先進位造技術

1.先進位造技術涉及到產品從市場調研、產品開發及工藝設計、生產準備、加工製造、售後服務等產品壽命周期的所有內容，它的目的是提高製造業的綜合經濟效益和社會效益，是面向工業應用的技術。

2.先進位造技術強調計算機技術、信息技術、感測技術、自動化技術、新材料技術和現代系統管理技術在產品設計、製造和生產組織管理、銷售及售後服務等方面的應用。它駕馭生產過程的物質流、能量流和信息流，是生產過程的系統工程。

3.80年代以來，隨著全球市場競爭越來越激烈，先進位造技術要求具有世界先進水平，它的競爭已經從提高勞動生產率轉變為以時間為核心的時間、成本和質量的三要素的競爭，因此它是面向全球競爭的技術。

4.先進位造技術的最新發展階段保持了過去製造技術的有效要素，同時吸收各種高新技術成果，滲透到產品生產的所有領域及其全部過程，從而形成了一個完整的技術群，具有面向21世紀新的技術領域。

計算機技術、自動控制理論、數控技術、機器人、CAD/CAM技術、CIM技術以及網路通信技術等在內的信息自動化技術的迅猛發展，為先進位造技術的發展和應用提供了日益增多的高效能手段。

（一）工業應用的技術，機械、電子、信息、材料及能源技術成果，綜合應用於製造過程。

1.數控技術（Numerical Control），簡稱數控（NC），是用數字量及字元作為加工的指令，實現自動控制的技術。簡稱CNC，數控技術在國外一般都稱為CNC。數控技術的核心是數字控制技術，用計算機來對輸入的指令進行存儲、解碼、計算、邏輯運算，並將處理的信息轉換為相應的控制信號，控制運動精度較高的驅動元件，使之按編程人員設定的運動軌跡來高效加工，從而徹底克服了傳統機械加工的缺點。

2.計算機輔助設計與製造（CAD/CAM），是計算機輔助設計（Computer Aided Design）簡稱CAD，與計算機輔助製造（Computer Aided Manufacturing）簡稱CAM相結合而組成的系統，依託強大軟體來完成產品設計中的建模、解算、分析、虛擬模擬、加工模擬、製圖、數控編程、編製工藝文件等工作。

3.特種加工技術，傳統機械切削加工的本質為：刀具材料比工件更硬，用機械能把工件上多餘的材料切除，零件的形狀由機床的成型運動產生。但是，隨著生產發展和科學實驗的需要，很多工業部門，要求尖端科學技術產品向高精度、高速度、耐高溫、小型化和結構複雜化等方向發展。尺寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求越來越高，工件材料越來越硬，加工表面越來越複雜，傳統的加工方法已不能滿足生產的需要，人們探索利用電、磁、聲、光、化學等能量或將多種能量組合施加在工件的被加工部位，實現材料去除、變形、改變性能或被鍍覆等非傳統加工方法，這些方法統稱為特種加工。

（二）製造業綜合自動化，信息技術、自動化技術、現代企業管理技術的有機結合。

1.機器人技術，計算機控制的可再編程的多功能操作器，又稱工業機器人。它能在三維空間內完成多種操作。機器人技術綜合了計算機、控制論、機構學、信息、感測技術、人工智慧和仿生學等多學科而形成的高新技術。

它是由關節元件、末端執行器、機身和控制裝置所組成，具有類似人的動作的功能；另一種由於安裝有感覺元件和遙感元件，分析計算機及行走裝置，具有感覺、觸覺、分析、判斷、決策和行走的功能而稱為智能機器人。

2.成組技術，人們用大批量生產的組織形式以高效的生產設備、高效的工藝技術去製造單件小批的零件，降低生產成本，成組技術（Group Technology簡稱GT）就應運而生。成組技術就是應用相似性原理，在多品種產品的生產中將相似零件組織在一起進行生產，使組內零件近似為原來的單一品種的大批量，或者變單件、小批生產為批量生產，按照批量生產的生產組織、管理技術來進行生產。

3.柔性製造系統（FMS-Flexible Manufacturing System），是以計算機為控制中心實現自動完成工件的加工、裝卸、運輸、管理的系統。它具有在線編程、在線監測、修復、自動轉換加工產品品種的功能。一個柔性製造系統概括為以下三部分組成，即：加工系統、物料儲運系統和計算機控制的信息流系統。

柔性製造系統具有：高柔性，在線編程使計算機響應進行控制高自動化設備工作；高效率，合理控制設備的切削用量實現高效加工，減小輔助時間和準備、終結時間；高度自動化，工件的加工、裝配、檢驗、搬運、倉庫存取完全由自動化程度高的設備來完成；柔性化生產大大減少操作人員、機床數目，提高機床利用率，縮短生產周期、降低產品成本、降低庫存、減少流動資金、縮短資金流動周期，因此可取得較高的綜合經濟效益。

