21世纪的制造技术_梁福军

21世纪的制造技术_梁福军

第

38

卷第年

1 l

期月

机

械

工

程

学

报

VJ

O

1 3 8. .

N

O

.

l

2 0 0 2

CHI N E S E JO U R N A L O F M E C H A N IC A L E N G IN E E R I NG

a l

2 0 0 2

1世纪的制造技术 2梁福军石治平北京10 0 0 3 7 )

(机械工业信息研究院摘要在回顾制造技术发展和美的重要性,

:

、

日等发达国家和欧共体发展先进制造技术历史的基础上。

,

阐述了发展制造技术

列举了己经出现的多种先进制造技术、

1制造技术的发展集中体现了 2、

世纪制造技术的发展趋势是将、

随着市场的全球化1构成 2

竞争的激烈化

、

需求的个性化

生产的人性化而呈现出信息化,

服务化和高技术化。

。

描述了

世纪制造技术发展前景的几个重点发展的制造技术,

并给出了一些技术的应用实例

最后

,

根据世界科,

技发展和工业革命历史

1世纪 5预测到 2 0年代,

,

纳米技术的发展有可能会导致新的工业革命和产业革命。

并指。

出为了使这场革命发生在中国

中国应采取的先进制造技术发展战略知识经济

“

失去制造就失去未来

”

是本文的主题

关键词制造技术中图分类号:

:

工业革命T H 16

纳米技术

技术创新

生物工程

T 1一

济

、

增强国防的需要和日益激烈的全球化市场竞争,

0

月 U青

的刺激

纷纷将传统的制造技术与新发展起来的科,

技成果相结合人类经济的发展已经经历了发生在数千年前的“

发展了制造技术,

。

令人遗憾的是

,

因工业经济对自然资源进行的穷尽式消耗和对生态

农业革命

”

和发生在。

20

多年前的,,

“

工业革命

”

环境造成的严重后果重困难,

它的发展面临举步维艰的严,

两次经济革命限制Fo r,

在工业革命以前,

生产方式是一种。

而可喜的是一种新的经济形态已经在孕育之中“,

基于手工作坊式的个体生产产品没有互换性世纪 2 0,

由于制造技术水平的

经济

”,

而催产知识经济的第三”

—。、

“

知识

不能进行大规模生产

从y r

次经济革命世纪,

工业革命到 2 0, d,

年代

,

亨利

福特( H

e ll

展望新世纪,

—、

信息革命

己经来临

新世纪将更加伟大和辉煌、

。

1在 2

18 6 3

一

19 4 7 )

开创了机械自动化的流水线生

制造业因面临市场全球化更加增大环境保护意识日益增强,

顾客需

产

提出了标准化的概

念

并引入科学的管理思想,

求更加多样化J

技术创新、

这时的工业生产表现为产品成本能够降低和质量容易得到保证的大量生产方式用的是各种机械设备、

速度加快等方面的压力性变革和飞跃、

会促进制造技术发生革命、

追求的是生产率

,

采。

,

以便能够快速、

低耗

、

低价。、

高质国防、

、

机械自动化和刚性生产线,,

高效,

安全地生产出社会需要的各种产品更快地推动科技。

在新世

而从 2 0世纪 6 0年代以后随着生产力的不断提高

纪,

,

制造技术将更大地

供过于求的现象越来越普遍方市场猛发展。

卖方市场逐步转向买,

到了 2 0世纪 8 0、

经济和社会的发展

一

0年代 9

随着各种技术,

特别是自动化技术,

计算机技术和互联网技术的迅工业,

制造技术的重要性制造技术是关系到国家生存和繁荣的重要基础,

社会开始进入信息与知识经济时代。

生产追求的是投入产出的经济效益

采用的是柔性。

集成制造技术

它的水平与制造业的发达程度突出反映了一个、

回顾刚刚过去的一个世纪

,

不胜感慨,,

0 2

世

国家AMT

一个地区的经济实力和综合国力,

,

人民的生。

纪是一个伟大的世纪

,

就制造业来讲、

涌现和产生

A MT )了各种各样的先进制造技术 (

活水平和生活质量

国防能力和社会发展程度、

用这些技术制、

因涉及到产品研制,

开发A

、

生产

、

服务等多,

造了半导体和芯片,

、

无线电产品与设施、

大规模集成电路飞机、

个方面响。

具有无所不在的独特性和不可估量的影M T和制造工业。、

制造了汽车电视机,、

机床

、

机器人

火箭

、

一个国家如果不重视发展上当:“、

计算机活方式

、

移动通信设备及产品等成千上万,

必然要吃亏

挨打和落后二

美国学者在《美,

的机电产品。

极大地改变和丰富了人类的生产和生世界各国由于发展经

国制造业的衰退及对策

0世纪 8 2 0年代末

中有一名言好“”,

必须生产么了多精辟地概括发展制造技术的重要性 !”,

—一个国家要想生活好“

夺回生产优势》的报告

2 0 1 0 82 0

收到初稿

,

2 0 0 10 9 2 9

收到修改稿

] l失去制造就失去未来[

认为高科技的服务工

21世纪的制造技术_梁福军

机j 1作可以取

代工厂工作的人是极其错误的 I”

