先進制造技術的發展與展望

2013-05-02 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

作者:李斌新聞來源:《CAD/CAM與制造業信息化》

制造是創造人類物質財富的源泉,制造業是全面建設小康社會的第一位支柱產業,是國家高技術產業的基礎和國家安全的重要保障。制造業對我國國民經濟的重要作用不容置疑,而先進制造技術是保障制造業高水平持續快速發展的基礎。如果沒有先進制造技術的原創性研究成果,我國的制造業就沒有核心競爭力,在經濟全球化進程中只能是“制造大國”,而不能成為“制造強國”,在現代國際分工中只能是世界的“加工中心”,而不可能成為真正的世界“制造中心”,也就不可能實現可靠的現代化。

一、國內外發展現狀

在工業發達國家都把先進制造技術作為國家級關鍵技術和優先發展領域。盡管決定國家綜合競爭力的因素有多種,但制造業的基礎地位不能忽視。20世紀90年代以來,各發達國家,如美國、日本、歐共體、德國等都針對先進制造技術的研發提出了國家級發展計劃,旨在提高本國制造業的國際競爭能力。

建國以來,我國自主建立了較為完整的制造產業體系,為國民經濟和國防建設提供了許多重要裝備。我國已成為一個制造大國,但還遠不是制造強國。這表現在許多現代制造基礎技術尚未掌握,許多重大裝備不能自主制造,缺乏自主創新能力。據統計,我國發電設備、機床和汽車等產品的產量居世界前列,卻沒有一家裝備制造企業能躋身世界500強;我國汽車年產量已達300萬輛,可具有自主知識產權的設計極少;2001年我國信息業(不含半導體)產值達255億美元,僅次于美、日,但仍然是無“芯”產業;我國光電子制造設備的100%、IC制造裝備的85%、高檔數控機床的70%都需進口。

二、先進制造技術發展展望

與科學技術的發展和人類社會的進步相適應,先進制造技術的發展將具有以下三個特點:

(1)制造科學理論體系不斷完善

現代制造正從技藝、技術走向科學:“數字化”將是建立制造科學理論體系的關鍵,它將貫穿包含設計、制造和控制等整個制造過程的數字化,如制造中從幾何量、控制量的數字化到物理量、知識、經驗的數字化等;“虛擬化”將在產品制造、制造系統運行全過程中廣泛應用,是使預測和評價科學化的重要手段;“集成化”將使制造技術和管理更加深入和廣泛地融合,其本質是知識與信息的集成;“網絡化”可為制造企業的設計、生產、管理與營銷等提供跨地域的運行環境,使制造業走向全球化、整體化和有序化; “智能化”將顯著提高制造企業、系統和單元(裝備)適應環境的能力,對海量和不完整信息的處理能力,相互間主動協調和協同能力。運作的自律性、組織結構的柔性、響應的敏捷性是智能化的典型特征,也是制造科學理論的重要特色。加工精度的“精密化”、加工尺度“細微化”、加工要求和條件的“極限化”都是當今制造科學與技術發展研究的焦點。

(2)先進制造技術的內涵與外延將在與其他相關科學的交叉融合中不斷豐富和發展

下一代航天、航空產品的制造將與材料科學、空間物理學等緊密結合;制造科學與生命科學、生物學交叉的生物制造、仿生制造將得到較大的發展;精微制造的機理和控制技術將得益于與量子力學、材料科學、微電子科學等的深度融合;數字制造、智能制造的發展將更加依賴于與現代數學、系統科學、管理科學的綜合。可以說,未來10~15年將是制造科學與技術同其他相關學科交叉融合大發展的時期,尤其是制造基礎科學可望一些新的突破。

(3)綠色制造將是先進制造技術發展的重點

人類社會的發展必將走向與自然界的和諧。制造必須充分保護自然環境,保護社會環境、生產環境和生產者的身心健康。制造必然要走“綠色”之路,這是實現國民經濟可持續發展的重要條件。

在未來10~15年先進制造技術將在以下10個方面得到優先發展。

(1)機電產品的創新設計和系統優化設計理論與方法

包括全生命周期的產品數字化建模、仿真評估理論及設計規范;產品快速創新開發的設計、優化、規劃和管理技術;復雜機電系統創新設計、整體優化設計的理論、技術與方法

(2)網絡協同制造策略理論和關鍵技術

主要包括制造系統的信息模型和約束描述;支持并行及網絡協同制造的理論和技術;制造系統優化運行理論、策略與控制。

(3)新型成形制造原理和技術

包括基于新材料、新工藝的成形原理及技術;精捷成形制造原理和技術;高能束精密成形制造原理及技術。

(4)數字制造理論和數字制造裝備技術

包括產品制造過程的數字化模型及多領域物理作用規律;高速高效數字制造理論與技術,基于新原理、新工藝的新型數字化裝備;數字制造中多智能體協調和實時自律控制技術。

(5)制造中的量值溯源和測量的理論和技術