時間：2023-07-21 17:28:32
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇智能制造技術的概念，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：先進制造；技術機械制造業；發展方向
一：機械制造技術的概念
機械制造業指從事各種動力機械、起重運輸機械、農業機械、冶金礦山機械、化工機械、紡織機械、機床、工具、儀器、儀表及其他機械設備等生產的行業。機械制造業為整個國民經濟提供技術裝備，其發展水平是國家工業化程度的主要標志之一，是國家重要的支柱產業。機械制造業作為一個傳統的領域已經發展了很多年，積累了許多理論和實踐經驗，但隨著當今社會的發展，人們的生活水平不斷提高，各個方面的個性化需求越來越強烈。作為經深入到各行各業并已成為基礎工業的機械制造業面臨著嚴峻的挑戰。先進制造技術這個概念的提出為機械制造業的發展指明了方向。雖然這個名詞沒有確定的定義，但目前被公認的認識是：先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱。
（1）從以技術為中心向以人為中心轉變，使技術的發展更加符合人類社會的需要（2）從強調專業化分工向模糊分工、一專多能轉變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發揮。（3）從金字塔的多層管理結構向扁平的網絡化結構轉變，減少層次和中間環節。（4）從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變，縮短工作周期，提高工作質量。
發展低成本自動化技術，潛力大，前景廣，投資省，見效快，提高自動化程度，可以收到事半功倍的經濟效果，適合我國現階段的發展需要和國情。20世紀下半頁，日本豐田汽車集團首創的精節生產LP（LeanProduction）模式，就是以最小的投入，取得最大的產量的具體表現。借鑒國外發展機械制造業低成本自動化技術的經驗是有益的。我國機械制造業各企業有大量的通用設備，在發展現代機械自動化技術時，應以原有的設備為主，合理調整機床布局，添加少量的數控設備，引入CAD/CAM技術，充分發揮計算機自動化管理的優勢和人的創造性，共同構成一個以人為中心，以信息自動化為先導、樹立自主的單元化生產系統，為我國機械制造業自動化技術發展應用提供了一條投資少、見效快、效益高、符合我國國情的機械自動化技術發展應用新途徑。從長遠看，在發展中循序漸進的搞好制造業生產，實現可持續發展是需要每一個企業家和國家共同努力完成。
機械制造技術的發展趨勢可以概括為：（1）機械制造自動化。（2）密工程。（3）傳統加工方法的改進與非傳統加工方法的發展。機械制造自動化技術自本世紀20年代出現以來，經歷了三個階段，即剛性自動化、柔性自動化和綜合自動化。綜合自動化常常與計算機輔助制造、計算集成制造等概念相聯系，它是制造技術、控制技術、現代管理技術和信息技術的綜合，旨在全面提高制造企業的勞動生產率和對市場的響應速度。
三、機械制造技術的新趨勢
（一）、機械智能化
智能制造系統可被理解為由智能機械和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，該系統在制造過程中能進行智能活動，如分析、推理、判斷、構思、決策等。在智能系統中，“智能”主要體現在系統具有極好的“軟”特性（適應性和友好性）。在設計和制造過程中，采用模塊化方法，使之具有較大的柔性；對于人，智能制造強調安全性和友好性；對于環境，要求作到無污染，省能源和資源充分回收；對于社會，提倡合理協作與競爭。
（二）、機械敏捷化
敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，對用戶需求做出快速反應，以滿足用戶的需要。為了達到快速應變能力，虛擬企業的建立是關鍵技術，其核心是虛擬制造技術，即敏捷制造是以虛擬制造技術為基礎的。敏捷制造是現代集成制造系統從信息成發展到企業集成的必由之路，它的發展水平代表了現代集成制造系統的發展水平，是現代集成制造系統的發展方向。
（三）、機械虛擬化
“虛擬制造”的概念于20世紀90年代初期提出。虛擬制造以系統建模和計算機仿真技術為基礎，集現代制造工藝、計算機圖形學、信息技術、并行工程、人工智能、多媒體技術等高新技術為一體，是一項由多學科知識形成的綜合系統技術。虛擬制造利用信息技術、仿真計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防的措施，從而達到產品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。
四：結束語
總之，我國機械制造業發展應用自動化技術，不但要起點高，瞄準世界先進水準，而且必須包括各種靈活的低成本、見效快的自動化技術，堅持提高與普及相結合的方針，我國的機械自動化技術發應應用才能健康地走上高速度、高質量和高效益之路。
參考文獻
[1]黃華梁、彭文生.創新思維與創造性技法.北京：高等教育出版社，2007
[2]李學志.計算機輔助設計與繪圖[M].北京：清華大學出版社.2007
關鍵詞：工業4.0；智能制造；模具制造業；3D打印技術
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.018
1 工業4.0與智能制造
工業4.0的核心理念是信息系統和物理系統的深度融合，從而產生具有“人-機”、“機-機”相互通信能力的信息物理融合系統（CPS）。CPS將是一個包含計算、網絡和物理世界的復雜系統，通過計算機技術、通信技術和控制技術的有機融合與深度協作，來實現信息世界與物理世界的緊密融合。結合制造業的發展，工業4.0提出了智能制造的概念，它是基于現代傳感技術、網絡技術、自動化技術以及人工智能技術，通過感知、人機交互、決策、執行和反饋的方式，來實現產品設計過程、制造過程和企業管理及服務過程的智能化，是信息技術與制造技術的深度融合與集成。智能制造是一種可持續的制造模式，它有助于優化產品的設計和制造過程，大幅度減少生產資料和能源的消耗以及各種廢棄物的產生，能夠同時實現循環再生和減少污染。實現智能制造的智能工廠將由物理系統和虛擬信息系統組成，被稱為信息物理生產系統（CPPS），它是未來制造業的重要組成單位。
2 工業4.0對模具制造業的影響
2.1 3D打印技術的使用
3D打印制造技術作為工業4.0生產模式的突破口，具有分布式制造的重要特征。3D打印制造技術是根據計算機的三維設計和計算，通過軟件程序和數控系統將特定功能材料逐層堆積固化的快速成型制造技術。
傳統的模具制造技術存在其自身局限，比如生產成本高，一般適用于與之對應的注塑件或沖壓件的大規模生產。而且模具的開發技術難度大，特別是對于外觀復雜的工業產品或零件而言，其外觀越復雜，模具的研發費用越高，開模周期越長，加工成本越高。
3D打印技術可用來加工外觀復雜的產品，同時縮短產品研發周期。對于那些生產成本較高的新模具，可以先通過3D打印的方式得到少量產品，待其投放市場后觀察動態，再制造更多的模具來進行大批量生產，這樣可以避免模具開發前期的投入過高對企業造成的潛在風險；3D打印技術可以精確地制造出零件中的任意結構細節，這些組成整套模具的零件被3D打印技術制造出來后，可以有效地知道模具的裝配工藝，避免模具在機構和工藝上的設計失誤；在高端精密模具中，隨形冷卻水道的設計和應用是很廣泛的，然而這里無法使用傳統的機械加工技術來完成，但3D打印技術能夠被用來制造此類復雜的模具，其效果可使模具在需要的部分快速降溫，縮短注塑件的成型周期，從而提高生產效率。
2.2 模具的智能制造
根據工業4.0的特點，模具制造業可以通過運用人工智能、物聯網、大數據、云計算等手段改造生產流程、管理系統和商業模式，從而緩解該行業的生產成本高、開發周期短的壓力。營造智能制造的生產環境，可以改變模具制造業的生產模式，提高產品質量和生產效率。例如日本最大的模具標準零件供應商――米思米（MISUMI）公司，通過使用附著在零件上的RFID電子標簽來自動識別相應的作業和制造流程，并通過這些信息，自動重組、配置最適合的生產單元、生產線及工廠，從而不斷完善多品種、小批量的生產模式，使得更加靈活機動的多品種、多需求生產和訂單管理成為可能。該公司的獨特業務模式，構筑了其全球迅速交貨體制，實現了商業創新和流程、生產方式的再造；例如某模具制造公司通過對大規模生產的注塑件或沖壓件的產品的三維形態掃描和具體尺寸的大數據分析，將產品的尺寸缺陷反饋給模具制造設備，從而發現了用于規模生產的模具的局部缺陷。然后，該公司便可通過模具的三維CAD數字模型的改進，指導3D打印設備，對已使用的模具進行缺陷修復（局部三維再加工和局部修正）或者設計、制造新的模具來替代。整個測量、分析系統的數字化以及產品測量設備與模具制造設備的互聯，使得模具開發和改進變得更加智能化；例如通過分析注塑件或沖壓件的產品訂單、庫存情況和半成品信息，智能化的模具制造工廠能夠合理地分析出目前生產線的產能狀況，并對是否需要制造更多的模具來支持生產線的問題作出判斷。
2.3 模具的云制造
隨著制造業逐漸進入大數據時代，智能制造需要高性能的計算機和網絡設備來實現互聯，這樣通過上游的計算機安裝SCADA數據采集和監控系統，可以將數據發送給云端進行處理、存儲和分配，并在需要的時候從云端接受指令。如圖1所示的是一群機器人的云端控制模型。同樣的，通過上游計算機將模具制造的任務信息發送到云端，并將模具各個部分零件的三維制造信息合理地分配給相互連接的多臺3D打印設備，從而分布式地完成整個模具的3D打印制造任務。這樣就更加有效地實現了模具的快速開發，提高了模具的生產效率。
3 結束語
工業4.0所倡導的信息系統與物流系統正在深度融合中，而智能制造和智能工廠的概念也必將導致整個工業機構、經濟結構和社會結構從垂直向扁平的分布式方向轉變。模具制造業作為制造業的重要組成部分，在加入智能制造的概念后，必然能夠實現信息和物質的智能互聯，更大程度地降低產品成本，提高勞動生產率，這需要我們每一個人的智慧和努力。
參考文獻：
[1].工業4.0和智能制造[J].機械設計與制造工程，2014（08）：1-5.