械

工

程

学

报、

第3 8卷第

1

期

……这

密加工

精密机械和微电子工业领域取得了世界领,

些语句都充分表明了制造技术对一个国家和民族的重要性把发展策,。

先的进展“

在机电一体化领域也比较先进7一

。

韩国实

施由包括先进制造系统在内的,

项先进技术组成的计划 ),

近年来

工业发达国家和一些新兴工业化国家

高级先进技术国家计划,

”

G 7 (

目标是到

AMT

作为一项极其重要的发展战略或政,

0 0 2

年把韩国的技术实力提高到世界第一流工业1并希望通过这一计划的实施在 2”。

把它列为国家中长期发展的重大关键技术,、、

将

发达国家水平

其看作是经济增长的根本动力之一和制造工业进行认真研究总值是一个国家 G D居“、

以国家行为的,

世纪初加入统、

“

七国集团

欧共体支持、

A

MT研究

方式对其进行规划资助协调与管理

并对3]。,

A MT

开发的主要有资助微电子

软件工程E SPR IT

、

信息处理系一

开发和应用[, z。

计算机集成制造等方面的、。

计划和资助材

制造技术是创造财富的主要手段之一P

其生产,

料加工]计划以4

、

设计和复杂工厂等方面的 B R IT E E U R A M,

的重要组成部分,

众所周知

美国在二战以前一直是制造大国执牛耳”

在全球制造业中A

从各国的情况和动向可以清楚地看到M T都是以一种,

发展。

的地位,

,

可是自从 2 0世纪 5 0年代以,

“

政府行为、

”

的方式实施的,、

在

后

,

因军备竞争的需要70,

过分偏重于高新技术和军,

1 2

用技术的发展到了

而放松了对一般制造技术的发展,

年代后期造成每年

受到了1 60

“

制造业已成为

‘

夕阳。

世纪各个国家各个民族在经济外交乃至军事上的较量在很大程度上是 A M T和制造工业水平与实力的较量,。

工业”一说的影响而失去了世界制造业产品的市场份额,

多亿美元的贸易赤字、

后欧

2

制造技术的发展趋势,

来

,

美国政府请美国麻省理工学院学者对日本,

、

洲国家和美国企业进行调研

分析原因并提出振兴6)、

制造业的策略

在认识到经济的竞争最终是制造技

近 0 2年来世界各国为适应制造业发展和全球经济发展对本

国企业进行产业结构调整的需要,

术的竞争和初步扭转了 2 0世纪的局面以后,

0年代的产业 7市场竞争失利“

对制造技术展开了广泛深入的研究展了多种计/ AMT。

,

先后提出和发计算机辅助设)妙P、

政策失误所造成的制造业停滞不前造,

这些、

A MT/

包括

:

加强了对于传统制造业的调整和改先进制造技“

计算机辅助制造

计算机辅助工程

进一步出台了促进制造业发展的”

C (

AD

C/、

A M/C

术计划计划”

和“

“

制造技术中心计划”

”

(又称

合作伙伴;

)

。

先进制造技术计划制造技术

包括设计技术

具和技术

;

术

—基础设施中心计划

;先进设计和加工所需的基础核心技术制造

—

加工工艺和设备。

辅助技

一

~

工

成组技术 ( T ) GFM ) (

A) E、

计算机辅助工艺规划 ( C

计算机集成制造 ( C”

面向、

“

x

的设计口 FX )、

、

L P)精良生产 (、

M) I

、

柔性制造、

最优生产技术( o组( B11 )、

PT )

并行工程( CE )D M)、、

企业过程重、

PR )

产品数据管理 ( P15 )、

M砂制造资源计划 (

—的目的是要促进在发展制造技术上的合”。

管理合理化和技术推广

“

制造技术

E企业资源计划 (

理信息系统伽产维护 ( Tc M) (、

全面质量管理仃QM )、、

P) R

供应链管理 (S C M )、

管

全面生、

作

,

帮助大量中小企业掌握先进制造技术“

这些技随后美

PM )

、

A M )智能制造 ( IM )虚敏捷制造( D

术的实施把知识和信息国才有了经济的振兴,

物化

”

为生产力

,

拟产品开发 ( P V、

)