（三）系統管理技術，製造業綜合自動化、過程工業綜合自動化、系統技術等綜合應用於製造全過程，實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，獲得理想技術經濟效果

1.并行工程（Concurrent Engineering），簡稱（CE）是對產品及其設計過程和製造過程進行并行、集成設計的一種系統化工作模式，這種模式使產品開發人員從一開始就考慮到從概念形成到產品報廢的全生產周期中的所有因素，包括加工的質量、成本、進度和產品的技術性能及使用性能需求等，減少加工製造中可能出現的問題，加速產品開發過程，縮短開發周期。并行工程的最大特點是利用計算機的模擬技術，用上、下游共同決策方式，在計算機上進行產品整個生命周期各個階段的設計。

2.虛擬製造（Virtual Manufacturing），簡稱（VM）利用計算機技術、建模技術、信息處理技術、模擬技術對現實製造活動中的人、物、信息及製造過程進行全面的模擬模擬，以發現設計或製造中出現的問題，在產品實際生產前就改進完成，省略了產品的開發研製階段，達到降低設計和生產成本，縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。

3.計算機集成製造系統（Computer Integrated Manufacturing System），簡稱（CIMS）是在自動化技術、信息技術及製造技術的基礎之上，通過計算機網路及資料庫，將分散的自動化系統有機的集成起來，完成從原材料採購到產品銷售的一系列生產過程的高效益、高柔性的先進位造系統。系統包含技術應用系統：工程設計與製造系統、管理信息系統、製造自動化系統、質量保證系統和支撐系統：資料庫系統、通訊網路保障系統。

它包括兩個基本部分：有關產品設計技術和工藝技術。

面向製造的設計技術群系指用於生產準備（製造準備）的工具群和技術群。設計技術對新產品開發生產費用、產品質量以及新產品上市時間都有很大影響。產品和製造工藝的設計可以採用一系列工具，例如計算機輔助設計（CAD）以及工藝過程建模和模擬等，生產設施、裝備和工具，甚至整個製造企業都可以採用先進技術更有效地進行設計。近幾年發展起來的產品和工藝的并行設計具有雙重目的，一是縮短新產品上市的周期，二是可以將生產過程中產生的廢物減少到最低程度，使最終產品成為可回收、可再利用的，因此對實現面向保護環境的製造而言是必不可少的。

製造工藝技術群是指用於物質產品（物理實體產品）生產的過程及設備。例如，模塑成形、鑄造、衝壓、磨削等。隨著高新技術的不斷滲入，傳統的製造工藝和裝備正在產生質的變化。製造工藝技術群是有關加工和裝配的技術，也是製造技術或稱生產技術的傳統領域。

先進位造技術（Advanced Manufacturing Technique，縮寫AMT），AMT是中國1995年列入為提高工業質量及效益的重點開發推廣項目，該技術廣涉信息、機械、電子、材料、能源、管理等方面的知識。因此，該技術的發展對推動國民經濟的發展有著重要的作用。

AMT發展歷程：

人類漫長的歷史發展中，使用工具、製造工具進行產品製造是基本生產活動之一。直到18世紀中葉產業革命以前，製造都是手工作業和作坊式生產。

產業革命中誕生的能源機器（蒸汽機）、作業機器（紡織機）和工具機器（機床），為製造活動提供了能源和技術，並開拓了新的產品市場。

經過100多年的技術積累和市場開拓，到19世紀末製造業已初步形成。其主要生產方式是機械化加電氣化的批量生產。

20世紀上半葉，以機械技術和機電自動化技術為基礎的製造業的生產空前發展。以大批量生產為主的機械製造業成為製造活動的主體。

20世紀中葉（1946年）電子計算機問世。

在計算機誕生2年後，由於飛機製造（飛機蒙皮壁板、梁架）的需要，在美國發明了數字控制（NC）機床。不久計算機又開始用於輔助編製NC機床的加工程序，推出了自動編程工具APT語言（Automatically Programmed tools），此後CNC、DNC、FMC、FMS、CAX、MIS、MRP、MRPⅡ、ERP、PDM、Web-M等數字化製造技術相繼問世和應用。

先進位造技術是一門綜合性、交叉性前沿學科和技術，學科跨度大，內容廣泛，涉及製造業生產與技術、經營管理、設計、製造、市場各個方面。先進位造技術就是在傳統製造技術的基礎上，利用計算機技術、網路技術、控制技術、感測技術與機、光、電一體化技術等方面的最新進展，不斷發展完善。

