先进制造技术对制造新模式演化过程的影响
2021-08-17 来源： 智造苑
先进制造技术计划最先是由美国提出来的，其目的是为了增强美国制造业的竞争力和促进国家经济增长，更好地应对美国制造业面临的挑战和机遇。在美国提出之后，欧洲各国、日本以及亚洲其他一些新兴工业化国家比如韩国等也陆续对此做出响应。先进制造技术是以传统制造为基础，并不局限于一般加工过程的工艺方法，而是集成了多个领域，不断吸收机械、动力、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果。它包含了从设计、研发、加工、制造、销售等整个产品生命周期的各类技术。先进制造技术可以分为先进设计技术、先进制造工艺、制造自动化技术等。先进设计技术具体包括并行设计、反求工程、价值工程、计算机辅助设计、绿色设计等，先进制造工艺主要包括高效精密成形技术、特种加工技术、表面改性技术、超高速加工技术、超精密加工技术等，制造自动化技术主要包括工业机器人技术、数字控制技术、自动检测技术等。将先进制造技术总结如图1所示，本文主要从先进制造技术的发展路线以及它对制造新模式演化过程的促进作用和潜在风险三个方面展开。
图1 先进制造技术对演化过程的影响
「 1. 先进制造技术的发展路线 」
随着中国经济和制造业的发展，先进制造技术也受到越来越多的关注和重视。根据本应科技的大数据系统显示，先进制造技术近年来的专利申请数量变动情况一直稳步上升（图2）。我们可以明显看到无论是先进设计技术、先进制造工艺，还是制造自动化技术，总体上都是呈现出一个不断增长的趋势，而且增长的速度也是越来越快，说明先进制造技术的专利申请情况还处于不断上升的过程。其中，先进设计技术增长最为缓慢，这是因为先进设计技术在先进制造技术中相当于理念的创新，一种先进设计技术很可能涉及到很多先进制造工艺和制造自动化技术，因此相对而言，先进设计技术的增长更为缓慢，但增长的速度是越来越快。先进制造工艺方面，其专利申请数量是最多的，主要是与先进设计技术和制造自动化技术相比，它更偏向于工程应用实践，因此可以在实践的过程中不断推陈出新。制造自动化技术的专利申请数量从2014年开始增长速度加快，已经逐步缩小了和先进制造工艺之间的差距，说明制造自动化技术已经逐渐成为三者中的一个更重要的趋势点。总的来说，先进制造技术的发展速度较快，处于一个不断上升的阶段，专利数量也在不断增加。
图2 2005-2017年先进制造技术领域的专利申请数量
「 2. 先进制造技术对演化过程的促进作用 」
在经济全球化的今天，经济竞争是世界发展的重要推动力，对于制造业来说，其全球化的市场竞争环境是持续发生着变化且不能够完全进行预测的，竞争的核心也是新产品的竞争，新产品则是以知识为基础。今后的机械制造业将是信息化、智能化、网络化、集成化、不断创新的绿色化。先进制造技术是制造业适应时代、提高竞争力、不断优化生产技术、创新的重要支撑，对制造新模式的演化起着举足轻重的促进作用。在全球范围内，由于先进制造技术之间的竞争，制造业不断重组，新的制造模式也不断涌现，对生产的要求也不断提高，更加强调如何通过先进的制造技术实现高效、优质、灵活且清洁的生产，从而产生新的制造模式。在某种程度上，技术中的先进制造技术类似于工程中的工业工程，工业工程在工程中重视工程与管理的结合，先进制造技术则更加重视技术与管理的结合，对如何简化制造过程组织和管理体制并使其更加合理化也很关注，以此出发产生了一系列先进的制造模式。未来的先进制造技术将随着国家、企业经济、作业水平的不断增强而逐步地发展与完善，同时，先进制造技术也会促进企业的发展和进步。全球化是大势所趋，先进制造技术的发展也必然是这个趋势，其发展方向将是从独立小型到集成化，再到全球化的模式。在制造业模式的发展上，最开始经历了少品种小批量——少品种大批量——多品种小批量等生产模式的过渡，随着技术的进步，开始采用新的制造模式，20世纪70年代前后是CIMS柔性生产模式，再往后是智能制造系统（IMS）和智能制造技术（IMT），接着敏捷制造（AM）、精益生产（LP）等先进的制造模式也开始出现和采用。随着先进制造技术的进一步发展，越来越多新的制造模式开始出现，比如：响应能力制造系统、全能制造系统（HMS）、多智能代理制造系统、可重组制造系统（RMS）、虚拟生产系统等。