v M)虚拟制造 (、、

、

协同制造、

重新取代日本成为全球经济A

R M)遥远制造(

R p)快速原型 (

绿色制造。

竞争力最强的国家发展首。,

。

美国军方也特别重视,

MT

的

G M )生物型制造 ( B M )现代集成制造 ( C IM )等等 (

其军事工业因能研制出世界顶尖的武器装备军火销售额也高居世界榜,,

在这些制造技术中成熟的万别,,

,

有的是成熟的。

,

有的是不、

在国际上一直独占鳌头

有的才刚刚起步、

这些制造技术虽然千差

现在

美国正在大力寻找优秀人才,

积极开发。

但从企业目标、

管理模式,

智能制造技术

1为 2

世纪的智能制造做准备A

日,

技术及生产过程方面来看的还相互交叉A

本的崛起主要得力于由制造技术的

发展而带来的制造业的发展划”,。

方法共用

,

运行机制关键又有许多共同之处有 1 s大有殊途同归之感[,。。

、

日本十分重视

M T的引进和应用“

这些共同点就构成了 A M T的发展方向MT

主要行动是于 19 0 9

年提出了

智能制造技术计

已被看作是制造业提高面向新市场竞争“

1世纪的制造技术发展其目标是要全面展望 2,

挑战的新的和有价值的界各国的制造企业AMT。

武器

”,

并被广泛用于世,

趋势

先行开发未来的主导技术、

,

并同时致力于全AMT、

球制造技术的标准化大的生产力。

体系化

,

将

转化为巨、

并不是所有了的实施都获得预想的结果 (一些 A M T的实;

虽然据研究发现

近年来日本在数控机床

机器人

精

施结果很糟糕甚至遭到彻底失败

一些

A

M T的实

21世纪的制造技术_梁福军

200 2

年

l

月,

梁福军等

:

1世纪的制造技术 2

施结果获得了较好的效果济效益;

但并未能获得足够的经

技术将在更高更深的层次上渗透和改造传统制造业[(In2,

另一些

A MT,

的实施结果在车间级的水平但实施它的企业的商业性AMT

7

,

“]

和传统制造技术、

,

In t e ll ig以智能化 (

en e e

)

、

上获得了很好的效果] ) 6能并未能得到提高[,

In te r t )网络化 ( neo v at o n

t er g a集成化( In i o t n )和创新

的发展趋势却是明显、

i

的

的全球化

—

1 2、

世纪制造技术的发展趋势是将随着市场竞争的激烈化、

需求的个性化、

生产的

2世纪制造技术的主要发展方向将成为 1 . 2 2制造技术的服务化

)为特征的信息化 (In o f

m r

t io n )制造技术 a。

人性化而体现出制造技术的信息化技术化. 1 220。[2]

l和高 7服务化 f

在工业经济时代以改造成为一种特殊己经来临的时候,

,

农业被按照工业生产方式加“

工业,

”

。

1在 2

世纪知识经济“

制造技术的信息化世纪 5 0年代数控机床的发明揭开了机械发,

制造业正在被改造和演变成为某”

种意义上的

“

服务业

工业经济时代的“。

以产品”

展史上新的一页里,

标志着机械制造业向着信息化迈。

为中心价格”

”

的大批量生产正在转向

以顾客为中心“

出了第一步而进入经济信息时代以计算机技术、

在随后的岁月,

的单件小批量或大规模定制生产速交

货”

高质量

”

