子任务通过网络向相关施主“广播”。若某个施主具有完成此子任务的能力，而且当前空闲，则该施主通过网络向控制系统投出一份“标书”。“标书”中包含了该施主完成此任务的有关技术指标，如加工所需时间，加工所能达到精度等内容。如果同时有多个施主投出“标书”，那么，控制系统将对各个投标者从加工效率、加工质量等方面加以仲裁，以决定“中标”施主。“中标”施主若为底层施主(加工设备)，则施主申请，由AGV将被加工工件送向“中标”的加工设备，否则，“中标”施主还将子任务进一步细分，重复以上过程，直至任务到达底层施主。这样，整个加工过程，通过任务广播、投标、仲裁、中标，实现生产结构的自组织。

六、智能制造研究的发展情况

“智能制造”是人们在研究“人工智能在制造业中的应用”的过程中发展起来的。

美国是“智能制造”的发祥地。Purdue大学智能制造国家工程中心(IMSERC)最早正式提出“智能制造”，并付诸实施。目前已开发出40多个机械制造方面的制造智能化单元系统。该中心今后的目标是研究各智能单元系统的集成和开发分布式智能制造系统。“智能制造”的研究正在美国多所大学蓬勃开展。

欧洲对智能制造同样重视。自1987年以来，每两年召开一届智能制造研讨会，并将论文汇编成书出版。同时，欧共体的跨国研究计划ESPRIT(欧洲信息技术研究发展战略计划)和EUREKA(欧洲高技术发展计划)中有多个项目是关于智能制造基础问题的研究。

日本则凭借其雄厚的技术力量涉足智能制造领域。并倡导国际合作。1989年10月，由日本当时的

国际贸易和工业大臣，现任东京大学校长的Hiroyuki yoshikawa教授提出了智能制造国际合作计划。该计划于1993年2月正式实施，由日本、美国、加拿大、欧盟各国、澳大利亚参加。

我国对智能制造的研究业已展开。“八五”期间，华中理工大学、清华大学、南京航空学院、西安交通大学四所高等院校在国家自然科学基金委员会的资助下，对智能制造系统基础理论、智能化单元技术、智能机器等方面进行了研究，并已取得阶段性成果。

9.2.2 敏捷制造

一、敏捷制造企业的产生及其特点

目前，各方面的发展都在驱使制造业中大规模生产系统的转变。随着市场竞争的加剧和用户要求不断提高，大批大量的生产方式正朝单件、多品种方向转化。于是美国于1991年提出敏捷制造的设想。大规模生产系统是通过大量生产同样产品来降低成本，而采用新的生产系统能获得敏捷性生产用户定做的数量很少的高质量产品，并使单件成本最低。

在敏捷制造企业中，可以迅速改变生产设备和程序，生产多品种的新型产品。在大规模生产系统中，即使提高及时生产(JIT)能力和采用精良生产，各企业仍主张独立进行生产。企业间的竞争促使各企业不得不进行规模综合生产。而敏捷制造系统促使企业采用较小规模的模块化生产设施，促使企业间的合作。每一个企业都将对新的生产能力做出部分贡献。在敏捷制造系统中，竞争和合作是相辅相成的。在这种系统中，竞争的优势取决于产品投放市场的速度，满足各个用户需要的能力以及对公众给予制造业的社会和环境关心的响应能力。

敏捷制造将一些可重新编程、重新组合、连续更换的生产系统结合成一个新的、信息密集的制造系统，以使生产成本与批量无关。对于一种产品，生产10万件同一型号产品和生产10万件不同型号的产品，其成本应无明显差异，敏捷制造企业不是采用以固定的专业部门为基础的静态结构，而是采用动态结构。其敏捷性是通过将技术、管理和人员三种资源集成为一个协调的、相互关联的系统来实现。

敏捷制造企业的特点就是多企业在信息集成的基础上的合作与竞争。信息技术是支持敏捷制造的一个有力的关键技术。所以，基于开放式计算机网络的信息集成框架是敏捷制造的重要研究内容。在计算机网络和信息集成基础结构之上构成的虚拟制造环境，根据客户需要和社会经济效益组成虚拟公司或动态联合公司。这是未来企业组织的最高形式，它完全是由市场机遇驱动而组织起来的。这样使企业的组成和体系结构具备前所未有的柔性。

二、敏捷制造的特征

与传统的大量生产方式相比，敏捷制造主要具有以下特征：

(1)全新的企业合作关系——虚拟企业(Virtual Enterprise)或动态联盟。

什么是虚拟企业?虚拟并非没有。推出高质量、低成本的新产品的最快的办法是利用不同地区的现有资源，把它们迅速组合成为一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体——虚拟企业。虚拟企业的特点是：

1)功能的虚拟化在虚拟制造的组织形态下，一个企业虽具有制造、装配、营销、财务等，但在

企业内部却没有执行这些功能的机构，所以称之为功能虚拟。在这种情况下，企业仅具有实现其市场目标的最关键的功能，其他的功能，在有限的资源下，无法达到足以竞争的要求，因此将它虚拟化，以各种方式借助外力来进行组合和集成，以形成足够的竞争优势。这是一种分散风险的、争取时间的敏捷制造策略，它与“大而全、小而全”策略是完全对立的。

2)组织的虚拟化虚拟企业的另一特点是组织的虚拟化。虚拟企业是市场多变的产物，为了适应市场环境的变化，企业的组织结构也要做到能够及时反映市场的动态。企业的结构不再是固定不变的，已经逐步倾向于分布化，讲究轻薄和柔性，呈扁平网络结构。虚拟企业可以根据目标和环境的变化进行组合，动态地调整组织结构。

3)地域的虚拟化运用信息高速公路和全国工厂网络，把综合性工业数据库与提供服务结合起来，还能够创建地域上相距万里的虚拟企业集团，运作控股虚拟公司，排除传统的多企业合作和建立集团公司的各种障碍。

(2)大范围的通讯基础结构。在信息交换和通讯联系方面，必须有一个能将正确的信息在正确的时间送给正确的人“准时信息系统”(JustInTimeInformation System)，作为灵活的管理系统的基础，通过信息高速公路与国际互联网络将全球范围的企业相联。

(3)为订单而设计、为订单而制造的生产方式。

(4)高度柔性的、模块化的、可伸缩的生产制造系统。这种柔性生产系统往往规模有限，但成本与批量无关，在同一系统内可生产出的产品品种是无限的。

(5)柔性化、模块化的产品设计方法。

(6)“高质量”的产品。敏捷制造的质量观念已变成整个产品生命周期内的用户满意，企业的这种质量跟踪将持续到产品报废为止。

(7)有知识、有技术的人是企业成功的关键因素。在敏捷企业中，认为解决问题靠的是人，不是单纯的技术，敏捷制造系统的能力将不是受限制于设备，而只受限于劳动者的想像力、创造性和技能。

(8)基于信任的雇佣关系。雇员与雇主之间将建立一种新型的“社会合同”的关系，大家能意识到为了长远利益而和睦相处。

(9)基于任务的组织与管理。敏捷制造企业的基层单位是“多学科群体”(MultiDiscipline Team)的项目组，是以任务为中心的一种动态组合，敏捷企业强调权力分散，把职权下放到项目，提倡“基于统观全局的管理”模式，要求各个项目组都能了解全局的远景，胸怀企业全局，明确工作的目标和任务的时间要求，而完成任务的中间过程则完全可以自主。

(10)对社会的正效应。大量生产方式通常只关心企业本身效益，不关心对社会的影响，所以通常会带来不同程度的环境污染、能源浪费及失业等社会问题。而敏捷制造则要全面消除企业生产给社会造成的不利影响，企业必须完全服务于社会。

三、敏捷制造研究的内容

敏捷制造被认为是21世纪的先进制造策略，目前研究的主要内容为：

(1)分布式数据库子系统。

(2)分布式群决策软件子系统。

(3)智能控制子系统。

(4)智能传感器子系统。

(5)基于知识的人工智能研究。

(6)快速合作子系统。

(7)工厂网络子系统。

(8)企业集成子系统。

(9)用户交互子系统。

(10)人与技术接口子系统。

(11)教育培训子系统。

(12)模块化可重构的硬件子系统。

(13)仿真与建模子系统。

(14)废物处理和消除子系统。

(15)零故障方法学子系统。

(16)节能子系统。

(17)动态合作子系统。

(18)性能测量与评价子系统。

9.2.3 并行工程

一、什么是“并行工程”