隨著工業和信息化的不斷融合，工業制造也迎來了新的發展階段。當前，人工智能技術、機器人技術和數字化制造技術等技術相結合的智能制造技術開始貫穿于設計、生產、管理和服務等制造業的各個環節。這3種技術將重新構筑制造業的競爭格局引領新一輪制造業變革。中國作為制造大國，十分重視裝備制造業的發展，根據《“十二五”智能制造裝備產業發展規劃》，中國將實現智能制造裝備產業銷售收入超過1萬億元，年均增長率超過25%。在中國制造業舉起智能化發展大旗的同時，究竟在如何補足短板，確定方向，實現有序、健康發展？中國工程院院士、機械制造與自動化領域著名科學家盧秉恒在接受《中國經濟和信息化》記者專訪時表示，當前中國的智能制造發展還處于起步階段，一些認識上的誤區還需要改變，同時需要夯實產業發展基礎，通過智能技術切實提升制造業整體水平。
自動化不是智能化
CEI：不管是國家戰略層面還是一些企業的發展層面，都已經把智能制造作為一個重要的發展方向。你如何看待中國當前智能制造的發展？
盧秉恒：中國是制造大國，當前，制造業已經開始向智能制造轉型發展。然而中國現在的智能制造還處于起步階段，一些對于智能制造的認識還存在偏差。有的人把數字化認為是智能制造，有的人認為自動化就是智能制造，這存在一些誤讀。制造業的自動化、早已有之，智能化是最近的概念。
簡單而言，自動化是節約人的體力，智能化是節約人的腦力，智能化充分體現了知識經濟的價值，它是在數字化、自動化的基礎上發展的，是更前沿的階段。以機床為例，第一階段是電動機和機床結合在一起，形成機床，而不是古代使用馬拉進行運轉的工具。第二階段是將計算機和機床結合在一起，變成數控機床，實現程序化控制，這是數字化時代的產物。第三階段的智能機床，需要傳感器，隨時感知其工作狀況、參數，需要根據工藝知識而設計的智能控制軟件，智能控制軟件體現了人們對加工工藝過程優化的知識。傳感器、數控機床、智能控制三者共同構成智能機床。這亦可看出數字化、自動化和智能化的區別。當然，智能制造還包括車間級、企業級等制造系統的智能化。
但是，現在很多人的意識中，包括國家立的一些科研項目把二者都混淆起來，將智能制造的經費也用到了其他的技術方面。作為企業來說，也需要認識到這二者的區別，智能化將比數字化、自動化能帶來更大的受益。
還是以機床加工來看，數控機床是編好程序以后，機床按照程序規定的命令執行，如果加工的過程中出現問題，震動、主軸發熱等情況，機床自身是無法控制的。而智能機床可以隨時監測刀具是否出現磨損、主軸是否有發熱、震動等狀態的變化會影響到加工的質量，智能機床可以隨時干預加工過程，改變運行參數，降低轉速、減少進給速度，保護機床或者停止運轉等。
CEI：你所說的這類智能制造技術應用情況如何？智能制造應該是一種什么概念？
盧秉恒：這種技術在國外已經開始應用，如德馬吉的機床已經可實時監測機床振動。其把機床的振動分為3個檔位。當振動在0～3個重力加速度時，說明機床的運行穩定；當震動在3～7，認為是需要密切監視；當震動達到7～10就會立即停止機床運行，認為這可能帶來機床故障。當加工狀態的溫度過高等情況出現時，智能機床還能將故障警示通過手機發送給操作者，一個操作者可以管理數臺機床，哪臺機床報警了操作員將直接收到信號，甚至操作者在工作的同時能夠聽音樂也不耽誤工作。
智能技術還能監測機床溫度升高引起變形的情況，也就是熱伸長。熱伸長影響加工精度，可能導致加工零件變成廢品，而智能技術在自動檢測到潛在問題后，能夠通過數控機床進行溫度補償，仍然加工出合格的產品。
在智能技術下，機床還可以通過加工程序的設置，實現按照最好的產品質量水平或者最大生產率運行，提供兩套程序選擇。當需要進行粗加工時，提高加工效率即可，而需要精加工時，則可以選擇質量最優方案，在保證質量的基礎上，再提升加工效率。
過去，依靠工人編程的數控機床無法解決這些問題，制造過程中發生的變化無法控制，而智能機床就可以實現。
當然智能制造還有更廣泛的意義，包括整個生產過程、生產系統智能化，讓所有設備按照最優布局分配加工任務，使整體加工效率達到最高。智能制造既體現在智能制造裝備上，也體現在整體的生產系統的控制上。
短板在于傳感技術
CEI：在中國現有的技術基礎上發展智能制造，關鍵點在哪里？
盧秉恒：國家應該有規劃、有計劃推進智能制造業的發展。當前，中國在發展智能制造業上存在一個薄弱的環節——傳感器行業。這個行業的研發嚴重不足，智能制造應用的傳感器，需要實現不干擾設備的工作狀態，體積要小，質量要好，需要足夠的靈敏度。中國目前傳感器產品主要依靠進口，這導致傳感器產品的價值很高，供應不及時。由于傳感器不是大批量產品，價格高就會增加企業的成本，最終可能導致企業放棄智能化的發展。
此外，傳感器需要的品種很多，企業往往選不到所需的傳感器產品，一些傳感器無法安裝在設備上。現在微納制造可以制造非常小的傳感器，比較符合智能制造需要的傳感器。但是這種技術在中國還停留在個別高校的科研階段，沒有形成產業化技術和商品化的產品。
因此，中國的智能制造發展，首先應該從國家層面重視傳感器技術的研發、生產和商品化。
CEI：由于智能制造是信息技術和制造技術的結合，但事實上有的信息人才并不熟悉制造業，制造業人才不熟悉信息技術。在實現軟硬兩種技術產品的結合上，你有何建議？
盧秉恒：確實是存在這個問題，這需要實現學科的交叉，從事信息技術的人不熟悉制造業，從事制造業的人不了解信息技術，需要雙方面人才、產業的交叉發展。
智能控制的軟件研發，基礎應該建立在對制造工藝的研究之上。必須對工藝過程非常熟悉，深入研究工藝過程，對不同行業的制造任務、具體制造環節、工藝過程都要有深入的了解，才能實現對制造過程的優化，每個優化方案都需要建立在對工藝的深刻理解上。
CEI：你認為中國發展智能制造，應該形成何種氛圍才更利于產業的發展？
關鍵詞：機械制造；智能化；發展方向
計算機技術是二十世紀人類偉大發明之一，它改變了人們的生活方式，也加快了各行各業的發展步伐。對于機械制造這個古老又充滿活力的行業，計算機技術可謂掀起了一場跨時代的技術革命。它使機械制造業步入了智能化發展時代，將人們的想象化為現實，也為機械制造行業發展開拓了新的思路。
1機械制造智能化發展的必然趨勢
智能化是近年來科技發展中的一個熱詞，也是人類社會物質文明發展到一定程度的產物。所謂智能化是基于計算機技術、現代通信技術、信息技術、互聯網技術以及自動化控制技術發展的基礎上所產生的一種技術概念［1］，它涵蓋了住宅、家居、醫療、機械、化工等多個領域，已成為當今科技創新發展的一個重要方向。智能化技術具有四大特點：一是從人類的感知能力出發，通過科學技術放大人類對外部世界的感知體驗，并引導人類從中獲取所需的信息，這一過程也是智能化技術誕生的前提；二是人類的思維能力和記憶力，這一點與人類的分析、判斷、決策、聯想等能力相關，智能化技術的目的是從技術角度幫助人類做出正確的判斷和決策；三是自適應能力，人類總在適應不斷變化的自然環境和社會環境，智能化技術的出現，大大縮短了人類的感知過程；四是人類決策的輔助工作，決策是人類在受到外界刺激后做出的反應，智能化技術幫助人類認知自身對外界刺激的反應，進而輔助人類做出正確的決策。［2］可以說，智能化概念已融入人們的思維意識中，而智能化技術也成為各行各業技術革新的利器。機械行業融入智能化理念后，也積極著手研究智能化與機械技術的融合創新。機械行業是我國經濟的支柱型產業，在我國市場經濟發展中占有重要地位。機械行業是一個龐大的產業鏈，涵蓋了汽車、發動機、機床等重型工業行業，也包括元器件生產、零部件加工等行業。我國機械行業發展的主力軍是機械制造行業。機械制造專指運用動力機械、化工機械、起重運輸機械、紡織機械、儀表儀器、各項工具及其他機械設備從事生產活動的組織。［3］那么，機械制造行業一旦融入智能化理念與技術，將大大節省制造周期，提高機械制造質量和速度。機械制造智能化是指機械制造技術與智能化技術的融合，這種整合既是觀念上的，也是技術上的，它運用人工智能、機器智能、新型材料技術、系統工程等先進技術融合為一體，提供一體化制造方案，為專家提供分析數據、技術可行性分析，以幫助專家進行推理、演示，從而做出正確的決策，并最終形成一個完整的、高度智能化的機械制造系統，使機械制造生產步入柔性管理和集成化管理時代。
2機械制造邁向智能化發展的現狀
作為傳統的機械行業，在歷經幾百年的發展中，特別是自上世紀八十年代計算機技術由軍用向民用擴大后，機械行業也迎來了技術革新的里程碑。到了本世紀，計算機技術得到普及，已滲入各行各業。尤其與機械行業的結合，帶來了兩個行業的雙贏，同時也催生了機械制造走向智能化發展的道路。但就我國機械制造行業發展來看，起步較晚是行業發展遲滯的一個重要原因。加之智能化技術主要應用于輕工行業，對于重型機械加工領域還未做到廣泛應用。主要呈現幾大現狀：從基礎來看，我國機械設計水平遠遠落后國際水平。機械設計是機械制造行業發展的前提，且計算機、電子等智能化技術最先應用于機械設計領域。如CAD、Pro-E等計算機輔助設計軟件的應用，絕大多數設計人員只是將這些軟件作為繪圖工具使用，而忽略了其自帶的數據分析、加工演示等重要功能；由于前端設計中運用智能化技術不多，給后期的機械制造智能化環節帶來了一定的影響。從技術和工藝水平來看，機械制造智能化的應用程度不高。當前國際機械制造智能化正在向超薄化、超小化方向發展，模糊控制、計算機控制方面都已融入日常生產中。而我國雖然譽為機械制造大國，但多運用傳統機械制造工藝，甚至在很多地區仍然沿用手動機床，能夠熟練操作數控機床的技術人員并不多；而能夠掌握數控加工中心這樣的精密加工技術的技術人員更是少之又少。
3機械制造智能化發展方向探討
要探討機械制造智能化的發展方向，還需要追根溯源，回歸機械制造智能化技術的幾大特點，從其自身優勢出發，探討其可持續發展的可能性及發展方向，才具有堅實的理論依據。
3.1機制制造智能化技術可持續發展的優勢