和,

“

低

网络技术。

、

通信技术等为代表A MT,

曾是制造业孜孜以求的目标正在超越质量。、

,

可是今天,

“

快

的信息技术被广泛应用于制造业的各个领域

价格和成本成为企业竞争企业提供。

如雨后春笋层出不穷集型、

这些技术改变了传统资本密

成败的第一要素

为了获得顾客的满意,

设备密集型

、

技术密集型的生产与管理模式,

给顾客的不只是单一的产品意义上说,

而必需是一种将服务

使生产与管理模式向信息密集型和知识密集型转

和产品紧密集成在一起的全面的解决方案和服务给顾客增加了多少价值和电子商务服务也风起云涌,。

从某种

变

,

使制造技术发生了质的飞跃、

生产力的含义已。

顾客的满意程度取决于企业提供的产品近年来,

转化为信息

自动化设备和人的智力劳动,

网上制造

随着知识经济时代的到来两大要素因素,,

信息这一要素正在

充分显示了制造业和

取代历史上在制造系统占据主导地位的物质和能量而迅速上升为制约现代制造系统的主导。

制造技术的服务化倾向]济的必然口 7,

,

也是工业经济迈向知识经

。

并成为现代制造业中最重要的资源和最宝贵制造技术的功能发生了很大变化,

1 2

世纪的制造技术所考虑和操作的绝不止于,

的竞争要素不仅加工、

,

它。

产品的设计与生产发和改进、

而应包括从市场调查、

、

产品开

处理信息,

而且将制造信息录制,、

、

物化

制造加工

销售

、

售后服务、

,

到产品报

在原材料上现代制造业

提高其信息含量尤其是高科技,

使之转化为产品,

废

、

解体

、

回收

,

再到循环使用,,

循环利用的产品

,

深加工企业

其主要;,

整个生命周期和多个生命周期量和质量转向服务的精神“。

其目标将从注重数

投入己不再是材料和能源品信息和制造信息目前i h,。

而是信息和知识

其所即产e

体现全方位为顾客和社会服务年开始的下一代制造困 G M ):,

创造的社会财富实际上也是某种形式的信息

美国在

19 9 5

项目报告中对这种服务化趋势进行了形象的描述In t

随着网络时代的到来以及t e

m

e

灯

为了面对严酷的全球竞争,

公司将

不得不全球分

术

n a r t、

e

此

x

网络技术和通信技术己成为制造企业的基础环。

n a r t

的迅速普及和广泛应用

,

计算机技,

布界

用网络将工厂,

、

供应商

、

销售商和服务中心连,

接起来,

而中小企业即使它们的厂房没有跨出国

境和制造技术的重要手段50

据

1 99 7

年统计。

世界

但当它们作为全球网络的集成部分时。

它们将

强企业无一例外地建立了内部网、

美国波音公,

受到这个全球化网络的影响哪个国家区,

这个全球化网络的企,

司利用 C A D技术

I t n

e

m

t e

和并行工程技术

采用

业会是柔性的和快速响应的,

而不管企业坐落在、

数字化产品定义 ( D技术年,

P功和 3

数据化预装配 ( D

P )信息 A

而且有着怎样不同的文化、

语言和时7

,

成功地实现了

年内从设计到一次试飞成功,

它们必须适应不同的价值观,。

金融系统和政天的

的目标 (大型客机从设计到原型制造少则需要七八

府法令服务 17]. 3 2

它们通过网络连接全球分布每周”

多则需要十几年 )、

实现了第一架异地合作设

计的

无纸化飞机。

,

从而开辟了飞机制造史上无纸、

制造技术的高技术化

制造的新篇章统,

日本公司实现了网上生产线仿真系

在知识经济时代来临之际

,

传统的制造技术正,、

客户可以定量地分析所订购的生产线组成。

价

在从其他学科和高新技术吸取营养并与之相结合逐渐发展成为一门技术含量高A MT。

格和性能的不同方案

制造技术在知识经济到来时,

附加值大的现代、

呈现明显的信息化趋势

可以说信息技术在促进 2 1,

1 2

世纪促进制造业和制造技术发展的主要、

世纪制造技术发展过程中的作用是第一位的

信息

是信息技术

自动控制技术管理科学

、

系统科学

、

21世纪的制造技术_梁福军

机

械。

工

程

学

报,

第 3 8卷第] 9决定经济财富和可行性[、。

1

期、

生命科学

、

机械科学,

、

经济学

、

物理学和数学等

质量和技术

精密

超在

现代术,

A MT,

特别是其中的超精密加工技术和数控

精密刀具技术是精密制造自动化领域中础之一A MT,,

超精密加工技术的关键技术是A

。

加工技术

又已成为一门使其他高新技术或尖端技、

CN C

M T最重要的基,

如航空

航天

办公自动化,

、

电子

、

通信

、

科学”

有时

,

CN C。

技术的水平已成为一个国家由于商业垄,

仪器和精密电子机械等得以出现和发展的使能] 2 (血曲 l )技术[ n g i。

“

发展的指南,

在过去的几年中

断,

,

大多数 C N C系统被设计为封闭结构且需要专这样的 CN C系统缺乏发展能力,

1 2

世纪的制造技术的基础仍是传统的制造技而,

有技术支持

不

术

,

发展 A M T绝不是要丢掉传统的制造技术。

能被高性能地集成

而且

,

因为其封闭结构和需要CNC

是要以现代高新技术来改造传统的制造技术此为手段制造出满足现代社会需求的新产品

并以

特殊技术支持缺乏统一标准

,

很多开发商为制作。

软件的相,

似部分而浪费了大量时间和资源,

不但如此

由于

由不同制造商开发的不同 C N C系。

3

1世纪重点发展的制造技术 21世纪现有 A M T将继续被不断改进 2,、

统不能相互兼容改造、

这些都成为 C N C软件系统发展。

和升级的严重障碍点,

为克服封闭的 CN C系统的缺、

需要应用新的方法去研制具有高精度,、

开放性。

完善和发展A MT,

。

企业根据具体情况

,

创造性地应用,

和可靠性的 C N C因此先进的机床,、

系统以节约人力成本和时间[] 0 l

能够使其内部和其他企业之间的各种活动敏捷、

精密

、

超精密刀具和开放性数控。

灵活

、

智能、、

、

高效

、

协调地运行、

以达到产、

品上市时间 ( )快 T

质量(Q)好

成本( )低 C

服务(s )这是企。

技术必然是精密超精密加工技术的关键 1 2纳米制造技术20

好

、

环境( E )清洁、

资源消耗冈少等目的,

,

世纪 8 0年代,

,

随着扫描隧道显微镜的发明,

业增强竞争力寻求生存与发展的必然之举然而

,

与应用

人类认识世界和改造世界的能力进入呈现

制造业在发展预料到 2 0

,

‘

人M T更在不断涌现。

1在 2

世纪

很多鲜为人知的奇异特性与现象的纳米尺度米技术是指实现纳米级精度级的技术动,,,

进而。

的发展将会更加迅速

二战以前的人们很难想象和

出现将对各学科领域产生极大影响的纳米技术 0 0是一种在纳米尺度 ( 0 1一 1.

