1 引言

　　　所謂先進制造技術，是制造業不斷吸收信息技術及現代化管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態多變的產品市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱。也就是說，它不再是傳統意義上的機械加工，而是以計算機技術為平臺，集機械、電子、光學、信息、材料、能源、環境、現代管理等于一體，貫穿于產品全壽命周期，并以取得理想的經濟效益為目標的有機整體。

　　自20世紀80年代末，國際上提出先進制造技術(AMT)的概念以來，以CAD/CAM技術、快速原型制造技術、柔性制造系統技術、計算機集成制造系統技術、虛擬制造、綠色制造、敏捷制造等為代表的一系列AMT在諸多國家和地區得到迅速的發展和廣泛的應用，逐步實現了：

　　(1)柔性化。以同樣的設備與人員生產出不同產品或實現不同的制造目標。

　　(2)自動化。減輕、強化、延伸或取代人的有關勞動，實現制造系統中人一機一系統的協調、控制、管理和優化，提高了工作效率，保證了產品質量。

　　(3)敏捷化。企業能實現快速重組重構，迅速而有效地綜合應用新技術，對用戶、貿易伙伴和供應商的需求變化及特殊要求能迅速做出反應。

　　(4)虛擬化。通過計算機仿真軟件來模擬真實系統，檢驗產品的可加工性、加工方法和工藝的合理性，進行生產過程計劃、組織管理、車間調度、供應鏈及物流設計的建模和仿真，從而發現設計、生產中不可避免的缺陷和錯誤，保證產品制造的成功和生產周期。

　　進人21世紀后，以計算機技術、網絡技術和通信技術等為代表的信息技術、生物技術及新材料技術，被應用于制造業的各個領域，使制造技術發生質的飛躍，制造生產模式發生了重大的改變。2004年，日本啟動了“新產業創造戰略”，為制造業尋找未來戰略產業。這已引起美國、歐洲、日本在機械制造技術上新一輪的競爭。

　　2 AMT新發展

　　目前，國際上對AMT的研究主要有網絡化制造、微電子機械系統、快速原型制造、生物制造等。

　　2.1 網絡化制造

　　所謂網絡化制造(Networked Manufacturing，NM)是指按照敏捷制造的思想，采用Internet技術，建立靈活有效、互惠互利的動態企業聯盟，實現研究、設計、生產和銷售各種資源的重組，從而提高企業的市場快速響應和競爭能力的新模式。

　　Internet技術的高速發展帶來了網絡基礎架構的不斷完善，同時也催生出一種新的服務方式application service provider，即“應用服務提供商”，簡稱ASP，ASP作為一種業務模式，是指在共同簽署的外包協議或合同的基礎上，企業客戶將其部分或全部與業務流程的相關應用委托給服務提供商，由服務商通過網絡管理和交付服務并保證質量的商業運作模式。SP產業協會把ASP定義為“一個通過廣域網(WAN)管理和傳遞給多種實體許多應用能力的組織”。另外，對ASP現在有一種比較新的說法是“On Demand”，或“Software as a Service( SAAS) ”，是一種軟件的使用模式，也應該是一個比較有前途的商業模式。

　　網絡化制造應用服務(MASP，Manufacturing Application Service Provider)可為產品設計和制造過程提供服務和優化，并且可以進行虛擬的工藝仿真作為產品設計和工藝制定的參考。通過網絡化應用服務中進行產品及其制造工藝的模擬仿真與優化設計和協同制造，能夠大大節省企業的投資并提高生產效率。另外企業的技術人員也可以由客戶端直接在遠程服務器上進行產品與工藝的優化設計或模擬仿真。

　　網絡環境下的制造是新時代發展的需要，該系統能充分利用網絡優勢，利用各種人力物力資源，將知識工程和仿真技術融入系統，來為制造行業服務：

　　(1)運用在模具制造行業。例如，我國深圳市模具網絡化制造示范系統，通過將CAD/CAM技術、虛擬設計與制造技術、計算機網絡技術、快速成型及后處理等有機結合在一起，形成了異地人員、技術、設備優勢的模具的設計與制造網絡系統，能夠大幅度提高制造能力和提高勞動效率，克服以往模具制造中的周期長、成本高、反應速度慢等缺點。

　　(2)應用于企業的動態聯盟。比如，法國宇航公司、英國宇航公司、德國DASA公司和西班牙形成了Airbus集團，Airbus的ACE (Airbus Concurrent Engineering)采用了相當于波音公司的異地無紙設計技術并實施并行工程，以求在空中客車系列飛機的研制中與波音公司相競爭。