一項技術、一個產業能夠實現可持續發展必然具有其不可取代的價值，即核心競爭力。對于機械制造智能化技術來講，其自身優勢正是維持其可持續發展的動力。從技術價值來看，機械制造行業與智能化技術的結合，順應了未來科學技術發展的潮流趨勢。隨著計算機技術的飛速發展，人工智能成為當今乃至未來科技發展的一個重要方向。機構制造智能化將人工智能技術、軟件系統、自動化控制技術完美地融合在一起。從技術角度實現了無人干預生產，運用機械制造智能化代替了人工勞動，避免了生產過程中因人為因素導致的失誤；同時也規范了生產過程，使機械制造真正意義上步入了自動化和精準化生產的時代，大大提高了生產效率。對于一項技術來講，技術價值無疑是其最為核心的競爭力，但使其廣泛應用并最終形成經濟效益和社會效益的還是其經濟價值。機械制造智能化解放了勞動力的同時，也為生產企業節省了人工成本，改變了機械制造行業原來依靠密集勞動力實現盈利的模式。同時機械制造智能化技術也大大提高機械產品的精確度，高質量產品帶動了市場運作的規范化發展，也為生產企業帶來了高額利潤，使生產企業在技術研發方面投入更多的資金。而研發能力已成為當今工業企業一項重要的核心競爭力，也是我國乃至世界機械制造行業發展的趨勢。
3.2機械制造智能化發展方向分析
結合當前我國機械制造智能化發展現狀，以及其固有的技術價值與經濟價值，綜合分析之下，我國機械制造智能化技術未來將向三個主要方向發展：第一，人機交互方向。隨著計算機技術的發展，“人機交互”這個工業上的常用術語已不再是人類的美好憧憬，早在數年前就已成為現實。人機交互（Human-ComputerInteraction,簡寫HCI）指人與計算機通過某種語言實現對話，并采取“有來有往”的交互式對話方式，在人與計算機之間形成“信息”交換的過程。在機械制造智能化領域中，人與計算機共同承擔生產任務，甚至在工作中形成了默契的伙伴關系。計算機為人類提供了人機交互接口，也可以把它理解為人、機對話的數據線。操作人員先將制造任務中需要運用到的數據按照一定程度通過人機交互平臺輸入計算機中，完成了“人機對話”的第一步；計算機在接收到人類傳輸的數據后進行數據處理，計算制造加工中需要用到的數據以及技術可行性分析，并迅速向操作人員反饋結果。通過這樣的“人機對話”實現了數據的快速處理，也提高了制造加工效率。目前我國機械制造智能化技術采取最多的是CAD、UG等軟件設計和編寫加工程序的方法。這些軟件不但可提供數據測算和三維成型等技術，還可通過加工演示環節展示制造過程中的不足之處，便于操作人員第一時間修改參數和設計方案，實現圖紙的優化。在未來，這種技術和制造模式仍然占有絕對的優勢。尤其在制造過程演示方面需進一步完善三維成像效果，增加聲音模擬、數據糾錯、圖文處理等功能；并就加工過程進行實時監控，對其中的故障問題進行檢測、處理，強化“人機交互”平臺對生產過程的監控、管理。第二，柔性發展趨勢。所謂柔性是專指制造系統用于滿足個性化生產條件而進行變化的能力。智能化技術本身既具備了滿足生產條件變化的能力，計算機技術提高了機械制造的精準度，也使原有的機械制造技術靈活度大幅提高，能夠滿足不同生產需求的需要。柔性技術發展較早，從數控技術發展時代就已經開始了。尤其在發達國家，工業技術發展超前，數控技術發展相對成熟，尤其一些加工中心對于醫療機械、精密儀器加工都具備了極高水準，能夠滿足用戶越來越高的要求，并使柔性化技術形成一種長期發展的趨勢。第三，精密發展趨勢。當機械制造技術水平達到一定程度、且大眾化機械產品的市場飽和度逐漸提高后，機械制造行業必然走向精密化發展之路。機械制造智能化技術依賴電子技術、微加工技術、精密加工技術的發展，大幅提高了機械產品的精密度的加工實效性，減少了人力加工時代殘次品率，使機械制造產業步入了精密加工時代。目前發達國家已由傳統機械制造行業向精密制造行業轉型，而這也必將成為未來機械制造產業的主流趨勢。同時，人工智能技術的融入提高了機械制造過程中的處理環節，提高了機械制造的實效性，也成為未來機械制造行業的發展趨勢。機械制造作為工業經濟時代產物，智能化發展將為我國機械制造行業帶來新的發展機遇，增強了人機互動功能，實現了柔性制造技術，同時也提高了制造精度與可靠性，為我國機械制造行業參與國際競爭奠定了基礎。
作者:張爽 單位:北華大學機械工程學院
參考文獻：
［1］趙宇龍.金屬加工自動化:智能化—機床自動化發展的高級形式［J］.金屬加工:冷加工,2013(13):7-9.
【關鍵詞】制造技術；生產模式；柔性；信息；對策
隨著科學技術的飛速發展和市場競爭日益激烈，越來越多的制造企業開始將大量的人力、財力和物力投入到先進的制造技術和先進的制造模式的研究和實施策略之中。改革開放以來，我國制造科學技術有日新月異的變化和發展，確立了社會主義市場經濟體制，但與先進的國家相比仍有一定差距，為了迎接新的挑戰，必須認清制造技術的發展趨勢，縮短與先進國家的差距，使我國的產品上質量、上效率、上品種和上水平，以增強市場競爭力，因此，對制造技術及制造模式的研究和實施是擺在我們面前刻不容緩的重要任務，以實現我國機械制造業跨入世界先進行列。
一、機械制造業的發展趨勢
先進的制造業是將物料、能源、設備、資金、技術、信息和人力等制造資源通過先進的制造技術、先進的管理技術和先進的制造過程轉變成人類需求產品的行業。行業追求的目標是：高質量、高效率、高柔性、低成本、低勞動力、低消耗、品種多和規格全的產品，因此， 21世紀的機械制造技術的發展趨勢體現在以下幾個方面：
（一）精密化
精密加工、特種加工、超精密加工技術、微型機械是現代化機械制造技術發展的方向之一。精密和超精密加工技術包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特種加工和復合加工(如機械化學研磨、超聲磨削和電解拋光等)三大領域。超精密加工技術己向納米(l nm=10-3μm)技術發展。納米技術己在納米機械學、納米電子學和納米材料技術得到了應用。因此，它促進了機械科學、光學科學、測量科學和電子科學的發展。
（二）自動化
自動化技術自20世紀初出現以后，經歷了由剛性自動化向柔性自動化的發展過程，自動化技術的成功應用，不但提高了效率，保證了產品質量，還可以代替人去完成危險場合的工作。對于批量較大的生產自動化，可通過機床自動化改裝、應用自動機床、專用組合機床、自動生產線來完成。小批量生產自動化可通過NC、MC、CAM、FMS、CIM、IMS等來完成。在未來的自動化技術實施過程中，將更加重視人在自動化系統中的作用。
（三）信息化
信息、物質和能量是制造系統的三要素。產品制造過程中的信息投入，己成為決定產品成本的主要因素。制造過程的實質是對制造過程中各種信息資源的采集、輸入、加工和處理過程，最終形成的產品可看作是信息的物質表現，因此可以把信息看作是一種產業，包括在制造之中。為此一些企業開始利用網絡技術、計算機聯網、信息高速公路、衛星傳遞數據等實現異地生產。使生產分散網絡化，以適應高柔性生產的需要。
（四）柔性化
隨著科學技術的飛速發展和人民生活水平不斷提高，促使產品更新換代的速度不斷加快，這就要求現代企業必須具備一定的生產柔性來滿足市場多變的需要。所謂柔性，是指一個制造系統適應各種生產條件變化的能力，它與系統方案、人員和設備有關。系統方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人員柔性是指操作人員能保證加工任務，完成數量和時間要求的適應能力。設備柔性是指機床能在短期內適應新零件的加工能力。
（五）集成化
集成是綜合自動化的一個重要特征。集成的作用是將原來獨立運行的多個單元系統集成一個能協調工作的和功能更強的新系統。集成不是簡單的連接，是經過統一規劃設計，分析原單元系統的作用和相互關系并進行優化重組而實現的。集成化的目的是實現制造企業的功能集成，功能集成要借助現代管理技術、計算機技術、自動化技術和信息技術實現技術集成，同時還要強調人的集成，由于系統中不可能沒有人，系統運行的效果與企業經營思想、運行機制、管理模式都與人有關，因此在技術上集成的同時，還應強調管理與人的集成。
（六）智能化
智能化是制造技術的發展趨勢之一。智能制造技術(IMT)是將人工智能融入制造過程的各個環節，在整個制造過程中貫徹智力活動，使系統柔性的方式集成起來，通過模擬人類專家的智能活動，取代或延伸制造系統中的部分腦力勞動，在制造過程中系統能自動監測其運行狀態，在受到外界干擾或內部激勵能自動調整其參數，以達到最佳狀態和具備自組織能力。
二、先進的制造模式
機械制造業發展趨勢表明，只有采用先進的制造技術并能實施在相匹配的制造模式中才能符合上述的趨勢。制造模式是指企業體制、經營、管理、生產組織和技術系統的形態和運作模式。
（一）精良生產(LP)與獨立制造島(AMI)
20世紀90年代美國麻省理工學院(MIT)提出精良生產(LP)概念。它的特征是：（1）重視客戶需求，以最快的速度和適宜的價格提供質量優良的適銷新產品去占領市場，并向客戶提供優質服務。（2）重視人的作用，強調一專多能，推行小組自治工作制，賦予每個工段有一定的獨立自主權，運行企業文化。（3）精簡一切生產中不創造價值的工作，減少管理層次，精簡組織結構，簡化產品開發過程和生產過程，減少非生產費用，強調一體化質量保證。（4）精益求精、持續不斷的改進生產、降低成本、零廢品、零庫存和產品品種多樣化。
獨立制造島是教授根據在引進先進技術的同時，必須改革生產組織的角度提出新的生產模式。獨立制造島的技術構思是：以GT為基礎，以NC機床為核心，強調信息流的自動化和以人為中心的生產模式，它的特征是：組織、人員和技術三者的有機集成，面向車間、權力下放、綜合治理，并以獲取經濟效益為主要目標。AMI是發展中國家走向工廠自動化的重要途徑，它的推廣對中國機械制造業轉向市場機制，參與國際競爭意義重大。
（二）敏捷制造與虛擬制造
美國通用汽車公司與里海大學于1988年提出了敏捷制造(AM)，AM是在不可預測的持續變化的競爭環境中取得繁榮成長，并具有能對客戶需求的產品和服務驅動市場做出迅速響應的生產模式。AM的特征是：（1）制造資源的集成性，企業間聯作集成。充分發揮各企業的長處，針對限定市場的目標要求共同合作完成任務。（2）具有需求響應的快捷性和高度的制造柔性。制造柔性是指制造企業對市場要求迅速轉產和能實現產品多品種變批量的快速制造。（3）充分發揮人的作用，不斷提高企業職工素質和教育水平，優化人機功能分配。