纳

世纪末制造技术和制造业的水平和规

或某一维尺寸在纳米

模

;

现在的人们也很难想象和预料到 2 1

、、

世纪的制

皿)上研究。

造技术和制造业将发展成为何种情形平和何等规模. 1 3

达到什么水。

原子和分子结构

、

物质的特性及其相互作用与运纳米,

出现什么新的奇迹

。

以下描述构成

并应用这些特性为人类服务的高新技术制造工艺与手段带来了巨大冲击,。

1世纪发展前景的几个重点发展的制造技术 2

技术对制造业已经产生了很大的影响法、

对制造方

精密

、

超精密加工技术、

与制造技术、

由现代高新制造技术装备起来的精密

超精密

相融合而产生的纳米制造技术必然是一种全新的

加工技术已经成为各种高科技赖以出现和发展的技

无可比拟的制造技术分子为原材料,,

其最终目标是直接以原子和,、

术基础一一

“

使能,

”

技术

。

它代表一个国家制造领、

在纳米尺度上制造具有特定功能的纳米装配技术、

域的尖端技术水准业、

直接影响到机械工业,、

国防工

产品其应用范围将非常广泛包括纳米材料技术纳米加工技术、

天文技术和计算机等多方面的发展。

已经成为

纳米测量技术和纳

当今世界各国进行科技

市场乃至军备竞争的一个,

米机械学等目前,

。

重要手段世纪,

1世界各国为了达到其经济顺利进入 2

超精密加工技术的前锋已逼近原子级的,

并自立于世界民族之林、

都在大力研究和发

极限加工精度

与纳米技术相接“

。

当人类的工程活,

展精密性,

超精密加工技术

。

动从宏观领域进入到物理的微观世界时

所面临的、

由于实现高制造精度的极其重要和不可替代不断追求更高制造精度一直是制造业孜孜不倦,

绝不只几何上的规律和新难题子性,。

相似缩小

”

的问题,

,

而是出现了新

一系列以前很少涉及或者完全未涉及的新现象

地追求的目标的理论和技术变的追求、。

不管到何时何地

,

不管有多么高超~

在纳米尺度上,、

物质不只是具有粒、、

,

制造精度将永远是制造技术永恒不

同时还具有波动性。

如现在人类还不熟悉的,

制造精度取决于实现它的工具e

床刀具和计算机数控 (机”

他机器的机器

c Ma ( n i h

to o l。

)

,

这是因为它是能生产每一个其,

N c,

)技术机床被誉为母 C。

—“

机

诸如量子

尺寸效应量子相干效应量子霍耳效应库仑阻塞等面吸附力、

在纳米尺度上,

起主导作用的是与物、

体尺寸低次方相关的力

如表面张力,

静电力。

、

表

对于一个国家

机床是一个国家有

原子间作用力等

而人类熟悉的经典力

无工业生产能力的关键

因为机床决定工业产品的

学以与物体尺寸三次方相关的惯性力为主

21世纪的制造技术_梁福军

2 00 2

年

1

月

梁福军等

:

1世纪的制造技术 2

尽管在纳米尺度上是一个充满多种棘手问题和困难的十分陌生的世界,

造卫星

、

空间站

、

空间望远镜等 )。

。

º用该技术制、

但从以下纳米制造技术应、

作的微型机器人可以驱除消灭农田害虫墒情并进行自动化灌溉器人可清除音音昊晃的尘埃垃圾除血液淤塞通神经、。

监测农田

用前景示例不难看出发展它的闪耀着的灿烂的光芒级、

诱人的和

»用该技术制作的微型机¼用该技术制作、

:

用于检测可揭露出超精密表面的纳米,

原子级特性

从而揭露出为人类以前不知而又、

的微型机器人可以去除血管内壁上多余的脂肪、

清

耐人寻味的新信息

新特征和新规律;

;

用于微细加“

打通血栓、。

、

发现并杀死癌细胞,

,

可接”

工和原子操作将会极大地推动集成芯片和

分子器

修复人体

做眼科手术,

可记录“

、

发出人

件

”

制作技术的发展;

用于按需要布列原子可制作

体内的温度等信息

½用该技术制作的纳米卫星。

出比现行磁盘存储密度高 1亿倍的高密度的数据存

布设成局部星团和分布式星座对地球上任何一点的连续覆盖

可保证在任何时刻

储器

用于制作灵敏度和分辨率比传统传感器高的:

¾用该技术制作的

传感器

用于制作原子译码器

、

原子栅可进行操作“

微型机器人可搜集情报作十分重视,

、

进行军事侦察……

原子和由分子组装的亚纳米级 C N C床’,

分子加工机

发达国家对系统微型化制造技术的研究开发工美国,、

:2]