并行工程CE(Concurrent Engineerimg)，是近年来国际制造业中兴起的一种新型企业组织管理哲理，旨在提高产品质量，降低产品成本和缩短开发周期。目前，人们普遍采用R.I. Winner在国防分析研究所(IDA)R—338研究报告中的定义：“并行工程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。这种工作模式力图使开发者们从一开始就考虑到产品全生命周期(从概念形成到产品报废)中的所有因素，包括质量、成本、进度与用户要求。”CE包

括四方面的内容，称为CE的四“C”性：并行性、约束性、协调性和一致性。

并从全局优化的角度出发，对集成过程进行管理与控制，同时对已有产品开发过程进行不断的改进与提高，以克服传统串行产品开发过程大反馈造成的长周期与高成本等缺点，增强企业产品的竞争能力。从经营方面考虑，并行工程意味着产品开发过程重组(Reengineering)，以便并行地组织作业。

二、并行工程的特点

与传统设计方法相比，并行工程主要特点为：设计的出发点是产品的整个生命周期的技术要求；并行设计组织是一个包括设计、制造、装配、市场销售、安装及维修等各方面专业人员在内的多功能设计组，其设计手段是一套具有CAD，CAM，仿真、测试功能的计算机系统，它既能实现信息集成，又能实现功能集成，可在计算机系统内建立一个统一的模型来实现以上功能。并行设计能与用户保持密切的对话，可以充分满足用户要求，可缩短新产品投放市场的周期，实现最优的产品质量、成本和可靠性。

图9-2 传统序列化研制过程

传统的工程设计是按阶段顺序进行的，对一个新产品的开发大多采用所谓“抛过墙式”的序列化设计开发过程，见图9-2。产品从上一部门递交给下一部门(例如，设计开发部→工艺部→制造加工部→总装测试部等)，各部门都按自己的需求修改，很少考虑到下一部门的需求(可制造性、可装配性、可测试性、可维修性等)。即使有所考虑(如很有经验的设计人员)，也不可能把下一个后续过程的要求详尽地反映出来。由于这种传统的序列化研制过程不能在设计的早期反映产品在整个生命周期内的各种需求，使所制造的产品存在较多的缺陷，也就导致从概念设计到工艺过程设计的多次修改，而且在不同的环节重复这一过程，造成了对原设计的大量改动，甚至是产品的返工，延长了产品的开发周期。据统计，产品成本的70%是在概念设计阶段确定的，但概念设计的修改费用占总费用的比例很小，而产品序列化研制过程的设计修改费用将大大增加，详细设计修改的费用是概念设计修改的10倍；生产工艺制造阶段修改的费用是详细设计修改的10倍，所以序列化研制方法难以适应激烈的市场竞争。

并行工程是一种用来综合、协调产品的设计及其相关过程——包括制造和保障过程——的系统化方法。这种方法使研制人员从一开始就考虑从方案设计直到产品报废整个周期的所有要素。这种设计开发过程允许不同的研制阶段并行进行，且有一段搭接时间，见图9-3。

图9-3 并行研制过程

其特点是：

(1)在每一后续阶段开始时，前一阶段尚未结束。

(2)在后续阶段刚开始时，绝大多数信息是单向传输的(由上向下流动)，但经过一段时间后就变成双向的了，亦即在两个阶段的人员之间有了信息交流。

(3)当后续阶段发现以前的阶段存在问题时，可及时反馈信息，以便对上一阶段的设计进行修改。同时，前一阶段应将现行方案提交给后一阶段的工作人员，以便观察是否会产生矛盾和不协调的问题。

因此，采用并行的研制过程必须要求不同研制阶段的所有成员都能了解所研制产品的总目标和技术要求。

并行工程同CIM一样，是一种经营哲理、一种工作模式。这不仅体现在产品开发的技术方面，也体现在管理方面。CE对信息管理技术提出了更高要求，不仅要求对产品信息进行统一管理与控制，而且要求能支持多学科领域专家群体的协同工作(Teamwork)，并要求把产品信息与开发过程有机地集成起来，做到把正确的信息在正确的时间以正确的方式传递给正确的人。

并行工程的基础技术研究目前主要集中在以下6方面：

(1)面向并行工程的组织机构研究。

(2)面向并行工程的管理决策支持系统。

(3)面向并行工程的新设计学科。

(4)面向并行工程机理的CAD／CAPP／CAM／CAE。

(5)建模与仿真技术。

(6)基于计算机的知识信息、工具集成技术。

三、并行工程(CE)的理论基础与运行机理

1CE的理论基础

从本质上讲，CE是一种以空间换取时间、处理系统复杂的系统化方法(Systematic Approach)，它以信息论、控制论和系统论为理论基础，在数据共享、人机交互等工具及集成上述工具的智能技术支持下，按多学科、多层次协同(Synergy)一致的组织方式工作。与传统串行工作模式相比，它大大地扩大了系统状态空间，大大地缩短了复杂问题交互式求解进程的迭代次数，促使最终目标一次成功(Do Right First)，以非线性的管理机制和整体性(Holism)思想，赢得集成附加的协同效益。

2CE的运行机理

(1)“并行工程”法与“串行工程”法的比较

“串行工程”法的特点是：方案设计与制造过程设计两大进程的集合性、序列性和反复性。这种方法的不足之处在于方案设计过程中不能及早考虑制造过程以及质量保证等问题，必然造成设计与制造脱节。若开发的产品不能满足需求，必然要求再设计，使整个产品开发过程变成设计、加工、测试、评价、修改的大循环，而且可能多次重复这一过程，从而使设计改动量大，产品开发周期长、开发成本高。图9-4为“串行工程”产品开发流程的一个例子。

图9-4 “串行工程”的产品开发流程实例

“并行工程”法的特点在于其集成性、并行性和交互性。在并行工程中，产品设计与制造两大过程不再脱节。产品生命周期中的所有因素在产品开发过程中均加以考虑。例如，初始设计方案可立即作为生产过程设计的依据；而制造可行性论证结果又可返回至产品设计阶段，使设计方案和设计图纸

及时得到修正。因而可大大缩短产品开发周期，提高产品质量，降低成本，减少返工率及废品率。“并行工程”产品开发流程见图9-5。

图9-5“并行工程”产品开发流程实例

(2)CE的运行机理

CE不是某种现成的系统或结构，不能像软件或硬件产品一样买来安装即可运行。它是一种自顶向下进行规划、自底向上进行实施的哲理。

企业在CE环境中进行产品开发设计、分析、制造等一系列活动，这些活动的完成由CE目标和CE 原则来进行控制。

这里CE的目标为：提高全过程中全面的质量；降低产品生命周期中的成本；缩短产品的研制开发周期。为实现CE目标，需遵循CE规则，即：有效的领导方法；不断地进行过程的改善；开发并管理信息和知识财富；通过长期计划和决策来获得效益。

将CE思想贯穿于产品开发过程中，需要管理、设计、制造、支持等知识源的有机协调。它不仅依靠各知识源之间有效的通信，同时要求有良好的决策支持结构，其运行机理的要点为：①突出人的作用、强调人的协同工作；②一体化、并行地进行产品及其有关过程的设计，其中，尤其要注意早期概念设计阶段的并行协调；③重视满足客户的要求；④持续地改善产品有关的过程，CE的工程模式中要注意持续、尽早地交换、协调、完善关于产品有关的制造／支持等各种过程的约定和定义，从而有助于CE三个目标的实现；⑤注意CE中信息与知识财富的开发与管理；⑥注重目标的不变性；⑦5个“不”：CE不是不费力就能成功的“魔术方法”，CE不能省去产品串行工程中的任一环节，CE不是使设计与生产重叠或同时进行，CE不同于“保守设计”，CE不需保守测试策略。

