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解析中国先进制造技术2030年路线图

2013年03月14日 09:13中国机床商务网点击:5594

  JC35导读:中国机床行业面临“由大变强”的有利时机。“由大变强”的转变,不仅是市场、用户需求,也是行业应该承担的历史重任。中国机床工业要如何把握时机,真正做大做强,已成为当前必需切实解决的重大课题。
  
  2011年8月,由中国机械工程学会组织百位专家编写的《中国机械工程技术路线图》(以下简称《路线图》)正式出版。该书对未来20年机械工程技术的发展进行了预测和展望,为中国机械制造业描绘出了走向2030年的美好蓝图。
  
  众所周知,制造业在中国工业化的进程中扮演着重要角色。然而,中国制造业的现状仍然是“大而不强”,要改变这种状况,必须加快转型升级的步伐。只有这样,才有可能实现从“中国制造”向“中国创造”的转变。而要加快转型升级的步伐,大力发展先进制造技术是关键。
  
  如何从“中国制造”迈向“中国创造”?
  
  根据《路线图》,先进制造技术共包括11个技术领域。其中,产品设计、成形制造、智能制造、精密与微纳制造、再制造及仿生制造6个技术领域是机械工程技术中的基础共性技术领域,对机械制造业的发展至关重要。此外,机械工程技术还有大量的产品制造技术,也是机械工程技术的重要组成,包括带有基础性的有流体传动与控制、轴承、齿轮、模具和刀具5个领域。《路线图》对这11个技术领域的发展路线和目标做了分析和描述。
  
 
  近十年,机械工业产值增速的背后,先进制造技术的应用是强大的“推力”
  
  产品设计
  
  产品设计包括创新设计、生态化设计、智能设计、保质设计、组合化设计、文化与情感创意设计。未来的机电产品应具有更加多样化、个性化、精细化和超常化的功能与性能;更高的效能比和性价比,更快的市场响应速度;更优的生态性,更丰富的文化内涵和情感表达;并可通过分布、并行和协同的途径实现高效、优质的产品研发。
  
  预计到2020年,中国将基本掌握大部分重大机电装备系统及其核心零部件的设计技术,通用的现代设计技术将在大型企业中得到推广应用;到2030年,中国将基本掌握微电子、光电子和微机械的核心设计技术,自主研发的设计工具软件将得到广泛应用,中国将在机电装备设计和制造领域进入世界先进行列。
  
  成形制造
  
  成形制造技术是机械制造业的重要基础技术,是国防现代化的重要支撑技术,也是一种可持续发展的技术,对提高制造业产品质量与竞争力、发展国防以及航空航天事业有着重要作用。先进装备制造业的发展对成形技术提出了更高的要求,具有巨大的市场需求。
  
  未来,成形制造技术将朝着超正常工况条件下的零件成形方向发展;朝着结构轻量化、成形件精密化方向发展;并向数字化、信息化、智能化方向发展;同时,实现资源节约、环境友好、可持续发展。到2020年,在能源消耗、材料利用率、人均劳动生产率、产品精度、生产自动化、有害气体与废弃物排放等指标上达到发达国家21世纪初水平;2030年与先进工业化国家的差距缩短到10年,达到发达国家21世纪20年代水平。
  
  智能制造
  
  世界经济已从设备、资本等要素竞争转向科学技术竞争,科学技术正逐步成为生产力中最活跃、最重要的因素和经济社会发展的主要驱动力。以知识为核心的智能制造正成为制造技术的重要发展方向,是提高企业创新能力和竞争力的一项重要智能技术。
  
  智能制造技术是市场的必然选择,是先进生产力的重要体现。到2020年,在智能感知、学习、推理、决策、执行、服务等方面掌握一批技术,形成一批产品;到2030年,开发应用即插即用技术和系统,具有学习推理、自律的智能装备形成批量,可重构、自组织、协调优化的智能制造系统得到应用,掌握制造物联网技术,形成制造物联网。
  