。

日本和欧洲各国为该项目投入

1纳米技术和纳米制造技术是 2

世纪的重要前,

了大量资金行列。

,

一些著名的大学和公司也加入了这一 1在 2

沿领域

,

它将导致一场新的产业革命,。’〕

使人们在生

可以预见,

世纪

,

系统

微型化制造技,

8产方式和生活方式上有更大的改观其意义堪与 1

术和机电微系统一定会像微电子技术一样

给世界。

世纪的工业革命相媲美 11 3

系统微型化制造技术

带来重大影响甚至引发一场新的产业革命 . 4 3生物制造技术现代制造系统已经发展成为具有非线性衡性、。

系统微型化制造技术一般是指能实现总尺度很微小 (如不超过几个毫米 )的制造技术展极其迅速,

、

非平

它是机械技,

动态时变,

、

突现行为等多种形式的非常复杂、

术和电子技术在微/纳米尺度上相融合的产物有可能对世界科技。、

发

的系统

传统的组织结构

运行模式和控制方法都地球上的生物具有在漫、

经济发展和国防、

难于驾驭如此复杂的系统累的各种优良品性,

。

建设产生重大影响

它涉及到诸如静力,

惯性力和

长的进化岁月中 (几万年几亿年的进化历史 )所积一

表面引力等静力学效应学效应问题’ 2] I,

流体力学、

、

摩擦学等动力、

如完善的信息技术、

由基因控、、

微结构学和运动学。

微传热学

近波长光

制的生长型加工成型方法奇妙的智能、

性能超群的有机材料、

学传输理论和低维材料学等多学科交叉的前沿科学

先进的组织结构和运行模式,

高效的、

寻优与趋优方法、

它的自组织。

自生长

、

自生成

系统微型化制造技术具有广阔的应用前景人的经济效益和社会效益开发价值:,

诱

遗传以及许多智能特性都是大多数人造产品所不具备、

至少具有以下两方面的

需要借鉴和发展的,,

模仿生物的组织结构和运

行模式,

从生命现象中学习和借鉴组织与运行复杂是驾驭上述复杂系统的一条非。

(l )历时 2 0 0余年的工业经济虽然发挥出开发

系统的方法和技巧J 2常有效的出路[

与利用自然资源的巨大能力

并创造出惊人的社会

财富和现代物质文明引发的无数次战争的穷尽式消耗,,

,

但因掠夺和瓜分自然资源而,

生物制造技术是模仿生物组织结构和运行模式的制造技术,

以及工业经济对自然资源进行而且。

它将融合交叉机械科学与生命科学,。

,

自然资源可利用量岌岌可危1在 2。

学习和借鉴现代分子生物学的成

就艺与产品,

产生崭新的工它主要包

生态环境遭到严重破坏

世纪

,

制造技术的,

用以解决制造领域中的难题:。

发展仍然依赖于对自然资源的占有和分配和使用对象仍然是自然资源

其加工

括两个方面

¹将生物科学和技术中出现的新发º生物科学和技术的发。

从节约自然资源和保

现

、

新成就用于制造技术、

护生态环境的角度出发的意义是非常重大的。

,

发展系统微型化制造技术

展给制造技术的发展不断提出新的使命和挑战

如,

果说制造过程的机械化智能化延伸了人的智力:

自动化延伸了人的体力。

2 )系统微型化制造技术具有常规技术无法比 (

,

那么生物制造技术的实现,

拟的广阔应用前景

。

应用前景示例、

¹用该技术制、

则要延伸人的组织结构和进化过程见,

作的微型机器人可以完成光导纤维的引线对接等复杂操作和细小管道集成芯片的生产、

粘接

、

在基因工程取得重大突破的当今时代1 2

可以预

电路的检测细胞解剖,

,

可进行、

世纪将是生物科学和技术时代

,

作为生物

精密装配

、

可检测人

科学和技术对制造技术产生重要影响而产生的代表

手或其他设备难以到达的地方 (如设备的缝隙

人

制造技术一个重要发展方向的生物制造技术将要或

21世纪的制造技术_梁福军

机

械

工

程

学,

报

第3 8卷第

1

期

正在形成

,

它将促进制造技术的空前发展

,

基于它

造

使其性能达到或超过原有性能进而使其性能得。

1的制造模式将成为后福特时代和 2

世纪的先进制

到恢复或提升的具有更高层次的制造技术制造技术具有以下重大意义行的生产是批量生产,

发展再

造模式. 5 3

。

:

¹使用该制造技术进

可持续发展制造技术

可以降低产品维修中对修复,

制造业已成为创造人类财富的支柱产业类社会物质文明和精神文明的基础和消费过程中,,

,

是人,

人员的技术要求

;

º使用该制造技术能够获得并增使制造所需成本远远低于;

但另一方面

大产品中包含的附加值

制造业在将制造资源转变为产品以及在产品的使用消耗了大量人类社会有限的资源。

从原材料开始制造的所需成本能够实现对废弃产品及零用、、

»使用该制造技术。

,

部件最大限度地

重复使

并对环境造成严重污染的废旧产品日益增多环境污染等问题济的继续发展,,、

随着消费品的大量普及,、

、

利用

,

对节省资源具有特殊的意义,

产品生命周期的日益缩短

已经造成失去使用价值

再制造技术是产品全生命周期理论在制造技术

资源枯竭

生态平衡破坏。

、

中应用的重要体现

将涉及到多种技术和各个学。

这些问题已严重阻碍人类社会经

科3 8.