虛擬制造(VM)是國際上提出的新概念。VM與AM聯系密切。VM的特征是：當市場新的機遇出現時，組織幾個有關公司聯作，把不同的公司，不同地點的工廠或車間重新組織協調工作。在運行之前必須分析組合是否最優，能否協調運行，以及投產后的效益和風險進行評估，這種聯作公司稱虛擬公司。虛擬公司在一定的環境和條件下通過虛擬制造系統運行，包括物理基礎、法律保障、社會環境和信息技術。因此研究開發虛擬制造技術(VMT)和虛擬制造系統(VMS)意義重大，美國稱AM為21世紀制造業發展戰略。
（三）集成制造與智能制造
美國哈林頓博士在“計算機和集成制造”一書中提出計算機和集成制造(CIM)的概念。集成制造的核心內容是：制造企業從市場預測、產品設計、加工制造、經營管理直至售后服務是一個不可分割的整體，需要統籌考慮。整個制造過程的實質是信息采集、傳遞和加工過程，最終生產的產品可看作是信息的物質表現。集成是CIM的核心，這種集成不僅是物的集成，更主要的是以信息集成為特征的技術集成和功能集成，計算機是集成的工具，計算機和輔助各單元技術是集成的基礎，信息交換是橋梁，信息共享是關鍵。集成的目的在于制造企業組織結構和運行方式的合理化和最優化，以提高企業對市場變化的動態響應速度，并追求最高整體效益和長期效益。
智能制造(IM)是美國出版研究IM和IMS書籍中首先提出的。它的特征是：在制造工業的各個環節的高度柔性與高度集成的方式，通過計算機和模擬人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決策，旨在取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動，并對人類專家的制造智能進行收集、存儲、完善、共享、繼承與發展。
三、存在差距和實施策略
改革開放以來，通過技術改造和引進國外先進制造技術，使我國的制造工業有了長足的進步，但和先進國家相比還存在很大差距，表現在：技改投入相對不足，原有技術基礎和研究開發能力薄弱，制造業產品落后，技術水平低，信息含量少，更新換代慢，以及市場營銷、經營管理、人才素質相對落后，缺乏國際競爭能力。面對這樣形勢，發展先進制造技術、實施先進的制造模式已經到了刻不容緩的地步。為了使我國的制造業站在世界先進行列，必須采取相適應的措施和策略。
（一）人才是關鍵。發展和推廣先進的制造技術、實施先進的制造模式人才是關鍵。我國是社會主義市場經濟體制，研究先進制造技術和先進的生產模式其根本目的是制造出有競爭力的產品去占領國內市場和國際市場，科技人員必須強化市場意識，因此人才的培養要注意市場導向。要有產業觀念、企業觀念、信息觀念、競爭觀念和效益觀念。科技人員要懂得市場營銷、經營管理和經濟法。要拓寬學科領域，更新教育內容與方法，培養一支了解和掌握機械工程科學的前沿技術人才，加速先進制造技術的推廣和實施，為市場經濟服務。
（二）加強政策與法規建設， 建立強有力的宏觀調控機制。在市場經濟環境下，國家仍應制訂科學的制造產業規劃和制造技術進步的總體規劃，以及相應的法規政策。避免重復建設、重復生產和重復引進的事情發生，要盡可能減少和避免市場盲目競爭造成的損失。
（三）發展適應我國國情的生產模式。對于一些先進的制造技術和先進的制造模式，要根據我國現實存在的技術水平和能力向前發展，避免盲目的追求目前實施有一定困難的理想的先進科學制造技術。目前要積極發展適應我國國情的制造模式。
（四）建立與發展我國自主的 NC、MC、CAD、CAM、FMS、CAT、CIM、IMS等制造自動化單元技術，結合實際情況實現與現有成熟技術的有效結合。同時要有組織有計劃的引進先進制造技術進行消化和吸收。對于引進的并行工程(CE)、敏捷制造(AM)、精良生產(LP)、智能制造( IM)等先進制造模式要根據它們的技術構思和特征開發創新成適合我國國情的生產模式，(如獨立制造島)以使企業適應市場經濟的需要。
關鍵詞：機械制造；前景；發展
中圖分類號：F203
文獻標識碼：A
文章編號：1672-3198(2009)09-0010-01
1 現代機械行業面臨的問題
(1)為支持快速敏捷制造，幾何知識的共享已成為制約現代機械技術中產品開發和制造的關鍵問題。機械制造過程中物理和力學現象的幾何化研究形成了機械制造科學中幾何計算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進一步突破，當前一門新學科――計算機幾何正在受到日益廣泛和深入的研究。
(2)在現代機械制造過程中，信息不僅已成為主宰機械制造行業的決定性因素，而且還是最活躍的驅動因素。提高機械制造系統的信息處理能力已成為現代制造科學發展的一個重點。由于機械制造系統信息組織和結構的多層次性，制造信息的獲取、集成與融合呈現出立體性、信息度量的多維性、以及信息組織的多層次性。在制造信息的結構模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海景數據的制造知識庫管理等方面，都還有待進一步突破。
(3)各種人工智能工具和計算智能方法在機械制造中的廣泛應用促進了機械制造智能的發展。一類基于生物進化算法的計算智能工具，在包括調度問題在內的組合優化求解技術領域中，受到越來越普遍的關注，有望在機械制造中完成組合優化問題時的求解速度和求解精度方面雙雙突破問題規模的制約。機械制造智能還表現在；智能調度、智能設計、智能加工、機器人學、智能控制、智能工藝規劃、智能診斷等多方面。這些問題是當前產品創新的關鍵理論問題，也是機械制造由一門技藝上升為一門科學的重要基礎性問題。這些問題的重點突破，可以形成產品創新的基礎研究體系。
2 現代機械工程的前沿科學
2.1 機械制造信息科學
機電產品是信息在原材料上的物化。許多現代產品的價值增值主要體現在信息上。因此機械制造過程中信息的獲取和應用十分重要。信息化是機械制造科學技術走向全球化和現代化的重要標志。人們一方面對機械制造技術開始探索產品設計和機械制造過程中的信息本質，另一方面對機械制造技術本身加以改造，以使得其適應新的信息化機械制造環境。隨著對機械制造過程和機械制造系統認識的加深，研究者們正試圖以全新的概念和方式對其加以描述和表達，以進一步達到實現控制和優化的目的。
2.2 微機械及其制造技術研究
微型電子機械系統(MEMS)，是指集微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機電系統。微型機電系統的研究需要多學科交叉的研究隊伍，微型機電系統技術是在微電子工藝的基礎上發展的多學科交叉的前沿研究領域，涉及電子工程、機械工程、材料工程、物理學、化學以及生物醫學等多種工程技術和科學。目前對微觀條件下的機械系統的運動規律，微小構件的物理特性和載荷作用下的力學行為等尚缺乏充分的認識，還沒有形成基于一定理論基礎之上的微系統設計理論與方法，因此只能憑經驗和試探的方法進行研究。微型機械系統研究中存在的關鍵科學問題有微系統的尺度效應、物理特性和生化特性等。微系統的研究正處于突破的前夜，是亟待深入研究的領域。
2.3 材料制備、零件制造一體化和加工新技術基礎
材料是人類進步的里程碑，是機械制造業和高技術發展的基礎。每一種重要新材料的成功制備和應用，都會推進物質文明，促進國家經濟實力和軍事實力的增強。21世紀中，世界將由資源消耗型的工業經濟向知識經濟轉變，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的設計實現定量化、數字化；要求材料和零件的制備快速、高效并實現二者一體化、集成化。材料和零件的數字化設計與擬實仿真優化是實現材料與零件的高效優質制備／制造及二者一體化、集成化機械制造的關鍵。一方面，通過計算機完成擬實仿真優化后可以減少材料制備與零件制造過程中的實驗性環節，獲得最佳的工藝方案，實現材料與零件的高效優質制備／制造；另一方面，根據不同材料性能的要求，如彈性模量、熱膨脹系數、電磁性能等，研究材料和零件的設計形式。進而結合傳統的去除材料式制造技術、增加材料式覆層技術等，研究多種材料組分的復合成形工藝技術。形成材料與零件的數字化制造理論、技術和方法，如快速成形技術采用材料逐漸增長的原理，突破了傳統的去材法和變形法機械加工的許多限制，加工過程不需要工具或模具，能迅速制造出任意復雜形狀又具有一定功能的三維實體模型或零件。
2.4 機械仿生制造
21世紀將是生命科學的世紀，機械科學和生命科學的深度融合將產生全新概念的產品(如智能仿生結構)，開發出新工藝(如生長成形工藝)和開辟一系列的新產業，并為解決產品設計、制造過程和系統中一系列難題提供新的解決方法。這是一個極富創新和挑戰的前沿領域。
地球上的生物在漫長的進化中所積累的優良品性為僻決人類制造活動中的各種難題提供了范例和指南。從生命現象中學習組織與運行復雜系統的方法和技巧，是今后解決目前制造業所面臨許多難題的一條有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自組織、自愈合、自增長與自進化等功能結構和運行模式的一種制造系統與制造過程。如果說制造過程的機械化、自動化延伸了人類的體力，智能化延伸了人類的智力，那么，“仿生制造”則可以說延伸了人類自身的組織結構和進化過程。
仿生制造所涉及的科學問題是生物的“自組織”機制及其在制造系統中的應用問題。所謂“自組織”是指一個系統在其內在機制的驅動下，在組織結構和運行模式上不斷自我完善、從而提高對于環境適應能力的過程。仿生制造的“自組織”機制為自下而上的產品并行設計、制造工藝規程的自動生成、生產系統的動態重組以及產品和制造系統的自動趨優提供了理論基礎和實現條件。
仿生制造屬于制造科學和生命科學的“遠緣雜交”，它將對21世紀的制造業產生巨大的影響。
3 現代機械制造技術的發展趨勢
隨著電子、信息等高新技術的不斷發展，市場需求個性化與多樣化，未來現代制造技術發展的總趨勢是向精密化、柔性化、網絡化、虛擬化、智能化、綠色集成化、全球化的方向發展。當前現代制造技術的發展趨勢大致有以下幾個方面：
