先进的制造技术范文篇1

关键词：先进的制造技术；现状；发展的趋势

制造业是我国国民经济和综合国力的重要组成部分，其生产总值一般占我国国内生产总值的20%～54%。大多数专家认为，世界上各国经济的竞争力，主要是靠制造技术的竞争，竞争能力最终体现在国家生产的产品的国际市场占有率上。

随着世界经济、技术的高速迅猛发展以及客户需求和市场竞争环境的不断变化。这种竞争日趋激烈的现状，导致各国政府都非常重视制造技术的研究与发展。中国这样一个制造大国更需要注意制造技术的发展。

1先进制造技术及其特点

先进制造技术是制造业不断汲取机械、电子、信息（计算机与电子通信、人工智能等）、新能源及系统管理等方面的研究成果，将其综合应用于产品设计制造、檢测、管理、组装、销售、服务等全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁的生产，提高对日益变化的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。综合体现了现代科学技术和新能源产业创新的成果，充分利用了信息技术，促使制造技术提高到了新的高度。先进制造技术是发展我国国民经济的重要技术之一，对我国的制造业发展有着不可估量的作用。先进制造技术更是重视制造过程组成和管理的合理化革新，它是硬件、软件、脑件（人）与组织的系统集成。

2我国先进制造技术的现状

随着社会的不断发展，人类对产成品的要求也发生了很大变化，要求产品品种多样、更新快捷、质量稳定、使用方便、价格合理、外形美观、自动化程度高、售后服务好、能满足人类越来越高的经济、技术要求，就需要采用先进的机械制造技术。我国经过30年改革开放完成经济快速增长，取得了令世界瞩目的傲人成绩，综合国力和经济总量位列世界前茅。1980年以来，我国制造航业取得了阶段性的发展。

随着我国经济技术的高速发展以及需方市场环境的日益变化，这种竞争发展的日益激烈，所以近年来我国非常重视先进制造技术的研究与科研开发。制造业是我国国民经济的支柱产业，先进生产所产生的过敏生产总值占我国国民生产总值（GDP）的40%左右。尤其是中国近几年来各地房地产业的新兴崛起，带动了中国机械工业集团有限公司、天津百利等一批重工业机械企业的快速发展，而这些龙头企业的快速发展又带动了先进制造技术的稳步发展，然而虽然我国在先进制造技术方面取得了骄人的成绩，但与发达国家相比，仍然存在不小的整体上的差距。

其中差异主要体现在以下5个方面：

（1）管理制度方面。发达国家广泛采用新型管理方式，高度重视管理体制的更新、生产产品的模式不断更新发展，推出了精细化生产、TPM改善提案，Q-COST以及6sigma等新的管理理念。而我国制造业只有少数大中型企业采用了计算机以及管理系统的辅助管理，而多数小型、微型企业仍处于传统管理模式。

（2）制造工艺方面。发达国家比较广泛的采用国际先进的管理技术，以少人化、高薪化、自动化为生产管理理念以及多元加工技术等先进加工方法。我国在此方面的研究以及利用率普遍低于世界平均水平，尚在开发之中。

（3）设计方面。发达国家不断更新大数据库，采用最新的设计方法，广泛采用计算机辅助流程，大型企业无图纸化生产流程已经日趋完善。而目前我国的现状是上大中型企业可以基本实现无纸化办公，但是生产流程，各种程序文件，还是没有全部信息化。

（4）自动化技术方面。发达国家普遍采用先进数控机床、高度集成的流水线作业，全部实现无纸化产线，而我国制造行业的现状，在此方面并没有太大的提升，纸质化办公情况严重，无管理化情况严重。

（5）产品结构方面。中国制造造业的快速发展，主要是依靠引进技术先进国家的核心技术，缺少自身的核心创新，加之中国劳动力资源丰富，粗放型生产方式聚集，导致中国制造业的研发水平较世界先进水平明显滞后。虽然中国制造业的产量已位居世界前列，但是主要为劳动密集型产品，具有自主知识产权的产品比较少。例如，挖掘机生产的核心技术，计算机产业的CPU集成发展等等。

