时间：2023-07-21 17:28:32
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇智能制造技术的概念，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：先进制造；技术机械制造业；发展方向
一：机械制造技术的概念
机械制造业指从事各种动力机械、起重运输机械、农业机械、冶金矿山机械、化工机械、纺织机械、机床、工具、仪器、仪表及其他机械设备等生产的行业。机械制造业为整个国民经济提供技术装备，其发展水平是国家工业化程度的主要标志之一，是国家重要的支柱产业。机械制造业作为一个传统的领域已经发展了很多年，积累了许多理论和实践经验，但随着当今社会的发展，人们的生活水平不断提高，各个方面的个性化需求越来越强烈。作为经深入到各行各业并已成为基础工业的机械制造业面临着严峻的挑战。先进制造技术这个概念的提出为机械制造业的发展指明了方向。虽然这个名词没有确定的定义，但目前被公认的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。
（1）从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要（2）从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥。（3）从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节。（4）从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量。
发展低成本自动化技术，潜力大，前景广，投资省，见效快，提高自动化程度，可以收到事半功倍的经济效果，适合我国现阶段的发展需要和国情。20世纪下半页，日本丰田汽车集团首创的精节生产LP（LeanProduction）模式，就是以最小的投入，取得最大的产量的具体表现。借鉴国外发展机械制造业低成本自动化技术的经验是有益的。我国机械制造业各企业有大量的通用设备，在发展现代机械自动化技术时，应以原有的设备为主，合理调整机床布局，添加少量的数控设备，引入CAD/CAM技术，充分发挥计算机自动化管理的优势和人的创造性，共同构成一个以人为中心，以信息自动化为先导、树立自主的单元化生产系统，为我国机械制造业自动化技术发展应用提供了一条投资少、见效快、效益高、符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途徑。从长远看，在发展中循序渐进的搞好制造业生产，实现可持续发展是需要每一个企业家和国家共同努力完成。
机械制造技术的发展趋势可以概括为：（1）机械制造自动化。（2）密工程。（3）传统加工方法的改进与非传统加工方法的发展。机械制造自动化技术自本世纪20年代出现以来，经历了三个阶段，即刚性自动化、柔性自动化和综合自动化。综合自动化常常与计算机辅助制造、计算集成制造等概念相联系，它是制造技术、控制技术、现代管理技术和信息技术的综合，旨在全面提高制造企业的劳动生产率和对市场的响应速度。
三、机械制造技术的新趋势
（一）、机械智能化
智能制造系统可被理解为由智能机械和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，该系统在制造过程中能进行智能活动，如分析、推理、判断、构思、决策等。在智能系统中，“智能”主要体现在系统具有极好的“软”特性（适应性和友好性）。在设计和制造过程中，采用模块化方法，使之具有较大的柔性；对于人，智能制造强调安全性和友好性；对于环境，要求作到无污染，省能源和资源充分回收；对于社会，提倡合理协作与竞争。
（二）、机械敏捷化
敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求做出快速反应，以满足用户的需要。为了达到快速应变能力，虚拟企业的建立是关键技术，其核心是虚拟制造技术，即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是现代集成制造系统从信息成发展到企业集成的必由之路，它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平，是现代集成制造系统的发展方向。
（三）、机械虚拟化
“虚拟制造”的概念于20世纪90年代初期提出。虚拟制造以系统建模和计算机仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、信息技术、并行工程、人工智能、多媒体技术等高新技术为一体，是一项由多学科知识形成的综合系统技术。虚拟制造利用信息技术、仿真计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防的措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的。
四：结束语
总之，我国机械制造业发展应用自动化技术，不但要起点高，瞄准世界先进水准，而且必须包括各种灵活的低成本、见效快的自动化技术，坚持提高与普及相结合的方针，我国的机械自动化技术发应应用才能健康地走上高速度、高质量和高效益之路。
参考文献
[1]黄华梁、彭文生.创新思维与创造性技法.北京：高等教育出版社，2007
[2]李学志.计算机辅助设计与绘图[M].北京：清华大学出版社.2007
关键词：工业4.0；智能制造；模具制造业；3D打印技术
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.018
1 工业4.0与智能制造
工业4.0的核心理念是信息系统和物理系统的深度融合，从而产生具有“人-机”、“机-机”相互通信能力的信息物理融合系统（CPS）。CPS将是一个包含计算、网络和物理世界的复杂系统，通过计算机技术、通信技术和控制技术的有机融合与深度协作，来实现信息世界与物理世界的紧密融合。结合制造业的发展，工业4.0提出了智能制造的概念，它是基于现代传感技术、网络技术、自动化技术以及人工智能技术，通过感知、人机交互、决策、执行和反馈的方式，来实现产品设计过程、制造过程和企业管理及服务过程的智能化，是信息技术与制造技术的深度融合与集成。智能制造是一种可持续的制造模式，它有助于优化产品的设计和制造过程，大幅度减少生产资料和能源的消耗以及各种废弃物的产生，能够同时实现循环再生和减少污染。实现智能制造的智能工厂将由物理系统和虚拟信息系统组成，被称为信息物理生产系统（CPPS），它是未来制造业的重要组成单位。
2 工业4.0对模具制造业的影响
2.1 3D打印技术的使用
3D打印制造技术作为工业4.0生产模式的突破口，具有分布式制造的重要特征。3D打印制造技术是根据计算机的三维设计和计算，通过软件程序和数控系统将特定功能材料逐层堆积固化的快速成型制造技术。
传统的模具制造技术存在其自身局限，比如生产成本高，一般适用于与之对应的注塑件或冲压件的大规模生产。而且模具的开发技术难度大，特别是对于外观复杂的工业产品或零件而言，其外观越复杂，模具的研发费用越高，开模周期越长，加工成本越高。
3D打印技术可用来加工外观复杂的产品，同时缩短产品研发周期。对于那些生产成本较高的新模具，可以先通过3D打印的方式得到少量产品，待其投放市场后观察动态，再制造更多的模具来进行大批量生产，这样可以避免模具开发前期的投入过高对企业造成的潜在风险；3D打印技术可以精确地制造出零件中的任意结构细节，这些组成整套模具的零件被3D打印技术制造出来后，可以有效地知道模具的装配工艺，避免模具在机构和工艺上的设计失误；在高端精密模具中，随形冷却水道的设计和应用是很广泛的，然而这里无法使用传统的机械加工技术来完成，但3D打印技术能够被用来制造此类复杂的模具，其效果可使模具在需要的部分快速降温，缩短注塑件的成型周期，从而提高生产效率。
2.2 模具的智能制造
根据工业4.0的特点，模具制造业可以通过运用人工智能、物联网、大数据、云计算等手段改造生产流程、管理系统和商业模式，从而缓解该行业的生产成本高、开发周期短的压力。营造智能制造的生产环境，可以改变模具制造业的生产模式，提高产品质量和生产效率。例如日本最大的模具标准零件供应商――米思米（MISUMI）公司，通过使用附着在零件上的RFID电子标签来自动识别相应的作业和制造流程，并通过这些信息，自动重组、配置最适合的生产单元、生产线及工厂，从而不断完善多品种、小批量的生产模式，使得更加灵活机动的多品种、多需求生产和订单管理成为可能。该公司的独特业务模式，构筑了其全球迅速交货体制，实现了商业创新和流程、生产方式的再造；例如某模具制造公司通过对大规模生产的注塑件或冲压件的产品的三维形态扫描和具体尺寸的大数据分析，将产品的尺寸缺陷反馈给模具制造设备，从而发现了用于规模生产的模具的局部缺陷。然后，该公司便可通过模具的三维CAD数字模型的改进，指导3D打印设备，对已使用的模具进行缺陷修复（局部三维再加工和局部修正）或者设计、制造新的模具来替代。整个测量、分析系统的数字化以及产品测量设备与模具制造设备的互联，使得模具开发和改进变得更加智能化；例如通过分析注塑件或冲压件的产品订单、库存情况和半成品信息，智能化的模具制造工厂能够合理地分析出目前生产线的产能状况，并对是否需要制造更多的模具来支持生产线的问题作出判断。
2.3 模具的云制造
随着制造业逐渐进入大数据时代，智能制造需要高性能的计算机和网络设备来实现互联，这样通过上游的计算机安装SCADA数据采集和监控系统，可以将数据发送给云端进行处理、存储和分配，并在需要的时候从云端接受指令。如图1所示的是一群机器人的云端控制模型。同样的，通过上游计算机将模具制造的任务信息发送到云端，并将模具各个部分零件的三维制造信息合理地分配给相互连接的多台3D打印设备，从而分布式地完成整个模具的3D打印制造任务。这样就更加有效地实现了模具的快速开发，提高了模具的生产效率。
3 结束语
工业4.0所倡导的信息系统与物流系统正在深度融合中，而智能制造和智能工厂的概念也必将导致整个工业机构、经济结构和社会结构从垂直向扁平的分布式方向转变。模具制造业作为制造业的重要组成部分，在加入智能制造的概念后，必然能够实现信息和物质的智能互联，更大程度地降低产品成本，提高劳动生产率，这需要我们每一个人的智慧和努力。
参考文献：
[1].工业4.0和智能制造[J].机械设计与制造工程，2014（08）：1-5.