(1)信息技術、管理技術與工藝技術緊密結合，現代機械制造生產模式會獲得不斷發展。
(2)設計技術與手段更現代化。
(3)成型及制造技術精密化、機械制造過程實現低能耗。
(4)新型特種加工方法的形成。
(5)開發新一代超精密、超高速機械制造裝備。
關鍵詞：顛覆性技術；創新；移動互聯；機器人；人工智能
基金項目：“江蘇省社科應用研究精品工程”課題；項目名稱：顛覆性技術的識別及培育發展研究；項目編號：16SYB-023。
歷史上，每次科技革命時期，都是顛覆性技術出現的高峰期。科技革命構成了發掘和發展顛覆性技術的難得歷史機遇。目前，科W已經沉寂了60余年，第三次技術革命發生距今接近80年，科技知識體系積累的內在矛盾已經凸顯，迫切需要新的重大突破。在物質科學、量子信息科學、生命科學、宇宙科學等基礎科學領域，一些重要的科學問題和關鍵技術發生革命性突破的先兆日益顯現；科技發展跨學科趨勢愈益明顯，新學科、新知識、新思想的出現更多體現為學科交叉融合的方式，許多重大創新出現在學科交叉領域。當今世界已處在新一輪科技革命的前夜，顛覆性技術大量涌現的時期即將到來。
一、顛覆性技術的概念
顛覆性技術概念最早出自美國哈弗商學院克萊頓?克里斯滕森教授1995年出版的《顛覆性技術的機遇浪潮》。他認為，顛覆性技術是指這樣一類技術：它們往往從低端或邊緣市場切入，以簡單、方便、便宜為初始階段特征，隨著性能與功能的不斷改進與完善，最終取代已有技術，開辟出新市場，形成新的價值體系。德國弗郎恩霍夫協會認為：顛覆性技術就是指能夠“改變已有規則”的技術，即那些與現有技術相比，在性能或功能上有重大突破，其未來發展將逐步取代已有技術，進而改變作戰模式或作戰規則的技術。
綜上所述，顛覆性技術是一種另辟蹊徑、會對已有傳統或主流技術途徑產生顛覆性效果的技術，可能是完全創新的新技術，也可能是基于現有技術的跨學科、跨領域的創新型應用。顛覆性技術具有四個特點：技術發展速度快、產生潛在影響范圍廣、可創造經濟價值高、帶來顛覆性影響大。與漸進性技術相比，顛覆性技術在形態上更具有超越性和突變性，在效能上更具備革命性和破壞性。
二、我國顛覆性創新的領域選擇
（一）“十三五”國家科技創新規劃：15個領域
《“十三五”國家科技創新規劃》中明確提出要發展引領產業變革的顛覆性技術：加強產業變革趨勢和重大技術的預警，加強對顛覆性技術替代傳統產業拐點的預判，及時布局新興產業前沿技術研發，在信息、制造、生物、新材料、能源等領域，特別是交叉融合的方向，加快部署一批具有重大影響、能夠改變或部分改變科技、經濟、社會、生態格局的顛覆性技術研究，在新一輪產業變革中贏得競爭優勢。重點開發移動互聯、量子信息、人工智能等技術，推動增材制造、智能機器人、無人駕駛汽車等技術的發展，重視基因編輯、干細胞、合成生物、再生醫學等技術對生命科學、生物育種、工業生物領域的深刻影響，開發氫能、燃料電池等新一代能源技術，發揮納米技術、智能技術、石墨烯等對新材料產業發展的引領作用。
（二）國家科技重大專項：16個領域
《國家中長期科學技術發展規劃綱要（2006-2020 年）》確定了核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件，極大規模集成電路制造技術及成套工藝，新一代寬帶無線移動通信，高檔數控機床與基礎制造技術，大型油氣田及煤層氣開發，大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站，水體污染控制與治理，轉基因生物新品種培育，重大新藥創制，艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治，大型飛機，高分辨率對地觀測系統，載人航天與探月工程等16個重大專項，涉及信息、生物等戰略產業領域，能源資源環境和人民健康等重大緊迫問題，以及軍民兩用技術和國防技術。
（三）中國科技發展戰略研究院：20項關鍵技術
2016年，中國科學技術發展戰略研究院科技預測與評價研究所對關系到我國經濟建設、生態建設、國防建設、民生改善乃至綜合國力提升具有決定性、基礎性的核心技術，按照科學（屬于國際競爭激烈的前沿或核心技術）、顛覆性（有望取代主流技術、替代主導產業的技術）、重大（有望替代1-2個主導產品，或顛覆1個以上行業的技術）、可行（經過10年努力能夠取得自主知識產權，并有望商業化的技術）四個原則，進行了預測和遴選，遴選出未來能夠改變或部分改變科技、經濟、生態、軍事現狀與格局的20項關鍵技術。
（四）中國科協創新戰略研究院：7大領域
中國科協創新戰略研究院在的《我國應對顛覆性技術創新需要重點布局的領域》中，認為未來十年世界范圍內可能出現的顛覆性創新集中在9大領域：先進計算技術與人工智能、納米技術與材料科學、基因與精準醫療、能源開發與存儲、航空航天與地外生命探測、網絡與大數據、智能汽車與智慧交通、綠色制造與先進制造、教育技術與知識自動化。
從我國各機構評選的技術來看，出現頻率最高的五大技術領域是移動互聯、機器人、3D 打印、人工智能、納米技術，這五大技術領域將是我國未來顛覆性技術創新的主要方向。
三、我國顛覆性領域的技術創新方向
（一）移動互聯領域
大力支持移動互聯網軟件開發，突破系統軟件、人機交互、應用開發、虛擬化等熱點技術與新興技術。加快推進移動互聯網的云計算和大數據應用，重點突破數據挖掘、海量數據處理、計費、訪問控制等平臺關鍵核心技術。支持開展未來網絡重大基礎設施（CENI）項目的關鍵技術研究，加強相關領域產品研發和產業孵化，大力推廣基于下一代廣播電視網的創新業務及相關應用。充分發揮移動互聯網對生產領域的帶動作用，在工程機械、汽車、食品、電子信息、物流等行業形成領先的服務產品。深化移動互聯網在生活領域的引領作用，大力推廣面向餐飲、休閑娛樂、購物、旅游等的移動互聯網應用，重點發展移動支付、移動娛樂、移動閱讀、移動資訊、移動搜索、移動位置服務等。鼓勵移動互聯網應用創新，重點發展車載數據與資訊、智能交通、基于北斗等多制式智能交通導航、遠程測試診斷、在線節能監管、道路救援、食品安全溯源與安防等移動信息服務。
（二）機器人領域
重點研究智能機器人機構設計、制造工藝、智能控制和人機交互等共性技術，攻克機器人優化建模、精準感知、多機器人協調等核心技術。（1）伺服電機方面：重點發展根據機器人的高速，重載，高精度等應用要求，增加驅動器和電機的瞬時過載能力，增加驅動器的動態響應能力，驅動增加相應的自定義算法接口單元，且采用通用的高速通訊總線作為通訊接口，摒棄原先的模擬量和脈沖方式，進一步提高控制品質。（2）減速器方面：重點發展高強度耐磨材料技g、加工工藝優化技術、高速技術、高精度裝配技術、可靠性及壽命檢測技術以及新型傳動機理的探索，發展適合機器人應用的高效率、低重量、長期免維護的系列化減速器。（3）控制器方面：重點研究開放式，模塊化控制系統，開發適用于機器人控制的通用軟件包；提高機器人控制器的智能化和網絡化水平，開發具有多傳感器信息融合能力的控制器。
（三）3D打印領域
圍繞3D打印重點方向，突破一批原創性技術。（1）材料方面：針對金屬3D打印專用材料，優化粉末大小、形狀和化學性質等材料特性，開發滿足3D打印發展需要的金屬材料；針對非金屬3D打印專用材料，提高現有材料在耐高溫、高強度等方面的性能，降低材料成本。（2）工藝方面：解決金屬構件成形中高效、熱應力控制及變形開裂預防、組織性能調控，以及非金屬材料成形技術中溫度場控制、變形控制、材料組份控制等工藝難題。（3）裝備及核心器件方面：加強3D打印專用材料、工藝技術與裝備的結合，不斷提高金屬材料3D打印裝備的效率、精度、可靠性，以及非金屬材料3D打印裝備的高工況溫度和工藝穩定性，提升個人桌面機的易用性、可靠性；重點研制與3D打印裝備配套的嵌入式軟件系統及核心器件，提升裝備軟、硬件協同能力。
（四）人工智能領域
進行人工智能前沿技術布局，推動核心技術產業化，重點突破人工智能基礎理論（包括深度學習、類腦智能等）、人工智能共性技術（包括人工智能領域的芯片、傳感器、操作系統、存儲系統、高端服務器、關鍵網絡設備、網絡安全技術設備、中間件等基礎軟硬件技術）、人工智能應用技術（包括基于人工智能的計算機視聽覺、生物特征識別、復雜環境識別、新型人機交互、自然語言理解、機器翻譯、智能決策控制、網絡安全技術等）。加快人工智能基礎資源公共服務平臺建設，包括滿足深度學習計算需求的新型計算集群共享平臺、云端智能分析處理平臺、算法與技術開放平臺、智能系統安全情報共享平臺等，為人工智能創新創業提供相關研發工具、檢驗評測、安全、標準、知識產權、創業咨詢等專業化服務。加快人工智能技術的產業化進程，推動人工智能在家居、汽車、無人系統、安防、制造、教育、環境、交通、商業、健康醫療、網絡安全、社會治理等重要領域開展試點。
（五）納米技術領域
加強納米技術研究，重點突破納米材料及制品的制備與應用關鍵技術，積極開發納米粉體、納米碳管、富勒烯等材料，大力推進納米材料在電子信息、生物醫藥、新能源和節能環保等領域的廣泛應用。針對信息、能源、環保、生物醫學等領域的迫切需求，開發納米結構加工與制造的新方法、納米器件集成與系統的設計、制備技術。重點研究新型納米電子、光電器件、傳感器件，大力發展納米晶太陽能電池、新型薄膜太陽能電池、有機太陽能電池、熱電電池、超級電容器等技術，著力突破室內空氣污染物、工業源有毒有害氣體、動力機械尾氣的納米凈化材料及催化凈化技術，切實攻克納米顆粒與生物活性物質的組裝方法。促進納米綠色印刷制版、高密度存儲器、新型顯示、高效能源轉化、氣體凈化、疾病快速診斷等納米材料與技術的規模化應用，搶占未來納米材料發展的制高點。
參考文獻
[1] 劉根生.多些“顛覆性技術創新”[J].群眾，2016，（1）.
[2] 楊，余曉潔.科技創新引領“第一動力”重視顛覆性技術創新[J].中國職工教育，2016，（1）.
[3] 趙剛.未來五年顛覆性技術將不斷涌現[J].領導文萃，2016，（7）.
[4] 王武軍.顛覆性技術的“搖籃”高明在哪兒[J].中國中小企業，2016，（6）.