另外，我国在先进制造技术方面存在着基础薄弱、创新能力差、产品的研发与实际生产过程脱节等问题。许多关键领域技术，如航空航天、炼油、炼钢等方面的自主创新虽有了一定成绩，但与世界领先水平相比仍有较大差距。计算机核心技术、科学医疗设备主要还是依赖进口。长期以来，产品品种单调，品牌单一，竞争力水平薄弱，特别是客户需求与企业自身技术创新上的突出矛盾。

3先进制造技术的发展趋势

先进制造技术是当今国际间科技竞争的重中之重，随着社会科技的不断发展，需方市场的多元化变革，人们对产品质量的要求也日趋多元化，市场竞争日益激烈，企业要在激烈的市场竞争中求得生存发展，就必须采用先进的制造技术。进入21世纪，随着中国加入WTO，与世界的关系越来越紧密，先进的制造技术必然会向着全球化、集成化、系统化、网络化、自动化、绿色化、智能化、精密化、快速化的趋势不断发展。

（1）全球化。首先，由于国际和国内市场上的激烈竞争，不少暂时还在国内市场上占有一定份额的企业，不得不想方设法扩展新的市场；其次，计算机网络通讯技术的迅猛发展，推动企业向着既要竞争又要合作的方向发展，这种发展又进一步激化了国际市场的竞争环境。这两个原因相互作用，已成为全球化制造业的发展动力，全球化制造的首要技术基础是网络，网络通讯技术也使制造的全球化得以全方位的实现。

（2）网络化。计算机网络通讯技术的快速发展和不断普及，给企业的生产环境和经营活动带来了不小的变革。从产品设计、物料选择、到零件制造、市场开拓、产品销售都可以在网络上进行。此外，计算机网络通讯技术的高速发展，加速了各企业技术信息交流、也加强了产品开发的合作和经营理念的学习，也在不断推动企业向既竞争又合作的方向快步发展。

（3）虚拟化。在制造过程中的虚拟技术是指面向各种产品生产过程的模拟实验和检验。检验产成品的可加工性、加工工艺方法和工艺流程的合理性，以优化制造产品的制造工艺、保证制造产品的质量、调整生产周期和降低生产成本为目标，进行生产过程PDCA循环的建模和仿真。

（4）自动化。自动化是一个动态的概念，目前的研究主要体现在制造系统中的合成技术和系统终端技术、人机一体化的制造领域系统、制造单元技术、制造过程的计划、调度、制造技术和适应现代化生产规模化模式的环境等方面。

（5）绿色化。绿色制（下转第页）（上接第页）造是通过绿色生产流程、绿色过程设计、绿色材料选用、绿色设备使用、绿色工艺流程、绿色包装的使用、绿色理念的贯彻等一系列的过程累加生产出来的绿色产品，产品使用完毕后再通过绿色无公害的处理加以回收利用。采用绿色制造流程能最大限度的减少制造业对环境的不良影响，同时也能使原材料和能源的利用效率大大提高。

（6）精密化。现代化高新技术产品需要高精尖的制造技术，全社会的发展对产品的质量提出了越来越完善的要求。这就决定了发展精密仪器加工、超精密仪器加工技术是制造业未来发展的一个重点。

（7）智能化。智能化制造是综合利用各个相关学科、各种先进的技术和方法，解决和处理制造系统中出现的问题。系统能高度领会设计人员的设计意图，检测常规失误，回答提出的问题，提出改善建议方案。

（8）快速化。快速化是对市场需求的快速有效的响应，对生产的快速重组调整。要求生产规模、模式有高度的可调节性与高度敏捷性。快速化可以强有力地推动制造技术的进步与高速发展，是先进制造技术发展的不竭“动力”。

（9）集成化。现代化制造业的发展方向并不只是计算机技术的高度集成，而是人、机、料的整体集成，包括各种功能的集成、组织的集成、各种信息的集成、制造过程的集成、储备知识的集成和企业间合作的集成。

4結束语

先进的制造技术范文

当今世界的竞争，主要是综合国力的竞争制造技术是直接创造社会财富的基础，对一个国家的技术经济发展起着至关重要的作用，所以世界各国都非常重视制造技术的发展

近年来，世界范围内出现了研究应用先进制造技术的浪潮，以机械制造为代表的先进制造技术己成为当代国际间科技竞争的重点。它的水平高低，在很大程度上反映了一个国家工业发展的水平，是现代企业提高产品开发与技术创新能力、稳定产品质量、増强竞争能力的看家本领在我国，先进制造技术的重要性己引起各界的认识和重视，被列为“九五”计划和2010年中长期科研发展规划中的主要关键技术和重要发展方向。因而，了解先进制造技术的发展趋势和前沿技术，对全面把握我国先进制造技术的发展方向，确定它的发展目标及我们的战略对策是十分必要的。

