搜索先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展與展望
2013-05-02 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
作者:李斌 新聞來源:《CAD/CAM與制造業(yè)信息化》
制造是創(chuàng)造人類物質(zhì)財(cái)富的源泉,制造業(yè)是全面建設(shè)小康社會(huì)的第一位支柱產(chǎn)業(yè),是國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和國家安全的重要保障。制造業(yè)對(duì)我國國民經(jīng)濟(jì)的重要作用不容置疑,而先進(jìn)制造技術(shù)是保障制造業(yè)高水平持續(xù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)。如果沒有先進(jìn)制造技術(shù)的原創(chuàng)性研究成果,我國的制造業(yè)就沒有核心競(jìng)爭(zhēng)力,在經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程中只能是“制造大國”,而不能成為“制造強(qiáng)國”,在現(xiàn)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(shí)現(xiàn)可靠的現(xiàn)代化。
一、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
在工業(yè)發(fā)達(dá)國家都把先進(jìn)制造技術(shù)作為國家級(jí)關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。盡管決定國家綜合競(jìng)爭(zhēng)力的因素有多種,但制造業(yè)的基礎(chǔ)地位不能忽視。20世紀(jì)90年代以來,各發(fā)達(dá)國家,如美國、日本、歐共體、德國等都針對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的研發(fā)提出了國家級(jí)發(fā)展計(jì)劃,旨在提高本國制造業(yè)的國際競(jìng)爭(zhēng)能力。
建國以來,我國自主建立了較為完整的制造產(chǎn)業(yè)體系,為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)提供了許多重要裝備。我國已成為一個(gè)制造大國,但還遠(yuǎn)不是制造強(qiáng)國。這表現(xiàn)在許多現(xiàn)代制造基礎(chǔ)技術(shù)尚未掌握,許多重大裝備不能自主制造,缺乏自主創(chuàng)新能力。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國發(fā)電設(shè)備、機(jī)床和汽車等產(chǎn)品的產(chǎn)量居世界前列,卻沒有一家裝備制造企業(yè)能躋身世界500強(qiáng);我國汽車年產(chǎn)量已達(dá)300萬輛,可具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)極少;2001年我國信息業(yè)(不含半導(dǎo)體)產(chǎn)值達(dá)255億美元,僅次于美、日,但仍然是無“芯”產(chǎn)業(yè);我國光電子制造設(shè)備的100%、IC制造裝備的85%、高檔數(shù)控機(jī)床的70%都需進(jìn)口。
二、先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展展望
與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類社會(huì)的進(jìn)步相適應(yīng),先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展將具有以下三個(gè)特點(diǎn):
(1)制造科學(xué)理論體系不斷完善
現(xiàn)代制造正從技藝、技術(shù)走向科學(xué):“數(shù)字化”將是建立制造科學(xué)理論體系的關(guān)鍵,它將貫穿包含設(shè)計(jì)、制造和控制等整個(gè)制造過程的數(shù)字化,如制造中從幾何量、控制量的數(shù)字化到物理量、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的數(shù)字化等;“虛擬化”將在產(chǎn)品制造、制造系統(tǒng)運(yùn)行全過程中廣泛應(yīng)用,是使預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)科學(xué)化的重要手段;“集成化”將使制造技術(shù)和管理更加深入和廣泛地融合,其本質(zhì)是知識(shí)與信息的集成;“網(wǎng)絡(luò)化”可為制造企業(yè)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理與營銷等提供跨地域的運(yùn)行環(huán)境,使制造業(yè)走向全球化、整體化和有序化; “智能化”將顯著提高制造企業(yè)、系統(tǒng)和單元(裝備)適應(yīng)環(huán)境的能力,對(duì)海量和不完整信息的處理能力,相互間主動(dòng)協(xié)調(diào)和協(xié)同能力。運(yùn)作的自律性、組織結(jié)構(gòu)的柔性、響應(yīng)的敏捷性是智能化的典型特征,也是制造科學(xué)理論的重要特色。加工精度的“精密化”、加工尺度“細(xì)微化”、加工要求和條件的“極限化”都是當(dāng)今制造科學(xué)與技術(shù)發(fā)展研究的焦點(diǎn)。