關鍵詞：機電 一體化 發展趨勢應用
中圖分類號： TH-39文獻標識碼： A 文章編號：
1 機電一體化的概念
機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。一個機電一體化系統中一般由結構組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、職能組成要素五大組成要素有機結合而成。機械本體（結構組成要素）是系統的所有功能要素的機械支持結構，一般包括有機身、框架、支撐、聯接等。動力驅動部分（動力組成要素）依據系統控制要求，為系統提供能量和動力以使系統正常運行。測試傳感部分（感知組成要素）對系統的運行所需要的本身和外部環境的各種參數和狀態進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經過分析、處理后產生相應的控制信息。控制及信息處理部分（職能組成要素）將來之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結果和規定的程序與節奏發出相應的指令，控制整個系統有目的的運行。
2 機電一體化的發展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展和進步。縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發展：
2.1綠色化
工業發達給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態環境惡化的后果，所以綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態環境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。
2.2網絡化
網絡技術的興起和飛速發展給社會各個領域帶來了巨大變革。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發展。
2.3數字化。
微控制器和接口技術的發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、通用性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程控制操作、診斷和修復。
2.4智能化
智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能系統是一個知識處理系統,它包括知識表示、知識利用和知識獲取三個基本問題,其最終的目標是模擬人的問題求解、推理、學習。人工智能在機電一體化建設中的研究日益得到重視,機器人與數控機床的智能化就是重要應用。“智能化”是對機器行為的描述,是在控制理論的基礎上,吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法,模擬人類智能,使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力,以求得到更高的控制目標。目前,專家系統、模糊系統、神經網絡以及遺傳算法,是機電一體化產品(系統)實現智能化的4種主要技術，它們各自獨立發展又彼此相互滲透。隨著制造自動化程度的不斷提高,將會出現智能制造系統控制器來模擬人類專家的智能制造活動,并會對制造中出現的問題進行分析、判斷、推理、構思和決策。即要求機電產品有一定的智能，使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。
2.5微型化
微型化是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。微機電系統是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件和系統。微機電系統產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、信息等方面具有不可比擬的優勢。
3機電一體化技術的應用
3.1在鋼鐵企業中應用
在鋼鐵企業中，機電一體化系統是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程大系統的綜合一體化創造有力條件，增強系統控制精度、質量和可靠性。
3.2機電一體化技術在現代機械制造業中的應用。
傳統機械制造業是建立在規模經濟的基礎上，靠企業規模、生產批量、產品結構和重復性來獲得競爭優勢的，它強調資源的有效利用，以低成本獲得高質量和高效率，其生產盈利是靠機器取代人力，靠復雜的專業加工取代人的技能來獲取的。先進的機械制造業是以信息為主導，采用先進生產模式、先進制造系統、先進制造技術和先進組織管理形式的全新的機械制造業，其特征是全球化、網絡化、虛擬化、智能化以及環保協調的綠色制造。現代制造業集成了現代科學技術的發展，充分利用電子計算機技術，使制造技術提高到新的高度。近年來，制造工程領域的新技術相繼誕生，如計算機數字控制、現代集成制造系統、柔性制造技術、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等。
3.3在飲料行業中的應用。
機電一體化技術是當今發展最快、應用前景最為廣泛的技術之一。機電一體化技術在食品、飲料包裝機械的開發、設計和制造過程中的應用。 這不僅使單機的自動化程度大大提高，而且使整條包裝生產線的自動化控制水平、生產能力得到很大提高，使其競爭能力遠遠超過傳統的機械控制的同類設備。可以大大改善食品飲料包裝生產設備產品的質量，提高其國內、國際競爭能力。
總之，機電一體化的出現是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求，并且隨著科學技術的發展 ，機電一體化技 的廣闊發 展前景也將越來越光明 。
參考文獻
[1] 李建勇.機電一體化技術.北京:科學出版社,2004.
隨著社會的進步和生活水平的提高,社會對產品多樣化,低制造成本及短制造周期等需求日趨迫切,傳統的制造技術已不能滿足市場對多品種小批量,更具特色符合顧客個人要求樣式和功能的產品的需求。90年代后,由于微電子技術、計算機技術、通信技術、機械與控制設備的發展,制造業自動化進入一個嶄新的時代,技術日臻成熟。柔性制造技術已成為各工業化國家機械制造自動化的研制發展重點。
1基本概念
11柔性柔性可以表述為兩個方面。第一方面是系統適應外部環境變化的能力,可用系統滿足新產品要求的程度來衡量;第二方面是系統適應內部變化的能力,可用在有干擾(如機器出現故障)情況下,系統的生產率與無干擾情況下的生產率期望值之比來衡量。“柔性”是相對于“剛性”而言的,傳統的“剛性”自動化生產線主要實現單一品種的大批量生產。其優點是生產率很高,由于設備是固定的,所以設備利用率也很高,單件產品的成本低。但價格相當昂貴,且只能加工一個或幾個相類似的零件,難以應付多品種中小批量的生產。隨著批量生產時代正逐漸被適應市場動態變化的生產所替換,一個制造自動化系統的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發周期內,生產出較低成本、較高質量的不同品種產品的能力。柔性已占有相當重要的位置。柔性主要包括1)機器柔性當要求生產一系列不同類型的產品時,機器隨產品變化而加工不同零件的難易程度。
2)工藝柔性一是工藝流程不變時自身適應產品或原材料變化的能力;二是制造系統內為適應產品或原材料變化而改變相應工藝的難易程度。
3)產品柔性一是產品更新或完全轉向后,系統能夠非常經濟和迅速地生產出新產品的能力;二是產品更新后,對老產品有用特性的繼承能力和兼容能力。
4)維護柔性采用多種方式查詢、處理故障,保障生產正常進行的能力。
5)生產能力柔性當生產量改變、系統也能經濟地運行的能力。對于根據訂貨而組織生產的制造系統,這一點尤為重要。
6)擴展柔性當生產需要的時候,可以很容易地擴展系統結構,增加模塊,構成一個更大系統的能力。
7)運行柔性利用不同的機器、材料、工藝流程來生產一系列產品的能力和同樣的產品,換用不同工序加工的能力。
12柔性制造技術柔性制造技術是對各種不同形狀加工對象實現程序化柔性制造加工的各種技術的總和。柔性制造技術是技術密集型的技術群,我們認為凡是側重于柔性,適應于多品種、中小批量(包括單件產品)的加工技術都屬于柔性制造技術。目前按規模大小劃分為:
1)柔性制造系統(FMS)
關于柔性制造系統的定義很多,權威性的定義有:
美國國家標準局把FMS定義為:“由一個傳輸系統聯系起來的一些設備,傳輸裝置把工件放在其他聯結裝置上送到各加工設備,使工件加工準確、迅速和自動化。中央計算機控制機床和傳輸系統,柔性制造系統有時可同時加工幾種不同的零件。國際生產工程研究協會指出“柔性制造系統是一個自動化的生產制造系統,在最少人的干預下,能夠生產任何范圍的產品族,系統的柔性通常受到系統設計時所考慮的產品族的限制。”而我國國家軍用標準則定義為“柔性制造系統是由數控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統組成的自動化制造系統,它包括多個柔性制造單元,能根據制造任務或生產環境的變化迅速進行調整,適用于多品種、中小批量生產。”簡單地說,FMS是由若干數控設備、物料運貯裝置和計算機控制系統組成的并能根據制造任務和生產品種變化而迅速進行調整的自動化制造系統。目前常見的組成通常包括4臺或更多臺全自動數控機床(加工中心與車削中心等),由集中的控制系統及物料搬運系統連接起來,可在不停機的情況下實現多品種、中小批量的加工及管理。目前反映工廠整體水平的FMS是第一代FMS,日本從1991年開始實施的“智能制造系統”(IMS)國際性開發項目,屬于第二代FMS;而真正完善的第二代FMS預計本世紀十年代后才會實現。
2)柔性制造單元(FMC)
FMC的問世并在生產中使用約比FMS晚6～8年,FMC可視為一個規模最小的FMS,是FMS向廉價化及小型化方向發展的一種產物,它是由1～2臺加工中心、工業機器人、數控機床及物料運送存貯設備構成,其特點是實現單機柔性化及自動化,具有適應加工多品種產品的靈活性。迄今已進入普及應用階段。
3)柔性制造線(FML)
它是處于單一或少品種大批量非柔性自動線與中小批量多品種FMS之間的生產線。其加工設備可以是通用的加工中心、CNC機床;亦可采用專用機床或NC專用機床,對物料搬運系統柔性的要求低于FMS,但生產率更高。它是以離散型生產中的柔性制造系統和連續生過程中的分散型控制系統(DCS)為代表,其特點是實現生產線柔性化及自動化,其技術已日臻成熟,迄今已進入實用化階段。
4)柔性制造工廠(FMF)FMF是將多條FMS連接起來,配以自動化立體倉庫,用計算機系統進行聯系,采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發貨的完整FMS。它包括了CAD/CAM,并使計算機集成制造系統(CIMS)投入實際,實現生產系統柔性化及自動化,進而實現全廠范圍的生產管理、產品加工及物料貯運進程的全盤化。FMF是自動化生產的最高水平,反映出世界上最先進的自動化應用技術。它是將制造、產品開發及經營管理的自動化連成一個整體,以信息流控制物質流的智能制造系統(IMS)為代表,其特點是實現工廠柔性化及自動化。