2先进制造技术的定义及技术特征

2.1定义

制造技术是使原材料成为产品所使用的一系列技术的总称，是制造业赖以生存和进步的主体技术先进制造技术是制造业为了适应时代要求以提高竞争力，对制造技术不断优化及推陈出新而形成的它是一个相对的、动态的概念，具有鲜明的时代特征，可以将先进制造技术定义为:制造业不断吸收机械、电子、信息、材料、能源及现代管理等方面的成果，并将其综合应用于制造的全过程，实现优质、高效?低耗清洁、灵活生产，取得理想技术经济效果的制造技术总称。

2.2技术特征

先进制造技术具有以下五个技术特征：

2.21先进性

先进制造技术的核心和基础必须是优质、高效、低耗、清洁的工艺，它从传统制造工业发展起来，并与新技术实现了局部或系统集成2.22通用性

先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节，它覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、销售使用、维修服务，甚至回收再生的整个过程

2.23系统性

随着微电子、信息技术的引入，先进制造技术能驾驭信息生成采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。先进制造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程

22.4集成性

先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合，界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化集成化，己发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴交叉学科。

22.5技术与管理的紧密结合

对市场变化作出更敏捷的反应及对最佳技术经济效益的追求，使先进制造技术十分重视生产过程组织管理体制的合理化和最佳化，它是技术与管理自然科学与社会科学紧密结合的产物。

3先进制造技术的形成发展过程

先进制造技术的形成和发展同科技进步及市场需求密切相连在科技高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集一一设备密集一一信息密集一一知识密集”的方向发展在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“小批量一一少品种大批量一一多品种变批量”的方向发展与之相适应，制造技术的生产方式沿着“手工一一机械化一一单机自动化一一刚性流水自动化一一柔性自动化一一智能自动化”的方向发展

当代制造技术的前沿己经发展到以信息密集的柔性自动化生产方式满足多品种、变批量的市场需求，并向知识密集的智能自动化方向发展在这个发展过程中，制造技术的内涵不断延伸与发展，经历了重视辅助工序、工装?生产过程，不断更新工艺方法，引入和集成信息技术以及更新管理观念，促进生产组织变革等四个环节，逐渐形成了先进制造技米

4先进制造技术的发展趋势

高生产率和高质量是先进制造技术的两大追求目标先进制造技术的发展趋势可概括成如下几个方面

4.1向自动化柔性化、集成化和智能化方向发展

微电子、计算机自动化技术与传统工艺及设备相结合，形成了多项制造自动化单元技术，经局部或简单到复杂不同档次的自动化制造系统，使传统工艺产生显著、本质的变化，极大地提高了生产效率和产品质量。当然，冷加工的发展道路是：NC(数控卜FMS(柔性制造系统）^CIMS(计算机集成制造系统hIMS(智能制造系统）热加工的发展道路是：优质高效低耗工艺-低成本自动化-综合自动化。

4.2向高精密方向发展

现代新技术产品需要高精度的制造，精密制造技术是先进制造技术的基础，它包括精密加工和超精密加工、微细加工和超微细加工、微型机械等当前有代表意义的是以纳米技术为代表的超精密加工技术和以微细加工为手段的微型机械技术。

精密加工和超精密加工的主要方法，目前有精密切削、超精密切削、超精密磨削和研磨加工等，其加工精度己从微米级(um)亚微米级（1~10-Vm)向纳米级（1dVm)进军。

微细和超微细加工是一种特殊的精密加工，它不仅加工精度极高，而且加工尺寸十分微小。如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束?离子束刻蚀的方法加工的，线宽可达0.1um，微型机械是机械技术与电子技术在纳米级水平上相融合的产物。国外有人将纳米技术与微型机械称为“21世纪的核心技术”。

