先進的儀表制造業技術：“精”是關鍵“智”是前景

先進制造技術的發展可以用8個字來概括：“數”是核心，“精”是關鍵，“極”是焦點，“自”是條件，“集”是方法，“網”是道路，“智”是前景，“綠”是必然。

先進制造技術發展特點

與科學技術與市場經濟的發展相應，先進制造技術的發展趨勢有以下特點：

①信息技術對先進制造技術的發展起著越來越重要的作用；

②設計技術的不斷現代化；

③成形技術向精密成形或稱凈成形的方向發展；

④加工技術向著超精密、超高速以及發展新一代制造裝備的方向發展；

⑤制造工藝、設備和工廠的柔性和可重構性將成為企業裝備的顯著特點；

⑥虛擬制造技術和網絡制造技術將廣泛應用；

⑦智能化、數字化是先進制造技術和機電產品的發展方向；

⑧以提高市場快速反應為目標的制造技術將得到迅速發展和應用；

⑨綠色制造成為21世紀制造業的重要特征；

⑩21世紀的企業面臨管理創新。

先進制造技術發展趨勢

先進制造技術的發展可以用8個字來概括：“數”是核心，“精”是關鍵，“極”是焦點，“自”是條件，“集”是方法，“網”是道路，“智”是前景，“綠”是必然。現分述如下：

“數”是發展的核心

“數”就是“數字化”。“數字化”不僅是“信息化”發展的核心，而且也是先進制造技術發展的核心。信息的“數字化”處理同“模擬化”處理相比，有著3個不可比擬的優點：信息，信息安全，信息容量大。數字化制造就是指制造領域的數字化，它是制造技術、計算機技術、網絡技術與管理科學的交叉、融和、發展與應用的結果，也是制造企業、制造系統與生產過程、生產系統不斷實現數字化的必然趨勢。它包含了3大部分：以設計為中心的數字制造，以控制為中心的數字制造和以管理為中心數字制造。對制造設備而言，其控制參數均為數字化信號。對制造企業而言，各種信息（如圖形、數據、知識、技能等等）均以數字形式，通過網絡，在企業內傳遞，以便根據市場信息，迅速收集資料信息，在虛擬現實、快速原型、數據庫、多媒體等多種數字化技術的支持下，對產品信息、工藝信息與資源信息進行分析、規劃與重組，實現對產品設計和產品功能的仿真，對加工過程與生產組織過程的仿真，或完成原型制造，從而實現生產過程的快速重組與對市場的快速響應，以滿足客戶化要求。

“精”是發展的關鍵

“精”是“精密化”。它一方面是指對產品、零件的精度要求越來越高，一方面是指對產品、零件的加工精度要求越來越高。顯然，這兩方面是一回事。有了前者，才要求有后者；有了后者，才促使前者得以發展。“精”可以說，是指加工精度及其發展，精密加工，細微加工，納米加工，如此等等。20世紀初，超精密加工的誤差是10微米，30年代達1微米，50年代達0.1微米，70至80年代達0.O1微米，至今達0.001微米，即1納米。由一組數據，可以看到微電子產品對加工精度的依賴程度，電子元件制造誤差為，一般晶體管50微米，一般磁盤5微米，一般磁頭磁鼓0.5微米，集成電路0.O5微米，超大型集成電路達0.005微米，而合成半導體為1納米。在現代超精密機械中，對精度要求*，如人造衛星的儀表軸承，其圓度、圓柱度、表面粗糙度等均達納米級；基因操作機械，其移動距離為納米級，移動精度為0.1納米。細微加工、納米加工技術可達納米以下的要求，如離子束加工可達納米級，借助于掃描隧道顯微鏡（STM）與原子力顯微鏡的加工，則可達0.1納米。實際上，納米級的加工就是移動原子級的加工。

