我国发展先进制造技术的新途径

     近日，中国科学院院士、原华中科技大学校长杨叔子在南阳理工学院举行的“科学与中国”院士论坛上表示，重视我国装备制造业，特别是重视同高科技相应的机床制造业，是发展我国独立自主的制造业与工业的关键。他从先进制造技术的现状和发展趋势中阐述了我国发展先进制造技术的新途径。    “数”是发展的核心    数字化制造就是指制造领域的数字化，它包含了三大部分：以设计为中心的数字制造，以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造。对制造设备而言，其控制参数均为数字化信号。对制造企业而言，各种信息(如图形、数据、知识、技能等)均以数字形式通过网络在企业内传递，以便根据市场信息，迅速收集资料信息，在虚拟现实、快速原型、数据库、多媒体等多种数字化技术的支持下，对产品信息、工艺信息与资源信息进行分析、规划与重组，{TodayHot}实现对产品设计和产品功能的仿真，对加工过程与生产组织过程的仿真或完成原型制造，从而实现生产过程的快速重组与对市场的快速响应，以满足客户要求。还应指出，制造知识(包括技能、经验)的获取、表达、存储、推理乃至系统化、公理化等，这是使制造技术发展到制造科学的关键，而这又与数字化不可分开。    “精”是发展的关键    “精”是“精密化”，一方面是指对产品、零件的精度要求越来越高，另一方面是指对产品、零件的加工精度要求越来越高。20世纪初，超精密加工的误差是10微米，30年代达1微米，50年代达0.1微米，70至80年代达0.01微米，至今达0.001微米，即1纳米。再由以下一组数据可以看到微电子产品对加工精度的依赖程度，电子元件制造误差为，一般晶体管50微米，一般磁盘5微米，一般磁头磁鼓0.5微米，集成电路0.05微米，超大型集成电路达0.005微米，而合成半导体为1纳米。    “极”是发展的焦点    “极”即极端条件，就是指在极端条件下工作的或者有极端要求的产品，从而也是指这类产品的制造技术有“极”的要求。如在高温、高压、高湿、强磁场、强腐蚀等条件下工作，或有高硬度、大弹性等要求的，或在几何形体上极大、极小、极厚、极薄、奇形怪状的。显然，这些产品都是科技前沿的产品。其中之一就是“微机电系统”(MEMS)，MEMS可以完成特种动作与实现特种功能，乃至可以沟通微观世界与宏观世界，其深远意义难于估量。可以说，“极”是前沿科技或前沿科技产品发展的一个焦点。例如，在信息领域中的分子存储器、原子存储器；生命领域中的克隆技术、基因操作系统；军事武器中的精确制导技术、精确打击技术；航空航天领域中的微型飞机、微型卫星、“纳米”卫星(0.1公斤以{HotTag}内)；微型机器人领域中的脑科手术等。    “自”是发展的条件    “自”就是自动化，即减轻人的劳动，强化、延伸、取代人的有关劳动的技术或手段。自动化是先进制造技术发展的前提条件。自动化总是伴随有关机械或工具来实现的，可以说，机械是一切技术的载体，也是自动化技术的载体。据统计，从1870年至1980年，加工过程的效率提高了20倍，体力劳动得到了有效的解放；但管理效率只提高了1.8至2.2倍，设计效率只提高1.2倍，这表明脑力劳动远没有得到有效的解放。“自动化”从自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展到自学习、自组织、自维护、自修复等更高的自动化水平，而且今天自动控制的内涵与水平已今非昔比，控制理论、控制技术、控制系统、控制元件都有着极大的发展。    “集”是发展的方法    “集”就是集成化，包括技术的集成、管理的集成、技术与管理的集成。其本质是知识的集成。如前所述，先进制造技术就是制造技术、信息技术、管理科学与有关科学技术的集成。目前，“集”主要指：现代技术的集成，如机电一体化等；加工技术的集成，特种加工技术及其装备是个典型，如增材制造(即快速原型)、激光加工、高能束加工、电加工等；企业集成，即管理的集成、全生命周期过程的集成等。当然，管理的集成不可能不包含管理与技术的集成。    从长远看，由生物技术与制造技术集成的“微制造的生物方法”或所谓的“生物制造”是一个崭新的充满着活力的领域，作用难以估量。    “网”是发展的道路    “网”就是网络化，制造技术的网络化是先进制造技术发展的必由之路，制造业走向整体化、有序化，这同人类社会发展是同步的。在制造技术网络化中，值得关注的是电子商务的应用。它具有的优点是商务的直接化与透明化，这对降低成本、加快流通、提高效率、增加商业机会大有好处，从而对企业内部重组、经营战略与竞争模式有着深刻影响。但是，我国在电子商务的应用上，还存在一系列问题，例如在宏观层面上不够统一、在企业层面上“用”、“体”分离、在社会服务体系上服务滞后、在软环境上商务活动缺“法”又乏“诚”等。    制造技术的网络化不可阻挡，它的发展会导致一种新的制造模式，即虚拟制造组织。对我国而言，大力发展“中场产业”，使之具有精湛的最强有力的核心业务，不失为发展机械制造业的重要战略之一。    “智”是发展的前景    “智”就是智能化。智能化制造模式的基础是智能制造系统，它既是智能和技术的集成而形成的应用环境，也是智能制造模式的载体。与传统的制造相比，智能制造系统具有以下特点：人机一体化、自律能力、自组织与超柔性、学习能力与自我维护能力、在未来具有更高级的类人思维的能力。可以说，智能制造作为一种模式，是集自动化、集成化和智能化于一身，并具有不断向纵深发展的高技术含量和高技术水平的先进制造系统，也是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统。当然，目前还只能算初步，但潜力极大，前景广阔。    “绿”是发展的必然    “绿”就是“绿色”，人类社会的发展必将走向人类社会与自然界的和谐。    制造业的产品从构思开始，到设计阶段、制造阶段、销售阶段、使用与维修阶段，直到回收阶段、再制造各阶段，都必须充分涉及环境保护，制造必然要走向“绿色”制造。

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