四、并行工程的工程实现

采用CE后取得的成效要通过工程实现来体现。实施CE必须要有合适的CE环境与条件、实施策略与步骤、实施框架及相应的工具与技术。

1CE环境

在产品的整个生命周期中，特别是对于产品的设计，CE环境主要包括：

(1)统一的产品模型。保证了产品信息的惟一性，并必须有统一的企业知识库，使小组人员能以同一种“语言”进行协同工作。

(2)一套高性能的计算机网络。小组人员能在各自的工作站或微机上进行仿真，或利用各自的CAD，CAM，CAPP系统。

(3)一个交互式的、良好的用户界面，实现CAD，CAM，CAE的系统集成，有统一的数据库和知识库，使小组人员能同时以不同角度参与或解决各自的设计问题。

在CE环境中，企业要采用计算机仿真技术模拟生产过程，实现优化设计，省去了传统的从设计到

制作样品的过程，既缩短了时间，降低了成本，又保证了设计质量。

2实施CE的必要条件与步骤

实施CE必须具备下列条件：①上层管理部门的切实支持；②建立多学科小组；③计算机技术的支持；④应用工具的支持。

CE实施过程可分为三个阶段，即：①规划阶段，对集成CE的信息系统进行自顶向下的分析；②开发阶段，采集和开发由现有的设计、开发和生产方法到CE方法所需的技术和手段；③实施阶段，包括采购和安装所需的硬件，调整相应业务系统以适应新的设计方法和管理，训练人员以适应新的岗位。

3 CE的实施框架

当企业具备实施CE的必备条件后，为实现CE目标，要构成一个能协调地支持企业中管理、设计、制造、技术等活动的、由人、方法、工具等组成的、完整的一体化系统框架——“CE实施框架”。框架实质上是对CE实施过程中所涉及诸要素的一种结构化描述。

(1)框架的主要性能能及时、尽早、完整、持续地掌握客户的要求与优先考虑的问题；并行、一体化地将要求转化成最优的产品定义制造过程及支持过程；持续地评价和完善产品过程和支持。这些性能通过下面的三个子框架协调完成。

(2)以人为主导的组织管理子框架该子框架包括：组成一个一体化的、分层次的行政指挥系统；建立多学科、多功能小组／小组群；企业组织和文化作相应改变。

(3)计算机辅助工具子框架该子框架可分为7类：①信息管理类，包括信息获取、信息表示、信息操作和信息源管理系统；②集成技术类，包括CE集成支持环境、工程设计与特性的描述语言、网络技术、数据库集成技术、知识处理技术、软件工程技术；③建模／仿真／实验分析类，包括建模技术、仿真技术、实验分析技术；④设计技术类，包括公理化设计、面向制造的设计(DFM)、设计科学概念、面向装配的设计(DFA)、制造工艺设计规则、成组技术、故障模式与效应分析、价值工程等；⑤计算机辅助生产制造技术类，包括计算机辅助工艺设计、测试、检测、车间／单元控制管理、数据库、机器人、柔性制造单元／系统、CAD／CAPP／CAM集成技术等技术工具；⑥全面质量管理／控制技术类，主要包括建立CE使用的质量模型，质量系统与其他过程子系统的集成与协助控制等；⑦决策支持技术类，CE过程中存在大量半结构／非结构的决策、多目标综合平衡、突发事件决策和群决策等，其中，冲突处理是一个难点，组成以人为中心的智能辅助决策系统是一个重要的研究课题。

(4)方法集子框架该子框架用于协助解决CE实施中遇到的下列三项任务：①了解客户要求。②建立过程控制。③改进过程。

企业在具备实施CE的必备条件后，可利用CE实施框架，按CE实施步骤，构成CE环境，从而实现高质量、低成本、周期短的CE目标。

9.2.4 虚拟制造系统

一、虚拟制造技术(Virtual Manufacturing Technology)

虚拟制造技术(VMT)可以通俗而形象地理解为：在计算机上模拟产品的制造和装配全过程。换句话

说，借助建模和仿真技术，在产品设计时，就可以把产品的制造过程、工艺设计、作业计划、生产调度、库存管理以及成本核算和零部件采购等生产活动在计算机屏幕上显示出来，以便全面确定产品设计和生产过程的合理性。

虚拟制造技术是一种软件技术，它填补了CAD／CAM技术与生产过程和企业管理之间的技术鸿沟，把企业的生产和管理活动在产品投入生产之前就在计算机屏幕上加以显示和评价，使工程师能够预见可能发生的问题和后果。

采用虚拟制造技术可以给企业带来下列效益：①提供关键的设计和管理决策对生产成本、周期和能力的影响信息，以便正确处理产品性能与制造成本、生产进度和风险之间的平衡，做出正确的决策；②提高生产过程开发的效率，可以按照产品的特点优化生产系统的设计；③通过生产计划的仿真，优化资源的利用，缩短生产周期，实现柔性制造和敏捷制造；④可以根据用户的要求修改产品设计，及时作出报价和保证交货期。

引入虚拟制造技术应该是一个渐进的过程，它的首要前提是已经掌握CAD／CAM技术并积累了一定的经验。其次是已经初步建立了企业的管理信息系统，基础数据齐全，工时定额和成本核算比较科学，在计算机管理方面具有较好的基础和条件。

二、虚拟制造系统(Virtual Manufacturing System)

虚拟制造系统(VMS)是基于虚拟制造技术(VMT)实现的制造系统，是现实制造系统RMS(Real Manufacturing System)在虚拟环境下的映射，而现实制造系统是物质流、信息流、能量流在控制机的协调与控制下在各个层次上进行相应的决策，实现从投入到输出的有效的转变，而其中物质流及信息流协调工作是其主体。为简化起见可将现实制造系统划分为两个子系统：现实信息系统RIS(Real Information System)和现实物理系统RPS(Real Physical System)。

RPS由存在于现实中的物质实体组成，这些物质实体可以是材料、零部件、产品、机床、夹具、机器人、传感器、控制器等。当制造系统运行时，这些实体有特定的行为和相互作用，如运动、变换、传递等，制造系统本身也与环境以物质和能量的方式发生作用。

RIS由许多信息、信息处理和决策活动组成，如设计、规划、调度、控制、评估信息，它不仅包括设计制造过程的静态信息，而且还包括制造过程的动态信息。

假设有一个计算机系统能够接受来自RIS的信息和控制命令，执行所接受的控制命令，并将执行状态返回到RIS。如果所返回的状态报告与RPS返回的状态报告一致，那么，这种模拟RPS响应的计算机系统称为虚拟物理系统VPS(Virtual Physical System)。VPS是RPS在虚拟空间的映射，组成VPS的虚拟实体是RPS中的真实实体在虚拟空间的映射，是RPS中真实实体的抽象模型。这些抽象模型与真实实体一一对应，并具有与真实实体相同的性能、行为和功能。

同样，如果一个计算机系统能模拟RIS的功能，那RPS中的机器就不能区分控制命令是来自RIS还是来自计算机系统。这种能够模拟RIS并为RPS产生控制命令的计算机系统就称为虚拟信息系统

VIS(Virtual Information System)。

由VPS和VIS构成的制造系统称为虚拟制造系统VMS。VMS不消耗现实资源和能量，所生产的产品是可视的虚拟产品，具有真实产品所必须具有的特征，它是一个数字产品。

三、VMS的功能及其体系结构虚拟制造系统是在虚拟制造思想指导下的一种基于计算机技术的集成的、虚拟的制造系统

系统的全面集成。在信息集成的基础上，通过组织管理、技术、资源和人机集成实现产品开发过程的集成。在整个产品开发过程中，在基于虚拟现实、科学可视化和多媒体等技术的虚拟使用环境、虚拟性能测试环境以及虚拟制造环境等虚拟环境下，在各种人工智能技术和方法的支持下，通过集成地应用各种建模、仿真分析技术和工具，实现集成的、并行的产品和过程开发，以及对产品设计、制造过程、生产规划、调度和管理的测试，利用分布式协同求解，以提高制造企业内各级决策和控制能力，使企业能够实现自我调节、自我完善、自我改造和自我发展，达到提高整体的动作效能、实现全局最优决策和提高市场竞争力的目的。基于虚拟制造系统的全面集成如图96所示。虚拟制造系统提供以下功能：

(1)通过虚拟制造系统实现制造企业产品开发过程的集成。根据制造企业策略，基于虚拟制造系统，在信息集成和功能集成的基础上，实现产品开发过程的集成。通过对整个产品开发过程的建模、管理、控制和协调，对企业资源、技术、人员进行合理组织和配置，面向产品整个生命周期，实现制造企业策略与企业经营、工程设计和生产活动的集成(纵向集成)以及在产品开发的各个阶段分布式并行处理虚拟环境下多学科小组的协同工作(横向集成)，快速适应市场和用户需求的变化，以最快的速度向市场和用户提供优质低价产品。