“極”是發展的焦點

“極”就是條件，就是指在條件下工作的或者有要求的產品，從而也是指這類產品的制造技術有“極”的要求。在高溫、高壓、高濕、強磁場、強腐蝕等等條件下工作的，或有高硬度、大彈性等等要求的，或在幾何形體上極大、極小、極厚、極薄、奇形怪狀的。顯然，這些產品都是科技前沿的產品。其中之一就是“微機電系統（MEMS） ”，這是工業發達國家與有關國家所高度關注的項前沿科技。甚至可以說，“極”是前沿科技或前沿科技產品發展的一個焦點。例如，在信息領域中，分子存儲器、原子存儲器、量子阱光電子器件、芯片加工設備；軍事武器中，制導技術，打擊技術，微型慣性平臺，微光學設備；航空航天領域中，微型飛機，微型衛星，“納米”衛星（0.lkg以內）。MEMS可以完成特種動作與實現特種功能，乃至可以溝通微觀世界與宏觀世界，其深遠意義難于估量。

“自”是發展的條件

“自”就是自動化。它就是減輕人的勞動，強化、延伸、取代人的有關勞動的技術或手段。顯然，自動化是重要的，自動化總是伴隨有關機械或工具來實現的。可以說，機械是一切技術的載體，也是自動化技術的載體。*次工業革命，以機械化這種形式的自動化來減輕、延伸或取代人的有關體力勞動；第二次工業革命，電氣化進一步促進了自動化的發展。據統計，從1870年至1980年，加工過程的效率提高到20倍，即體力勞動得到了有效的解放；但管理效率只提高為1.8至2.2倍，設計效率只1.2倍，這表明腦力勞動遠沒有得到有效的解放。即使在美國，1984年，CAD在福特公司只占40%，通用公司34 % , Chrysler也不過67% ；此后，CAD發展極為迅速。今天在我國大量設計單位已“甩圖板”了，CAD已十分普及了。信息化、計算機化與網絡化，不但極大地解放了人的體力勞動，而且更為關鍵的是有效地提高了腦力勞動自動化的水平，解放了人的部分的腦力勞動。

“集”是發展的方法

“集”就是集成化。它一是技術的集成，一是管理的集成，一是技術與管理的集成；歸根結底，其本質就是知識的集成，當然亦即知識表現形式的集成。已如前述，先進制造技術就是制造技術、信息技術、管理科學與有關科學技術的集成。“集成”就是“交叉”，就是“雜交”，就是取人之長，補己之短，這是發展的一大方法。目前，“集”主要指：

①現代技術的集成，機電一體化是個典型，它是高技術裝備的基礎，如微電子制造裝備，信息化、網絡化產品及配套設備，儀器、儀表、醫療、生物、環保等高技術設備。顯然，在機電一體化技術中，關鍵往往是；a檢測傳感技術；b信息處理技術；c自動控制技術；d伺服傳動技術；e精密機械技術；f系統總體技術，而這些技術又同許多學科有關，又是一個“集”。②加工技術的集成，特種加工技術及其裝備是個典型，如增材制造（即快速原型）、激光加工、高能束加工、電加工等等。③企業集成，即管理的集成，包括生產信息、功能、過程的集成；包括生產過程的集成、全壽命周期過程的集成；也包括企業內部的集成，企業外部的集成。當然，管理的集成不可能不包含管理與技術的集成。還有一點值得注意，即由生物技術與制造技術集成而成的“微制造的生物方法”，或所謂的“生物制造”；即依據生物是由內部生長而成“器件”，而非同一般制造技術那樣由外加作用以增減材料而成“器件”。可以預期，這是一個嶄新的充滿著活力的領域。

