美國政府先進制造技術計劃Advanced Manufacturing Technology－AMT

1993年，美國政府批準了由聯邦科學、工程與技術協調委員會（FCCSET）主持實施的先進制造技術計劃（Advanced Manufacturing Technology－AMT）計劃

先進制造技術計劃（Advanced Manufacturing Technology－AMT）是美國根據本國制造業面臨的挑戰和機遇，為增強制造業的競爭力和促進國家經濟增長，首先提出了先進制造技術（Advanced Manufacturing Technology）的概念。此后，歐洲各國、日本以及亞洲新興工業化國家如韓國等也相繼作出響應。先進制造技術(Advanced Manufacturing Technology，簡稱為AMT）是指微電子技術、自動化技術、信息技術等先進技術給傳統制造技術帶來的種種變化與新型系統。具體地說，就是指集機械工程技術、電子技術、自動化技術、信息技術等多種技術為一體所產生的技術、設備和系統的總稱。主要包括：計算機輔助設計、計算機輔助制造、集成制造系統等。AMT是制造業企業取得競爭優勢的必要條件之一，但并非充分條件，其優勢還有賴于能充分發揮技術威力的組織管理，有賴于技術、管理和人力資源的有機協調和融合。1.先進制造技術涉及到產品從市場調研、產品開發及工藝設計、生產準備、加工制造、售后服務等產品壽命周期的所有內容，它的目的是提高制造業的綜合經濟效益和社會效益，是面向工業應用的技術。
　　2.先進制造技術強調計算機技術、信息技術、傳感技術、自動化技術、新材料技術和現代系統管理技術在產品設計、制造和生產組織管理、銷售及售后服務等方面的應用。它駕馭生產過程的物質流、能量流和信息流，是生產過程的系統工程。
　　3.80年代以來，隨著全球市場競爭越來越激烈，先進制造技術要求具有世界先進水平，它的競爭已經從提高勞動生產率轉變為以時間為核心的時間、成本和質量的三要素的競爭，因此它是面向全球競爭的技術。
　　4.先進制造技術的最新發展階段保持了過去制造技術的有效要素，同時吸收各種高新技術成果，滲透到產品生產的所有領域及其全部過程，從而形成了一個完整的技術群，具有面向21世紀新的技術領域。計算機技術、自動控制理論、數控技術、機器人、CAD/CAM技術、CIM技術以及網絡通信技術等在內的信息自動化技術的迅猛發展，為先進制造技術的發展和應用提供了日益增多的高效能手段。
　?。ㄒ唬┕I應用的技術，機械、電子、信息、材料及能源技術成果，綜合應用于制造過程。
　　1.數控技術（Numerical Control），簡稱數控（NC），是用數字量及字符作為加工的指令，實現自動控制的技術。簡稱CNC，數控技術在國外一般都稱為CNC。數控技術的核心是數字控制技術，用計算機來對輸入的指令進行存儲、譯碼、計算、邏輯運算，并將處理的信息轉換為相應的控制信號，控制運動精度較高的驅動元件，使之按編程人員設定的運動軌跡來高效加工，從而徹底克服了傳統機械加工的缺點。
　　2.計算機輔助設計與制造（CAD/CAM），是計算機輔助設計（Computer Aided Design）簡稱CAD，與計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing）簡稱CAM相結合而組成的系統，依托強大軟件來完成產品設計中的建模、解算、分析、虛擬模擬、加工模擬、制圖、數控編程、編制工藝文件等工作。
　　3.特種加工技術，傳統機械切削加工的本質為：刀具材料比工件更硬，用機械能把工件上多余的材料切除，零件的形狀由機床的成型運動產生。但是，隨著生產發展和科學實驗的需要，很多工業部門，要求尖端科學技術產品向高精度、高速度、耐高溫、小型化和結構復雜化等方向發展。尺寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求越來越高，工件材料越來越硬，加工表面越來越復雜，傳統的加工方法已不能滿足生產的需要，人們探索利用電、磁、聲、光、化學等能量或將多種能量組合施加在工件的被加工部位，實現材料去除、變形、改變性能或被鍍覆等非傳統加工方法，這些方法統稱為特種加工。