4.3向非传统加工技术方向发展

在继续开展传统切削、磨削等新工艺的同时，各种非传统加工方法也在开拓发展，并不断开创新工艺，达到新的技术水平由于这类加工方法能解决大量普通机械加工方法难以解决甚至根本无法解决的问题，因而得到迅速发展，并显示出极大的潜力和前景非传统加工方法主要指一些物理的、化学的特种加工和高能密度加工，如电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、离子束加工等。特种加工的对象主要是难加工材料。高能密度加工主要指三束加工(激光束、电子束和离子束），它们是极有前途的加工方法不少非传统加工法同时又是精密加工和超精密加工方法传统加工和特种加工相结合的复合加工同样有着良好的发展前景。

4.4采用新型生产模式，使企业适应多变市场需求机械制造生产模式除有通用机床加专用工艺装备、数控机床加具有计算机辅助设计和自动编程功

柔性制造单元（FMC)加管理信息控制系统（MIS)以外，还有计算机集成制造系统（CIMS)智能制造系统（IMS)、并行工程（CE)、精节生产（LP)和敏捷制造（AM)等生产模式现代企业只有采取先进的生产模式，改进生产组织管理，才能増强在激烈的市场条件下的竞争能力。

5先进制造技术的技术前沿与新型生产模式

计算机集成制造（CIM)技术作为人类未来工厂的概念模式，得到很多国家的重视企业从经营计划、产品设计、加工制造到市场销售形成一个完整的系统，进行综合优化它不断吸收微电子、计算机、自动化等最新技术成果形成了计算机辅助设计(CAD)制造（CAM)工艺（CAPP)测试（CAT)评价（CAE)?数控机床（NC)加工中心（MC)、企业管理信息系统（MIS)?柔性制造系统（FMS)等一系列具有划时代意义的新技术对上述技术进行局部或系统集成，就形成了从单机到生产线、从刚性到柔性、从简单到复杂等不同档次的集成制造系统(CIMS)可以预言CIMS将成为21世纪占主导地位的生产方式。

智能制造技术（IMT)旨在将人工智能溶进制造过程的各个环节，通过模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中的部分脑力劳动，从而在制造过程中，系统能自动监测其运行状态，在受到外界或内部激励时能够自动调整其参数，以期达到最佳状态，具有自组织能力。它被称为21世纪的制造技术。

并行工程（CE)技术旨在将产品设计与制造以及相关过程进行系统的综合，以期在产品设计的同时就将生产、维修的各个环节考虑进去，大大缩短生产周期该技术的关键在于将CADCAMCATMIS等有机地集成起来，将引入动态并行机制，即将产品生产周期中各种因素进行有机综合、并行处理，将产品设计、生产计划丨生产加工、质量检验、市场分析等同步规划，它可显著缩短新产品从构思到实现批量生产的开发周期。

精节生产（LP)是由日本丰田公司率先提出并得以应用，后来受到美国的重视，它综合了单件生产和大批量生产两者的优点，其特点是：行小组自治工作制，工人既是主人也是雇员，企业把雇员看作比机器更为重要的固定资产。

(2)精简一切生产中不产生价值的工作，减少管理层次，精简组织机构。

(3)精益求精，以尽善尽美为最终目标，持续不断地改进生产，降低成本，力争无废品、无库存和产品品种多样化。

敏捷制造（AM)是近年来美国为恢复其在国际制造业中领导地位而提出的一种生产模式它是将柔性生产技术熟练掌握生产技能和有知识的劳动力，与企业内部和企业之间合作的灵活管理集成在一起，通过所建立的共同基础结构，对迅速改变或无法预见的消费者需求和市场时机作出快速响应它的主要特点是提出虚拟制造（VM)的概念，根据市场需求，采用虚拟公司来承接项目，开发产品和组织生产。从本企业和其它企业选出各种优势力量，集成为一个单一的经营实体一一虚拟公司，当所承接的产品或项目一旦完成，虚拟公司即行解体。

CIMSIMSCELP和AM都是制造系统中新的生产模式，其宗旨都是为了提高企业竞争力，以适应多变的市场需求;在运行机理上都是强调集成，但在侧重点上有所区别。

CE强调的是产品开发和设计与其它相关过程的集成，尽量保证开发和设计工作一次完善，减少反复，缩短产品生产制造周期。

LP是通过项目组或生产小组形式把各方面人员集成在一起，在生产?检验与维修等场地集成在一起，同时还采用相应的措施做到与协作厂家、用户的集成，从而实现最大限度地精简非増值人员和机构，提高企业竞争力。因而它强调的是组织管理和人员的集成。