(2)先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵與外延將在與其他相關(guān)科學(xué)的交叉融合中不斷豐富和發(fā)展
下一代航天、航空產(chǎn)品的制造將與材料科學(xué)、空間物理學(xué)等緊密結(jié)合;制造科學(xué)與生命科學(xué)、生物學(xué)交叉的生物制造、仿生制造將得到較大的發(fā)展;精微制造的機(jī)理和控制技術(shù)將得益于與量子力學(xué)、材料科學(xué)、微電子科學(xué)等的深度融合;數(shù)字制造、智能制造的發(fā)展將更加依賴于與現(xiàn)代數(shù)學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、管理科學(xué)的綜合?？梢哉f,未來10~15年將是制造科學(xué)與技術(shù)同其他相關(guān)學(xué)科交叉融合大發(fā)展的時(shí)期,尤其是制造基礎(chǔ)科學(xué)可望一些新的突破。
(3)綠色制造將是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)
人類社會(huì)的發(fā)展必將走向與自然界的和諧。制造必須充分保護(hù)自然環(huán)境,保護(hù)社會(huì)環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)者的身心健康。制造必然要走“綠色”之路,這是實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要條件。
在未來10~15年先進(jìn)制造技術(shù)將在以下10個(gè)方面得到優(yōu)先發(fā)展。
(1)機(jī)電產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法
包括全生命周期的產(chǎn)品數(shù)字化建模、仿真評(píng)估理論及設(shè)計(jì)規(guī)范;產(chǎn)品快速創(chuàng)新開發(fā)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、規(guī)劃和管理技術(shù);復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、整體優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論、技術(shù)與方法
(2)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造策略理論和關(guān)鍵技術(shù)
主要包括制造系統(tǒng)的信息模型和約束描述;支持并行及網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的理論和技術(shù);制造系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行理論、策略與控制。
(3)新型成形制造原理和技術(shù)
包括基于新材料、新工藝的成形原理及技術(shù);精捷成形制造原理和技術(shù);高能束精密成形制造原理及技術(shù)。
(4)數(shù)字制造理論和數(shù)字制造裝備技術(shù)
包括產(chǎn)品制造過程的數(shù)字化模型及多領(lǐng)域物理作用規(guī)律;高速高效數(shù)字制造理論與技術(shù),基于新原理、新工藝的新型數(shù)字化裝備;數(shù)字制造中多智能體協(xié)調(diào)和實(shí)時(shí)自律控制技術(shù)。
(5)制造中的量值溯源和測(cè)量的理論和技術(shù)
主要包括在多尺度空間上精密測(cè)量問題;機(jī)械表面微觀計(jì)量理論與技術(shù);超精密測(cè)量、量值溯源原理、新傳感器技術(shù)等。
(6)納米制造科學(xué)與技術(shù)
包括納米材料制備及其性能測(cè)量;納米尺度加工、制造、測(cè)量和裝配;納電子制造和分子原子制造原理與技術(shù)。
(7)生物制造與仿生機(jī)械的科學(xué)與技術(shù)
包括結(jié)構(gòu)、功能、能源及運(yùn)動(dòng)機(jī)械仿生及仿生制造;生物自生長(zhǎng)成形制造;機(jī)械超前反饋仿生與制造的科學(xué)與技術(shù);生物工程制造原理及技術(shù)、新一代生物芯片制造原理與技術(shù)。
(8)微系統(tǒng)與新一代電子制造科學(xué)與關(guān)鍵技術(shù)
主要包括微機(jī)械、微傳感、微光器件的制造機(jī)理與技術(shù);納米級(jí)光學(xué)光刻與非光學(xué)光刻、淺溝槽刻蝕、銅互連等機(jī)理及技術(shù);集成電路新型封裝工藝原理與技術(shù)。
(9)綠色制造的科學(xué)與技術(shù)
包括產(chǎn)品與人類和自然的協(xié)調(diào)理論;產(chǎn)品綠色制造工藝(如Near-Zero Waste);產(chǎn)品的再制造與維修科學(xué);產(chǎn)品綠色使用以及廢舊產(chǎn)品資源再利用的理論與方法。
(10)面向國家安全和國家重大工程的制造科學(xué)與技術(shù)
主要包括針對(duì)未來國家將實(shí)施的重大工程(宇宙探索、航天、航空、海洋、能源、交通和國防裝備等)中的制造技術(shù)與科學(xué)問題,提前進(jìn)行研究,以保證國家重大工程和國家安全有相應(yīng)的技術(shù)儲(chǔ)備。
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