  精密与微纳制造
  
  精密、超精密加工技术在许多重要产业的产品制造中至关重要。不断提高产品和生产母机的精度,是中国从制造大国向制造强国转变的关键技术和重要标志。其中,微纳器件及系统因其微型化、批量化、成本低的鲜明特点,对现代生产、生活产生巨大的促进作用,为相关传统产业升级、实现跨越式发展提供了机遇,并催生了一批新兴产业,成为全世界增长最快的产业之一。
  
  精密、超精密的概念是随着科技的发展而不断更新的,预计到2030年,精密加工精度界限将从现在的微米级过渡到亚微米级,而超精密加工精度界限将从现在的亚微米级过渡到亚纳米级。微纳制造技术,到2020年,将在设计工具、可靠性评价、微系统加工装备、微米尺度装配装备等方面取得进展,并在汽车传感器、重大疾病检测微系统等方面应用。到2030年,掌握多材料、跨尺度、集成设计工具、多材料微纳集成制造装备、一体化微纳操作装配与封装装备等方面的技术,并在人造MEMS器官、医用微机器人、批量化MEMS(MicroElectroMechanicalSystems微机电系统)器件等方面应用和取得突破。
  
  仿生制造
  
  仿生制造技术是制造科技与生命科技的交叉,是现代制造的新领域。随着中国经济和社会的发展,人民对生活质量改善的需求日趋增加,仿生器具、仿生表面、仿生装备、假体、组织器官等仿生制造技术及产品具有广阔的市场前景。
  
  预计2020年后,仿生装备制造业将在中国制造业中占相当比重。先进仿生制造技术及其装备将成为21世纪人类认识自然规律、改变社会面貌、提高生活质量的重要标志。到2030年,仿生航行器、仿生机器人、假肢等高性能智能仿生器具、复杂多功能智能表面仿生产品、人工眼肝等复杂组织器官、智能蒙皮生物基材料及产品将扩大生产和应用。
  
  再制造
  
  资源与环境制约的压力加大,报废机械装备的数量急速增长,对再制造技术提出了迫切的要求,大型贵重机械装备与零部件的再制造已成为现实的需求,再制造产业的发展也提到日程上。
  
  再制造产品在产品功能、技术性能、绿色性、经济性等方面不低于原型新品,其成本仅是新品的约50%,可实现节能60%、节材70%,对环境的不良影响显著降低。预计到2020年,实现能源装备、高端数控机床、动力机械等大型制造装备领域的产品及其零部件的再制造,形成规模化的再制造产业群。到2030年,实现飞机、船舶、高速铁路等高端交通运输装备及零部件的再制造,医疗、家用与办公等电子设备的再制造,以及汽轮机等复杂贵重设备及零部件的再制造。
  
  未来,中国先进制造业该如何发展?
  
  《路线图》将机械工程技术的发展趋势精炼的概括为:绿色、智能、超常、融合、服务。这10个字也是未来机械制造业发展的走向。
  
  绿色制造
  
  绿色制造是综合考虑资源效益和环境影响的现代制造模式。机械制造业要在产品全生命周期中,从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的全过程,都要考虑废弃物最少、排放最低、资源利用最高、环境影响最小,从而使企业效益和社会效益协调优化。因此,产品设计、制造工艺、材料应用、包装运输、处理回收等缓解都要做到绿色化。总之,绿色、节能、减排、低碳、循环,均是绿色制造内涵的重要特征。
  
  智能制造
  
  随着劳动力成本的不断上升、产品质量要求的不断提高、需求的个性化和多样化日益突出,机械制造业实现智能制造越来越迫切。智能制造包括制造过程的智能化和装备的智能化。智能制造作为一种制造模式,具有据测判断、人机交互、建模仿真、自行组织、维护学习等特征。制造过程的智能化,需要研制开发各类智能装置、智能制造系统,以及自动化或智能化生产线,进而建设数字化车间、数字化工厂、数字化企业。而装备的智能化是将信息技术和其他高新技术融入、嵌入到原有的装备中,使装备成为各行各业的智能工具。装备的智能化需要发展嵌入式系统、信息处理单元和驱动系统,它大大扩展了装备的功能和自动化程度。传感器、工业机器人、控制系统、驱动和传动系统、执行器、自动化物流装备和自动化生产线等,将成为未来若干年机械制造业发展的重点。
  