当然，制造模式的推陈出新也将促进新型先进制造技术的出现和使用，为了满足未来面向大规模定制化生产的制造模式需求，企业也在全力研发相应的新制造技术。以先进制造工艺的3D打印技术为例来说明先进制造技术对制造新模式演化过程的促进作用。3D打印等新兴制造技术的发展，使得以减量制造这一思路为基础的传统制造方式开始向以增材制造思路为基础的新型制造方式演变，让原来高成本的个性化生产更加具有柔性和快速反应性，必然也降低了生产成本。在传统的大规模制造模式下，复杂产品的生产成本较高，但是通过3D打印技术，生产复杂产品不增加额外成本，也不造成材料的浪费，同时可以提高产品的多样性而不用更换设备，因为生产柔性的加强可以对顾客的需求变化很快做出响应。3D打印技术大幅降低了传统制造模式中对模具和工厂的特定要求，使得相关的成本也有所降低，同时解决了“开放性创新”进入制造业较为困难的瓶颈，通过3D打印技术，生产能力与产品研发可以分离，对于更多小规模的创业型组织的出现更为有利。通过多种技术的结合也会对制造模式的转变产生影响，比如将3D打印技术和社交网络技术相结合，在两种技术的共同作用下，未来制造业演进的重要路径可能是基于分散化资源的自组织整合形成的社会化制造模式。总的来说，基于3D打印等新兴先进制造技术的制造系统的产生，对于制造新模式的演化起着重要的促进作用，未来面向人类个性化需求的智能化、服务化生产成为可能。
「 3. 先进制造技术对演化过程的潜在风险 」
先进制造技术在满足产品多样化、客户定制化、合作全球化、生产透明化、能耗低碳化等需求挑战的同时，也存在一定的潜在风险，而这主要体现在社会问题方面，比如说失业问题，由于越来越多的原来由工人做的工作现在交由机器去做，这就会导致很多工人下岗、失业，从而存在引发各种社会问题的潜在风险。同时，发展先进制造技术时要结合实际情况，考虑国情和企业自身的厂情，盲目地使用先进制造技术会存在过重成本负担、影响制造新模式演化过程等潜在风险。比如，在某航空制造企业中，采用航空先进制造技术虽然解决了难加工材料切削应用、工艺及零件精度要求、过程控制及检测要求等难点，但同时增加的还有巨额成本。另外，与制造业发达国家和地区相比，我国的先进制造技术还有很大的提升空间，其研发与市场拓展还不够均衡，在国内一些骨干企业中CAD/CAM系统应用普及率低，各种制造行业中技术装备的数控化率低，先进加工工艺、技术和装备的普及程度相比国外还严重不足。这类情况表明，我国的先进制造技术与国外相比还有较大的不足之处，这对制造新模式演化过程存在一定的影响。
先进制造技术的运作需要与先进的制造模式相匹配，如果两者不能很好地匹配，也会存在一定的潜在风险。比如，用3D打印技术去匹配手工生产的制造模式，很显然是行不通的。制造模式能够提升制造技术的价值和有效性，制造模式同时也是先进制造技术发挥作用的形式，制造技术也需要在相对应的制造模式下才能真正发挥有效作用。当然，制造技术的发展和进步也催生了制造模式的创新，为其不断推陈出新和发展完善提供支撑。因此，先进的制造技术与新型的相对应的制造模式二者互相依赖，彼此作用。
引自：《未来制造新模式——理论、模式及实践》（作者：江志斌，林文进，王康周，李乐飞，涂金）
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