AM则在先进的柔性生产技术的基础上通过企业内部的多功能项目组与企业外的多功能组织组成虚拟公司，把全球范围内的各种资源，包括人的资源集成在一起。

第一代CIMS只注重信息和功能的集成，随着CIM技术的发展和应用，CIMS含义也在深化，第二代CIMS更强调技术、组织和人的全面集成

可见，CIMS与CELP及AM等生产模式并无本质区别，他们之间的关系是一种互补而不是替代。

没有计算机通讯系统?不采用现代制造技术的集成，是很难充分发挥精节生产的组织集成和人员集成的优势，而敏捷制造的基础和主体实质还是CIMS，不过只是CIMS的横向发展，是企业级的集成扩展为社会系统内的集成;而LP和AM则为CIMS真正取得效益提供了新的思想和技术，又促进了CIMS的进一步发展

6推动我国先进制造技术发展的战略设想

改革开放以来，通过研究开发、技术改造与国外引进，我国制造技术水平不断发展和提高，己经具有相当规模和实力但是从总体上看，我国制造生产水平仍然比较落后，在质量、品种、成本效率效益和售后服务等方面与国外先进水平相比都有很大差距，缺乏国际竞争力。

为发展我国的先进制造技术，我们应把握时机，超越某些阶段，迎头赶上世界先进水平。要使这种愿望变为现实，必须明确先进制造技术的发展目标，采取相应的战略对策6.1先进制造技术的发展目标

先进制造技术是使制造业强盛的关键所在，没有先进制造技术，就不可能在发达的制造业在市场经济为主体的世界经济体系条件下，先进制造技术是由市场选择和决定的。市场是先进制造技术存在、发展的源动力。先进制造技术研究的根本目的就在于及时、高效、优质、灵活、低耗地制造市场上有竞争力的产品，这是先进制造技术研究的市场观发达国家制造业的管理专家和先进制造技术研究专家早己从残酷市场竞争中明确了这一点，把占领市场作为发展先进制造技术的最终目标，建立和完善了一整套市场、技术、产品间相互联系、相互制约?相互促进的机制。

我国市场经济处在初级阶段，制造业还比较落后，先进制造技术主要依靠引进和跟踪的格局不会改变，中国是一个大国，应当有使产品具有进入国际市场的竞争力，先进制造技术应以提高制造业产品的市场竞争力为发展目标

6.2战略对策

6.2.1组织起来，加强合作，共同开发，推动先进制理技术于一体的综合技术，它的发展涉及到规模管理资金保障、研究开发、生产应用等多个方面因此，必须把政策部门、科研单位、高等院校和企业各方面力量组织，加强合作，共同开发，尤其是要吸引企业界参与先进制造技术的研究，健全科技研究开发一体化机制，在先进制造技术研究中推进和建立大学、研究所和制造业相结合的研究体制随着市场的国际化和全球信息网络技术的发展，制造技术国际化日趋明显，我国制造领域专家和企业家要有使自己产品和技术进入国际市场、投置于国际竞争的大环境下并成为知名品牌的雄才大略，要积极促进先进制造技术基础研究的国际合作，以増强我国先进制造技术的实力

6.22确定优先资助领域，支持应用前景明确的先进制造技术基础研究，加快研究成果的应用转化

当今世界科学技术化技术科学化的科技一体化趋势日益明显，技术的生命周期不断缩短如果一种现在还算先进的技术不迅速应用，过不了几年就可能被淘汰而大学在选择制造方面的应用基础研究项目时，往往缺乏先进制造技术的市场观，不注重实际考察，不注重应用前景，不注重研究成果的应用转化国家在应用基础研究成果到技术开发和应用的成果转化过程中的机制仍不健全。各部委?产业部门及国家自然科学基金委员会在资助先进制造技术基础研究中，应确定优先资助领域，在强调支持前沿和创新的同时更要强调研究项目的应用前景，支持和鼓励项目的联合资助在跟踪国际先进制造技术研究的同时，强调结合国情选题，面向经济选题，瞄准应用选题