随着工业和信息化的不断融合，工业制造也迎来了新的发展阶段。当前，人工智能技术、机器人技术和数字化制造技术等技术相结合的智能制造技术开始贯穿于设计、生产、管理和服务等制造业的各个环节。这3种技术将重新构筑制造业的竞争格局引领新一轮制造业变革。中国作为制造大国，十分重视装备制造业的发展，根据《“十二五”智能制造装备产业发展规划》，中国将实现智能制造装备产业销售收入超过1万亿元，年均增长率超过25%。在中国制造业举起智能化发展大旗的同时，究竟在如何补足短板，确定方向，实现有序、健康发展？中国工程院院士、机械制造与自动化领域著名科学家卢秉恒在接受《中国经济和信息化》记者专访时表示，当前中国的智能制造发展还处于起步阶段，一些认识上的误区还需要改变，同时需要夯实产业发展基础，通过智能技术切实提升制造业整体水平。
自动化不是智能化
CEI：不管是国家战略层面还是一些企业的发展层面，都已经把智能制造作为一个重要的发展方向。你如何看待中国当前智能制造的发展？
卢秉恒：中国是制造大国，当前，制造业已经开始向智能制造转型发展。然而中国现在的智能制造还处于起步阶段，一些对于智能制造的认识还存在偏差。有的人把数字化认为是智能制造，有的人认为自动化就是智能制造，这存在一些误读。制造业的自动化、早已有之，智能化是最近的概念。
简单而言，自动化是节约人的体力，智能化是节约人的脑力，智能化充分体现了知识经济的价值，它是在数字化、自动化的基础上发展的，是更前沿的阶段。以机床为例，第一阶段是电动机和机床结合在一起，形成机床，而不是古代使用马拉进行运转的工具。第二阶段是将计算机和机床结合在一起，变成数控机床，实现程序化控制，这是数字化时代的产物。第三阶段的智能机床，需要传感器，随时感知其工作状况、参数，需要根据工艺知识而设计的智能控制软件，智能控制软件体现了人们对加工工艺过程优化的知识。传感器、数控机床、智能控制三者共同构成智能机床。这亦可看出数字化、自动化和智能化的区别。当然，智能制造还包括车间级、企业级等制造系统的智能化。
但是，现在很多人的意识中，包括国家立的一些科研项目把二者都混淆起来，将智能制造的经费也用到了其他的技术方面。作为企业来说，也需要认识到这二者的区别，智能化将比数字化、自动化能带来更大的受益。
还是以机床加工来看，数控机床是编好程序以后，机床按照程序规定的命令执行，如果加工的过程中出现问题，震动、主轴发热等情况，机床自身是无法控制的。而智能机床可以随时监测刀具是否出现磨损、主轴是否有发热、震动等状态的变化会影响到加工的质量，智能机床可以随时干预加工过程，改变运行参数，降低转速、减少进给速度，保护机床或者停止运转等。
CEI：你所说的这类智能制造技术应用情况如何？智能制造应该是一种什么概念？
卢秉恒：这种技术在国外已经开始应用，如德马吉的机床已经可实时监测机床振动。其把机床的振动分为3个档位。当振动在0～3个重力加速度时，说明机床的运行稳定；当震动在3～7，认为是需要密切监视；当震动达到7～10就会立即停止机床运行，认为这可能带来机床故障。当加工状态的温度过高等情况出现时，智能机床还能将故障警示通过手机发送给操作者，一个操作者可以管理数台机床，哪台机床报警了操作员将直接收到信号，甚至操作者在工作的同时能够听音乐也不耽误工作。
智能技术还能监测机床温度升高引起变形的情况，也就是热伸长。热伸长影响加工精度，可能导致加工零件变成废品，而智能技术在自动检测到潜在问题后，能够通过数控机床进行温度补偿，仍然加工出合格的产品。
在智能技术下，机床还可以通过加工程序的设置，实现按照最好的产品质量水平或者最大生产率运行，提供两套程序选择。当需要进行粗加工时，提高加工效率即可，而需要精加工时，则可以选择质量最优方案，在保证质量的基础上，再提升加工效率。
过去，依靠工人编程的数控机床无法解决这些问题，制造过程中发生的变化无法控制，而智能机床就可以实现。
当然智能制造还有更广泛的意义，包括整个生产过程、生产系统智能化，让所有设备按照最优布局分配加工任务，使整体加工效率达到最高。智能制造既体现在智能制造装备上，也体现在整体的生产系统的控制上。
短板在于传感技术
CEI：在中国现有的技术基础上发展智能制造，关键点在哪里？
卢秉恒：国家应该有规划、有计划推进智能制造业的发展。当前，中国在发展智能制造业上存在一个薄弱的环节——传感器行业。这个行业的研发严重不足，智能制造应用的传感器，需要实现不干扰设备的工作状态，体积要小，质量要好，需要足够的灵敏度。中国目前传感器产品主要依靠进口，这导致传感器产品的价值很高，供应不及时。由于传感器不是大批量产品，价格高就会增加企业的成本，最终可能导致企业放弃智能化的发展。
此外，传感器需要的品种很多，企业往往选不到所需的传感器产品，一些传感器无法安装在设备上。现在微纳制造可以制造非常小的传感器，比较符合智能制造需要的传感器。但是这种技术在中国还停留在个别高校的科研阶段，没有形成产业化技术和商品化的产品。
因此，中国的智能制造发展，首先应该从国家层面重视传感器技术的研发、生产和商品化。
CEI：由于智能制造是信息技术和制造技术的结合，但事实上有的信息人才并不熟悉制造业，制造业人才不熟悉信息技术。在实现软硬两种技术产品的结合上，你有何建议？
卢秉恒：确实是存在这个问题，这需要实现学科的交叉，从事信息技术的人不熟悉制造业，从事制造业的人不了解信息技术，需要双方面人才、产业的交叉发展。
智能控制的软件研发，基础应该建立在对制造工艺的研究之上。必须对工艺过程非常熟悉，深入研究工艺过程，对不同行业的制造任务、具体制造环节、工艺过程都要有深入的了解，才能实现对制造过程的优化，每个优化方案都需要建立在对工艺的深刻理解上。
CEI：你认为中国发展智能制造，应该形成何种氛围才更利于产业的发展？
关键词：机械制造；智能化；发展方向
计算机技术是二十世纪人类伟大发明之一，它改变了人们的生活方式，也加快了各行各业的发展步伐。对于机械制造这个古老又充满活力的行业，计算机技术可谓掀起了一场跨时代的技术革命。它使机械制造业步入了智能化发展时代，将人们的想象化为现实，也为机械制造行业发展开拓了新的思路。
1机械制造智能化发展的必然趋势