“網”是發展的道路

“網”就是網絡化。制造技術的網絡化是先進制造技術發展的必由之路，是制造業走向整體化、有序化，這同人類社會發展是同步的。制造技術的網絡化由兩個因素決定：一是生產組織變革的需要，一是生產技術發展的可能。這是因為制造業在市場競爭中，面臨多方的壓力；采購成本不斷提高，產品更新速度加快，市場需求不斷變化，客戶定單生產方式迅速發展，制造所帶來的沖擊日益加強等等；企業要避免傳統生產組織所帶來的一系列問題，必須在生產組織上實行某種深刻的變革。這個變革體現在兩方面：一方面利用網絡，在產品設計、制造與生產管理等活動乃至企業整個業務流程中充分享用有關資源，即快速調集、有機整合與利用有關制造資源；與此同時，這必然導致制造過程與組織的分散化網絡化，企業要拋棄傳統的“小而全”與“大而全”這類“夕陽技術”，而集中力量在自己zui有競爭力的核心業務上。在制造技術網絡化中，電子商務應用值得關注。電子商務將業務數據數字化，并將數字信息使用和計算機業務處理同Internet進行集成，成為一種全新的業務操作模式。在電子商務下的網絡化制造中，供應鏈管理、客戶關系管理、產品生命周期管理共同構成了制造的增殖鏈。它具有兩大優點：商務的直接化與透明化，這對降低成本、加決流通、提率、增加商業機會大有好處，從而對企業內部重組、經營戰略與競爭模式有著深刻影響。

“智”是發展的前景

“智”就是智能化。制造技術的智能化是制造技術發展的前景。近20年來，制造系統正在由原先的能量驅動型轉變為信息驅動型，這就要求制造系統不但要具備柔性，而且還要表現出某種智能，以便應對大量復雜信息的處理、瞬息萬變的市場需求和激烈競爭的復雜環境，因此，智能制造越來越受到高度的重視。智能化制造模式的基礎是智能制造系統，智能制造系統既是智能和技術的集成而形成的應用環境，也是智能制造模式的載體。與傳統的制造相比，智能制造系統具有以下特點：①人機一體化；②自律能力；③自組織與超柔性；④學習能力與自我維護能力；⑤在未來，具有更的類人思維的能力。由此出發，可以說智能制造作為一種模式，是集自動化、集成化和智能化于一身，并具有不斷向縱深發展的高技術含量和高技術水平的先進制造系統，也是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化系統。它突出了在制造諸環節中，以一種高度柔性與集成的方式，借助計算機模擬的人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決策，取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動。同時，收集、存儲、處理、完善、共享、繼承和發展人類專家的制造智能；當然，目前還只能算初步，但潛力極大，前景廣闊。隨著知識經濟時代的初露端倪，知識將作為發展生產力主要的源泉，并導致以知識生產率取代勞動生產率，從而智能化制造的價值日益攀升。目前，特別是分布式數據庫技術、智能代理技術和網絡技術等發展，將突出知識在制造活動中的價值地位。

“綠”是發展的必然

“綠”就是“綠色”，“綠色”是從環境保護領域中引用來的。人類社會的發展必將走向人類社會與自然界的和諧，就是走向“*”。人與人類社會本質上也是自然世界的一個部分，部分不能脫離整體，更不能對抗與破環整體。《老子》講的“無為”就是這個意思，即不去“為”違背客觀規律之“為”。人類必須從各方面促使人與人類社會同自然界和諧一致，制造技術也不能例外。保護環境，就是保護生產力；改善環境，就是發展生產力。制造業的產品從構思開始，到設計階段，制造階段、銷售階段、使用與維修階段，直到回收階段、再制造各階段，都必須充分計及環境保護。所謂環境保護是廣義的，不僅要保護自然環境，還要保護社會環境、生產環境，還要保護生產者的身心健康。在此前提與內涵下，還必須制造出價廉、物美、供貨期短、售后服務好的產品。作為“綠色”制造，產品還必須在一定程度上是藝術品，以與用戶的生產、工作、生活環境相適應，給人以高尚的精神享受，體現著物質文明、精神文明與環境文明的高度交融。每發展與采用一項新技術時，應站在哲學高度，慎思“塞翁得馬，安知非禍”，即必須充分考慮可持續發展，計及環境文明。