图9-6 基于虚拟制造

(2)实现虚拟产品设计／虚拟制造仿真闭环产品开发模式。

各种建模、仿真和分析技术和工具的大量使用，使产品开发从过去的经验方法跨到预测方法，实现虚拟产品设计／虚拟制造仿真闭环产品开发模式。虚拟制造系统能够在产品开发的各个阶段，根据用户对产品的要求，对虚拟产品原型的结构、功能、性能、加工、装配制造过程以及生产过程在虚拟环境下进行仿真，并根据产品评价体系提供的方法、规范和指标，为设计修改和优化提供指导和依据。由于以上开发过程都是在虚拟环境下针对虚拟产品原型进行的，所以大大缩短了开发时间，节约了研制经费，并能在产品开发的早期阶段发现可能存在的问题，使其在成为事实之前予以解决。又由于开发进程的加快，能够实现对多个解决方案的比较和选择。

(3)提高产品开发过程中的决策和控制能力。

(4)提高企业自我调节、自我完善、自我改造和自我发展的能力。

基于企业建模的虚拟制造系统，通过信息集成、组织管理集成、智能集成、资源集成、技术集成、串并行工作机制集成、过程集成和人机集成等，实现企业的全面集成，为使其能够根据复杂多变的竞争环境，不断调整组织结构，优化运营过程，合理配置人、财、物力资源，革新技术和提高人员素质等提供了一种系统的方法和途径，使企业的自我调节、自我完善、自我改造和自我发展的能力大为提高。

根据对虚拟制造系统功能的讨论，我们提出了一种虚拟制造系统体系结构，如图9-7所示。

图9-7虚拟制造系统体系结构

四、VMS的要求

VMS是RMS在虚拟环境下的映射，是RMS模型化、形式化和计算机化的抽象描述和表示。VMS和RMS有相似的功能，其区别主要是VMS生产数字产品，而不生产真实产品。

实现VMS的主要要求有：

(1)功能一致性VMS的功能应该与相应的RMS是一致的，VIS产生并发送的信息和控制命令在功能上应与相应的RIS一致，VPS响应控制命令并返回状态报告在功能上应与相应的RPS一致，在VIS内部、VIS与其他VIS／RIS之间，以及VIS与VPS／RPS之间的信息通讯与交换应能正常进行。

(2)结构相似性VMS的结构应与相应的RMS在结构上是相似的，结构相似性可提供给用户一种直观方式进行定义、组织和修改等。

(3)组织的柔性VMS是面向未来制造系统的，是面向市场、面向用户需求的，因此VMS的组织与实现应具有非常高的柔性。在建立制造系统的各种抽象模型时，应采用模块化方法或面向对象技术，注重各种模型与模块的重用性和重组性，注重各种模块之间的组合能力。

(4)集成化VMS涉及的内容很多，应注意采用系统工程、知识工程、并行工程、人机工程等多学科先进技术，实现“全集成”，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成和人机集成。

(5)智能化实现虚拟制造系统中各个环节的智能化，着重实现虚拟环境下分布式并行处理的智能协同求解和虚拟环境下系统全局的最优决策。

五、VMS的开发环境

由于产品、制造环境和工厂业务活动的不同，制造活动的总体结构可能是不同的，所以，为适应不同的情况，必须提供能够灵活、方便地建立、组织、装配VMS的开发环境。开发环境分为三个层次：目标系统层、虚拟制造模型层和模型构造层。

(1)模型构造层提供用于描述制造活动及其对象的基本建模结构。有两种通用模型：产品／过程模型和活动模型。活动模型描述人和系统的各种活动。

产品／过程模型按自然规律描述可实现每一物品及其特征，如物体的干涉、重力的影响等。产品模型描述出现在制造过程中的每一物品，不仅包括目标产品，而且包括制造资源，如机床、材料等。过程模型描述产品属性、功能及每一制造工艺的执行，过程模型包括像牛顿动力学这种很有规律的过程也包括像金属切削、成形这种很复杂的工艺过程。

(2)虚拟制造模型层通过使用产品／过程模型和活动模型定义有关制造活动与过程的各种模型，这些模型包括各种工程活动，如产品设计、生产设备、生产管理、生产过程以及相应的目标产品、材料、半成品、工具和其他制造资源。这些模型应该根据产品类型、工业和国家的不同而不同，但是通过使用低层的模型构造层容易实现各种模型的建立与扩展。任务组织与管理模型用来实现制造活动的灵活组织与管理，以便构造各种VMS。

(3)目标系统层根据市场变化、用户需求，通过低层的虚拟制造模型层来组成各种专用的VMS。

六、VMS研究内容

VMT和VMS是国际上20世纪90年代初提出的概念，其理论基础与体系尚未完全形成，正处在研究探索阶段。研究工作所面对的是多学科的交叉、多种高新技术的融合，需要研究和解决的问题很多。我们认为，应充分利用国内外CIMS和IMS的研究成果，根据VMS的特点，重点研究VMS基础理论与其关键技术。主要内容有：

(1)虚拟制造系统的理论体系。VMS是一个全新的概念，其理论体系尚未形成，其范畴与内涵还不十分清楚，因此，首要任务是必须搞清VM，VMT，VMS的概念及其理论基础，弄清其范畴及内涵，建立其理论体系。

(2)基于分布式并行处理环境下的虚拟制造系统的开放式体系结构(VMS—OSA)的研究。

(3)虚拟环境下的产品主模型技术。主模型像一座立交桥，能以此为中心通向设计、制造、生产管理等各个环节并为其提供服务。主模型有统一的数据结构和分布式数据管理系统，主模型所建立的产品模型是虚拟产品模型，它是一个数字产品模型，具有所代表的对象所具有的各种性能和特征，虚拟产品在它投入生产以前就已存在，它具有明显的可视性，且能并行处理设计分析、加工制造、生产组织与调度等各种生产环节所面临的诸多问题，并能在供销之间建立信息系统。

(4)虚拟环境下分布式并行处理的分布式智能协同求解技术与系统。

(5)虚拟环境下系统全局最优决策理论与技术。

(6)RMS和VMS之间的映射，虚拟设备、虚拟传感器、虚拟单元、虚拟生产线、虚拟车间及虚拟工厂(公司)的建立，以及各种虚拟设备的重用性和重组性技术。

(7)基于真实动画感的虚拟产品的装配仿真、生产制造过程及生产调度仿真、数控加工过程仿真等技术与系统。

(8)应用虚拟现实技术实现虚拟环境及虚拟制造过程中的人机协同求解。

(9)VMS集成开发平台的体系结构、构件库及用户开发界面管理系统。

(10)虚拟公司的组织、调度及控制策略与技术。

先进制造技术的发展及体系结构

先进制造技术的发展及体系结构 目录 摘要 (3) 关键词 (3) 1 知识经济条件下制造业的发展 (3) 1.1 制造系统的定义和内涵 (3) 1.2 制造业的发展 (3) 1.3 制造业的变革及挑战 (3) 2 先进制造技术的技术构成及特点 (4)

2.1 先进制造技术的定义 (4) 2.2 先进制造技术的技术构成 (4) 2.3 先进制造技术的特点 (4) 3 先进制造技术的分类 (5) 4 先进制造技术在国内外的发展 (5) 4.1 发达国家制造业的发展 (5) 4.2先进制造技术在我国的发展 (5) 5 先进制造技术的发展趋势及技术前沿 (6) 5.1 先进制造技术的发展趋势 (6) 5.2 先进制造技术的技术前沿 (6) 6总结 (6) 参考文献 (7)

