先进制造技术的发展与展望

天气

制造是创造人类物质财富的源泉，制造业是全面建设小康社会的第一位支柱产业，是国家高技术产业的基础和国家安全的重要保障。

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制造是创造人类物质财富的源泉，制造业是全面建设小康社会的第一位支柱产业，是国家高技术产业的基础和国家安全的重要保障。制造业对我国国民经济的重要作用不容置疑，而先进制造技术是保障制造业高水平持续快速发展的基础。如果没有先进制造技术的原创性研究成果，我国的制造业就没有核心竞争力，在经济全球化进程中只能是“制造大国”，而不能成为“制造强国”，在现代国际分工中只能是世界的“加工中心”，而不可能成为真正的世界“制造中心”，也就不可能实现可靠的现代化。
一、国内外发展现状
在工业发达国家都把先进制造技术作为国家级关键技术和优先发展领域。尽管决定国家综合竞争力的因素有多种，但制造业的基础地位不能忽视。20世纪90年代以来，各发达国家，如美国、日本、欧共体、德国等都针对先进制造技术的研发提出了国家级发展计划，旨在提高本国制造业的国际竞争能力。
建国以来，我国自主建立了较为完整的制造产业体系，为国民经济和国防建设提供了许多重要装备。我国已成为一个制造大国，但还远不是制造强国。这表现在许多现代制造基础技术尚未掌握，许多重大装备不能自主制造，缺乏自主创新能力。据统计，我国发电设备、机床和汽车等产品的产量居世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界500强；我国汽车年产量已达300万辆，可具有自主知识产权的设计极少；2001年我国信息业（不含半导体）产值达255亿美元，仅次于美、日，但仍然是无“芯”产业；我国光电子制造设备的100%、IC制造装备的85%、高档数控机床的70%都需进口。
二、先进制造技术发展展望
与科学技术的发展和人类社会的进步相适应，先进制造技术的发展将具有以下三个特点：
（1）制造科学理论体系不断完善
现代制造正从技艺、技术走向科学：“数字化”将是建立制造科学理论体系的关键，它将贯穿包含设计、制造和控制等整个制造过程的数字化，如制造中从几何量、控制量的数字化到物理量、知识、经验的数字化等；“虚拟化”将在产品制造、制造系统运行全过程中广泛应用，是使预测和评价科学化的重要手段；“集成化”将使制造技术和管理更加深入和广泛地融合，其本质是知识与信息的集成；“网络化”可为制造企业的设计、生产、管理与营销等提供跨地域的运行环境，使制造业走向全球化、整体化和有序化； “智能化”将显著提高制造企业、系统和单元（装备）适应环境的能力，对海量和不完整信息的处理能力，相互间主动协调和协同能力。运作的自律性、组织结构的柔性、响应的敏捷性是智能化的典型特征，也是制造科学理论的重要特色。加工精度的“精密化”、加工尺度“细微化”、加工要求和条件的“极限化”都是当今制造科学与技术发展研究的焦点。
（2）先进制造技术的内涵与外延将在与其他相关科学的交叉融合中不断丰富和发展
下一代航天、航空产品的制造将与材料科学、空间物理学等紧密结合；制造科学与生命科学、生物学交叉的生物制造、仿生制造将得到较大的发展；精微制造的机理和控制技术将得益于与量子力学、材料科学、微电子科学等的深度融合；数字制造、智能制造的发展将更加依赖于与现代数学、系统科学、管理科学的综合。可以说，未来10～15年将是制造科学与技术同其他相关学科交叉融合大发展的时期，尤其是制造基础科学可望一些新的突破。
（3）绿色制造将是先进制造技术发展的重点
人类社会的发展必将走向与自然界的和谐。制造必须充分保护自然环境，保护社会环境、生产环境和生产者的身心健康。制造必然要走“绿色”之路，这是实现国民经济可持续发展的重要条件。
在未来10～15年先进制造技术将在以下10个方面得到优先发展。
（1）机电产品的创新设计和系统优化设计理论与方法
包括全生命周期的产品数字化建模、仿真评估理论及设计规范；产品快速创新开发的设计、优化、规划和管理技术；复杂机电系统创新设计、整体优化设计的理论、技术与方法
（2）网络协同制造策略理论和关键技术
主要包括制造系统的信息模型和约束描述；支持并行及网络协同制造的理论和技术；制造系统优化运行理论、策略与控制。
（3）新型成形制造原理和技术
包括基于新材料、新工艺的成形原理及技术；精捷成形制造原理和技术；高能束精密成形制造原理及技术。
（4）数字制造理论和数字制造装备技术
包括产品制造过程的数字化模型及多领域物理作用规律；高速高效数字制造理论与技术，基于新原理、新工艺的新型数字化装备；数字制造中多智能体协调和实时自律控制技术。
（5）制造中的量值溯源和测量的理论和技术
主要包括在多尺度空间上精密测量问题；机械表面微观计量理论与技术；超精密测量、量值溯源原理、新传感器技术等。
（6）纳米制造科学与技术
包括纳米材料制备及其性能测量；纳米尺度加工、制造、测量和装配；纳电子制造和分子原子制造原理与技术。
（7）生物制造与仿生机械的科学与技术
包括结构、功能、能源及运动机械仿生及仿生制造；生物自生长成形制造；机械超前反馈仿生与制造的科学与技术；生物工程制造原理及技术、新一代生物芯片制造原理与技术。
（8）微系统与新一代电子制造科学与关键技术
主要包括微机械、微传感、微光器件的制造机理与技术；纳米级光学光刻与非光学光刻、浅沟槽刻蚀、铜互连等机理及技术；集成电路新型封装工艺原理与技术。
（9）绿色制造的科学与技术
包括产品与人类和自然的协调理论；产品绿色制造工艺（如Near-Zero Waste）；产品的再制造与维修科学；产品绿色使用以及废旧产品资源再利用的理论与方法。
（10）面向国家安全和国家重大工程的制造科学与技术
主要包括针对未来国家将实施的重大工程（宇宙探索、航天、航空、海洋、能源、交通和国防装备等）中的制造技术与科学问题，提前进行研究，以保证国家重大工程和国家安全有相应的技术储备。