智能化是近年来科技发展中的一个热词，也是人类社会物质文明发展到一定程度的产物。所谓智能化是基于计算机技术、现代通信技术、信息技术、互联网技术以及自动化控制技术发展的基础上所产生的一种技术概念［1］，它涵盖了住宅、家居、医疗、机械、化工等多个领域，已成为当今科技创新发展的一个重要方向。智能化技术具有四大特点：一是从人类的感知能力出发，通过科学技术放大人类对外部世界的感知体验，并引导人类从中获取所需的信息，这一过程也是智能化技术诞生的前提；二是人类的思维能力和记忆力，这一点与人类的分析、判断、决策、联想等能力相关，智能化技术的目的是从技术角度帮助人类做出正确的判断和决策；三是自适应能力，人类总在适应不断变化的自然环境和社会环境，智能化技术的出现，大大缩短了人类的感知过程；四是人类决策的辅助工作，决策是人类在受到外界刺激后做出的反应，智能化技术帮助人类认知自身对外界刺激的反应，进而辅助人类做出正确的决策。［2］可以说，智能化概念已融入人们的思维意识中，而智能化技术也成为各行各业技术革新的利器。机械行业融入智能化理念后，也积极着手研究智能化与机械技术的融合创新。机械行业是我国经济的支柱型产业，在我国市场经济发展中占有重要地位。机械行业是一个庞大的产业链，涵盖了汽车、发动机、机床等重型工业行业，也包括元器件生产、零部件加工等行业。我国机械行业发展的主力军是机械制造行业。机械制造专指运用动力机械、化工机械、起重运输机械、纺织机械、仪表仪器、各项工具及其他机械设备从事生产活动的组织。［3］那么，机械制造行业一旦融入智能化理念与技术，将大大节省制造周期，提高机械制造质量和速度。机械制造智能化是指机械制造技术与智能化技术的融合，这种整合既是观念上的，也是技术上的，它运用人工智能、机器智能、新型材料技术、系统工程等先进技术融合为一体，提供一体化制造方案，为专家提供分析数据、技术可行性分析，以帮助专家进行推理、演示，从而做出正确的决策，并最终形成一个完整的、高度智能化的机械制造系统，使机械制造生产步入柔性管理和集成化管理时代。
2机械制造迈向智能化发展的现状
作为传统的机械行业，在历经几百年的发展中，特别是自上世纪八十年代计算机技术由军用向民用扩大后，机械行业也迎来了技术革新的里程碑。到了本世纪，计算机技术得到普及，已渗入各行各业。尤其与机械行业的结合，带来了两个行业的双赢，同时也催生了机械制造走向智能化发展的道路。但就我国机械制造行业发展来看，起步较晚是行业发展迟滞的一个重要原因。加之智能化技术主要应用于轻工行业，对于重型机械加工领域还未做到广泛应用。主要呈现几大现状：从基础来看，我国机械设计水平远远落后国际水平。机械设计是机械制造行业发展的前提，且计算机、电子等智能化技术最先应用于机械设计领域。如CAD、Pro-E等计算机辅助设计软件的应用，绝大多数设计人员只是将这些软件作为绘图工具使用，而忽略了其自带的数据分析、加工演示等重要功能；由于前端设计中运用智能化技术不多，给后期的机械制造智能化环节带来了一定的影响。从技术和工艺水平来看，机械制造智能化的应用程度不高。当前国际机械制造智能化正在向超薄化、超小化方向发展，模糊控制、计算机控制方面都已融入日常生产中。而我国虽然誉为机械制造大国，但多运用传统机械制造工艺，甚至在很多地区仍然沿用手动机床，能够熟练操作数控机床的技术人员并不多；而能够掌握数控加工中心这样的精密加工技术的技术人员更是少之又少。
3机械制造智能化发展方向探讨
要探讨机械制造智能化的发展方向，还需要追根溯源，回归机械制造智能化技术的几大特点，从其自身优势出发，探讨其可持续发展的可能性及发展方向，才具有坚实的理论依据。
3.1机制制造智能化技术可持续发展的优势
一项技术、一个产业能够实现可持续发展必然具有其不可取代的价值，即核心竞争力。对于机械制造智能化技术来讲，其自身优势正是维持其可持续发展的动力。从技术价值来看，机械制造行业与智能化技术的结合，顺应了未来科学技术发展的潮流趋势。随着计算机技术的飞速发展，人工智能成为当今乃至未来科技发展的一个重要方向。机构制造智能化将人工智能技术、软件系统、自动化控制技术完美地融合在一起。从技术角度实现了无人干预生产，运用机械制造智能化代替了人工劳动，避免了生产过程中因人为因素导致的失误；同时也规范了生产过程，使机械制造真正意义上步入了自动化和精准化生产的时代，大大提高了生产效率。对于一项技术来讲，技术价值无疑是其最为核心的竞争力，但使其广泛应用并最终形成经济效益和社会效益的还是其经济价值。机械制造智能化解放了劳动力的同时，也为生产企业节省了人工成本，改变了机械制造行业原来依靠密集劳动力实现盈利的模式。同时机械制造智能化技术也大大提高机械产品的精确度，高质量产品带动了市场运作的规范化发展，也为生产企业带来了高额利润，使生产企业在技术研发方面投入更多的资金。而研发能力已成为当今工业企业一项重要的核心竞争力，也是我国乃至世界机械制造行业发展的趋势。
3.2机械制造智能化发展方向分析
结合当前我国机械制造智能化发展现状，以及其固有的技术价值与经济价值，综合分析之下，我国机械制造智能化技术未来将向三个主要方向发展：第一，人机交互方向。随着计算机技术的发展，“人机交互”这个工业上的常用术语已不再是人类的美好憧憬，早在数年前就已成为现实。人机交互（Human-ComputerInteraction,简写HCI）指人与计算机通过某种语言实现对话，并采取“有来有往”的交互式对话方式，在人与计算机之间形成“信息”交换的过程。在机械制造智能化领域中，人与计算机共同承担生产任务，甚至在工作中形成了默契的伙伴关系。计算机为人类提供了人机交互接口，也可以把它理解为人、机对话的数据线。操作人员先将制造任务中需要运用到的数据按照一定程度通过人机交互平台输入计算机中，完成了“人机对话”的第一步；计算机在接收到人类传输的数据后进行数据处理，计算制造加工中需要用到的数据以及技术可行性分析，并迅速向操作人员反馈结果。通过这样的“人机对话”实现了数据的快速处理，也提高了制造加工效率。目前我国机械制造智能化技术采取最多的是CAD、UG等软件设计和编写加工程序的方法。这些软件不但可提供数据测算和三维成型等技术，还可通过加工演示环节展示制造过程中的不足之处，便于操作人员第一时间修改参数和设计方案，实现图纸的优化。在未来，这种技术和制造模式仍然占有绝对的优势。尤其在制造过程演示方面需进一步完善三维成像效果，增加声音模拟、数据纠错、图文处理等功能；并就加工过程进行实时监控，对其中的故障问题进行检测、处理，强化“人机交互”平台对生产过程的监控、管理。第二，柔性发展趋势。所谓柔性是专指制造系统用于满足个性化生产条件而进行变化的能力。智能化技术本身既具备了满足生产条件变化的能力，计算机技术提高了机械制造的精准度，也使原有的机械制造技术灵活度大幅提高，能够满足不同生产需求的需要。柔性技术发展较早，从数控技术发展时代就已经开始了。尤其在发达国家，工业技术发展超前，数控技术发展相对成熟，尤其一些加工中心对于医疗机械、精密仪器加工都具备了极高水准，能够满足用户越来越高的要求，并使柔性化技术形成一种长期发展的趋势。第三，精密发展趋势。当机械制造技术水平达到一定程度、且大众化机械产品的市场饱和度逐渐提高后，机械制造行业必然走向精密化发展之路。机械制造智能化技术依赖电子技术、微加工技术、精密加工技术的发展，大幅提高了机械产品的精密度的加工实效性，减少了人力加工时代残次品率，使机械制造产业步入了精密加工时代。目前发达国家已由传统机械制造行业向精密制造行业转型，而这也必将成为未来机械制造产业的主流趋势。同时，人工智能技术的融入提高了机械制造过程中的处理环节，提高了机械制造的实效性，也成为未来机械制造行业的发展趋势。机械制造作为工业经济时代产物，智能化发展将为我国机械制造行业带来新的发展机遇，增强了人机互动功能，实现了柔性制造技术，同时也提高了制造精度与可靠性，为我国机械制造行业参与国际竞争奠定了基础。
作者:张爽 单位:北华大学机械工程学院
参考文献：
［1］赵宇龙.金属加工自动化:智能化—机床自动化发展的高级形式［J］.金属加工:冷加工,2013(13):7-9.