　　(3)應用于汽車制造行業。一個典型的例子就是2000年，三大汽車公司—通用汽車公司、福特汽車公司以及戴姆勒一克萊斯勒終止各自的零部件采購計劃轉向共同建立零部件采購的電子商務市場，使每筆交易的平均成本從100一150美元降低到不到5美元，每輛汽車的制造成本至少降低了1200美元。

　　2.2 微系統

　　隨著人們對許多工業產品的功能集成化和外形小型化的需求，使零部件的尺寸日趨微小化。此外，進入人體的醫療機械和管道自動檢測裝置等都需要微型的齒輪、電動機、傳感器和控制電路。而微機械的應用也取得顯著的經濟效益，比如汽車的安全氣囊的傳感器采用微細加工技術，把傳感器和電路蝕刻在一起，使成本從每套25美元降至10美元，這些需求導致了微納制造技術的出現，也促使了微機器向系統化方向發展，并形成了有廣闊發展前景的微系統(Micro-Systems)。

　　微系統作為一個獨立的智能系統，主要由微驅動器、微傳感器、微執行器、微處理器和微能源等基礎要素組成。它可分成幾個獨立的功能單元：輸入物理信號，通過傳感器轉換為電信號，經過信號處理(模擬的或數字的)，通過執行器與外界作用，每一個微系統就可采用數字或模擬信號(電、光、磁等物理量)與其他微系統進行通信。由于它體積小、重量輕、耗能低、性能穩定;有利于大量生產，降低生產成本;慣性小、諧振頻率高、響應時間短;集約高科技成果，附加值高，其應用領域相當廣泛：

　　(1)在生物醫療中，其應用具體有以下幾方面：定向藥物投放系統、低損傷手術用微型機器人、手術用內窺鏡及鉗子和微小分散型人工臟器。例如：進行視網膜開刀時，大夫可將遙控機器人放入眼球內，在眼球運動條件下進行高難度手術。另外，臨床分析化驗和基因分析遺傳診斷所需要的各種微泵、微閥、微攝子、微溝槽、微器皿和微流量計都可用MEMS技術制造。

　　(2)在宇航中，已可用全集成氣相色譜微系統散布在廣漠的太空中，進行星際物質和生命起源的探測。將特制微機器人送到某星球上，在星球上飛行，所載攝像系統即能協助軌道器畫出星球的地形地貌圖。

　　(3)在工業領域，可用微機器人去清除銹蝕，檢查和維修高壓容器的焊縫。現在日本Seiko公司已經研制出的“Yamakoski Ichro”行走機器人，外形微小，只有8.6mm x 9.3mm x 7.2mm，但卻可在狹小的空間內，細小的管道內行走、作業和維修，用途廣泛。

　　(4)在環境科學方面，利用MEMS制造的由化學傳感器、生物傳感器和數據處理系統組成的微型測量和分析設備，用來檢測氣體和液體的化學成分，檢測核生物、化學物質及有毒物品，有體積小、價格低、功耗小、便于攜帶等優點。微機電系統電子鼻的形狀類似人和動物的鼻子，能探測和識別各種氣味。

　　2.3 低溫快速原型制造技術

　　快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing,RPM)技術是20世紀80年代末發展起來的一種集CAD/CAM、數控技術、材料科學、機械工程、電子技術及激光技術等于一體的先進制造技術，實現了從零件設計到三維實體原型制造的一體化。

　　在RP技術中，傳統的幾種成形工藝大多以激光作為能源，而激光系統(包括激光器、冷卻器、電源和外光路)的價格及維護費用昂貴，致使成型件的成本較高。另外，在成形過程中，這些工藝有一定的粉塵、有毒化學氣體甚至是激光或液態聚合物的泄露等而不符合綠色制造發展趨勢。如果對RP技術采用低溫，即低溫快速成形(LT-RP, Low Temperature-Rapid Prototyping)技術，則可以解決這些問題。隨著對更低制作成本的追求，低溫冰型快速成形工藝發展非常快，同時發展出不同的低溫轉換工藝：

　　(1)由清華大學激光快速成形中心首先提出了低溫冰型快速成形(IRP，Ice Rapid Prototyping)工藝。以水或溶液作為成形材料，在數字信號控制下，水或溶液的微滴通過按需噴射，在低溫環境中迅速凝固，逐層粘結、堆積，最后獲得冰型。這種新工藝基于噴射而非激光，并采用水作為原材料，整個成形過程及成品均實現了節能減耗、綠色無污染，應用前景廣闊。例如，將IRP原型與低溫熔模鑄造或其它特種鑄造工藝相結合制造金屬件，是一種新的工藝路線。

　　(2)由于只有在低溫下，生物材料和細胞才可能保持其生物活性，因此開發低溫下多噴頭復合數字噴射技術，將多種材料(不同物理、化學和生物學性能的材料)和細胞通過微量噴頭，定量、實時、無流涎地根據計算機指令所規劃的路徑精確堆積成形，對生物制造具有決定性的意義。