　?。ǘ┲圃鞓I綜合自動化，信息技術、自動化技術、現代企業管理技術的有機結合。
　　1.機器人技術，計算機控制的可再編程的多功能操作器，又稱工業機器人。它能在三維空間內完成多種操作。機器人技術綜合了計算機、控制論、機構學、信息、傳感技術、人工智能和仿生學等多學科而形成的高新技術。
　　它是由關節元件、末端執行器、機身和控制裝置所組成，具有類似人的動作的功能；另一種由于安裝有感覺元件和遙感元件，分析計算機及行走裝置，具有感覺、觸覺、分析、判斷、決策和行走的功能而稱為智能機器人。
　　2.成組技術，人們用大批量生產的組織形式以高效的生產設備、高效的工藝技術去制造單件小批的零件，降低生產成本，成組技術（Group Technology簡稱GT）就應運而生。成組技術就是應用相似性原理，在多品種產品的生產中將相似零件組織在一起進行生產，使組內零件近似為原來的單一品種的大批量，或者變單件、小批生產為批量生產，按照批量生產的生產組織、管理技術來進行生產。
　　3.柔性制造系統（FMS-Flexible Manufacturing System），是以計算機為控制中心實現自動完成工件的加工、裝卸、運輸、管理的系統。它具有在線編程、在線監測、修復、自動轉換加工產品品種的功能。一個柔性制造系統概括為以下三部分組成，即：加工系統、物料儲運系統和計算機控制的信息流系統。
　　柔性制造系統具有：高柔性，在線編程使計算機響應進行控制高自動化設備工作；高效率，合理控制設備的切削用量實現高效加工，減小輔助時間和準備、終結時間；高度自動化，工件的加工、裝配、檢驗、搬運、倉庫存取完全由自動化程度高的設備來完成；柔性化生產大大減少操作人員、機床數目，提高機床利用率，縮短生產周期、降低產品成本、降低庫存、減少流動資金、縮短資金流動周期，因此可取得較高的綜合經濟效益。
　　（三）系統管理技術，制造業綜合自動化、過程工業綜合自動化、系統技術等綜合應用于制造全過程，實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，獲得理想技術經濟效果
　　1.并行工程（Concurrent Engineering），簡稱（CE）是對產品及其設計過程和制造過程進行并行、集成設計的一種系統化工作模式，這種模式使產品開發人員從一開始就考慮到從概念形成到產品報廢的全生產周期中的所有因素，包括加工的質量、成本、進度和產品的技術性能及使用性能需求等，減少加工制造中可能出現的問題，加速產品開發過程，縮短開發周期。并行工程的**特點是利用計算機的仿真技術，用上、下游共同決策方式，在計算機上進行產品整個生命周期各個階段的設計。
　　2.虛擬制造（Virtual Manufacturing），簡稱（VM）利用計算機技術、建模技術、信息處理技術、仿真技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真模擬，以發現設計或制造中出現的問題，在產品實際生產前就改進完成，省略了產品的開發研制階段，達到降低設計和生產成本，縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。
　　3.計算機集成制造系統（Computer Integrated Manufacturing System），簡稱（CIMS）是在自動化技術、信息技術及制造技術的基礎之上，通過計算機網絡及數據庫，將分散的自動化系統有機的集成起來，完成從原材料采購到產品銷售的一系列生產過程的高效益、高柔性的先進制造系統。系統包含技術應用系統：工程設計與制造系統、管理信息系統、制造自動化系統、質量保證系統和支撐系統：數據庫系統、通訊網絡保障系統。它包括兩個基本部分:有關產品設計技術和工藝技術。