【关键词】制造技术；生产模式；柔性；信息；对策
随着科学技术的飞速发展和市场竞争日益激烈，越来越多的制造企业开始将大量的人力、财力和物力投入到先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实施策略之中。改革开放以来，我国制造科学技术有日新月异的变化和发展，确立了社会主义市场经济体制，但与先进的国家相比仍有一定差距，为了迎接新的挑战，必须认清制造技术的发展趋势，缩短与先进国家的差距，使我国的产品上质量、上效率、上品种和上水平，以增强市场竞争力，因此，对制造技术及制造模式的研究和实施是摆在我们面前刻不容缓的重要任务，以实现我国机械制造业跨入世界先进行列。
一、机械制造业的发展趋势
先进的制造业是将物料、能源、设备、资金、技术、信息和人力等制造资源通过先进的制造技术、先进的管理技术和先进的制造过程转变成人类需求产品的行业。行业追求的目标是：高质量、高效率、高柔性、低成本、低劳动力、低消耗、品种多和规格全的产品，因此， 21世纪的机械制造技术的发展趋势体现在以下几个方面：
（一）精密化
精密加工、特种加工、超精密加工技术、微型机械是现代化机械制造技术发展的方向之一。精密和超精密加工技术包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特种加工和复合加工(如机械化学研磨、超声磨削和电解抛光等)三大领域。超精密加工技术己向纳米(l nm=10-3μm)技术发展。纳米技术己在纳米机械学、纳米电子学和纳米材料技术得到了应用。因此，它促进了机械科学、光学科学、测量科学和电子科学的发展。
（二）自动化
自动化技术自20世纪初出现以后，经历了由刚性自动化向柔性自动化的发展过程，自动化技术的成功应用，不但提高了效率，保证了产品质量，还可以代替人去完成危险场合的工作。对于批量较大的生产自动化，可通过机床自动化改装、应用自动机床、专用组合机床、自动生产线来完成。小批量生产自动化可通过NC、MC、CAM、FMS、CIM、IMS等来完成。在未来的自动化技术实施过程中，将更加重视人在自动化系统中的作用。
（三）信息化
信息、物质和能量是制造系统的三要素。产品制造过程中的信息投入，己成为决定产品成本的主要因素。制造过程的实质是对制造过程中各种信息资源的采集、输入、加工和处理过程，最终形成的产品可看作是信息的物质表现，因此可以把信息看作是一种产业，包括在制造之中。为此一些企业开始利用网络技术、计算机联网、信息高速公路、卫星传递数据等实现异地生产。使生产分散网络化，以适应高柔性生产的需要。
（四）柔性化
随着科学技术的飞速发展和人民生活水平不断提高，促使产品更新换代的速度不断加快，这就要求现代企业必须具备一定的生产柔性来满足市场多变的需要。所谓柔性，是指一个制造系统适应各种生产条件变化的能力，它与系统方案、人员和设备有关。系统方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人员柔性是指操作人员能保证加工任务，完成数量和时间要求的适应能力。设备柔性是指机床能在短期内适应新零件的加工能力。
（五）集成化
集成是综合自动化的一个重要特征。集成的作用是将原来独立运行的多个单元系统集成一个能协调工作的和功能更强的新系统。集成不是简单的连接，是经过统一规划设计，分析原单元系统的作用和相互关系并进行优化重组而实现的。集成化的目的是实现制造企业的功能集成，功能集成要借助现代管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术实现技术集成，同时还要强调人的集成，由于系统中不可能没有人，系统运行的效果与企业经营思想、运行机制、管理模式都与人有关，因此在技术上集成的同时，还应强调管理与人的集成。
（六）智能化
智能化是制造技术的发展趋势之一。智能制造技术(IMT)是将人工智能融入制造过程的各个环节，在整个制造过程中贯彻智力活动，使系统柔性的方式集成起来，通过模拟人类专家的智能活动，取代或延伸制造系统中的部分脑力劳动，在制造过程中系统能自动监测其运行状态，在受到外界干扰或内部激励能自动调整其参数，以达到最佳状态和具备自组织能力。
二、先进的制造模式
机械制造业发展趋势表明，只有采用先进的制造技术并能实施在相匹配的制造模式中才能符合上述的趋势。制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作模式。
（一）精良生产(LP)与独立制造岛(AMI)
20世纪90年代美国麻省理工学院(MIT)提出精良生产(LP)概念。它的特征是：（1）重视客户需求，以最快的速度和适宜的价格提供质量优良的适销新产品去占领市场，并向客户提供优质服务。（2）重视人的作用，强调一专多能，推行小组自治工作制，赋予每个工段有一定的独立自主权，运行企业文化。（3）精简一切生产中不创造价值的工作，减少管理层次，精简组织结构，简化产品开发过程和生产过程，减少非生产费用，强调一体化质量保证。（4）精益求精、持续不断的改进生产、降低成本、零废品、零库存和产品品种多样化。
独立制造岛是教授根据在引进先进技术的同时，必须改革生产组织的角度提出新的生产模式。独立制造岛的技术构思是：以GT为基础，以NC机床为核心，强调信息流的自动化和以人为中心的生产模式，它的特征是：组织、人员和技术三者的有机集成，面向车间、权力下放、综合治理，并以获取经济效益为主要目标。AMI是发展中国家走向工厂自动化的重要途径，它的推广对中国机械制造业转向市场机制，参与国际竞争意义重大。
（二）敏捷制造与虚拟制造
美国通用汽车公司与里海大学于1988年提出了敏捷制造(AM)，AM是在不可预测的持续变化的竞争环境中取得繁荣成长，并具有能对客户需求的产品和服务驱动市场做出迅速响应的生产模式。AM的特征是：（1）制造资源的集成性，企业间联作集成。充分发挥各企业的长处，针对限定市场的目标要求共同合作完成任务。（2）具有需求响应的快捷性和高度的制造柔性。制造柔性是指制造企业对市场要求迅速转产和能实现产品多品种变批量的快速制造。（3）充分发挥人的作用，不断提高企业职工素质和教育水平，优化人机功能分配。
虚拟制造(VM)是国际上提出的新概念。VM与AM联系密切。VM的特征是：当市场新的机遇出现时，组织几个有关公司联作，把不同的公司，不同地点的工厂或车间重新组织协调工作。在运行之前必须分析组合是否最优，能否协调运行，以及投产后的效益和风险进行评估，这种联作公司称虚拟公司。虚拟公司在一定的环境和条件下通过虚拟制造系统运行，包括物理基础、法律保障、社会环境和信息技术。因此研究开发虚拟制造技术(VMT)和虚拟制造系统(VMS)意义重大，美国称AM为21世纪制造业发展战略。
（三）集成制造与智能制造
美国哈林顿博士在“计算机和集成制造”一书中提出计算机和集成制造(CIM)的概念。集成制造的核心内容是：制造企业从市场预测、产品设计、加工制造、经营管理直至售后服务是一个不可分割的整体，需要统筹考虑。整个制造过程的实质是信息采集、传递和加工过程，最终生产的产品可看作是信息的物质表现。集成是CIM的核心，这种集成不仅是物的集成，更主要的是以信息集成为特征的技术集成和功能集成，计算机是集成的工具，计算机和辅助各单元技术是集成的基础，信息交换是桥梁，信息共享是关键。集成的目的在于制造企业组织结构和运行方式的合理化和最优化，以提高企业对市场变化的动态响应速度，并追求最高整体效益和长期效益。
智能制造(IM)是美国出版研究IM和IMS书籍中首先提出的。它的特征是：在制造工业的各个环节的高度柔性与高度集成的方式，通过计算机和模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承与发展。
三、存在差距和实施策略
改革开放以来，通过技术改造和引进国外先进制造技术，使我国的制造工业有了长足的进步，但和先进国家相比还存在很大差距，表现在：技改投入相对不足，原有技术基础和研究开发能力薄弱，制造业产品落后，技术水平低，信息含量少，更新换代慢，以及市场营销、经营管理、人才素质相对落后，缺乏国际竞争能力。面对这样形势，发展先进制造技术、实施先进的制造模式已经到了刻不容缓的地步。为了使我国的制造业站在世界先进行列，必须采取相适应的措施和策略。
（一）人才是关键。发展和推广先进的制造技术、实施先进的制造模式人才是关键。我国是社会主义市场经济体制，研究先进制造技术和先进的生产模式其根本目的是制造出有竞争力的产品去占领国内市场和国际市场，科技人员必须强化市场意识，因此人才的培养要注意市场导向。要有产业观念、企业观念、信息观念、竞争观念和效益观念。科技人员要懂得市场营销、经营管理和经济法。要拓宽学科领域，更新教育内容与方法，培养一支了解和掌握机械工程科学的前沿技术人才，加速先进制造技术的推广和实施，为市场经济服务。
（二）加强政策与法规建设， 建立强有力的宏观调控机制。在市场经济环境下，国家仍应制订科学的制造产业规划和制造技术进步的总体规划，以及相应的法规政策。避免重复建设、重复生产和重复引进的事情发生，要尽可能减少和避免市场盲目竞争造成的损失。
（三）发展适应我国国情的生产模式。对于一些先进的制造技术和先进的制造模式，要根据我国现实存在的技术水平和能力向前发展，避免盲目的追求目前实施有一定困难的理想的先进科学制造技术。目前要积极发展适应我国国情的制造模式。
（四）建立与发展我国自主的 NC、MC、CAD、CAM、FMS、CAT、CIM、IMS等制造自动化单元技术，结合实际情况实现与现有成熟技术的有效结合。同时要有组织有计划的引进先进制造技术进行消化和吸收。对于引进的并行工程(CE)、敏捷制造(AM)、精良生产(LP)、智能制造( IM)等先进制造模式要根据它们的技术构思和特征开发创新成适合我国国情的生产模式，(如独立制造岛)以使企业适应市场经济的需要。
关键词：机械制造；前景；发展
中图分类号：F203
文献标识码：A
文章编号：1672-3198(2009)09-0010-01
1 现代机械行业面临的问题
(1)为支持快速敏捷制造，几何知识的共享已成为制约现代机械技术中产品开发和制造的关键问题。机械制造过程中物理和力学现象的几何化研究形成了机械制造科学中几何计算和几何推理等多方面的研究课题，其理论有待进一步突破，当前一门新学科――计算机几何正在受到日益广泛和深入的研究。