6.23持续开展制造业的技术改造

制造技术的发展是通过技术改造过程实现的，通过技术改造逐步淘汰老工艺、老设备，推广应用先进的新工艺和新设备，以提高企业的制造技术水平，最终达到提高产品性能质量和对市场的应变能力。“八五”期间己对一批重点骨干企业实行重点投资，进行现代化的技术改造使诸如数控机床、加工中心'?计算机辅助设计、制造和管理等新技术在这些企业得到普及、推广和应用。“九五”期间将这些技术在更多的企业中逐步推广，视不同情况或建成FMCFMS，或进一步实现计算机集成制造系统。

进行技术改造必须从经营战略和生产系统整体出发，不能单纯把技术改造局限于更新工艺设备上因此，进行技术改造时应进行经济分析与论证，以作出科学的决策与判断

6.2.4采用新型的生产模式，改进生产组织管理，提高人员技术素质

先进制造技术既包括工艺技术设备，又包括生产的组织管理和人员技术素质只有相适应的生产组织管理和人员技术素质与其配套，先进的工艺技术装备才能充分发挥其应有的作用，形成先进制造技术为此，要根据企业特点，采取适用的生产模式，改进生产的组织管理，提高人员的技术素质，使生产组织管理便于实现计算机化和信息化，便于集成为有机联系的自动化整体，使参与生产过程的人员尽可能在技术上成为多面手，更好地适应多变的市场需求

可见，先进制造技术的发展和水平的提高，有赖于工艺技术装备、生产模式组织管理和人员技术素质的同步发展.

先进的制造技术范文

关键词：问题；先进制造技术；前沿科学；应用前景

制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%~55%。在一个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国政府都非常重视对先进制造技术的研究。

一、当前制造科学要解决的问题

当前制造科学要解决的问题主要集中在以下几方面：

（1）制造系统是一个复杂的大系统，为满足制造系统敏捷性、快速响应和快速重组的能力，必须借鉴信息科学、生命科学和社会科学等多学科的研究成果，探索制造系统新的体系结构、制造模式和制造系统有效的运行机制。制造系统优化的组织结构和良好的运行状况是制造系统建模、仿真和优化的主要目标。制造系统新的体系结构不仅对制造企业的敏捷性和对需求的响应能力及可重组能力有重要意义，而且对制造企业底层生产设备的柔性和可动态重组能力提出了更高的要求。生物制造观越来越多地被引入制造系统，以满足制造系统新的要求。

（2）为支持快速敏捷制造，几何知识的共享已成为制约现代制造技术中产品开发和制造的关键问题。例如在计算机辅助设计与制造(CAD／CAM)集成、坐标测量(CMM)和机器人学等方面，在三维现实空间(3-RealSpace)中，都存在大量的几何算法设计和分析等问题，特别是其中的几何表示、几何计算和几何推理问题；在测量和机器人路径规划及零件的寻位(如Localization)等方面，存在C-空间(配置空间ConfigurationSpace)的几何计算和几何推理问题；在物体操作(夹持、抓取和装配等)描述和机器人多指抓取规划、装配运动规划和操作规划方面则需要在旋量空间(ScrewSpace)进行几何推理。制造过程中物理和力学现象的几何化研究形成了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。

（3）在现代制造过程中，信息不仅已成为主宰制造产业的决定性因素，而且还是最活跃的驱动因素。提高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、传播处理和海量数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。

（4）各种人工智能工具和计算智能方法在制造中的广泛应用促进了制造智能的发展。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。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。

二、现代机械工程的前沿科学

不同科学之间的交叉融合将产生新的科学聚集，经济的发展和社会的进步对科学技术产生了新的要求和期望，从而形成前沿科学。前沿科学也就是已解决的和未解决的科学问题之间的界域。前沿科学具有明显的时域、领域和动态特性。工程前沿科学区别于一般基础科学的重要特征是它涵盖了工程实际中出现的关键科学技术问题。

超声电机、超高速切削、绿色设计与制造等领域，国内外已经做了大量的研究工作，但创新的关键是机械科学问题还不明朗。大型复杂机械系统的性能优化设计和产品创新设计、智能结构和系统、智能机器人及其动力学、纳米摩擦学、制造过程的三维数值模拟和物理模拟、超精度和微细加工关键工艺基础、大型和超大型精密仪器装备的设计和制造基础、虚拟制造和虚拟仪器、纳米测量及仪器、并联轴机床、微型机电系统等领域国内外虽然已做了不少研究，但仍有许多关键科学技术问题有待解决。