先进制造技术的发展及体系结构 摘要：介绍了什么是先进制造技术，阐述了在当今社会条件下先进制造技术的 重要作用，综述了国内外先进制造技术的发展，讨论了先进制造技术的内涵、特点、体系结构及分类，指出我国先进制造技术的优先发展方向。 关键词：制造业；制造系统；先进制造技术 1 知识经济条件下制造业的发展 1.1 制造系统的定义和内涵 制造系统是制造业的基本组成实体。制造过程及其涉及的硬件、软件和人员组成的一个将制造资源转变成产品的有机整体，称为制造系统。制造系统从结构、功能、过程三个方面又有各自不同的定义。制造技术是完成制造活动所需的一切手段的总和。 1.2 制造业的发展 在知识经济条件下，制造业正在发生质的飞跃，制造业成为参与市场竞争的主体，是国民经济的支柱产业。知识经济对制造工业的影响表现在对产品和消费观念的改变，产品设计和制造过程的数字化和智能化，以及经营和制造活动的全球化等。越来越多的人认识到一个没有工业基础和制造业的城市是没有根基的城市。 1.3 制造业的变革及挑战 科学技术的发展和市场需求的不断变化，促进制造业生产规模沿着“小批量"少品种大批量"多品种变批量”方向发展，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，生产方式沿着“手工-机械化-刚性流水自动化-柔性自动化-智能自动化”方向发展。 传统的制造业是建立在规模经济的基础上。靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率。但这种条件不能满足当今市场对产品花色品种和交货期的要求，为此工业经济时代对传统制造业提出了严峻的挑战。其特点是：产品生命周期缩短；用户需求多样化；大市场和大竞争；交货期成为竞争的第一要素；信息化和智能化；人的知识、素质和需求的变化；环境保护意识的增强与可持续发展。这些都促进

智能制造技术的发展论文

智能制造技术的发展 (共10页) 姓名：陈加定 学号：SF1105006 南京航空航天大学 2011/12/23

智能制造技术的发展 摘要：介绍了智能制造提出的背景、主要研究内容和目标, 人工智能与 I M T、 I M S的 关系, I M S 和 C I M S, 智能制造的物质基础及理论基础, 智能制造系统的特征及框架 结构, 并简要介绍了智能加工中心 IMC, 智能制造技木的发展趋势，以及智能制造系统研 究成果及存在问题。 关键词：智能制造，智能制造技术，IMS，IMC，IMT。 一、智能制造技术提出的背景 制造业是国民经济的基础工业, 是决定国家发展水平的最基本因素之一。从机械制造业发展的历程来看, 经历了由手工制作、泰勒化制造、高度自动化、柔性自动化和集成化制造、并行规划设计制造等阶段。就制造自动化而言, 大体上每十年上一个台阶: 50～60年代是单机数控, 70 年代以后则是CNC机床及由它们组成的自动化岛，80年代出现了世界性的柔性自动化热潮。与此同时, 出现了计算机集成制造, 但与实用化相距甚远。随着计算机的问世与发展, 机械制造大体沿两条路线发展: 一是传统制造技术的发展, 二是借助计算机和自动化科学的制造技术与系统的发展。80年代以来, 传统制造技术得到了不同程度的发展，但存在着很多问题。先进的计算机技术和制造技术向产品、工艺和系统的设计人员和管理人员提出了新的挑战, 传统的设计和管理方法不能有效地解决现代制造系统中所出现的问题, 这就促使我们借助现代的工具和方法, 利用各学科最新研究成果, 通过集成传统制造技术、计算机技术与科学以及人工智能等技术, 发展一种新型的制造技术与系统, 这便是智能制造技术 ( Intelligent Manufacturing Technology, IMT) 与智能制造系统( Intelligent M anufacturing System，IMS)。 90 年代以后, 世界各国竞相大力发展 I M T 和I M S 的深层次原因有：(1)集成化离不开智能；(2)机器智能化比较灵活；(3)智能化的经济效益较高；

电子封装技术发展现状及趋势

电子封装技术发展现状及趋势 摘要 电子封装技术是系统封装技术的重要内容，是系统封装技术的重要技术基础。它要求在最小影响电子芯片电气性能的同时对这些芯片提供保护、供电、冷却、并提供外部世界的电气与机械联系等。本文将从发展现状和未来发展趋势两个方面对当前电子封装技术加以阐述，使大家对封装技术的重要性及其意义有大致的了解。 引言 集成电路芯片一旦设计出来就包含了设计者所设计的一切功能，而不合适的封装会使其性能下降，除此之外，经过良好封装的集成电路芯片有许多好处，比如可对集成电路芯片加以保护、容易进行性能测试、容易传输、容易检修等。因此对各类集成电路芯片来说封装是必不可少的。现今集成电路晶圆的特征线宽进入微纳电子时代，芯片特征尺寸不断缩小，必然会促使集成电路的功能向着更高更强的方向发展，这就使得电子封装的设计和制造技术不断向前发展。近年来，封装技术已成为半导体行业关注的焦点之一，各种封装方法层出不穷，实现了更高层次的封装集成。本文正是要从封装角度来介绍当前电子技术发展现状及趋势。

正文 近年来，我国的封装产业在不断地发展。一方面，境外半导体制造商以及封装代工业纷纷将其封装产能转移至中国，拉动了封装产业规模的迅速扩大；另一方面，国内芯片制造规模的不断扩大，也极大地推动封装产业的高速成长。但虽然如此，IC的产业规模与市场规模之比始终未超过20%，依旧是主要依靠进口来满足国内需求。因此，只有掌握先进的技术，不断扩大产业规模，将国内IC产业国际化、品牌化，才能使我国的IC产业逐渐走到世界前列。 新型封装材料与技术推动封装发展，其重点直接放在削减生产供应链的成本方面，创新性封装设计和制作技术的研发倍受关注，WLP 设计与TSV技术以及多芯片和芯片堆叠领域的新技术、关键技术产业化开发呈井喷式增长态势，推动高密度封测产业以前所未有的速度向着更长远的目标发展。 大体上说，电子封装表现出以下几种发展趋势：（1）电子封装将由有封装向少封装和无封装方向发展；（2）芯片直接贴装（DAC）技术，特别是其中的倒装焊（FCB）技术将成为电子封装的主流形式；（3）三维（3D）封装技术将成为实现电子整机系统功能的有效途径；（4）无源元件将逐步走向集成化；（5）系统级封装（SOP或SIP）将成为新世纪重点发展的微电子封装技术。一种典型的SOP——单级集成模块（SLIM）正被大力研发；（6）圆片级封装（WLP）技术将高速发展；（7）微电子机械系统（MEMS）和微光机电系统（MOEMS）正方兴未艾，它们都是微电子技术的拓展与延伸，是集成电子技术与精密

先进制造技术及其发展

先进制造技术及其发展 Xxxx （xx大学 xx学院江苏xx xxxxx） 摘要：对先进制造技术的起源、内涵进行了介绍。概述了先进制造技术(AMT)的体系结构和分类。提出先进制造技术向集成化、柔性化、网络化、信息化、虚拟化、智能化、绿色化、制造全球化等方向的发展趋势。[1] 关键词: 先进制造技术；AMT；关键技术；发展；体系结构 Advanced Manufacturing Technology and It's Development Trend Abstract: Introduces the origin, connotation of advanced manufacturing technology. Briefly introduced the structure system, the classification,and the characteristic of Advanced.The paper predicts the tendency of AMT, which is developing toward the characteristics of integrated, flexible, latticing, informational, virtual, intelligent, green and global manufacturing. Key words: Advanced manufacturing technology; AMT; key technology; development; system structure 0 引言 先进制造技术AMT(Advanced Manufacturing Technology)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。它担负着为国民经济各部门和科学技术的各个学科提供装备、工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。尤其是一些尖端科技，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。自20世纪80年代末，国际上提出先进制造技术(AMT)的概念以来，以CAD／CAM技术、快速原型制造技术、柔性制造系统技术、计算机集成制造系统技术、虚拟制造、绿色制造、敏捷制造等为代表的一系列AMT在诸多国家和地区得到迅速的发展和广泛的应用，逐步实现了柔性化、自动化、敏捷化与虚拟化。进入21世纪后，以计算机技术、网络技术和通信技术等为代表的信息技术、生物技术及新材料技术，被应用于制造业的各个领域，使制造技术发生质的飞跃，制造生产模式发生了重大的改变。[2]