(2)在现代机械制造过程中，信息不仅已成为主宰机械制造行业的决定性因素，而且还是最活跃的驱动因素。提高机械制造系统的信息处理能力已成为现代制造科学发展的一个重点。由于机械制造系统信息组织和结构的多层次性，制造信息的获取、集成与融合呈现出立体性、信息度量的多维性、以及信息组织的多层次性。在制造信息的结构模型、制造信息的一致性约束、传播处理和海景数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。
(3)各种人工智能工具和计算智能方法在机械制造中的广泛应用促进了机械制造智能的发展。一类基于生物进化算法的计算智能工具，在包括调度问题在内的组合优化求解技术领域中，受到越来越普遍的关注，有望在机械制造中完成组合优化问题时的求解速度和求解精度方面双双突破问题规模的制约。机械制造智能还表现在；智能调度、智能设计、智能加工、机器人学、智能控制、智能工艺规划、智能诊断等多方面。这些问题是当前产品创新的关键理论问题，也是机械制造由一门技艺上升为一门科学的重要基础性问题。这些问题的重点突破，可以形成产品创新的基础研究体系。
2 现代机械工程的前沿科学
2.1 机械制造信息科学
机电产品是信息在原材料上的物化。许多现代产品的价值增值主要体现在信息上。因此机械制造过程中信息的获取和应用十分重要。信息化是机械制造科学技术走向全球化和现代化的重要标志。人们一方面对机械制造技术开始探索产品设计和机械制造过程中的信息本质，另一方面对机械制造技术本身加以改造，以使得其适应新的信息化机械制造环境。随着对机械制造过程和机械制造系统认识的加深，研究者们正试图以全新的概念和方式对其加以描述和表达，以进一步达到实现控制和优化的目的。
2.2 微机械及其制造技术研究
微型电子机械系统(MEMS)，是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。微型机电系统的研究需要多学科交叉的研究队伍，微型机电系统技术是在微电子工艺的基础上发展的多学科交叉的前沿研究领域，涉及电子工程、机械工程、材料工程、物理学、化学以及生物医学等多种工程技术和科学。目前对微观条件下的机械系统的运动规律，微小构件的物理特性和载荷作用下的力学行为等尚缺乏充分的认识，还没有形成基于一定理论基础之上的微系统设计理论与方法，因此只能凭经验和试探的方法进行研究。微型机械系统研究中存在的关键科学问题有微系统的尺度效应、物理特性和生化特性等。微系统的研究正处于突破的前夜，是亟待深入研究的领域。
2.3 材料制备、零件制造一体化和加工新技术基础
材料是人类进步的里程碑，是机械制造业和高技术发展的基础。每一种重要新材料的成功制备和应用，都会推进物质文明，促进国家经济实力和军事实力的增强。21世纪中，世界将由资源消耗型的工业经济向知识经济转变，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的设计实现定量化、数字化；要求材料和零件的制备快速、高效并实现二者一体化、集成化。材料和零件的数字化设计与拟实仿真优化是实现材料与零件的高效优质制备／制造及二者一体化、集成化机械制造的关键。一方面，通过计算机完成拟实仿真优化后可以减少材料制备与零件制造过程中的实验性环节，获得最佳的工艺方案，实现材料与零件的高效优质制备／制造；另一方面，根据不同材料性能的要求，如弹性模量、热膨胀系数、电磁性能等，研究材料和零件的设计形式。进而结合传统的去除材料式制造技术、增加材料式覆层技术等，研究多种材料组分的复合成形工艺技术。形成材料与零件的数字化制造理论、技术和方法，如快速成形技术采用材料逐渐增长的原理，突破了传统的去材法和变形法机械加工的许多限制，加工过程不需要工具或模具，能迅速制造出任意复杂形状又具有一定功能的三维实体模型或零件。
2.4 机械仿生制造
21世纪将是生命科学的世纪，机械科学和生命科学的深度融合将产生全新概念的产品(如智能仿生结构)，开发出新工艺(如生长成形工艺)和开辟一系列的新产业，并为解决产品设计、制造过程和系统中一系列难题提供新的解决方法。这是一个极富创新和挑战的前沿领域。
地球上的生物在漫长的进化中所积累的优良品性为僻决人类制造活动中的各种难题提供了范例和指南。从生命现象中学习组织与运行复杂系统的方法和技巧，是今后解决目前制造业所面临许多难题的一条有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自组织、自愈合、自增长与自进化等功能结构和运行模式的一种制造系统与制造过程。如果说制造过程的机械化、自动化延伸了人类的体力，智能化延伸了人类的智力，那么，“仿生制造”则可以说延伸了人类自身的组织结构和进化过程。
仿生制造所涉及的科学问题是生物的“自组织”机制及其在制造系统中的应用问题。所谓“自组织”是指一个系统在其内在机制的驱动下，在组织结构和运行模式上不断自我完善、从而提高对于环境适应能力的过程。仿生制造的“自组织”机制为自下而上的产品并行设计、制造工艺规程的自动生成、生产系统的动态重组以及产品和制造系统的自动趋优提供了理论基础和实现条件。
仿生制造属于制造科学和生命科学的“远缘杂交”，它将对21世纪的制造业产生巨大的影响。
3 现代机械制造技术的发展趋势
随着电子、信息等高新技术的不断发展，市场需求个性化与多样化，未来现代制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、绿色集成化、全球化的方向发展。当前现代制造技术的发展趋势大致有以下几个方面：
(1)信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，现代机械制造生产模式会获得不断发展。
(2)设计技术与手段更现代化。
(3)成型及制造技术精密化、机械制造过程实现低能耗。
(4)新型特种加工方法的形成。
(5)开发新一代超精密、超高速机械制造装备。
关键词：颠覆性技术；创新；移动互联；机器人；人工智能
基金项目：“江苏省社科应用研究精品工程”课题；项目名称：颠覆性技术的识别及培育发展研究；项目编号：16SYB-023。
历史上，每次科技革命时期，都是颠覆性技术出现的高峰期。科技革命构成了发掘和发展颠覆性技术的难得历史机遇。目前，科W已经沉寂了60余年，第三次技术革命发生距今接近80年，科技知识体系积累的内在矛盾已经凸显，迫切需要新的重大突破。在物质科学、量子信息科学、生命科学、宇宙科学等基础科学领域，一些重要的科学问题和关键技术发生革命性突破的先兆日益显现；科技发展跨学科趋势愈益明显，新学科、新知识、新思想的出现更多体现为学科交叉融合的方式，许多重大创新出现在学科交叉领域。当今世界已处在新一轮科技革命的前夜，颠覆性技术大量涌现的时期即将到来。
一、颠覆性技术的概念
颠覆性技术概念最早出自美国哈弗商学院克莱顿・克里斯滕森教授1995年出版的《颠覆性技术的机遇浪潮》。他认为，颠覆性技术是指这样一类技术：它们往往从低端或边缘市场切入，以简单、方便、便宜为初始阶段特征，随着性能与功能的不断改进与完善，最终取代已有技术，开辟出新市场，形成新的价值体系。德国弗郎恩霍夫协会认为：颠覆性技术就是指能够“改变已有规则”的技术，即那些与现有技术相比，在性能或功能上有重大突破，其未来发展将逐步取代已有技术，进而改变作战模式或作战规则的技术。
综上所述，颠覆性技术是一种另辟蹊径、会对已有传统或主流技术途径产生颠覆性效果的技术，可能是完全创新的新技术，也可能是基于现有技术的跨学科、跨领域的创新型应用。颠覆性技术具有四个特点：技术发展速度快、产生潜在影响范围广、可创造经济价值高、带来颠覆性影响大。与渐进性技术相比，颠覆性技术在形态上更具有超越性和突变性，在效能上更具备革命性和破坏性。
二、我国颠覆性创新的领域选择
（一）“十三五”国家科技创新规划：15个领域
《“十三五”国家科技创新规划》中明确提出要发展引领产业变革的颠覆性技术：加强产业变革趋势和重大技术的预警，加强对颠覆性技术替代传统产业拐点的预判，及时布局新兴产业前沿技术研发，在信息、制造、生物、新材料、能源等领域，特别是交叉融合的方向，加快部署一批具有重大影响、能够改变或部分改变科技、经济、社会、生态格局的颠覆性技术研究，在新一轮产业变革中赢得竞争优势。重点开发移动互联、量子信息、人工智能等技术，推动增材制造、智能机器人、无人驾驶汽车等技术的发展，重视基因编辑、干细胞、合成生物、再生医学等技术对生命科学、生物育种、工业生物领域的深刻影响，开发氢能、燃料电池等新一代能源技术，发挥纳米技术、智能技术、石墨烯等对新材料产业发展的引领作用。
（二）国家科技重大专项：16个领域
《国家中长期科学技术发展规划纲要（2006-2020 年）》确定了核心电子器件、高端通用芯片及基础软件，极大规模集成电路制造技术及成套工艺，新一代宽带无线移动通信，高档数控机床与基础制造技术，大型油气田及煤层气开发，大型先进压水堆及高温气冷堆核电站，水体污染控制与治理，转基因生物新品种培育，重大新药创制，艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治，大型飞机，高分辨率对地观测系统，载人航天与探月工程等16个重大专项，涉及信息、生物等战略产业领域，能源资源环境和人民健康等重大紧迫问题，以及军民两用技术和国防技术。
（三）中国科技发展战略研究院：20项关键技术
2016年，中国科学技术发展战略研究院科技预测与评价研究所对关系到我国经济建设、生态建设、国防建设、民生改善乃至综合国力提升具有决定性、基础性的核心技术，按照科学（属于国际竞争激烈的前沿或核心技术）、颠覆性（有望取代主流技术、替代主导产业的技术）、重大（有望替代1-2个主导产品，或颠覆1个以上行业的技术）、可行（经过10年努力能够取得自主知识产权，并有望商业化的技术）四个原则，进行了预测和遴选，遴选出未来能够改变或部分改变科技、经济、生态、军事现状与格局的20项关键技术。
（四）中国科协创新战略研究院：7大领域