信息科学、纳米科学、材料科学、生命科学、管理科学和制造科学将是改变21世纪的主流科学，由此产生的高新技术及其产业将改变世界的面貌。因此，与以上领域相交叉发展的制造系统和制造信息学、纳米机械和纳米制造科学、仿生机械和仿生制造学、制造管理科学和可重构制造系统等会是21世纪机械工程科学的重要前沿科学。

2．1制造科学与信息科学的交叉--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。因此制造过程中信息的获取和应用十分重要。信息化是制造科学技术走向全球化和现代化的重要标志。人们一方面对制造技术开始探索产品设计和制造过程中的信息本质，另一方面对制造技术本身加以改造，以使得其适应新的信息化制造环境。随着对制造过程和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。

与制造有关的信息主要有产品信息、工艺信息和管理信息，这一领域有如下主要研究方向和内容：

(1)制造信息的获取、处理、存储、传递和应用，大量制造信息向知识和决策转化。

(2)非符号信息的表达、制造信息的保真传递、制造信息的管理、非完整制造信息状态下的生产决策、虚拟管理制造、基于网络环境下的设计和制造、制造过程和制造系统中的控制科学问题。

这些内容是制造科学和信息科学基础融合的产物，构成了制造科学中的新分支--制造信息学。

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。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS的发展将极大地促进各类产品的袖珍化、微型化，成数量级的提高器件与系统的功能密度、信息密度与互联密度，大幅度地节能、节材。它不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。例如用尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红细胞；制造出3mm大小能够开动的小汽车；可以在磁场中飞行的像蝴蝶大小的飞机等。MEMS技术的发展开辟了技术全新的领域和产业，具有许多传统传感器无法比拟的优点，因此在制造业、航空、航天、交通、通信、农业、生物医学、环境监控、军事、家庭以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。

微机械是机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物。早在1959年就有科学家提出微型机械的设想，1962年第一个硅微型压力传感器问世。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60~120μm的硅微型静电电动机，显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构并与集成电路兼容制造微小系统的潜力。微机械技术有可能像20世纪的微电子技术那样，在21世纪对世界科技、经济发展和国防建设产生巨大的影响。近10年来，微机械的发展令人瞩目。其特点如下：相当数量的微型元器件(微型结构、微型传感器和微型执行器等)和微系统研究成功，体现了其现实的和潜在的应用价值；多种微型制造技术的发展，特别是半导体微细加工等技术已成为微系统的支撑技术；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解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。

仿生制造的研究内容目前有两个方面：

2．4．1面向生命的仿生制造

研究生命现象的一般规律和模型，例如人工生命、细胞自动机、生物的信息处理技巧、生物智能、生物型的组织结构和运行模式以及生物的进化和趋优机制等；

2．4．2面向制造的仿生制造

研究仿生制造系统的自组织机制与方法，例如：基于充分信息共享的仿生设计原理，基于多自律单元协同的分布式控制和基于进化机制的寻优策略；研究仿生制造的概念体系及其基础，例如：仿生空间的形式化描述及其信息映射关系，仿生系统及其演化过程的复杂度计量方法。

机械仿生与仿生制造是机械科学与生命科学、信息科学、材料科学等学科的高度融合，其研究内容包括生长成形工艺、仿生设计和制造系统、智能仿生机械和生物成形制造等。目前所做的研究工作大多属前沿探索性的工作，具有鲜明的基础研究的特点，如果抓住机遇研究下去，将可能产生革命性的突破。今后应关注的研究领域有生物加工技术、仿生制造系统、基于快速原型制造技术的组织工程学，以及与生物工程相关的关键技术基础等。

三、现代制造技术的发展趋势

20世纪90年代以来，世界各国都把制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，如美国的先进制造技术计划AMTP、日本的智能制造技术（IMS）国际合作计划、韩国的高级现代技术国家计划(G--7)、德国的制造2000计划和欧共体的ESPRIT和BRITE-EURAM计划。

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九个方面：

(1)信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，现代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、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、超高速制造装备。

(6)加工工艺由技艺发展为工程科学。

(7)实施无污染绿色制造。