支撐技術群是指支持設計和製造工藝兩方面取得進步的基礎性的核心技術。基本的生產過程需要一系列的支撐技術，諸如：測試和檢驗、物料搬運、生產（作業）計劃的控制以及包裝等。它們也是用於保證和改善主體技術的協調運行所需的技術，是工具、手段和系統集成的基礎技術。支撐技術群包括：

⑴信息技術：介面和通信、資料庫技術、集成框架、軟體工程人工智慧、專家系統和神經網路、決策支持系統。

⑵標準和框架：數據標準、產品定義標準、工藝標準、檢驗標準、介面框架。

⑶機床和工具技術。

⑷感測器和控制技術：單機加工單元和過程的控制、執行機構、感測器和感測器組合、生產作業計劃。

⑸其它

製造技術基礎設施是指為了管理好各種適當的技術群的開發並鼓勵這些技術在整個國家工業（基地）內推廣應用而採取的各種方案和機制。由於技術只有應用適當地會產生效用，所以其技術基礎設施的各要素和基本技術本身同樣重要。這些要素包括了車間工人、工程技術人員和管理人員在各種先進生產技術和方案方面的培訓和教育，這些技術和方案將提高企業的生產競爭力。可以說，製造技術的基礎設施是使製造技術適應具體企業應用環境充分發揮其功能、取得最佳效益的一系列措施，是使先進的製造技術與企業組織管理體制和使用技術的人員協調工作的系統工程，是先進位造技術生長和壯大的土壤，因而是其不可分割的一個組成部分。先進位造技術是促進科技和經濟發展的基礎。

1993年，美國政府批准了由聯邦科學、工程與技術協調委員會（FCCSET）主持實施的先進位造技術計劃（Advanced Manufacturing Technology－AMT）計劃

先進位造技術計劃（Advanced Manufacturing Technology－AMT）是美國根據本國製造業面臨的挑戰和機遇，為增強製造業的競爭力和促進國家經濟增長，首先提出了先進位造技術（Advanced Manufacturing Technology）的概念。此後，歐洲各國、日本以及亞洲新興工業化國家如韓國等也相繼作出響應。

⑴先進位造技術是製造技術的最新發展階段，是面向21世紀的技術，製造業是社會物質文明的保證，是與人類社會一起動態發展的，因此，製造技術必然也將隨著科技進步而不斷更新。先進位造技術是製造技術的最新發展階段，是由傳統的製造技術發展而來，保持了過去製造技術中的有效要素；但隨著高新技術的滲入和製造環境的變化，已經產生了質的變化，先進位造技術是製造技術與現代高新技術結合而產生的一個完整的技術群，是一類具有明確範疇的新的技術領域，是面向21世紀的技術。

⑵先進位造技術是面向工業應用的技術，先進位造技術應能適合於在工業企業推廣並可取得很好的經濟效益，先進位造技術的發展往往是針對某一具體的製造業（如汽車工業、電子工業）的需求而發展起來的適用的先進位造技術，有明顯的需求導向的特徵。先進位造技術不是以追求技術的高新度為目的，而是注重產生最好的實踐效果，以提高企業的競爭力和促進國家經濟增長和綜合實力為目標。

⑶因此，先進位造技術的主體應具有世界水平。但是，每個國家的國情也將影響到從現有的製造技術水平向先進位造技術的過渡戰略和措施。中國正在以前所未有的速度進入全球化的國際市場，開發和應用適合國情的先進位造技術勢在必行。

1 成組技術（GT)成組技術（GT）揭示和利用事物間的相似性，按照一定的準則分類成組，同組事物採用同一方法進行處理，以便提高效益的技術，稱為成組技術。在機械製造工程中，成組技術是計算機輔助製造的基礎，將成組哲理用於設計、製造和管理等整個生產系統，改變多品種小批量生產方式，獲得最大的經濟效益。

成組技術的核心是成組工藝，它是將結構、材料、工藝相近似的零件組成一個零件族（組），按零件族制定工藝進行加工，擴大批量、減少品種、便於採用高效方法、提高勞動生產率。零件的相似性是廣義的，在幾何形狀、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性為基本相似性，以基本相似性為基礎，在製造、裝配等生產、經營、管理等方面所導出的相似性，稱為二次相似性或派生相似性。

2 敏捷製造（AM)

敏捷製造（AM）是指企業實現敏捷生產經營的一種製造哲理和生產模式。敏捷製造包括產品製造機械系統的柔性、員工授權、製造商和供應商關係、總體品質管理及企業重構。敏捷製造是藉助於計算機網路和信息集成基礎結構，構造有多個企業參加的“VM”環境，以競爭合作的原則，在虛擬製造環境下動態選擇合作夥伴，組成面向任務的虛擬公司，進行快速和最佳生產。

3 并行工程（CE)