中国科协创新战略研究院在的《我国应对颠覆性技术创新需要重点布局的领域》中，认为未来十年世界范围内可能出现的颠覆性创新集中在9大领域：先进计算技术与人工智能、纳米技术与材料科学、基因与精准医疗、能源开发与存储、航空航天与地外生命探测、网络与大数据、智能汽车与智慧交通、绿色制造与先进制造、教育技术与知识自动化。
从我国各机构评选的技术来看，出现频率最高的五大技术领域是移动互联、机器人、3D 打印、人工智能、纳米技术，这五大技术领域将是我国未来颠覆性技术创新的主要方向。
三、我国颠覆性领域的技术创新方向
（一）移动互联领域
大力支持移动互联网软件开发，突破系统软件、人机交互、应用开发、虚拟化等热点技术与新兴技术。加快推进移动互联网的云计算和大数据应用，重点突破数据挖掘、海量数据处理、计费、访问控制等平台关键核心技术。支持开展未来网络重大基础设施（CENI）项目的关键技术研究，加强相关领域产品研发和产业孵化，大力推广基于下一代广播电视网的创新业务及相关应用。充分发挥移动互联网对生产领域的带动作用，在工程机械、汽车、食品、电子信息、物流等行业形成领先的服务产品。深化移动互联网在生活领域的引领作用，大力推广面向餐饮、休闲娱乐、购物、旅游等的移动互联网应用，重点发展移动支付、移动娱乐、移动阅读、移动资讯、移动搜索、移动位置服务等。鼓励移动互联网应用创新，重点发展车载数据与资讯、智能交通、基于北斗等多制式智能交通导航、远程测试诊断、在线节能监管、道路救援、食品安全溯源与安防等移动信息服务。
（二）机器人领域
重点研究智能机器人机构设计、制造工艺、智能控制和人机交互等共性技术，攻克机器人优化建模、精准感知、多机器人协调等核心技术。（1）伺服电机方面：重点发展根据机器人的高速，重载，高精度等应用要求，增加驱动器和电机的瞬时过载能力，增加驱动器的动态响应能力，驱动增加相应的自定义算法接口单元，且采用通用的高速通讯总线作为通讯接口，摒弃原先的模拟量和脉冲方式，进一步提高控制品质。（2）减速器方面：重点发展高强度耐磨材料技g、加工工艺优化技术、高速技术、高精度装配技术、可靠性及寿命检测技术以及新型传动机理的探索，发展适合机器人应用的高效率、低重量、长期免维护的系列化减速器。（3）控制器方面：重点研究开放式，模块化控制系统，开发适用于机器人控制的通用软件包；提高机器人控制器的智能化和网络化水平，开发具有多传感器信息融合能力的控制器。
（三）3D打印领域
围绕3D打印重点方向，突破一批原创性技术。（1）材料方面：针对金属3D打印专用材料，优化粉末大小、形状和化学性质等材料特性，开发满足3D打印发展需要的金属材料；针对非金属3D打印专用材料，提高现有材料在耐高温、高强度等方面的性能，降低材料成本。（2）工艺方面：解决金属构件成形中高效、热应力控制及变形开裂预防、组织性能调控，以及非金属材料成形技术中温度场控制、变形控制、材料组份控制等工艺难题。（3）装备及核心器件方面：加强3D打印专用材料、工艺技术与装备的结合，不断提高金属材料3D打印装备的效率、精度、可靠性，以及非金属材料3D打印装备的高工况温度和工艺稳定性，提升个人桌面机的易用性、可靠性；重点研制与3D打印装备配套的嵌入式软件系统及核心器件，提升装备软、硬件协同能力。
（四）人工智能领域
进行人工智能前沿技术布局，推动核心技术产业化，重点突破人工智能基础理论（包括深度学习、类脑智能等）、人工智能共性技术（包括人工智能领域的芯片、传感器、操作系统、存储系统、高端服务器、关键网络设备、网络安全技术设备、中间件等基础软硬件技术）、人工智能应用技术（包括基于人工智能的计算机视听觉、生物特征识别、复杂环境识别、新型人机交互、自然语言理解、机器翻译、智能决策控制、网络安全技术等）。加快人工智能基础资源公共服务平台建设，包括满足深度学习计算需求的新型计算集群共享平台、云端智能分析处理平台、算法与技术开放平台、智能系统安全情报共享平台等，为人工智能创新创业提供相关研发工具、检验评测、安全、标准、知识产权、创业咨询等专业化服务。加快人工智能技术的产业化进程，推动人工智能在家居、汽车、无人系统、安防、制造、教育、环境、交通、商业、健康医疗、网络安全、社会治理等重要领域开展试点。
（五）纳米技术领域
加强纳米技术研究，重点突破纳米材料及制品的制备与应用关键技术，积极开发纳米粉体、纳米碳管、富勒烯等材料，大力推进纳米材料在电子信息、生物医药、新能源和节能环保等领域的广泛应用。针对信息、能源、环保、生物医学等领域的迫切需求，开发纳米结构加工与制造的新方法、纳米器件集成与系统的设计、制备技术。重点研究新型纳米电子、光电器件、传感器件，大力发展纳米晶太阳能电池、新型薄膜太阳能电池、有机太阳能电池、热电电池、超级电容器等技术，着力突破室内空气污染物、工业源有毒有害气体、动力机械尾气的纳米净化材料及催化净化技术，切实攻克纳米颗粒与生物活性物质的组装方法。促进纳米绿色印刷制版、高密度存储器、新型显示、高效能源转化、气体净化、疾病快速诊断等纳米材料与技术的规模化应用，抢占未来纳米材料发展的制高点。
参考文献
[1] 刘根生.多些“颠覆性技术创新”[J].群众，2016，（1）.
[2] 杨，余晓洁.科技创新引领“第一动力”重视颠覆性技术创新[J].中国职工教育，2016，（1）.
[3] 赵刚.未来五年颠覆性技术将不断涌现[J].领导文萃，2016，（7）.
[4] 王武军.颠覆性技术的“摇篮”高明在哪儿[J].中国中小企业，2016，（6）.
关键词：机电 一体化 发展趋势应用
中图分类号： TH-39文献标识码： A 文章编号：
1 机电一体化的概念
机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。机械本体（结构组成要素）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。动力驱动部分（动力组成要素）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。测试传感部分（感知组成要素）对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。控制及信息处理部分（职能组成要素）将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。
2 机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展：
2.1绿色化
工业发达给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果，所以绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。
2.2网络化
网络技术的兴起和飞速发展给社会各个领域带来了巨大变革。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。
2.3数字化。
微控制器和接口技术的发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、通用性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程控制操作、诊断和修复。
2.4智能化
智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能系统是一个知识处理系统,它包括知识表示、知识利用和知识获取三个基本问题,其最终的目标是模拟人的问题求解、推理、学习。人工智能在机电一体化建设中的研究日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用。“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,模拟人类智能,使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。目前,专家系统、模糊系统、神经网络以及遗传算法,是机电一体化产品(系统)实现智能化的4种主要技术，它们各自独立发展又彼此相互渗透。随着制造自动化程度的不断提高,将会出现智能制造系统控制器来模拟人类专家的智能制造活动,并会对制造中出现的问题进行分析、判断、推理、构思和决策。即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。
2.5微型化
微型化是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电系统是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件和系统。微机电系统产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、信息等方面具有不可比拟的优势。
3机电一体化技术的应用
3.1在钢铁企业中应用
在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。
3.2机电一体化技术在现代机械制造业中的应用。
传统机械制造业是建立在规模经济的基础上，靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。近年来，制造工程领域的新技术相继诞生，如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。
3.3在饮料行业中的应用。
机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。 这不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。
总之，机电一体化的出现是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求，并且随着科学技术的发展 ，机电一体化技 的广阔发 展前景也将越来越光明 。
参考文献
[1] 李建勇.机电一体化技术.北京:科学出版社,2004.