　　以生物材料和細胞作為成形材料，采用不同LT-RP工藝，可以獲得骨組織工程支架，并且可以推廣到具有復雜生物功能的組織工程支架的直接成形，甚至應用于細胞三維直接組裝。這也是一種應用于醫學領域的新穎的綠色制造。

　　2.4 生物制造

　　21世紀是生命科學的世紀，隨著納米制造技術、材料科學等新技術的不斷發展，機械科學和生命科學正在深度融合，先進制造技術的一個重要方向—生物制造技術正在形成。

　　制造過程、制造系統和生命過程、生命系統在許多方面有相似之處，生命系統和現代制造系統都有自組織性、協調性、應變性和柔性等特點。在生命科學的基礎研究成果中選取富含對工程技術有啟發的內容，并將這些研究成果同制造科學結合起來，可以建立新的制造模式，開發出新的加工工藝。日本三重大學和岡山大學率先開展了生物技術用于工程材料加工的研究，并初步證實了微生物加工金屬材料的可行性。例如，氧化亞鐵硫桿菌T一9菌株可以去除純銅、純鐵和銅鎳合金等材料。由于氧化亞鐵硫桿菌T-9菌株是中溫、好氧、嗜酸、專性無機化能自養菌，可以將亞鐵離子氧化成高鐵離子以及將其它低價無機硫化物氧化成硫酸和硫酸鹽，可掩膜控制去除區域，達到去除的目的。目前，這方面的進展還只限于實驗室的原理探索，只采用了少數種類的微生物對少數金屬進行了試驗，對零部件的實際應用尚在探索之中。另外，還可以開發自生長成形工藝，即在制造過程中模仿生物外形結構的生長過程，使零件結構最外層各處開頭隨其應力值與理想狀態的差距作自適應伸縮直到滿意狀態為止。

　　3 AMT發展趨勢

　　隨著全球經濟競爭的不斷激烈化，AMT的發展在柔性化、自動化、敏捷化、虛擬化等基礎上，趨向以下幾個發展方向：

　　(1)網絡化

　　制造業隨著經濟的全球化也開始步入全球的一體化。從采購、設計到制造加工，再到銷售，已不再局限于某個企業、某個集團或是某個國家。地域的分散性，必將給企業的經營和管理帶來諸多不便，隨之而來的是制造成本的增加。隨著網絡通訊技術的迅速發展和普及，企業可以通過制造的網絡化，有效組織管理分散在各地的制造資源。另外，制造企業也可以基于網絡實現世界范圍內的動態聯盟。這些都屬于虛擬市場，基于信息化與虛擬化技術的進一步延伸。

　　(2)集成化

　　制造業已不再局限于先進的制造加工技術，而應是集機械、電子、光學、信息、材料、能源、環境、現代管理等最新成就為一體的新興技術。各個專業、學科間應不斷滲透、交叉、融合，使技術趨于系統化、集成化。同時，為了更大限度的實現信息資源共享與優化，企業內部及企業之間也應該實現集成化。

　　(3)綠色化

　　大批量的生產模式是以消耗資源為代價的，而由此造成的資源枯竭和環境污染等問題已向人們敲響了警鐘。最有效地利用資源和最低限度地產生廢棄物，是當前全球環境問題的治本之道，也是制造業探索更清潔、更優良的制造模式的重要方向，即通過綠色生產過程、綠色設計、綠色材料、綠色設備、綠色工藝、綠色包裝、綠色管理等生產出綠色產品，產品使用完以后再通過綠色處理后加以回收利用。

　　(4)極端化

　　“極”是前沿科技發展的焦點，即在高溫、高壓、高濕、強腐蝕等條件下工作的，或有高硬度、大彈性要求的，或在幾何形體上極大、極小、極厚、極薄的制造技術或產品。

　　(5)智能化

　　智能化是先進制造技術自動化的深度延伸。隨著計算機技術的不斷發展，制造業不緊要實現物資流控制的傳統體力勞動自動化，還應信息流控制的腦力勞動的自動化，從而實現在制造諸環節中，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。致力于設計技術的現代化，加工制造的精密化、快速化，自動化技術的柔性化、智能化，整個制造過程的網絡化、全球化、綠色化。

　　4 結語

　　當今世界各國的競爭，主要是先進制造技術的競爭。美國現在正推行以微電子帶動的第三次產業革命，重點就是發展先進制造技術。世界各國都在致力于設計技術的現代化，加工制造的精密化、快速化，自動化技術的柔性化、智能化，整個制造過程的網絡化、全球化、綠色化。