并行工程（CE）是對產品及其相關過程（包括製造過程和支持過程）進行并行、一體化設計的一種系統化的工作模式。在傳統的串列開發過程中，設計中的問題或不足，要分別在加工、裝配或售後服務中才能被發現，然後再修改設計，改進加工、裝配或售後服務（包括維修服務）。而并行工程就是將設計、工藝和製造結合在一起，利用計算機網際網路并行作業，大大縮短生產周期。

4 快速成型技術（RPM)

快速成型技術（RPM）是集CAD/CAM技術、激光加工技術、數控技術和新材料等技術領域的最新成果於一體的零件原型製造技術。它不同於傳統的用材料去除方式製造零件的方法，而是用材料一層一層積累的方式構造零件模型。它利用所要製造零件的三維CAD模型數據直接生成產品原型，並且可以方便地修改CAD模型后重新製造產品原型。由於該技術不像傳統的零件製造方法需要製作木模、塑料模和陶瓷模等，可以把零件原型的製造時間減少為幾天、幾小時，大大縮短了產品開發周期，減少了開發成本。隨著計算機技術的決速發展和三維CAD軟體應用的不斷推廣，越來越多的產品基於三維CAD設計開發，使得快速成型技術的廣泛應用成為可能。快速成形技術已廣泛應用於宇航、航空、汽車、通訊、醫療、電子、家電、玩具、軍事裝備、工業造型（雕刻）、建築模型、機械行業等領域。

5 虛擬製造技術（VMT)

虛擬製造技術（VMT）以計算機支持的建模、模擬技術為前提，對設計、加工製造、裝配等全過程進行統一建模，在產品設計階段，實時并行模擬出產品未來製造全過程及其對產品設計的影響，預測出產品的性能、產品的製造技術、產品的可製造性與可裝配性，從而更有效地、更經濟地靈活組織生產，使工廠和車間的設計布局更合理、有效，以達到產品開發周期和成本最小化、產品設計質量的最優化、生產效率的最高化。虛擬製造技術填補了CAD/ CAM技術與生產全過程、企業管理之間的技術缺口，把產品的工藝設計、作業計劃、生產調度、製造過程、庫存管理、成本核算、零部件採購等企業生產經營活動在產品投入之前就在計算機上加以顯示和評價，使設計人員和工程技術人員在產品真實製造之前，通過計算機虛擬產品來預見可能發生的問題和後果。虛擬製造系統的關鍵是建模，即將現實環境下的物理系統映射為計算機環境下的虛擬系統。虛擬製造系統生產的產品是虛擬產品，但具有真實產品所具有的一切特徵。

6 智能製造（IM)

智能製造（IM）是製造技術、自動化技術、系統工程與人工智慧等學科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術。其具體表現為：智能設計、智能加工、機器人操作、智能控制、智能工藝規劃、智能調度與管理、智能裝配、智能測量與診斷等。它強調通過“智能設備”和“自治控制”來構造新一代的智能製造系統模式。

智能製造系統具有自律能力、自組織能力、自學習與自我優化能力、自修復能力，因而適應性極強，而且由於採用VR技術，人機界面更加友好。因此，智能製造技術的研究開發對於提高生產效率與產品品質、降低成本，提高製造業市場應變能力、國家經濟實力和國民生活水準，具有重要意義。

製造技術是製造業所使用的一切生產技術的總稱，是將原材料和其他生產要素經濟合理地轉化為可直接使用的具有較高附加值的成品/半成品和技術服務的技術群。近兩百年來。在市場需求不斷變化的驅動下，製造業的生產規模沿著“小批量→少品種、大批量→多品種、變批量”的方向發展。在科學技術高速發展的推動下，製造業的資源配置沿著“勞動密集→設備密集→信息密集→知識密集”的方向發展。與之相適應，製造技術的生產方式沿著“手工→機械化→單機自動化。剛性流水自動化→柔性自動化→智能自動化”的方向發展。從而推動了製造業的不斷發展，促進了製造業的不斷進步。

美國AMT計劃目標是：研究開發世界領先的先進位造技術，以滿足美國製造業對先進位造技術的需求，提高製造業的競爭力；通過教育與培訓計劃提高勞動力素質；促進具有環境意識的製造等。

美國AMT計劃中的項目包括：

⑴設計技術 製造準備階段所需的設計工具與技術；

⑵製造技術 實際生產過程中所需的加工工藝和設備；

⑶支持技術 為前兩類開發項目提供所需的基礎核心技術；

⑷製造技術基礎設施 為有效地管理項目的開發，以及推動將這些項目應用於生產實踐中的方法與機制。

AMT計劃的集成創新重點領域有：

⑴下一代智能製造單元與設備；

⑵適用於快速而有效地設計新產品、工藝、設備及企業集成化設計工具；

⑶確保企業能廣泛了解和應用先進位造技術而進行的基礎設施建設。