随着社会的进步和生活水平的提高,社会对产品多样化,低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切,传统的制造技术已不能满足市场对多品种小批量,更具特色符合顾客个人要求样式和功能的产品的需求。90年代后,由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展,制造业自动化进入一个崭新的时代,技术日臻成熟。柔性制造技术已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。
1基本概念
11柔性柔性可以表述为两个方面。第一方面是系统适应外部环境变化的能力,可用系统满足新产品要求的程度来衡量;第二方面是系统适应内部变化的能力,可用在有干扰(如机器出现故障)情况下,系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。“柔性”是相对于“刚性”而言的,传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高,由于设备是固定的,所以设备利用率也很高,单件产品的成本低。但价格相当昂贵,且只能加工一个或几个相类似的零件,难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内,生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力。柔性已占有相当重要的位置。柔性主要包括1)机器柔性当要求生产一系列不同类型的产品时,机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。
2)工艺柔性一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力;二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。
3)产品柔性一是产品更新或完全转向后,系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力;二是产品更新后,对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。
4)维护柔性采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行的能力。
5)生产能力柔性当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统,这一点尤为重要。
6)扩展柔性当生产需要的时候,可以很容易地扩展系统结构,增加模块,构成一个更大系统的能力。
7)运行柔性利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品,换用不同工序加工的能力。
12柔性制造技术柔性制造技术是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性制造加工的各种技术的总和。柔性制造技术是技术密集型的技术群,我们认为凡是侧重于柔性,适应于多品种、中小批量(包括单件产品)的加工技术都属于柔性制造技术。目前按规模大小划分为:
1)柔性制造系统(FMS)
关于柔性制造系统的定义很多,权威性的定义有:
美国国家标准局把FMS定义为:“由一个传输系统联系起来的一些设备,传输装置把工件放在其他联结装置上送到各加工设备,使工件加工准确、迅速和自动化。中央计算机控制机床和传输系统,柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。国际生产工程研究协会指出“柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统,在最少人的干预下,能够生产任何范围的产品族,系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。”而我国国家军用标准则定义为“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统,它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整,适用于多品种、中小批量生产。”简单地说,FMS是由若干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。目前常见的组成通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等),由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来,可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。目前反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS,日本从1991年开始实施的“智能制造系统”(IMS)国际性开发项目,属于第二代FMS;而真正完善的第二代FMS预计本世纪十年代后才会实现。
2)柔性制造单元(FMC)
FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6～8年,FMC可视为一个规模最小的FMS,是FMS向廉价化及小型化方向发展的一种产物,它是由1～2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成,其特点是实现单机柔性化及自动化,具有适应加工多品种产品的灵活性。迄今已进入普及应用阶段。
3)柔性制造线(FML)
它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床;亦可采用专用机床或NC专用机床,对物料搬运系统柔性的要求低于FMS,但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生过程中的分散型控制系统(DCS)为代表,其特点是实现生产线柔性化及自动化,其技术已日臻成熟,迄今已进入实用化阶段。
4)柔性制造工厂(FMF)FMF是将多条FMS连接起来,配以自动化立体仓库,用计算机系统进行联系,采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM,并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际,实现生产系统柔性化及自动化,进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平,反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体,以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表,其特点是实现工厂柔性化及自动化。
2柔性制造所采用的关键技术2.1计算机辅助设计
未来CAD技术发展将会引入专家系统,使之具有智能化,可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术,该项新技术是直接利用CAD数据,通过计算机控制的激光扫描系统,将三维数字模型分成若干层二维片状图形,并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描,被扫描到的液面则变成固化塑料,如此循环操作,逐层扫描成形,并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起,仅需确定数据,数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。
2.2模糊控制技术
模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能,可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整,使系统性能大为改善,其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。
2.3人工智能、专家系统及智能传感器技术
迄今,柔性制造技术中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理,求解各类问题(如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等)。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合,因而专家系统为柔性制造的诸方面工作增强了柔性。展望未来,以知识密集为特征,以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在柔性制造业(尤其智能型)中起着日趋重要的关键性的作用。目前用于柔性制造中的各种技术,预计最有发展前途的仍是人工智能。预计到21世纪初,人工智能在柔性制造技术中的应用规模将在比目前大4倍。智能制造技术(IMT)旨在将人工智能融入制造过程的各个环节,借助模拟专家的智能活动,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程,系统能自动监测其运行状态,在受到外界或内部激励时能自动调节其参数,以达到最佳工作状态,具备自组织能力。故IMT被称为未来21世纪的制造技术。对未来智能化柔性制造技术具有重要意义的一个正在急速发展的领域是智能传感器技术。该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的,它使传感器具有内在的“决策”功能。
24人工神经网络技术
人工神经网络(ANN)是模拟智能生物的神经网络对信息进行并处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域,神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统,成为现代自动化系统中的一个组成部分。
3柔性制造技术的发展趋势
31FMC将成为发展和应用的热门技术
这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近,更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。
32发展效率更高的FML
多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是FML的发展趋势。
33朝多功能方向发展
由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。
4结束语
柔性制造技术是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势,是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。届时,智能化机械与人之间将相互融合,柔性地全面协调从接受订货单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。
近年来,柔性制造作为一种现代化工业生产的科学“哲理”和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认,可以这样认为:柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态最优化,总体高效益、高柔性,并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。它作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技,为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图,将成为21世纪机构制造业的主要生产模式。实现了按端口、MAC地址、应用等来划分虚拟网络,有效地控制了企业内部网络的广播流量和提高了企业内部网络的安全性。
4结论
记得我第一次看到“智慧城市”这个字眼大概是五六年前，感觉那时“智”字还比较稀缺。如今已经是一个“智”字盛行的时代，智能手机、智能汽车、智能家居、人工智能、智能制造、商业智能等等，不一而足。从生活到生产，从生产到商业，可谓遍布“智”字的足迹。这些大大小小的智能概念构成了城市的方方面面，那么智慧城市的“智”就是这些“智”字的简单相加或汇总吗？智慧城市的“智”有着什么样的独特内涵？对于这个问题，我曾经困惑过。现在我认为，智慧城市作为一座城市，它的首要智慧是管理。
曾经有段时间，每当别人问我在做哪方面的研究时，我会别别扭扭地回答：“我在研究智慧城市。”我为什么会别扭？因为我感觉这个回答比较空洞苍白，说了像是没说。就像前面说的，智慧城市是个很大的概念，它包含很多中宏观和微观的领域，从中观的角度来说，就包括智慧交通、智慧教育、智慧医疗、智慧环保、智慧物流等众多方面；从微观层面来说，那包括的具体领域更是不胜枚举。比如打车软件就属于智慧城市。因为打车软件便利了市民的出行生活，属于智慧交通的范畴，而智慧交通显然是智慧城市一个极其重要的方面。所以打车软件的研究者和实践者，本质上也属于智慧城市的研究者和实践者。既然他们都没给自己贴上高大上的“智慧城市”标签，我怎么好意思自贴呢？于是我开始思考，在这样一个各领域言必称“智”的时代，智慧城市“智”在何方？
现在如果有人问我在做哪方面的研究，我会很从容地回答：“我在研究智慧城市的管理。”经过一段时间对智慧城市的研究和思考，我渐渐认识到智慧管理是智慧城市的首要智慧。现在提到的很多“智”大多还是在技术层面，比如智能手机、智能汽车、人工智能等，而智慧城市的“智”远远不是各种新技术的应用和叠加，而是基于新技术之上的管理理念、管理模式的创新。就像本期 《政府对智慧城市的管理策略创新》研究报告所提到的，“智慧城市的本质不是新技术，而是以新技术为依托形成的城市管理与服务的新理念、新模式。”如果智慧城市的管理做不到与时俱进，那么无论采用了多么先进的技术，技术所能发挥的功效也会大打折扣。智慧的管理，会充分激发新技术的活力；缺乏智慧的管理，会压抑新技术的活力。
智慧城市离不开方方面面的“智慧技术”，更离不开智慧的管理。城市管理做得好，即使没有运用最先进的技术，市民在生活和工作中也能感受到城市生活的舒适与便捷。当然，如果将“智慧管理”与“智慧技术”有机融合在一起，市民将进一步感受到城市的魅力、智慧的魅力。
随着社会的进步和生活水平的进步,社会对产品多样化,低制造本钱及短制造周期等需求日趋迫切,传统的制造技术已不能满足市场对多品种小批量,更具特色符合顾客个人要求样式和功能的产品的需求。90年代后,由于微电子技术、计算机技术、通讯技术、机械和控制设备的发展,制造业自动化进进一个崭新的时代,技术日臻成熟。柔性制造技术已成为各产业化国家机械制造自动化的研制发展重点。
1 基本概念
11 柔性柔性可以表述为两个方面。第一方面是系统适应外部环境变化的能力,可用系统满足新产品要求的程度来衡量;第二方面是系统适应内部变化的能力,可用在有干扰(如机器出现故障)情况下,系统的生产率和无干扰情况下的生产率期看值之比来衡量。“柔性”是相对于“刚性”而言的,传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高,由于设备是固定的,所以设备利用率也很高,单件产品的本钱低。但价格相当昂贵,且只能加工一个或几个相类似的零件,难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内,生产出较低本钱、较高质量的不同品种产品的能力。柔性已占有相当重要的位置。柔性主要包括 1) 机器柔性 当要求生产一系列不同类型的产品时,机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。
2) 工艺柔性 一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力;二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。
3) 产品柔性 一是产品更新或完全转向后,系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力;二是产品更新后,对老产品有用特性的继续能力和兼容能力。
4) 维护柔性 采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行的能力。
5) 生产能力柔性 当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统,这一点尤为重要。