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快速成型技术的现状和发展趋势

快速成型技术的现状和发展趋势 1 快速成型技术的基本成型原理 近十几年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和CAD/CAM技术的广泛应用，使得快速成型技术 (Rapid Prototyping简称RP)得到了异乎寻常的高速发展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。 传统的加工技术是采用去材料的加工方式，在毛坯上把多余的材料去除，得到我们想要的产品。而快速成型技术基本原理是:借助计算机或三维扫描系统构建目标零件的三维数字化模型,之后将该信息传输到计算机控制的机电控制系统,计算机将模型按一定厚度进行“切片”处理,即将零件的3D数据信息离散成一系列2D轮廓信息,通过逐点逐面的增材制造方法将材料逐层堆积,获得实体零件,最后进行必要的少量加工和热处理,使零件性能、尺寸等满足设计要求。。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。 目前，快速成形的工艺方法已有几十种之多，大致可分为7大类，包括立体印刷、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成型、三维焊接、三维打印、数码累积成型等。其基本的原理如下图所示。 图1 快速成型原理示意图 2 快速成型技术在产品开发中的应用 不断提高RP技术的应用水平是推动RP技术发展的重要方面。目前，交通大学机械学院，快速成型国家工程研究中心，教育部快速成型工程研究中心快速成

型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。RP技术的实际应用主要集中在以下几个方面： 2.1 用于新产品的设计与试制。 （1）CAID应用: 工业设计师在短时间得到精确的原型与业者作造形研讨。 （2）机构设计应用: 进行干涉验证，及提早发现设计错误以减少后面模具修改工作。 （3）CAE功效:快速模具技术以功能性材料制作功能性模具，以进行产品功能性测试与研讨。 （4）视觉效果：设计人員能在短时间之便能看到设计的雛型，可作为进一步研发的基石。 （5）设计确认:可在短时间即可完成原型的制作，使设计人员有充分的时间对于设计的产品做详细的检证。 （6）复制于最佳化设计：可一次制作多个元件，可使每个元件针对不同的设计要求同时进行测试的工作，以在最短时间完成设计的最佳化。 （7）直接生产: 直接生产小型工具，或作为翻模工具 2.2 快速制模及快速铸造 快速模具制造传统的模具生产时间长，成本高。将快速成型技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具制造的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。快速成形技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种，直接制模是指采用RP技术直接堆积制造出模具，间接制模是先制出快速成型零件，再由零件复制得到所需要的模具 2.3 机械制造 由于RP技术自身的特点，使得其在机械制造领域，获得广泛的应用，多用于制造单件、小批量金属零件的制造。有些特殊复杂制件，由于只需单件生产，或少于50件的小批量，一般均可用RP技术直接进行成型，成本低，周期短。2.4 医疗中的快速成形技术 在医学领域的应用近几年来，人们对RP技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础，利用RP技术制作人体器官模型，对外科手术有极大的应用价值。 2.5 三维复制 快速成形制造技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。 2.6 航空航天技术领域 航空航天产品具有形状复杂、批量小、零件规格差异大、可靠性要求高等特点，产品的定型是一个复杂而精密的过程，往往需要多次的设计、测试和改进，耗资大、耗时长，而快速成型技术以其灵活多样的工艺方法和技术优势而在现代航空航天产品的研制与开发中具有独特的应用前景。

集成电路封装的发展现状及趋势

集成电路封装的发展现 状及趋势 公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]

序号：39 集成电路封装的发展现状及趋势 姓名：张荣辰 学号： 班级：电科本1303 科目：微电子学概论 二〇一五年 12 月13 日

集成电路封装的发展现状及趋势 摘要： 随着全球集成电路行业的不断发展，集成度越来越高，芯片的尺寸不断缩小，集成电路封装技术也在不断地向前发展，封装产业也在不断更新换代。 我国集成电路行业起步较晚，国家大力促进科学技术和人才培养，重点扶持科学技术改革和创新，集成电路行业发展迅猛。而集成电路芯片的封装作为集成电路制造的重要环节，集成电路芯片封装业同样发展迅猛。得益于我国的地缘和成本优势，依靠广大市场潜力和人才发展，集成电路封装在我国拥有得天独厚的发展条件，已成为我国集成电路行业重要的组成部分，我国优先发展的就是集成电路封装。近年来国外半导体公司也向中国转移封装测试产能，我国的集成电路封装发展具有巨大的潜力。下面就集成电路封装的发展现状及未来的发展趋势进行论述。 关键词：集成电路封装、封装产业发展现状、集成电路封装发展趋势。 一、引言 晶体管的问世和集成电路芯片的出现，改写了电子工程的历史。这些半导体元器件的性能高，并且多功能、多规格。但是这些元器件也有细小易碎的缺点。为了充分发挥半导体元器件的功能，需要对其进行密封、扩大，以实现与外电路可靠的电气连接并得到有效的机械、绝缘等

方面的保护，防止外力或环境因素导致的破坏。“封装”的概念正事在此基础上出现的。 二、集成电路封装的概述 集成电路芯片封装（Packaging，PKG）是指利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连线，引出接线端并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。此概念称为狭义的封装。 集成电路封装的目的，在于保护芯片不受或少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使集成电路具有稳定、正常的功能。封装为芯片提供了一种保护，人们平时所看到的电子设备如计算机、家用电器、通信设备等中的集成电路芯片都是封装好的，没有封装的集成电路芯片一般是不能直接使用的。 集成电路封装的种类按照外形、尺寸、结构分类可分为引脚插入型、贴片型和高级封装。 引脚插入型有DIP、SIP、S-DIP、SK-DIP、PGA DIP：双列直插式封装；引脚在芯片两侧排列，引脚节距，有利于散热，电气性好。 SIP：单列直插式封装；引脚在芯片单侧排列，引脚节距等特征与DIP基本相同。

先进制造技术的应用与发展剖析

毕业设计论文 作者学号 系部机电学院 专业机电一体化技术 题目先进制造技术的应用与发展 指导教师 评阅教师 完成时间：2014 年4月26 日

毕业设计(论文)中文摘要

目录 1 绪论 (4) 1.1先进制造技术的概述 (4) 2 先进制造技术的现状 (5) 3 先进制造技术的应用 (6) 4 先进制造技术的应用举例 (7) 4.1在产品制造过程与工艺技术中的应用 (7) 5 先进制造技术发展展望 (8) 6 计算机集成制造系统 (10) 6.1 CIMS 系统的功能组成 (11) 6.2 CIMS 系统的技术优势分析 (11) 6.2.1保障和提高了新产品开发的质量 (11) 6.2.2 缩短了新产品的上市周期 (12) 7 加工技术 (12) 7.1 超精密加工的技术范畴 (12) 7.2 超精密加工的关键技术 (13) 7.2.1 主轴 (13) 7.2.2 直线导轨 (13) 7.2.3 传动系统 (14) 7.3数控技术（Numerical Control（NC）） (14) 7.3.1 数控技术是应用制造技术的基础和核心 (15) 7.3.2数控技术的推广应用给机械制造业带来了重大变革 (15) 结论 (16) 致谢 (16) 参考文献: (17)

1绪论 1.1先进制造技术的概述 先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology)，人们往往用AMT 来概括由于微电子技术、自动化技术、信息技术等给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括：计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。AMT是制造业企业取得竞争优势的必要条件之一，但并非充分条件，其优势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管理，有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。先进制造技术在传统制造技术的基础上融合了计算机技术、信息技术、自动控制技术及现代管理理念等，所涉及的内容非常广泛，学科跨度大。本书围绕先进制造技术的各主题，系统地介绍了各先进制造技术的基本知识、关键技术及其在实际中的应用等。制造技术是使原材料成为人们所需产品而使用的一系列技术和装备的总称，是涵盖整个生产制造过程的各种技术的集成。从广义来讲，它包括设计技术、加工制造技术、管理技术等三大类。其中设计技术是指开发、设计产品的方法；加工制造技术是指将原材料加工成所设计产品而采用的生产设备及方法；管理技术是指如何将产品生产制造所需的物料、设备、人力、资金、能源、信息等资源有效地组织起来，达到生产目的的方法。 具体地说, 先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果, 并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程, 以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产, 提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。与传统的制造技术相比, 当代的先进制造技术以其高效率、高品质和对于市场变化的快速响应能力为主要特征。先进制造技术是生产力的主要构成因素, 是国民经济的重要支柱。它担负着为国民经济各部门和科学技术的各个学科提供装备、工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