2柔性制造所采用的關鍵技術2.1計算機輔助設計
未來CAD技術發展將會引入專家系統,使之具有智能化,可處理各種復雜的問題。當前設計技術最新的一個突破是光敏立體成形技術,該項新技術是直接利用CAD數據,通過計算機控制的激光掃描系統,將三維數字模型分成若干層二維片狀圖形,并按二維片狀圖形對池內的光敏樹脂液面進行光學掃描,被掃描到的液面則變成固化塑料,如此循環操作,逐層掃描成形,并自動地將分層成形的各片狀固化塑料粘合在一起,僅需確定數據,數小時內便可制出精確的原型。它有助于加快開發新產品和研制新結構的速度。
2.2模糊控制技術
模糊數學的實際應用是模糊控制器。最近開發出的高性能模糊控制器具有自學習功能,可在控制過程中不斷獲取新的信息并自動地對控制量作調整,使系統性能大為改善,其中尤其以基于人工神經網絡的自學方法更引起人們極大的關注。
2.3人工智能、專家系統及智能傳感器技術
迄今,柔性制造技術中所采用的人工智能大多指基于規則的專家系統。專家系統利用專家知識和推理規則進行推理,求解各類問題(如解釋、預測、診斷、查找故障、設計、計劃、監視、修復、命令及控制等)。由于專家系統能簡便地將各種事實及經驗證過的理論與通過經驗獲得的知識相結合,因而專家系統為柔性制造的諸方面工作增強了柔性。展望未來,以知識密集為特征,以知識處理為手段的人工智能(包括專家系統)技術必將在柔性制造業(尤其智能型)中起著日趨重要的關鍵性的作用。目前用于柔性制造中的各種技術,預計最有發展前途的仍是人工智能。預計到21世紀初,人工智能在柔性制造技術中的應用規模將在比目前大4倍。智能制造技術(IMT)旨在將人工智能融入制造過程的各個環節,借助模擬專家的智能活動,取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動。在制造過程,系統能自動監測其運行狀態,在受到外界或內部激勵時能自動調節其參數,以達到最佳工作狀態,具備自組織能力。故IMT被稱為未來21世紀的制造技術。對未來智能化柔性制造技術具有重要意義的一個正在急速發展的領域是智能傳感器技術。該項技術是伴隨計算機應用技術和人工智能而產生的,它使傳感器具有內在的“決策”功能。
24人工神經網絡技術
人工神經網絡(ANN)是模擬智能生物的神經網絡對信息進行并處理的一種方法。故人工神經網絡也就是一種人工智能工具。在自動控制領域,神經網絡不久將并列于專家系統和模糊控制系統,成為現代自動化系統中的一個組成部分。
3柔性制造技術的發展趨勢
31FMC將成為發展和應用的熱門技術
這是因為FMC的投資比FMS少得多而經濟效益相接近,更適用于財力有限的中小型企業。目前國外眾多廠家將FMC列為發展之重。
32發展效率更高的FML
多品種大批量的生產企業如汽車及拖拉機等工廠對FML的需求引起了FMS制造廠的極大關注。采用價格低廉的專用數控機床替代通用的加工中心將是FML的發展趨勢。
33朝多功能方向發展
由單純加工型FMS進一步開發以焊接、裝配、檢驗及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多種功能FMS。
4結束語
柔性制造技術是實現未來工廠的新穎概念模式和新的發展趨勢,是決定制造企業未來發展前途的具有戰略意義的舉措。屆時,智能化機械與人之間將相互融合,柔性地全面協調從接受訂貨單至生產、銷售這一企業生產經營的全部活動。
近年來,柔性制造作為一種現代化工業生產的科學“哲理”和工廠自動化的先進模式已為國際上所公認,可以這樣認為:柔性制造技術是在自動化技術、信息技術及制造技術的基礎上,將以往企業中相互獨立的工程設計、生產制造及經營管理等過程,在計算機及其軟件的支撐下,構成一個覆蓋整個企業的完整而有機的系統,以實現全局動態最優化,總體高效益、高柔性,并進而贏得競爭全勝的智能制造技術。它作為當今世界制造自動化技術發展的前沿科技,為未來機構制造工廠提供了一幅宏偉的藍圖,將成為21世紀機構制造業的主要生產模式。實現了按端口、MAC地址、應用等來劃分虛擬網絡,有效地控制了企業內部網絡的廣播流量和提高了企業內部網絡的安全性。
4結論
記得我第一次看到“智慧城市”這個字眼大概是五六年前，感覺那時“智”字還比較稀缺。如今已經是一個“智”字盛行的時代，智能手機、智能汽車、智能家居、人工智能、智能制造、商業智能等等，不一而足。從生活到生產，從生產到商業，可謂遍布“智”字的足跡。這些大大小小的智能概念構成了城市的方方面面，那么智慧城市的“智”就是這些“智”字的簡單相加或匯總嗎？智慧城市的“智”有著什么樣的獨特內涵？對于這個問題，我曾經困惑過。現在我認為，智慧城市作為一座城市，它的首要智慧是管理。
曾經有段時間，每當別人問我在做哪方面的研究時，我會別別扭扭地回答：“我在研究智慧城市。”我為什么會別扭？因為我感覺這個回答比較空洞蒼白，說了像是沒說。就像前面說的，智慧城市是個很大的概念，它包含很多中宏觀和微觀的領域，從中觀的角度來說，就包括智慧交通、智慧教育、智慧醫療、智慧環保、智慧物流等眾多方面；從微觀層面來說，那包括的具體領域更是不勝枚舉。比如打車軟件就屬于智慧城市。因為打車軟件便利了市民的出行生活，屬于智慧交通的范疇，而智慧交通顯然是智慧城市一個極其重要的方面。所以打車軟件的研究者和實踐者，本質上也屬于智慧城市的研究者和實踐者。既然他們都沒給自己貼上高大上的“智慧城市”標簽，我怎么好意思自貼呢？于是我開始思考，在這樣一個各領域言必稱“智”的時代，智慧城市“智”在何方？
現在如果有人問我在做哪方面的研究，我會很從容地回答：“我在研究智慧城市的管理。”經過一段時間對智慧城市的研究和思考，我漸漸認識到智慧管理是智慧城市的首要智慧。現在提到的很多“智”大多還是在技術層面，比如智能手機、智能汽車、人工智能等，而智慧城市的“智”遠遠不是各種新技術的應用和疊加，而是基于新技術之上的管理理念、管理模式的創新。就像本期 《政府對智慧城市的管理策略創新》研究報告所提到的，“智慧城市的本質不是新技術，而是以新技術為依托形成的城市管理與服務的新理念、新模式。”如果智慧城市的管理做不到與時俱進，那么無論采用了多么先進的技術，技術所能發揮的功效也會大打折扣。智慧的管理，會充分激發新技術的活力；缺乏智慧的管理，會壓抑新技術的活力。
智慧城市離不開方方面面的“智慧技術”，更離不開智慧的管理。城市管理做得好，即使沒有運用最先進的技術，市民在生活和工作中也能感受到城市生活的舒適與便捷。當然，如果將“智慧管理”與“智慧技術”有機融合在一起，市民將進一步感受到城市的魅力、智慧的魅力。
隨著社會的進步和生活水平的進步,社會對產品多樣化,低制造本錢及短制造周期等需求日趨迫切,傳統的制造技術已不能滿足市場對多品種小批量,更具特色符合顧客個人要求樣式和功能的產品的需求。90年代后,由于微電子技術、計算機技術、通訊技術、機械和控制設備的發展,制造業自動化進進一個嶄新的時代,技術日臻成熟。柔性制造技術已成為各產業化國家機械制造自動化的研制發展重點。
1 基本概念
11 柔性柔性可以表述為兩個方面。第一方面是系統適應外部環境變化的能力,可用系統滿足新產品要求的程度來衡量;第二方面是系統適應內部變化的能力,可用在有干擾(如機器出現故障)情況下,系統的生產率和無干擾情況下的生產率期看值之比來衡量。“柔性”是相對于“剛性”而言的,傳統的“剛性”自動化生產線主要實現單一品種的大批量生產。其優點是生產率很高,由于設備是固定的,所以設備利用率也很高,單件產品的本錢低。但價格相當昂貴,且只能加工一個或幾個相類似的零件,難以應付多品種中小批量的生產。隨著批量生產時代正逐漸被適應市場動態變化的生產所替換,一個制造自動化系統的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發周期內,生產出較低本錢、較高質量的不同品種產品的能力。柔性已占有相當重要的位置。柔性主要包括 1) 機器柔性 當要求生產一系列不同類型的產品時,機器隨產品變化而加工不同零件的難易程度。
2) 工藝柔性 一是工藝流程不變時自身適應產品或原材料變化的能力;二是制造系統內為適應產品或原材料變化而改變相應工藝的難易程度。
3) 產品柔性 一是產品更新或完全轉向后,系統能夠非常經濟和迅速地生產出新產品的能力;二是產品更新后,對老產品有用特性的繼續能力和兼容能力。
4) 維護柔性 采用多種方式查詢、處理故障,保障生產正常進行的能力。
5) 生產能力柔性 當生產量改變、系統也能經濟地運行的能力。對于根據訂貨而組織生產的制造系統,這一點尤為重要。
6) 擴展柔性 當生產需要的時候,可以很輕易地擴展系統結構,增加模塊,構成一個更大系統的能力。
7) 運行柔性 利用不同的機器、材料、工藝流程來生產一系列產品的能力和同樣的產品,換用不同工序加工的能力。
12 柔性制造技術柔性制造技術是對各種不同外形加工對象實現程序化柔性制造加工的各種技術的總和。柔性制造技術是技術密集型的技術群,我們以為凡是側重于柔性,適應于多品種、中小批量(包括單件產品)的加工技術都屬于柔性制造技術。目前按規模大小劃分為:
1) 柔性制造系統(FMS)
有關柔性制造系統的定義很多,權威性的定義有:
美國國家標準局把FMS定義為:“由一個傳輸系統聯系起來的一些設備,傳輸裝置把工件放在其他聯結裝置上送到各加工設備,使工件加工正確、迅速和自動化。中心計算機控制機床和傳輸系統,柔性制造系統有時可同時加工幾種不同的零件。國際生產工程探究協會指出“柔性制造系統是一個自動化的生產制造系統,在最少人的干預下,能夠生產任何范圍的產品族,系統的柔性通常受到系統設計時所考慮的產品族的限制。”而我國國家軍用標準則定義為“柔性制造系統是由數控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統組成的自動化制造系統,它包括多個柔性制造單元,能根據制造任務或生產環境的變化迅速進行調整,適用于多品種、中小批量生產。”簡單地說,FMS是由若干數控設備、物料運貯裝置和計算機控制系統組成的并能根據制造任務和生產品種變化而迅速進行調整的自動化制造系統。目前常見的組成通常包括4臺或更多臺全自動數控機床(加工中心和車削中心等),由集中的控制系統及物料搬運系統連接起來,可在不停機的情況下實現多品種、中小批量的加工及治理。目前反映工廠整體水平的FMS是第一代FMS,日本從1991年開始實施的“智能制造系統”(IMS)國際性開發項目,屬于第二代FMS;而真正完善的第二代FMS預計本世紀十年代后才會實現。
2) 柔性制造單元(FMC)
FMC的問世并在生產中使用約比FMS晚6~8年,FMC可視為一個規模最小的FMS,是FMS向廉價化及小型化方向發展的一種產物,它是由1~2臺加工中心、產業機器人、數控機床及物料運送存貯設備構成,其特征是實現單機柔性化及自動化,具有適應加工多品種產品的靈活性。迄今已進進普及應用階段。
3) 柔性制造線(FML)
它是處于單一或少品種大批量非柔性自動線和中小批量多品種FMS之間的生產線。其加工設備可以是通用的加工中心、CNC機床;亦可采用專用機床或NC專用機床,對物料搬運系統柔性的要求低于FMS,但生產率更高。它是以離散型生產中的柔性制造系統和連續生過程中的分散型控制系統(DCS)為代表,其特征是實現生產線柔性化及自動化,其技術已日臻成熟,迄今已進進實用化階段。
