现代制造技术及其发展趋向王先逵(清华大学精密仪器与机械学系制造工程研究所,北京100084)摘要:从历史和现代的角度分析现代制造技术的形势和特点,论述制造技术的永恒性和广义制造论(大制造),重点论述工艺核心论,分析制造工艺技术的核心作用和现代制造工艺理论及技术的发展。

根据当前制造业的形势,提出现代制造技术的重点发展方向和任务。

关键词:现代制造技术;永恒性;广义制造论;制造工艺技术中图分类号:TH9文献标识码:A文章编号:1671)3133(2008)01)0001)08M odern manufacturi ng technology and its devel op m entW ang X ian-kui(Dep.t o f Precisi o n I nstr um ents,Tsi n ghua Un i v ersity,Beiji n g100084,CHN)Abstrac t:T he situa ti on and feature are analyzed accord i ng to both history and m odern,and t he etern ity o fm anufacturi ng techno lo-gy and broad sense of m anu fact ur i ng theory(/L arge M anufacturing0)are d iscussed.In the sa m e ti m e,the core acti on and the de-ve l op m ent of process t heory and technology i s ana l y zed.In t he last,t he deve lop m ent d i rections of m echan ica l manu fac t ur i ng sc-i ence techno logy are m en tioned.K ey word s:M ode rn m anufacturing techno logy;E tern ity;Broad sense of m anufacturi ng t heory;M anufactur i ng process techno l ogy1现代制造技术的形势和特点111现代制造技术的沿革我国现代制造技术的发展有两次比较大的变革,一次是在上世纪50年代,原苏联援助146项工程,打下了现代制造的基础,当时我国已能独立生产飞机、汽车、火车、拖拉机、发电设备、钢铁等产品,应该是居于比较先进的水平,有了长足的进步。

但在此后的30年内,由于种种原因,一直进步不大。

另一次是在上世纪80年代,改革开放,从国外引进大量的先进制造技术和装备,我国的制造技术水平有了很大的提高,已经能够生产现代化的机械产品。

纵观这两次变革,其特点都是从国外直接引进技术,但自我进行消化、吸收和创新不够,这就给我国制造业的发展带来了一些负面影响,一个根本的问题是如何自主创新和自我发展。

从世界制造强国成长的轨迹来分析,18世纪工业革命使英国率先成为当时的制造强国,此后德国、法国、意大利等欧洲国家发展很快,进入了世界制造强国之列,第一次世界大战之后,欧洲的经济受到严重影响,而美国、日本等国开始崛起,它们的共同之处是有比较好的基础,走自己发展的道路,可以统称为/英美自我发展道路0。

而我国在上世纪50年代是一个制造业比较落后的国家,基础比较薄弱,在上世纪80年代改革开放时,与国际水平相差甚远,受到禁运等不平等待遇,又处于社会主义市场经济初期,很难进行消化吸收,创新就更难了。

我国是一个大国,单靠引进来求发展是不行的,必须强调自力更生、艰苦奋斗,走中国自己独立自主的道路,才能使制造业取得根本性的变化。

上世纪80年代到本世纪初是现代制造技术发展比较迅速的时期,一方面原苏联解体、冷战基本结束;另一方面形势相对稳定,虽然战事不断,但都是局部地区的小战争,因此给各国的制造业有了一个发展的机遇和空间,我国应抓住这一时期,迅速赶上和超过世界水平,求得应有的生存和发展空间。

112现代制造技术的特点11211制造技术已形成为一门科学现代制造技术在系统论、方法论、信息论和协同论等的基础上形成制造系统工程学,是一种广义制造的概念,亦称之为/大制造0的概念,它体现了制造概念的扩展。

广义制造概念的形成过程主要有以下几1方面原因。

1)制造设计一体化。

体现制造和设计的密切结合,形成了设计制造一体化,设计不仅是指产品设计,而且包括工艺设计、生产调度设计、质量控制设计等。

2)材料成形机理的扩展。

现在加工成形机理明确地将加工分为去除加工、结合加工和变形加工。

3)制造技术的综合性。

现代制造技术是一门以机械为主体,交叉融合光、电、信息、材料等学科的综合体,并与管理科学、社会科学、文化、艺术、人机工程、生物工程和生命科学等相结合,拓展了新领域。

现代制造技术应包括硬件和软件两大方面,硬/软件工具、平台和支撑环境有了很大的发展。

4)产品的全生命周期。

制造的范畴从过去的设计、加工和装配发展为产品的全生命周期,包括市场调研、设计、制造、销售、维修和报废处理等。

5)生产制造模式的发展。

计算机集成制造技术是制造技术与信息技术结合的产物,集成制造系统强调信息集成,其后出现了柔性制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、大规模定制、绿色制造、智能制造和协同制造等多种制造模式,有效地提高了制造技术的水平,扩展了制造技术的领域。

11212信息技术给制造技术带来革命性的变化提出信息化的口号,是由于信息技术的发展,大大降低信息交流的难度,也大大缩短信息交流的时间,许多新发明、新技术、新动向得以快速传播四方,促进了国际合作和交流,加快了制造技术现代化的进程。

机、电、信息一体化是现代制造必须掌握的重要技术,机械是主体,电、信息是不可分割的手段,制造技术中的数控技术、传感器技术等是三者结合的典型,三者的结合是数字化制造、数字化社会的技术基础。

