3 先进制造与自动化技术发展现状 世界各国十分重视发展先进制造与自动化技术,许多跨国公司应用先进制造与自动化技术实现了设计、制造后理和经营的一体化,加强了在国际市场的垄断地位。例如,美国波音公司在波音777客机的研制中,由于使用了先进的产品开发设计技术,使开发周期从过去的8~9年缩短到4.5年,缩短了40%以上。成本降低25%,出错返工率降低75%,用户满意度也大幅度提高。美国通用汽车公司应用现代集成制造系统技术,将轿车的开发周期由原来的48个月缩短到了24个月,碰撞试验的次数由原来的几百次降到几十次,应用电子商务技术降低销售成本 10%;美国 Exxon- Mobil石油公司应用先进的综合自动化技术后,使企业的效益提高5%~8%,劳动生产率提高例%~15%;机器人技术与自动化工艺装备的核心技术一直受到世界各国的重视,面向未来服务的水下机器人、微机器人。医用机器人、仿人形机器人等特种机器人,面向国防、航空、航天等方面的超精密加工装备,面向基础设施建设的智能化大型工程机械,面向制造业的高精度、高效率、低成本和高柔性基础制造装备等已成为目前的研究开发重点。先进制造与自动化技术已经成为带动制造业发展的重要推动力。 为了占领先进制造与自动化技术的制高点,许多国家提出了跨世纪的研究计划。例如,美国政府提出了《美国国家关键技术》、《先进制造技术计划》、《敏捷制造与制造技术计划》和《下一代制造(NGM)》等计划;在欧共体的《尤里卡计划(EURE-KA)》、《信息技术研究发展战略计划(ESPRIT)》和《第五届框架研究计划》中,与先进制造技术有关的项目占有相当大的比重;德国政府提出了《制造2000计划》、《微系统2000计划》和《面向未来的生产》等计划;日本的《智能制造系统计划》、《极限作业机器人研究计划》、《微机器研究计划》和《仿人形机器人研究计划》;英国的《国家纳米技术计划》(NION);韩国的《高级先进技术国家计划》(G7计划)等。这些国家均将先进制造与自动化技术列为重要研究内容。通过政府、企业、大学和科研院所的合作实施,这些计划大大促进了先进制造与自动化技术的发展。 近10多年来,我国有关部门有计划地部署了一系列国家级重点科技项目,有效地促进了我国先进制造与自动化技术的研究与应用推广,如。科技部组织实施的863计划的CIMS主题、智能机器人主题,“九五”国家科技攻关计划的CAD应用工程、精密制造技术开发与应用、数控技术与装备、现场总线控制技术开发与应用、工业机器人应用、激光技术应用等重点项目;总装备部(原国防科工委)在“九五”期间,组织实施了我国武器装备先进制造技术的发展项目;航空。航天、兵器和机械等许多行业 和部门在“九五”期间组织实施了行业先进制造技术项目;国家计委、经贸委等部委在用高技术改造传统产业方面也推行了一系列计划。上述计划和项目极大地推动了我国先进制造与自动化技术的发展。 综观各国先进制造与自动化技术计划的制定和实施情况可以看到,先进制造和自动化技术的发展有其深刻的国际经济竞争背景。这些先进制造与自动化技术计划提出时,即以提高本国制造业的国际竞争能力、促进经济增长和提高国家综合实力为目标,既注重技术的超前性,更重视来自产业界的实际需求;在关键技术的选择上注重系统集成技术与工艺装备研究开发并重,通过系统技术、信息技术和自动化技术的引入,提高制造企业的竞争能力;同时也可以看到,各国在发展先进制造与自动化技术的过程中,政府通过若干计划的实施起到了关键的引导和调控作用,并形成了一套有效的研究开发及推广应用的管理机制和创新机制。 4 先进制造与自动化技术重大发展方向 目前制造业正在从以机器为特征的传统技术时代向着以信息为特征的系统技术时代迈进,进入了一个能够增强企业在不可预见的多变环境中生存能力的全球化敏捷制造阶段。合理开发利用资源、保护生态环境、实现经济一社会相互协调的可持续发展战略和绿色制造成为全社会的共识。今后15年制造技术的发展将超过以往的75年。当前先进制造与自动化技术发展的主要特点是产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、生产装备的数字化和机器人的与人和谐化。 4.1 产品设计制造和企业管理的信息化 信息技术在制造业中的广泛应用,促进了产品设计制造和企业管理信息化程度的提高,改变了现代制造企业的产品设计、产品制造和管理模式。以并行工程、虚拟制造为代表的信息技术的应用提高了创新产品的设计制造水平,以敏捷制造、动态联盟、企业电子商务为代表的企业管理技术的应用促进了新型制造企业的迅速发展,形成了新型的跨国企业和基于供应链的战略企业联盟。 4.2生产过程控制的智能化 生产过程的控制是典型的复杂大系统问题,提高生产过程的控制水平和生产效率是工业界急待解决的具有挑战性的问题,采用智能化方法进行生产过程控制是一个有前途的发展方向。采用智能化技术可以解决生产过程控制中存在的强耦合、非线性和不确定性问题,从而显著提高生产效率和产品质量。研制开发智能化的生产过程控制设备也是发展高新技术产业的重要基础。 4.3生产装备的数字化 信息技术的广泛采用,提高了生产装备的数字化程度,从而显著提高了产品的高技术附加值。生产装备的数字化不仅增强了产品的功能和集成能力,提高了产品的市场竞争力和经济效益,还显著提高了产品的可操作性、可维护性,降低了产品的运行和维护成本。发展高度数字化的生产装备是制造企业赢得市场竞争的主要手段之一。 4.4机器人的与人和谐化 机器人集当代众多高技术于一身,特别强调人机和谐共存。人机和谐共存是机器人进入人类未来工作和生活的基础,已经成为公认的21世纪前沿高技术。目前重点研究的特种机器人有仿人形机器人、水下机器人、医用机器人、服务机器人、网络机器人、军用机器人、农林与农副产品加工机器人等等,在航空、航天、能源、交通、海洋、生物、医疗、服务、农业、军事和娱乐等领域具有非常广阔的应用前景。 5 先进制造与自动化技术领域拟解决的问题 “十五”863计划先进制造与自动化技术领域针对我国国民经济建设的主战场的重大需求,瞄准国际先进制造与自动化技术前沿,拟有重点地选择能够主导21世纪初期我国制造业发展和升级的关键技术和装备,促进形成我国先进制造与自动化技术产业的群体优势,提升我国制造业综合竞争能力,实现制造业的跨跃式发展;拟有重点地选择若干涉及国家安全的战略必争装备和竞争前核心技术,实现局部领域的突破和跨越式发展,打破国外的技术封锁,在国际相关高技术领域占有一席之地。 5.1 制造业信息化工程关键技术的研究开发和集成应用 面对经济全球化和信息化对我国制造业的挑战和机遇,为了增强我国制造业的综合竞争能力,“十五”期间,本领域拟在科技部开展的“制造业信息化工程”专项行动中发挥关键作用。重点解决制造业信息化急需的关键技术及支撑系统平台,主要包括:基于三维产品模型的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM系统,流程工业MES/PCS系统,基于中国先进管理模式的ERP和电子商务系统,支持整体解决方案的PLM系统,支持制造协同、资源共享与集成服务的区域制造网络系统等。通过支持技术产品的开发和典型示范应用,促进相关软件产品的产业化,为制造业信息化工程提供技术支撑。
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