4) 柔性制造工廠(FMF)FMF是將多條FMS連接起來,配以自動化立體倉庫,用計算機系統進行聯系,采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發貨的完整FMS。它包括了CAD/CAM,并使計算機集成制造系統(CIMS)投進實際,實現生產系統柔性化及自動化,進而實現全廠范圍的生產治理、產品加工及物料貯運進程的全盤化。FMF是自動化生產的最高水平,反映出世界上最先進的自動化應用技術。它是將制造、產品開發及經營治理的自動化連成一個整體,以信息流控制物質流的智能制造系統(IMS)為代表,其特征是實現工廠柔性化及自動化。
2 柔性制造所采用的關鍵技術
2.1 計算機輔助設計
未來CAD技術發展將會引進專家系統,使之具有智能化,可處理各種復雜的新題目。當前設計技術最新的一個突破是光敏立體成形技術,該項新技術是直接利用CAD數據,通過計算機控制的激光掃描系統,將三維數字模型分成若干層二維片狀圖形,并按二維片狀圖形對池內的光敏樹脂液面進行光學掃描,被掃描到的液面則變成固化塑料,如此循環操縱,逐層掃描成形,并自動地將分層成形的各片狀固化塑料粘合在一起,僅需確定數據,數小時內便可制出精確的原型。它有助于加快開發新產品和研制新結構的速度。
2.2 模糊控制技術
模糊數學的實際應用是模糊控制器。最近開發出的高性能模糊控制用具有自學習功能,可在控制過程中不斷獲取新的信息并自動地對控制量作調整,使系統性能大為改善,其中尤其以基于人工神經網絡的自學方法更引起人們極大的關注。
2.3 人工智能、專家系統及智能傳感器技術
迄今,柔性制造技術中所采用的人工智能大多指基于規則的專家系統。專家系統利用專家知識和推理規則進行推理,求解各類新題目(如解釋、猜測、診斷、查找故障、設計、計劃、監視、修復、命令及控制等)。由于專家系統能簡便地將各種事實及經驗證過的理論和通過經驗獲得的知知趣結合,因而專家系統為柔性制造的諸方面工作增強了柔性。展看未來,以知識密集為特征
,以知識處理為手段的人工智能(包括專家系統)技術必將在柔性制造業(尤其智能型)中起著日趨重要的關鍵性的功能。目前用于柔性制造中的各種技術,預計最有發展前途的還是人工智能。預計到21世紀初,人工智能在柔性制造技術中的應用規模將在比目前大4倍。智能制造技術(IMT)旨在將人工智能融進制造過程的各個環節,借助模擬專家的智能活動,取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動。在制造過程,系統能自動監測其運行狀態,在受到外界或內部激勵時能自動調節其參數,以達到最佳工作狀態,具備自組織能力。故IMT被稱為未來21世紀的制造技術。對未來智能化柔性制造技術具有重要意義的一個正在急速發展的領域是智能傳感器技術。該項技術是伴隨計算機應用技術和人工智能而產生的,它使傳感用具有內在的“決策”功能。
24 人工神經網絡技術
人工神經網絡(ANN)是模擬智能生物的神經網絡對信息進行并處理的一種方法。故人工神經網絡也就是一種人工智能工具。在自動控制領域,神經網絡不久將并列于專家系統和模糊控制系統,成為現代自動化系統中的一個組成部分。 3 柔性制造技術的發展趨向
31 FMC將成為發展和應用的熱門技術
這是由于FMC的投資比FMS少得多而經濟效益相接近,更適用于財力有限的中小型企業。目前國外眾多廠家將FMC列為發展之重。
32 發展效率更高的FML
多品種大批量的生產企業如汽車及拖拉機等工廠對FML的需求引起了FMS制造廠的極大關注。采用價格低廉的專用數控機床替換通用的加工中心將是FML的發展趨向。
33 朝多功能方向發展
由單純加工型FMS進一步開發以焊接、裝配、檢驗及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多種功能FMS。
4 結束語
關鍵詞：機械制造；自動化技術；思考
機械制造自動化是指在機械制造過程的所有環節中采用自動化技術，以實現機械制造全過程的自動化。隨著電子和信息技術的發展，特別是隨著計算機的出現和廣泛應用，自動化已擴展為用機器（包括計算機）代替人的體力勞動和腦力勞動，自動地完成特定的作業。一個零部件（或產品）的制造包括著若干個工藝過程，如果不僅每個工藝過程都自動化了，而且它們之間是自動的有機聯系在一起，也就是說從原材料到最終成品的全過程都不需要人工干預，這時就形成了制造過程的自動化。
機械制造自動化技術主要包括：包括上下料、裝夾、換刀、加工、零件校驗等環節的機械加工自動化技術；包括工件、刀具、其它物料的儲運的物料儲運自動化技術；包括零部件供應、裝配過程等的裝配自動化技術；包括零件檢測、產品檢測、刀具檢測等的質量控制自動化技術。
在工業生產中，機械自動化的作用很大：⑴采用自動化技術后可以大幅度縮短產品制造過程中的輔助時間，有效縮短了生產周期，從而使生產率得以提高。⑵由于廣泛采用各種高精度的加工設備和自動檢測設備，減少了工人情緒波動的，提高了產品質量。⑶采用自動化技術后可減少占地面積，減少直接生產工人的數量，減少廢品率等，提高經濟效益。⑷采用現代制造技術使得變更制造對象更容易，適應的范圍也較寬，十分有利于產品的更新。⑸體現一個國家的科技水平，可以帶動自動檢測技術、自動化控制技術、產品設計與制造技術，系統工程技術等相關技術的發展。
1 自動化機械制造規模
按規模大小FMS可分為如下4類
1.1 自動化制造單元
FMC：的問世并在生產中使用約比FMS晚6～8年，它是由1～2臺加工中心、工業機器人、數控機床及物料運送存貯設備構成，具有設置應加工多品種產品的靈活性。FMC可視為一個規模最小的FMS，是FMS向廉價化及小型化方向發展和一種產物，其特點是實{目單機自動化化及自動化，迄今已進入普及應用階段。
1.2 自動化制造系統
通常包括4臺或更多臺全自動數控機床及人工中心與車削中心等），由集中的控制系統及物料搬運系統連接起來，可在不停機的情況下實現多品種、中小批量的加工及管理。
1.3 自動化制造線
它是處于單一或少品種大批量非自動化自動線與中小批量多品種f：MS之間的生產線。其加工設備可以是通用的加工中心、CNC機床，亦可采用專用機床或NC專用機床，對物料搬運系統自動化的要求低于FMS，但生產率更高。
1.4 自動化制造工廠
FMt是將多條FMS連接起來，配以自動化立體倉庫，用計算機系統進行聯系，采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發貨的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使計算機集成制造系統（C1MS）投入實際，實現生產系統自動化化及自動化，進而實現全廠范圍的生產管理、產品加工及物料貯運進程的全盤化。FMF是自動化生產的最高水平，反映出世界上最先進的自動化應用技術。它是將制造、產品開發及經營管理的自動化連成一個整體，以信息流控制物質流的智能制造系統IMS）為代表，其特點是實現工廠自動化化及自動化。
2 自動化關鍵技術
2.1 計算機輔助設計
未來CAD技術發展將會引入專家系統，使之具有智能化，可處理各種復雜的問題。當前設計技術最新的一個突破是光敏立體成形技術，該項新技術是直接利用CAD數據，通過計算機控制的激光掃描系統，將三維數字模型分成若干層二維片狀圖形，并按二維片狀圖形對池內的光敏樹脂液面進行光學掃描，被掃描到的液面則變成固化塑料，如此循環操作，逐層掃描成形，并自動地將分層成形的各片狀固化塑料粘合在一起，僅需確定數據，數小時內便可制出精確的原型。它有助于加快開發新產品和研制新結構的速度。
2.2 模糊控制技術
模糊數學的實際應用是模糊控制器。最近開發出的高性能模糊控制器具有自學習功能，可在控制過程中不斷獲取新的信息并自動地對控制量作調整，使系統性能大為改善，其中尤其以基于人工神經網絡的自學方法更起人們極大的關注。
2.3 工智能、專家系統及智能傳感器技術
迄今，FMS中所采用的人工智能大多指基于規則的專家系統。專家系統利用專家知識和推理規則進行推理，求解各類問題（如解釋、預測、診斷、查找故障、設計、計劃、監視、修復、命令及控制等）。由于專家系統能簡便地將各種事實及經驗證過的理論與通過經驗獲得的知識相結合，因而專家系統為FMS的諸方面工作增強了自動化。展望未來，以知識密集為特征，以知識處理為手段的人工智能（包括專家系統）技術必將在FMS（尤其智能型）中關鍵性的作用。人工智能在未來FMS中將發揮日趨重要的作用。目前用于FMS中的各種技術，預計最有發展前途的仍是人工智能。預計到21世紀初，人工智能在FMS中的應用規模將要比目前大4倍。智能制造技術fIMT旨在將人工智能融入制造過程的各個環節，借助模擬專家的智能活動，取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動。在制造過程，系統能自動監測其運行狀態，在受到外界或內部激勵時能自動調節其參數，以達到最佳工作狀態，具備自組織能力。
2.4 人工神經網絡技術
人工神經網絡fANN）是模擬智能生物的神經網絡對信息進行并行處理的一種方法。故人工神經網絡也就是一種人工智能工具。在自動控制領域，神經網絡不久將并列于專家系統和模糊控制系統，成為現代自支化系統中的一個組成部分。
3 啟動控制技術發展趨勢
自二戰結束以來，世界各發達國家逐漸重視設計理論和設計方法的研究，先后產生了許多新概念、新思想、新理論和新技術。從設計方法來看，國內外先后提出了并行設計、虛擬設計、協同設計，相似性設計、智能設計等新概念；從設計準則來看，出現了優化設計、可靠性設計、有限元等概念，從設計的手段來看，出現了計算機輔助設計，不僅普及了二維設計 CAD 軟件，而且功能全面的三維造型軟件也進入了實用階段。
3.1 FMC將成為發展和應用的熱門技術
這是因為FMC的投資比FMS少得多而經濟效益相接近，更適用于財力有限的中小型企業。目前國外眾多廠家將FMC列為發展之重。近年來，計算機網絡技術、 Web 技術和數據庫技術的出現和飛速發展，給現代機械設計注入了新的生機和活力，機械設計逐漸向數字化、網絡化方向發展。基于 Web 的遠程設計正是在這種條件下產生的。它的出現，使得各制造企業可以充分利用 Internet 和 Web 的國際互聯性和資源共享性，組建企業間的動態聯盟或虛擬設計小組，通過組合分散在各個地域企業的技術優勢，發揮各個企業的局部特長，同時不同專業的技術人員可以不受地域的限制，在一個統一且易于訪問的平臺下進行異地的合作與設計，實現信息的交流和共享，進而快速開發出所需產品，提高產品設計的一次成功率。
3.2 朝多功能方向發展
由單純加工型FMS進一步開發以焊接、裝配、檢驗及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多種功能FMS。FMS是實現未來工廠的新穎概念模式和新的發展趨勢，是決定制造企業未來發展前途的具有戰略意義的舉措。日本從1991年開始實施的“智能制造系統”frms）國際性開發項目，屬于第二代FMS：完善的第二代FMS正在不斷實現。智能化機械與人之間相互融合、自動化地全面協調從接受訂單貨至生產、銷售這一企業生產經營的全部活動。
進入新世紀，FMS獲得迅猛發展，幾乎成生產自動化之熱點。一方面是由于單項技術如NC加工中心、工業機器人、CAD/CAM、資源管理及高度技術等的發展，提供了可供集成一個整體系統的技術基礎：另一方面，世界市場發生了重大變化，由過去傳統、相對穩定的市場，發展為動態多變的市場，為了從市場中求生存、求發展，提高企業對市場需求的應變能力，人們開始探索新的生產方法和經營模式。
參考文獻：