11213制造技术的国际性突出由于现代交通工具先进发达,提供了方便的国际技术交流与合作条件,因此国际学术会议频繁,出国考察学习机会很多,使互通有无、相互了解有了更多的机会,减小了发展不平衡的现象。

在产品设计上,现在已打破了/一包到底0、/一国生产0的局面,由于功能部件和单元技术的发展,许多厂家大多采用引进先进成熟技术或选用优良功能部件和器件的制造方法,而自己仅设计主体部分,使产品在性能、质量上有竞争能力,同时又能快速响应市场需求。

因此现代的产品大多/你中有我0,/我中有你0,不能脱离国际环境。

在人力资源上,国际和国内制造业的发展中形成了强大的打工族,不再是由本国人生产本国的产品,人力资源是一个严重的问题,由于交通发达,外出务工已成为一种有效的劳动方式和时尚,由于打工者的技术水平相对较低,这就给产品质量带来一定的问题。

11214先进制造技术成为关键精密和超精密加工技术、纳米加工技术、特种加工技术、极限制造技术等是当前重点发展的关键技术,占有十分重要的地位,往往成为/瓶颈0,是一个国家制造水平的标志。

11215分布式制造成为生产制造的主流模式当前由于社会发展进步很快,人民生活水平大大提高,民用工业、国防工业等产品,如汽车、飞机、导弹、舰船等产品,品种繁多,既有大批量生产,又有单件小批生产,个性化的要求十分强烈,因此多品种小批量生产的需求突出,生产制造方式要适应多品种小批量生产和个性化要求,分布式制造系统和模式发展迅速。

11216绿色制造刻不容缓环境保护、资源利用和清洁生产,即现代制造业面临的绿色制造,已是亟待解决的大问题,人类再不保护地球则将导致人类最终无生存之地。

2制造技术的重要性制造技术的重要性是不言而喻的,它有以下五个方面的意义。

211制造的永恒性现代制造工程是在机械制造工程的基础上发展起来的,具有广义性和时代感,强调了多样化的制造技术,机械制造技术仍是它的主体和基础部分。

人类的发展与制造技术是不可分的,随着制造技术的发展,人类的工作、生活水平不断提高;人类对工作、生活的需求越来越高,对制造技术的要求也越来越高,人类与制造技术的关系就越来越密切。

可以肯定,随着制造水平的不断提高,人类将会有更大的进步。

制造技术是一个永恒的主题,是设想、概念、科学技术物化的基础和手段,是国家经济与国防实力的体现,是国家工业化的关键。

制造业的发展和其他行业一样,随着国际国内形势的变化,有高潮期也有低潮期,有高速期也有低速期,有国际特色也有民族特色,但必须重视,且要持续不断地发展,这是永恒性的。

212社会发展与制造技术密切相关现代制造技术是当前世界各国研究和发展的主2题,特别是在市场经济的今天,它更占有十分重要的地位。

人类的发展过程就是一个不断地使制造技术发展的过程,在发展初期,出现了石器时代,以后相继出现了陶器、铜器、铁器时代,并出现了高分子材料和复合材料器具的新时代。

随着社会的发展,制造技术的范围、规模在不断扩大,技术水平也在不断提高,不仅表现在生活水平和战争升级上,而且向文化、艺术、工业发展,使得人类的物质生活和精神文明均有了很大的提高。

因此,人类的活动与制造密切相关,人类活动的水平始终受到了制造水平的极大约束,宇航制造技术的出现和发展,使人类的活动冲破地球束缚,飞向了太空。

人类的制造技术大体上可以分为手工业生产、大工业生产和虚拟现实工业生产三个阶段和里程碑。

手工业生产阶段的特点是体脑结合,设计与制造一体。

大工业生产阶段的特点是制造进行了大分工,形成了设计、装配、加工、监测、试验、供销、维修、设备、工具和工艺装备等部门,制造手段和水平有了很大的提高,出现了加工流水线、自动生产线和自动装配线等大批大量生产方式。

虚拟现实工业生产阶段的特点是快速响应市场需求,借助于信息技术、计算机技术、网络技术,采用集成制造、并行工程、计算机仿真、虚拟制造、动态联盟、协同制造、电子商务等举措,充分体现了体脑高度结合,使手工业生产阶段的体脑结合产生了螺旋式的上升和扩展。

213制造技术是科学技术物化的基础从设想到现实,从精神到物质,是靠制造来转化的,制造是科学技术物化的基础,科学技术的发展反过来又提高了制造的水平。

信息技术的发展渗透到制造技术,使制造技术产生了革命性的变化,出现了制造系统和制造科学,制造技术与系统论、方法论、信息论、控制论和协同论相结合,形成了新的制造学科,即制造系统工程学,制造系统是制造技术发展的新里程碑。

214制造技术是所有工业的支柱制造技术的涉及面非常广,冶金、建筑、水利、机械、电子、信息、运载、农业等各个行业都要有制造业的支持,冶金行业需要冶炼、轧制设备,建筑行业需要塔吊、挖掘机和推土机等工程机械,因此,制造业是一个支柱产业,在不同的历史时期有不同的发展重点,但需要制造技术的支持是永恒的。