,

1世纪有非常看好的发展前景在2创新制造技术 1在 2

甚至直接威胁人类的生存,

可持续发展制造技术的目标不能再局限于仅实现产品的功能和满足用户的需求重要职责,

世纪知识经济的条件下、

,

经过对工业经、

而必须在产品的

济条件下的传统制造技术不断投入新知识想、

新思

生产和消费两个方面承担起节约资源和保护环境的

新手段,

新方法和新发明等进行改造,

、

创新和

在产品的设计过程中就应采取面向产品,

发展后

会出现一系列新的制造技术,

其中使制造“

整个生命周期和产品多生命周期的设计方法响最小,

保证

企业得到发展和增加收益的可统称为术”。

创新制造技

产品在整个生命周期和多生命周期内对环境的负影资源综合利用率最高,,

根据应用场合的不同、,

可将创新制造技术分、

既要达到满足当代

为产品创新技术

过程创新技术

市场创新技术和

人的需求,

又要不对子孙后代满足其需要之能力构。

管理创新技术化的劳动力

其依靠的主体对象是柔性化和知识产品创新和技术创新是两个不同的

成危害[ 1可持续发展制造技术中的绿色制造技术是一种2‘ 3

l〕[’。

概念[, s l

’] 6

,

实施创新制造技术能够成为连结两者的,

综合考虑环境影响和资源效率的 A M T其目标是使产品从设计制造运输使用到报废处理的整,、、、

桥梁

。

在物质经济时代展的软因素来认识的源的利润率;,

知识 (信息 )是被作为经济发

个产品生命周期中源消耗尽可能小3 1化[]。

,

对环境影响或负作用最小

,

资

其功能被视为是提高自然资,

,

并使企业经济和社会效益协调优

在知识经济时代,

知识(信息 )是被作

绿色制造技术是可持续发展制造技术在制造,

为经济

发展的硬因素来对待的

其功能是要提高渗,

技术中的体现

绿色制造是人类社会可持续发展战。

透在产品中的诀窍类和独占类知识的含量

从而提

略在制造业中的体现

以绿色制造技术为代表的可。

高专有技术的数量和质量产生规模经济效益主要依赖于创造、。

,

使企业形成竞争能力并世纪,

持续发展制造技术必将使传统制造业发生一系列巨1世纪的主要 A MT大变革和创新而成为 23. 6

在 2 1

制造技术的发展,

传输与应用知识,,

自然资源的投、

数字化制造技术数字化制造技术是支持信息化或知识化制造业,

入只起次要的作用、

因此丰富的自然资源和廉价的

劳动力已不再具有优势识、

而教育

、

科学

技术

、

知

的技术

包括敏捷制造技术、

虚拟制造技术、

、

网络

信息以及对人才的吸引力等才具有真正的优现代产品物化与集成了在其制造过程中所投入,

制造技术

计算制造技术、

、

集成制造技术。

模拟仿

势

。

真技术和虚拟测试技术等等能够实现在高度交互

应用数字化制造技术,

的知识信息的,。

并将这些物化在产品中的知识转化为产品,

高度仿真的虚拟环境下的新这将会使全

当今

制造业尤其是高技术和深加工企业

,

一代虚拟设计

、

虚拟制造和网络制造,

其产品的生产成本主要是由知识 (信息 )的投入决定产品知识 (信息 )的质规定该产品的使用价值。

l成为 2 6 1球制造网络环境下的产品异地设计与制造[世纪的重要制造模式促使制造技术和制造产业发

,

而它的量则度量其价值

产品中被转化,

、

集成的知

生革命性的变革. 7 3

。

识 (信息 )是由创新制造技术实现的

因此产品中创

再制造技术再制造技术是以优质、

新制造技术含量越高

,

制造产品所需的材料和能源产品的演变乃至更新换代是,

高效,

、

节能和环保为目,

就越少

。

1在 2

世纪

,

标

,

以先进技术和产业化生产为手段、

将大量报废、

通过在对其不断使用的过程中识和技术含量实现的,

不断更新和增大知

产品的零

部件作为制造毛坯

对其进行修复

改

因为知识在反复复制中并不

21世纪的制造技术_梁福军

2 00 2

年

1

月

梁福军等

:

1世纪的制造技术 2

增值

,

在知识经济下不能指望单

纯地延续生产过程,

米和纳米以下结构是下一阶段科技发展的一个重点命,

或扩大生产规模来发展

只有不断投入创新制造技。

会是一次革命”。

,

1从而是 2

世纪又一次产业革

术才能真正获得新的发展与否取决于多方因素,

可见7][‘,。

,

纳米技术的发展有可能会导致新的产

创新制造技术是以企业为主体的如技术力量、、

,

其实现成功、

业革命业革命

笔者将这次新的工业革命称为第 4次工。

知识储备,

开,

将这次新的产业称为纳米产业表经济、

放程度经济通,、

、

投资力度、

、

市场环境

历史传统等

涉及

工业及产业革命发展简表内容土地成为主要要

组织

技术

、

人的行为和观念等诸多因素、

并在很大程度上取决于知识 (信息 )的流动是否畅因此创新制造技术的研发4][‘。

革命形态

产业形态农业即

时间

地点

第

1

次经济革命即农业革命

数千年前18

实施和发展是一个

生产资料1

第一产业工业即

系统工程

第2次,

第

次

蒸汽机的发明

世纪年代世纪年代世纪年代

英国

一个国家的竞争力新能力和创新机制,

在很大程度上取决于其创AMT

经济革命即工业革命

工业革命命

和应用内嫩机与电力力技术的应用用

第二产业

6019

第2次工业革命

德国美国

创新制造技术中由于包含创新

50、

机制

,

它必将作为各种。

及其组合的代名词而

第3次经济革命即信息革命

第

3

次

微电子与信息信息

服务

20

1成为 2

世纪制造业和其他行业的可持续的新的技,

工业革命

技术的应用用

产业即

70

术和经济增长点不可能一一列举

第三产业业第4次纳米技术的应用纳米产业?2 1

世纪纪年代?