  融合型制造
  
  多学科的交叉融合、多种工艺的复合、机械制造技术与信息技术及各种高新技术的融合、机械与材料的融合、技术与文化的融合,为机械制造业发展不断注入新的活力。融合型制造中特别值得提出的是工艺复合、系统集成、人文融合。工艺复合是指,原有多种工艺、多种工序复合集成到一台设备上,大大减少了工序环节、减少场地占用、提高工作效率,并因此而提高产品质量。系统集成是指单元、子系统、流程及业务的集成,也包括领域外的成熟技术与领域内的技术和产品集成,从而形成大系统、新业务、新产品。人文融合是指机械产品已越来越多地与文化、人的情感需求结合在一起。融入文化和情感需求的机械产品,人们为之耳目一新,因而具有极强的竞争力。融合型制造的重要途径是集成创新,即将各种融合转化为科技成果、转化为生产力的创新活动。
  
  服务型制造
  
  中国机械制造业目前是以生产、组装、装配为主题的生产型制造,这种产业形态越来越受到资源、环境等各方面要素的制约,利润空间受到挤压。而服务型制造向客户提供的则不仅仅是实物产品,还有依托于产品的增值服务、整体解决方案,甚至以服务为主、产品成为服务的载体。服务型制造大大缓解了资源、环境的压力,拓宽了机械制造企业的利润空间,从而使中国机械制造业从世界制造业价值链的低端提升到高端。向服务型制造的转变,对中国机械制造业来说是重要的一跃,也是一个较长的演进过程,这一转变是通过加快发展现代制造服务业来实现的。其关键在于为客户带来价值。当前,机械制造企业已开展和探索了多种服务活动模式,诸如从提供单机到成套、成线、设备租凭、供应链管理优化、定制服务、远程监测等。随着机械制造业转型升级的日益深入,现代制造服务业的各类业务活动将呈现多样化,模式创新和融入信息技术将为服务型制造的实现注入活力,服务在机械制造企业的销售收入比重将逐渐加大。
  
  超常态制造
  
  随着人们生活空间的扩展、技术发展的迅猛,对装备的要求已超出了常规状态,极大、极小、极高温、极低温、极高速、极低速等等超常规状态下使用的装备层出不穷,制造这些装备的工艺技术已与常规的工艺技术大不相同。超常态制造包括两方面的含义,一是制造出超常工况下使用的零部件和产品,二是生产制造这些零部件和产品的工艺和技术。目前,超常态制造已经涌现一批新的技术门类,如巨系统制造、微纳制造、强能制造、超精密制造、超高性能产品制造、超常成形工艺等。它充分显示了机械制造业的能力,是机械制造业水平高低的象征。
  
  是什么影响着中国制造业的发展?
  
  未来20年,影响机械制造业以至整个制造业发展进程的重大、前沿性、标志性的技术问题共有8个,即复杂系统的创意、建模、优化设计技术、零件精确成形技术、大型结构件成形技术、高速精密加工技术、微纳器件与系统(MEMS)、智能制造装备、智能化集成化传动技术、数字化工厂。
  
  在这8大机械工程技术问题中,到2020年,将有若干关键技术取得重大进展和突破。到2030年,8大技术问题全部得到解决,成为20年中国机械工程技术发展的标志性成果,有力地推进中国制造业的发展和转型升级。
  
  先进制造技术路线图的实施还需5大保障,即创新、人才、体系、机制、开放。创新是机械工程技术和机械制造业发展的不竭动力,人才则是关键中的关键,体系是创新和发展的组织基础,机制是创新发展的重要保证,开放是发展机械工程技术和机械制造业的基本方针。当前机械制造业的发展,急需提高自主创新能力、构建完善的技术创新体系和技术供应链,尤其是构建共性技术的研发体系。
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