焊接技术的发展及发展趋势

焊接技术的发展及发展趋势 黄牡丹 佳木斯大学材料科学与工程学院黑龙江省佳木斯市154007 摘要：本文综述焊接技术的发展及发展趋势，焊接技术，又称连接工程，是一种重要的材料加工工艺，随着人类社会的发展，各种新材料的不断开发及科学技术不断的发展，焊接技术已经成为一门独立的学科，它广泛应用于石油化工、电力、航空航天、海洋工程、微电子技术等工业部门。可以预测，在未来焊接技术的发展趋势必然走向自动化、高效、环保、节能等方面。 关键词：焊接技术、自动化、环保 The development of welding technology and development trend HUANGMudan Jia-mu-si University, School of materials science and engineering, Jia-mu-si 154007 Abstract：This paper reviews the development of welding technology and developing trend of welding technology, also known as the connection of engineering, is a kind of important material processing technology, with the development of human society, all kinds of new materials to develop and continuously with the development of science and technology, welding technology has become an independent discipline, it is widely used in petrochemical, electric power, aerospace, Marine engineering, microelectronics and other industrial sectors. Can be predicted that in the future development trend of welding technology inevitably toward automation, high efficiency, environmental protection, energy saving, etc. Key words：Welding technology ; automation; Environmental protection; 0引言 焊接的定义如下：被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程成为焊接[1]。焊接的发展过程就某种意义上来说就是焊接热源的发展过程，从上个世纪80年代开发电弧以来，焊接热源也在不断发展中。进入到新世纪，焊接技术的不断的在得到发展，从目前的发展趋势看来，焊接技术逐步向高效率、高质量、低成本、降低劳动强度、降低能耗的方向发展。所以焊接技术将随着科学技术的进步而不断发展，主要体现在以下几个方面 1数字化控制推动焊接技术的升级和发展 在几年前，数字化控制的焊机只是少数几个国际知名公司的“尖端科技”，但现在数字化控制的焊机已经广泛应用在我国的许多企业，在芬兰KEMPPI和奥地利Fronius 的推动下，数字化焊机已进入产业规模化生产阶段。虽然目前智能化还处在初级阶段，但有着广阔前景，是一个重要的发展方向。有关焊接工程的专家系统，近年来国内外已有较深入的研究，并已推出或准备推出某些商品化焊接专家系统。焊接专家系统是具有相当于专家的知识和经

我国先进制造技术的发展现状

我国先进制造技术的发展现状 摘要：本文介绍了当今制造技术面临的问题，论述了先进制造的前沿科学，并展望了先进制造技术的发展前景。 关键词：问题；先进制造技术；前沿科学；应用前景 制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%~55%。在一个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国政府都非常重视对先进制造技术的研究。 1 当前制造科学要解决的问题 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

中国发展先进制造技术之我见

中国发展先进制造技术之我见 姓名：李福彬 班级：11020143 学号：50

中国发展先进制造技术之我见 一、什么是先进制造技术，内涵及特点。 先进制技术(Advanced Manufactuing Technology)，简称AMT，具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括：计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。 目前对先进制造技术尚没有一个明确的、一致公认的定义，经过近年来对发展先进制造技术方面开展的工作，通过对其特征的分析研究，可以认为：先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。它具有以下特点： （1）先进制造技术的实用性 先进制造技术最重要的特点在于，它首先是一项面向工业应用，具有很强实用性的新技术。从先进制造技术的发展过程，从其应用于制造全过程的范围，特别是达到的目标与效果，无不反映这是一项应用于制造业，对制造业、对国民经济的发展可以起重大作用的实用技术。先进制造技术的发展往往是针对某一具体的制造业（如汽车制造、电子工业）的需求而发展起来的先进、适用的制造技术，有明确的需求导向的特征；先进制造技术不是以追求技术的高新为目的，而是注重产生最好的实践效果，以提高效益为中心，以提高企业的竞争力和促进国家经济增长和综合实力为目标。 （2）先进制造技术应用的广泛性 先进制造技术相对传统制造技术在应用范围上的一个很大不同点在于，传统制造技术通常只是指各种将原材料变成成品的加工工艺，而先进制造技术虽然仍大量应用于加工和装配过程，但由于其组成中包括了设计技术、自动化技术、系统管理技术，因而则将其综合应用于制造的全过程，覆盖了产品设计、生产准备、

我国通用航空发展现状及未来发展前景预测

我们所说的通用航空实际上只是整个民用航空业中的一个独立的分支，通用航空所涉及到的活动范围特别广阔，它基本包括了去除公共航空运输之外的所有内容，通用航空从事的方面包括了工农林渔等一系列方面，它的作业区域一般集中在低空区域，高度普遍在3000米以下，有一大部分甚至于是在600米以下的低空区域。通用航空作为一个新兴的领域，近几年来不断的蓬勃发展，根据报告数据显示，我们国家的通用航空的规模一直在以15%以上的增速在发展壮大，与几年前相比都是翻了几番，通用航空行业规模不断壮大，应用的场景也是日益增多，通用航空在整个国家GDP中的贡献率也越来越高。 1中国通用航空的现状分析 1.1中国通用航空的现状 中国的通用航空发展较晚，但是发展的比较迅猛，特别是近几年来一直保持着持续高效的发展趋势。就一个国家的通用航空而言，我们一般都是通过六个方面来考察它的整体水平：通用航空企业数量、通用航空机组规模、通用航空机场数量、年总飞行时长、从业人员水平以及社会经济效益。但是中国是一个人口和经济大国，按照这些指标来进行简单的评判的话并不能直接明了的判断出我国的通用航空发展的实际情况。就比如我国目前获得了通用航空许可证的企业超过了200家，航空机组规模也超过了3000架，但是这并不能代表我们国家的通用航空发展的水平比较高。若要真正的知晓我们国家的通用航空发展状况，我以为还是得从以下四个方面来实际的评判：(1)整体的通用航空的运输能力有多强;(2)通用航空用于工业作业以及农林作

业等的普及率有多高;(3)通用航空用于抢险救灾等重大事故救援中的水平有多高;(4)国内的普通居民的通用航空使用率有多高。 就通用航空的运输能力而言，我国目前的物流运输能力已经是初具规模，航空运输系统已经经受住了电网大型活动如“双十一”等的考验，但是这种规模的航空物流运输仅仅是停留在了大中型城市，通用航空运输的覆盖范围还是有限的，小型城市以及农村地区都无法被通用航空所覆盖。并且根据对通用航空企业的统计发现，现有的企业大多分布在我国的东部，西部地区的企业只有零星20来家，这种分布不均也会对整体的航空运输体验感造成很大影响。 就通用航空用于工业作业以及农林作业等的普及率而言，通用航空用于工农业的历史还是比较长的，但是根据调查研究是数据显示，截至到2016年，通用航空在工农业中的实际应用时长都没有达到15万小时，这个数据真实的表明了通用航空在工农业中的应用状态，整体都是十分缓慢的。 再来看看我国通用航空在抗震救灾中的应用，在天灾人祸发生的时候，通用航空会起到无法替代的作用。在几年前我国发生重大地震灾情的时候，地面通行都已经被阻断了，这个时候通用航空的作用是无可替代的，只能依靠直升机以及运输机等机组来进行运输救援，在这几次的天灾事故之中，虽然通用航空起到了得天独厚的作用，但是同样也暴露出了特别大的问题，相比国外，我们的通用航空的设备相对较为落后，各类配置都不够齐全，整体的救援能力还有待提高。 1.2通用航空存在的问题

电子封装的现状及发展趋势

现代电子信息技术飞速发展,电子产品向小型化、便携化、多功能化方向发展.电子封装材料和技术使电子器件最终成为有功能的产品.现已研发出多种新型封装材料、技术和工艺.电子封装正在与电子设计和制造一起,共同推动着信息化社会的发展 一．电子封装材料现状 近年来,封装材料的发展一直呈现快速增长的态势.电子封装材料用于承载电子元器件及其连接线路,并具有良好的电绝缘性.封装对芯片具有机械支撑和环境保护作用,对器件和电路的热性能和可靠性起着重要作用.理想的电子封装材料必须满足以下基本要求: 1)高热导率,低介电常数、低介电损耗,有较好的高频、高功率性能; 2)热膨胀系数(CTE)与Si或GaAs芯片匹配,避免芯片的热应力损坏;3)有足够的强度、刚度,对芯片起到支撑和保护的作用; 4)成本尽可能低,满足大规模商业化应用的要求;5)密度尽可能小(主要指航空航天和移动通信设备),并具有电磁屏蔽和射频屏蔽的特性。电子封装材料主要包括基板、布线、框架、层间介质和密封材料. 基板 高电阻率、高热导率和低介电常数是集成电路对封装用基片的最基本要求,同时还应与硅片具有良好的热匹配、易成型、高表面平整度、易金属化、易加工、低成本并具有一定的机械性能电子封装基片材料的种类很多,包括:陶瓷、环氧玻璃、金刚石、金属及金属基复合材料等. 陶瓷