6) 扩展柔性 当生产需要的时候,可以很轻易地扩展系统结构,增加模块,构成一个更大系统的能力。
7) 运行柔性 利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品,换用不同工序加工的能力。
12 柔性制造技术柔性制造技术是对各种不同外形加工对象实现程序化柔性制造加工的各种技术的总和。柔性制造技术是技术密集型的技术群,我们以为凡是侧重于柔性,适应于多品种、中小批量(包括单件产品)的加工技术都属于柔性制造技术。目前按规模大小划分为:
1) 柔性制造系统(FMS)
有关柔性制造系统的定义很多,权威性的定义有:
美国国家标准局把FMS定义为:“由一个传输系统联系起来的一些设备,传输装置把工件放在其他联结装置上送到各加工设备,使工件加工正确、迅速和自动化。中心计算机控制机床和传输系统,柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。国际生产工程探究协会指出“柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统,在最少人的干预下,能够生产任何范围的产品族,系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。”而我国国家军用标准则定义为“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统,它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整,适用于多品种、中小批量生产。”简单地说,FMS是由若干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。目前常见的组成通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心和车削中心等),由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来,可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及治理。目前反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS,日本从1991年开始实施的“智能制造系统”(IMS)国际性开发项目,属于第二代FMS;而真正完善的第二代FMS预计本世纪十年代后才会实现。
2) 柔性制造单元(FMC)
FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6~8年,FMC可视为一个规模最小的FMS,是FMS向廉价化及小型化方向发展的一种产物,它是由1~2台加工中心、产业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成,其特征是实现单机柔性化及自动化,具有适应加工多品种产品的灵活性。迄今已进进普及应用阶段。
3) 柔性制造线(FML)
它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线和中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床;亦可采用专用机床或NC专用机床,对物料搬运系统柔性的要求低于FMS,但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生过程中的分散型控制系统(DCS)为代表,其特征是实现生产线柔性化及自动化,其技术已日臻成熟,迄今已进进实用化阶段。
4) 柔性制造工厂(FMF)FMF是将多条FMS连接起来,配以自动化立体仓库,用计算机系统进行联系,采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM,并使计算机集成制造系统(CIMS)投进实际,实现生产系统柔性化及自动化,进而实现全厂范围的生产治理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平,反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营治理的自动化连成一个整体,以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表,其特征是实现工厂柔性化及自动化。
2 柔性制造所采用的关键技术
2.1 计算机辅助设计
未来CAD技术发展将会引进专家系统,使之具有智能化,可处理各种复杂的新题目。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术,该项新技术是直接利用CAD数据,通过计算机控制的激光扫描系统,将三维数字模型分成若干层二维片状图形,并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描,被扫描到的液面则变成固化塑料,如此循环操纵,逐层扫描成形,并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起,仅需确定数据,数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。
2.2 模糊控制技术
模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制用具有自学习功能,可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整,使系统性能大为改善,其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。
2.3 人工智能、专家系统及智能传感器技术
迄今,柔性制造技术中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理,求解各类新题目(如解释、猜测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等)。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论和通过经验获得的知知趣结合,因而专家系统为柔性制造的诸方面工作增强了柔性。展看未来,以知识密集为特征
,以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在柔性制造业(尤其智能型)中起着日趋重要的关键性的功能。目前用于柔性制造中的各种技术,预计最有发展前途的还是人工智能。预计到21世纪初,人工智能在柔性制造技术中的应用规模将在比目前大4倍。智能制造技术(IMT)旨在将人工智能融进制造过程的各个环节,借助模拟专家的智能活动,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程,系统能自动监测其运行状态,在受到外界或内部激励时能自动调节其参数,以达到最佳工作状态,具备自组织能力。故IMT被称为未来21世纪的制造技术。对未来智能化柔性制造技术具有重要意义的一个正在急速发展的领域是智能传感器技术。该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的,它使传感用具有内在的“决策”功能。
24 人工神经网络技术
人工神经网络(ANN)是模拟智能生物的神经网络对信息进行并处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域,神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统,成为现代自动化系统中的一个组成部分。 3 柔性制造技术的发展趋向
31 FMC将成为发展和应用的热门技术
这是由于FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近,更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。
32 发展效率更高的FML
多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替换通用的加工中心将是FML的发展趋向。
33 朝多功能方向发展
由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。
4 结束语
关键词：机械制造；自动化技术；思考
机械制造自动化是指在机械制造过程的所有环节中采用自动化技术，以实现机械制造全过程的自动化。随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，自动化已扩展为用机器（包括计算机）代替人的体力劳动和脑力劳动，自动地完成特定的作业。一个零部件（或产品）的制造包括着若干个工艺过程，如果不仅每个工艺过程都自动化了，而且它们之间是自动的有机联系在一起，也就是说从原材料到最终成品的全过程都不需要人工干预，这时就形成了制造过程的自动化。
机械制造自动化技术主要包括：包括上下料、装夹、换刀、加工、零件校验等环节的机械加工自动化技术；包括工件、刀具、其它物料的储运的物料储运自动化技术；包括零部件供应、装配过程等的装配自动化技术；包括零件检测、产品检测、刀具检测等的质量控制自动化技术。
在工业生产中，机械自动化的作用很大：⑴采用自动化技术后可以大幅度缩短产品制造过程中的辅助时间，有效缩短了生产周期，从而使生产率得以提高。⑵由于广泛采用各种高精度的加工设备和自动检测设备，减少了工人情绪波动的，提高了产品质量。⑶采用自动化技术后可减少占地面积，减少直接生产工人的数量，减少废品率等，提高经济效益。⑷采用现代制造技术使得变更制造对象更容易，适应的范围也较宽，十分有利于产品的更新。⑸体现一个国家的科技水平，可以带动自动检测技术、自动化控制技术、产品设计与制造技术，系统工程技术等相关技术的发展。
1 自动化机械制造规模
按规模大小FMS可分为如下4类
1.1 自动化制造单元
FMC：的问世并在生产中使用约比FMS晚6～8年，它是由1～2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，具有设置应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展和一种产物，其特点是实{目单机自动化化及自动化，迄今已进入普及应用阶段。
1.2 自动化制造系统
通常包括4台或更多台全自动数控机床及人工中心与车削中心等），由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。
1.3 自动化制造线
它是处于单一或少品种大批量非自动化自动线与中小批量多品种f：MS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床，亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统自动化的要求低于FMS，但生产率更高。
1.4 自动化制造工厂
FMt是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使计算机集成制造系统（C1MS）投入实际，实现生产系统自动化化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统IMS）为代表，其特点是实现工厂自动化化及自动化。
2 自动化关键技术
2.1 计算机辅助设计
未来CAD技术发展将会引入专家系统，使之具有智能化，可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术，该项新技术是直接利用CAD数据，通过计算机控制的激光扫描系统，将三维数字模型分成若干层二维片状图形，并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描，被扫描到的液面则变成固化塑料，如此循环操作，逐层扫描成形，并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起，仅需确定数据，数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。
2.2 模糊控制技术
模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能，可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整，使系统性能大为改善，其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更起人们极大的关注。
2.3 工智能、专家系统及智能传感器技术
迄今，FMS中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理，求解各类问题（如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等）。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合，因而专家系统为FMS的诸方面工作增强了自动化。展望未来，以知识密集为特征，以知识处理为手段的人工智能（包括专家系统）技术必将在FMS（尤其智能型）中关键性的作用。人工智能在未来FMS中将发挥日趋重要的作用。目前用于FMS中的各种技术，预计最有发展前途的仍是人工智能。预计到21世纪初，人工智能在FMS中的应用规模将要比目前大4倍。智能制造技术fIMT旨在将人工智能融入制造过程的各个环节，借助模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程，系统能自动监测其运行状态，在受到外界或内部激励时能自动调节其参数，以达到最佳工作状态，具备自组织能力。
2.4 人工神经网络技术
人工神经网络fANN）是模拟智能生物的神经网络对信息进行并行处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域，神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统，成为现代自支化系统中的一个组成部分。
3 启动控制技术发展趋势
自二战结束以来，世界各发达国家逐渐重视设计理论和设计方法的研究，先后产生了许多新概念、新思想、新理论和新技术。从设计方法来看，国内外先后提出了并行设计、虚拟设计、协同设计，相似性设计、智能设计等新概念；从设计准则来看，出现了优化设计、可靠性设计、有限元等概念，从设计的手段来看，出现了计算机辅助设计，不仅普及了二维设计 CAD 软件，而且功能全面的三维造型软件也进入了实用阶段。
3.1 FMC将成为发展和应用的热门技术
这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近，更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。近年来，计算机网络技术、 Web 技术和数据库技术的出现和飞速发展，给现代机械设计注入了新的生机和活力，机械设计逐渐向数字化、网络化方向发展。基于 Web 的远程设计正是在这种条件下产生的。它的出现，使得各制造企业可以充分利用 Internet 和 Web 的国际互联性和资源共享性，组建企业间的动态联盟或虚拟设计小组，通过组合分散在各个地域企业的技术优势，发挥各个企业的局部特长，同时不同专业的技术人员可以不受地域的限制，在一个统一且易于访问的平台下进行异地的合作与设计，实现信息的交流和共享，进而快速开发出所需产品，提高产品设计的一次成功率。
3.2 朝多功能方向发展
由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。FMS是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势，是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。日本从1991年开始实施的“智能制造系统”frms）国际性开发项目，属于第二代FMS：完善的第二代FMS正在不断实现。智能化机械与人之间相互融合、自动化地全面协调从接受订单货至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。
进入新世纪，FMS获得迅猛发展，几乎成生产自动化之热点。一方面是由于单项技术如NC加工中心、工业机器人、CAD/CAM、资源管理及高度技术等的发展，提供了可供集成一个整体系统的技术基础：另一方面，世界市场发生了重大变化，由过去传统、相对稳定的市场，发展为动态多变的市场，为了从市场中求生存、求发展，提高企业对市场需求的应变能力，人们开始探索新的生产方法和经营模式。
参考文献：