中国?

先进制造技术的形态可能还会呈现很多。

这里

工业革命

50

值得说明的是

,

以上各种先进制,

造技术之间的界限并不是很明显的别的,

甚至是难以区。

在新的一次工业革命和产业革命到来之际方面为我国制造业带来了新的机遇,

,

一

随着科学技术的发展和各种技术的交叉和融,

另一方面也带,

合

,

对其区分是没有必要的

也是没有意义的,

以

来了新的挑战

。

我国应不失时机地探索工业革命和,

上对其分别阐述只是为了澄清概念 4

突出特

点

。

产业革命的趋势与特点用最先进的制造技术,

采取相应的策略

直接利狠抓产,

进行产品结构调整

,

结束语由于种种原因,

品开发和创新上进行竞争,

,

力争与世界发达国家在同一起跑线世纪实现跨跃式超常规发展,。

1在 2

我国现有的制造技术远远落后,

在国际市场竞争中取得优势界科技发展的中心

在本世纪中叶成为世世纪 5 0年代的新。

于世界发达国家

。

特别在新产品开发方面,

我国开

这样

,

1在2

发能力较弱设计,

,

设计知识较欠缺。

很多产品不会独立,

的上业革命和产业革命的产生地就会是中国

仍停留在引进与仿制国外产品阶段

实行的国外卖,

笔者认为和方法的研究领域,

,

迎接这场挑战的关键应是创新工艺纳米制造技术几乎涉及到所有技术。

,

是模仿性和跟踪性发展战略等我国投产后,

现实情况是

,

给我国的设计产权十有八九是落后或将被淘汰的

学科的交叉和制造技术的融合将是创新工艺

国外设计的新一代产品又开始问,

与方法的重要来源

这就要求我国要拓宽教育和科,,

世

。

近年来

,

发达国家和地区为追求廉价的劳动力可转移出去的,

研的知识覆盖面

,

特别是要加强基础理论的研究,

和地价纷纷将其制造工业移往国外仅仅是产品的制造部分到问题的严重性,

才有可能创造出高水平的制造工艺与方法有自主创新的产品取得应有的地位。

创造出

产品的设计和开发部分却。

才能在新的微产品产业竞争中、

被牢牢地控制在他们自己手中

我国政府已经意识,

开始增大对制造业的投入,

并加但要

我国要有计划有目的地营造一个提倡鼓励创新制造技术发展的、

促进和、

强用先进制造技术对传统企业进行创新改造

,

创新的,

、

能动的

以人

达到发达国家的水平

困难将是很大的

,

路途将是,

为本的环境和新型企业文化氛围比金钱和技术更为宝贵的财富,

将人才视为一种

很长的

。

将人视为一种最重、

笔者根据世界科技发展和工业革命的历史

绘从

要的资源而不是一种成本的技术创新体系创新和人才创新,,

,

加快形成以企业为中心组织创新。

制了以下命,

“

经济,

、

工

业及产业革命发展0

”

简表

。

实现技术创新1力争实现在 2

、

管理,

表中可以看出时期,

0大约每 1

年就会有一次工业革

0年代世纪 5

新

每一次工业革命不仅使人类历史进入一个新的而且还会造就某个国家成为世界科技发展的。

的工业革命和产业革命发生在中国的目标

中心

按此规律。

,

1 2

世纪

50

年代将会出现一次新:“

参i W ill m a A L e v in s o n.

考Lose

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的工业革命

我国科学家钱学森曾这样预言

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21世纪的制造技术_梁福军

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第3 8卷第 1期.

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136

董申纳米技术为我国制造业发展带来新机遇制造技术与机床,

易传云人工巧艺夺天工一一当代先进制造:

2 00 2( 8 ):

5一 7

技术武汉

华中理工大学出版社,

,

2 00

戴树智.

,

田雨华:

康磊晶

,

1等 2,

.

世纪的先进制造技

M A N U F A C T U R IN G T E C H N OTHE T.

L O G IE S IN

术北京孙大涌,

兵器工业出版社屈贤明,,

0 0 2.

W E N T Y F IR S T C E N T U R Y.

张松滨先进制造技术北京

:

机械a L之n

工业出版社.

0 0 2、

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朱剑英现代制造系统模式新发展机械工程学报Su n.

建模方法及关键技术的,

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郑力

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作者简介

:

梁福军

,

19 6 8,

年

7

月出生

机械工业信息研究院工程师设计制造集成技术

Pr e n et io n a

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北京理工大学博士生表论文8

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/34ym.html