陶瓷是电子封装中常用的一种基片材料,具有较高的绝缘性能和优异的高频特性,同时线膨胀系数与电子元器件非常相近,化学性能非常稳定且热导率高随着美国、日本等发达国家相继研究并推出叠片多层陶瓷基片,陶瓷基片成为当今世界上广泛应用的几种高技术陶瓷之一目前已投人使用的高导热陶瓷基片材料有A12q,AIN,SIC和B或)等. 环氧玻璃 环氧玻璃是进行引脚和塑料封装成本最低的一种,常用于单层、双层或多层印刷板,是一种由环氧树脂和玻璃纤维(基础材料)组成的复合材料.此种材料的力学性能良好,但导热性较差,电性能和线膨胀系数匹配一般.由于其价格低廉,因而在表面安装(SMT)中得到了广泛应用. 金刚石 天然金刚石具有作为半导体器件封装所必需的优良的性能,如高热导率(200W八m·K),25oC)、低介电常数、高电阻率(1016n·em)和击穿场强(1000kV/mm).从20世纪60年代起,在微电子界利用金刚石作为半导体器件封装基片,并将金刚石作为散热材料,应用于微波雪崩二极管、GeIMPATT(碰撞雪崩及渡越时间二极管)和激光器,提高了它们的输出功率.但是,受天然金刚石或高温高压下合成金刚石昂贵的价格和尺寸的限制,这种技术无法大规模推广. 金属基复合材料 为了解决单一金属作为电子封装基片材料的缺点,人们研究和开

先进制造技术及其发展趋势

先进制造技术及其发展 摘要：介绍了先进制造技术的发展特点及趋势，分析了制造业特别是装备制造业在工业与国民经济中所占的重要地位, 指出发展先进制造技术是我国目前紧迫的重大任务重点论述。指出现代制造业市场的特征、制造企业的特征和机械制造业的特征。并且扎根在“机械”与“制造”的基础上, 服务于制造业的发展。关键字：先进制造技术；制造；发展；趋势 0 引言 当今，世界范围内制造业的竞争变得越来越严酷。人们对于产品的个性化要求越来越强烈!产品的生命周期越来越短!基于时间、个性化、质量和价格的竞争成了企业占领市场、击败对手的重要策略。企业在尽可能短的时间内! 高效率低成本地为顾客提供个性化高质量产品的能力! 已成为当今企业竞争能力的一个基本标志。 应该说, 制造业是“永远不落的太阳” , 是现代文明的支柱之一它既占有基础地位, 又处于前沿关键, 既古老, 又年轻它是工业的主体, 是国民经济持续发展的基础它是生产工具、生活资料、科技手段、国防装备等及其进步的依托, 是现代化的动力源之一。 1 先进制造技术概述 先进制造技术是面向21世纪的技术系统!它的目的是提高制造业的综合效益（包括经济效益、社会效益和环境生态效益），以赢得激烈的国际市场竞争。它已不是传统意义上的机械制造技术，它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生命科学、管理学最新成就于一身的新兴技术。 先进制造技术最重要的特点在于，它是一项面向工业应用，具有很强实用性的新技术。与传统制造技术相比，先进制造技术更具有系统性、集成性、广泛性、高精度性。先进制造技术虽然仍大量应用于加工和装配过程，在其制造过程中还综合应用了设计技术、自动化技术、系统管理技术等。先进制造技术比传统的制造技术更加重视技术与管理的结合，更加重视制造过程组织和管理体制的简化以及合理化，从而产生了一系列先进的制造模式，并能实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。 2 先进制造技术的体系结构 （1）先进制造技术是一个动态技术。它要不断吸收各种高新技术成果! 将其渗透到产品的设计、制造、生产管理及市场营销的所有领域及其全部过程!并且实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。 （2）不摒弃传统技术，而是不断用科技新成果新手段去研究它、改造它、充实它。 （3）它涉及到产品从市场调研、产品设计、工艺设计、加工制造、售前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。 （4）特别强调计算机技术!信息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等方面的应用。 （5）特别强调人的主体作用!强调人、技术、管理三者的有机结合。 （6）强调各专业学科之间的相互渗透和融合!淡化并最终消除它们之间的界限。

我国先进制造技术发展现状

我国先进制造技术发展现状 摘要:先进的机械制造业是国民经济的支柱产业,关系到一个国家的综合国力。现代制造业已发生了巨大的变化,特别是由于中国有着巨大的市场潜力和劳动力资源,我国正日益成为全世界机械制造业的中心。随着经济全球化和金融危机的影响,与发达国家相比,我国机械制造业已处于很落后的局面,正陷入难以可持续发展的困境。本文基于对我国机械制造技术发展现状的阐述,结合当前机械制造技术的特点,提出了我国机械制造技术的发展方向。 关键词：先进制造技术、特点、趋势 1 先进制造技术 1.1 基本定义 先进制造技术(Advanced Manufactuing Technology),人们往往用AMT来概括由于微电子技术、自动化技术、信息技术等给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括：计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。AMT是制造业企业取得竞争优势的必要条件之一，但并非充分条件，其优势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管理，有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。 1.2 主要技术 这是制造技术的核心,它包括两个基本部分:有关产品设计技术和工艺技术。 1.2.1面向制造的设计技术群 面向制造的设计技术群系指用于生产准备(制造准备)的工具群和技术群。设计技术对新产品开发生产费用、产品质量以及新产品上市时间都有很大影响。产品和制造工艺的设计可以采用一系列工具,例如计算机辅助设计(CAD)以及工艺过程建模和仿真等,生产设施、装备和工具,甚至整个制造企业都可以采用先进技术更有效地进行设计。近几年发展起来的产品和工艺的并行设计具有双重目的,一是缩短新产品上市的周期,二是可以将生产过程中产生的废物减少到最低程度,使最终产品成为可回收、可再利用的,因此对实现面向保护环境的制造而言是必不可少的。 1.2.2制造工艺技术群(加工和装配技术群)

先进制造技术前沿发展与未来趋势

《先进加工制造技术》论文 学院：核技术与自动化工程 专业：机械工程及自动化 姓名：姚云杰 学号：2

目录 1．当前制造科学要解决的问题2．现代制造工程的前沿科学 2.1 制造科学与信息科学的交叉--制造信息科学2.2 微机械及其制造技术研究 2.3 材料制备／零件制造一体化和加工新技术基础2.4 机械仿生制造 3．现代制造业的先进生产模式4．先进制造技术的发展趋势 5．我国存在的差距与可实施策略

现代制造技术前沿发展与未来趋势 摘要：本文介绍了当今制造技术面临的问题，论述了先进制造的前沿科学，并展望了先进制造技术的发展前景，最后提出我国制造技术要跨入世界先进行列可行的实施策略。 随着科学技术的飞速发展和市场竞争日益激烈，越来越多的制造企业开始将大量的人力、财力和物力投入到先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实施策略之中。改革开放以来，我国制造科学技术有日新月异的变化和发展，确立了社会主义市场经济体制，但与先进的国家相比仍有一定差距，为了迎接新的挑战，对先进制造技术及制造模式的研究和实施是摆在我们面前刻不容缓的重要任务，必须认清制造技术的发展趋势，缩短与先进国家的差距，使我国的产品上质量、上效率、上品种和上水平，以增强市场竞争力，实现我国机械制造业跨入世界先进行列之梦想。 关键词：制造科学；先进制造技术；机械制造；发展趋势 制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%~55%。在一个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国政府都非常重视对先进制造技术的研究。 1 当前制造科学要解决的问题 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[1]。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