⑴面向制造

⑵制造工藝

1 成組技術（GT)成組技術（GT）揭示和利用事物間的相似性，按照一定的準則分類成組，同組事物采用同一方法進行處理，以便提高效益的技術，稱為成組技術。在機械制造工程中，成組技術是計算機輔助制造的基礎，將成組哲理用于設計、制造和管理等整個生產系統，改變多品種小批量生產方式，獲得**的經濟效益。

成組技術的核心是成組工藝，它是將結構、材料、工藝相近似的零件組成一個零件族（組），按零件族制定工藝進行加工，擴大批量、減少品種、便于采用高效方法、提高勞動生產率。零件的相似性是廣義的，在幾何形狀、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性為基本相似性，以基本相似性為基礎，在制造、裝配等生產、經營、管理等方面所導出的相似性，稱為二次相似性或派生相似性。

2 敏捷制造（AM)

敏捷制造（AM）是指企業實現敏捷生產經營的一種制造哲理和生產模式。敏捷制造包括產品制造機械系統的柔性、員工授權、制造商和供應商關系、總體品質管理及企業重構。敏捷制造是借助于計算機網絡和信息集成基礎結構，構造有多個企業參加的“VM”環境，以競爭合作的原則，在虛擬制造環境下動態選擇合作伙伴，組成面向任務的虛擬公司，進行快速和**生產。

3 并行工程（CE)

并行工程（CE）是對產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）進行并行、一體化設計的一種系統化的工作模式。在傳統的串行開發過程中，設計中的問題或不足，要分別在加工、裝配或售后服務中才能被發現，然后再修改設計，改進加工、裝配或售后服務（包括維修服務）。而并行工程就是將設計、工藝和制造結合在一起，利用計算機互聯網并行作業，大大縮短生產周期。

4 快速成型技術（RPM)

快速成型技術（RPM）是集CAD/CAM技術、激光加工技術、數控技術和新材料等技術領域的最新成果于一體的零件原型制造技術。它不同于傳統的用材料去除方式制造零件的方法，而是用材料一層一層積累的方式構造零件模型。它利用所要制造零件的三維CAD模型數據直接生成產品原型，并且可以方便地修改CAD模型后重新制造產品原型。由于該技術不像傳統的零件制造方法需要制作木模、塑料模和陶瓷模等，可以把零件原型的制造時間減少為幾天、幾小時，大大縮短了產品開發周期，減少了開發成本。隨著計算機技術的決速發展和三維CAD軟件應用的不斷推廣，越來越多的產品基于三維CAD設計開發，使得快速成型技術的廣泛應用成為可能。快速成形技術已廣泛應用于宇航、航空、汽車、通訊、醫療、電子、家電、玩具、軍事裝備、工業造型（雕刻）、建筑模型、機械行業等領域。

5 虛擬制造技術（VMT)

虛擬制造技術（VMT）以計算機支持的建模、仿真技術為前提，對設計、加工制造、裝配等全過程進行統一建模，在產品設計階段，實時并行模擬出產品未來制造全過程及其對產品設計的影響，預測出產品的性能、產品的制造技術、產品的可制造性與可裝配性，從而更有效地、更經濟地靈活組織生產，使工廠和車間的設計布局更合理、有效，以達到產品開發周期和成本最小化、產品設計質量的**化、生產效率的最高化。虛擬制造技術填補了CAD/ CAM技術與生產全過程、企業管理之間的技術缺口，把產品的工藝設計、作業計劃、生產調度、制造過程、庫存管理、成本核算、零部件采購等企業生產經營活動在產品投入之前就在計算機上加以顯示和評價，使設計人員和工程技術人員在產品真實制造之前，通過計算機虛擬產品來預見可能發生的問題和后果。虛擬制造系統的關鍵是建模，即將現實環境下的物理系統映射為計算機環境下的虛擬系統。虛擬制造系統生產的產品是虛擬產品，但具有真實產品所具有的一切特征。

6 智能制造（IM)

智能制造（IM）是制造技術、自動化技術、系統工程與人工智能等學科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術。其具體表現為：智能設計、智能加工、機器人操作、智能控制、智能工藝規劃、智能調度與管理、智能裝配、智能測量與診斷等。它強調通過“智能設備”和“自治控制”來構造新一代的智能制造系統模式。

智能制造系統具有自律能力、自組織能力、自學習與自我優化能力、自修復能力，因而適應性極強，而且由于采用VR技術，人機界面更加友好。因此，智能制造技術的研究開發對于提高生產效率與產品品質、降低成本，提高制造業市場應變能力、國家經濟實力和國民生活水準，具有重要意義。制造技術是制造業所使用的一切生產技術的總稱，是將原材料和其他生產要素經濟合理地轉化為可直接使用的具有較高附加值的成品/半成品和技術服務的技術群。近兩百年來.在市場需求不斷變化的驅動下，制造業的生產規模沿著“小批量→少品種、大批量→多品種、變批量”的方向發展。在科學技術高速發展的推動下，制造業的資源配置沿著“勞動密集→設備密集→信息密集→知識密集”的方向發展。與之相適應，制造技術的生產方式沿著“手工→機械化→單機自動化。剛性流水自動化→柔性自動化→智能自動化”的方向發展。從而推動了制造業的不斷發展，促進了制造業的不斷進步。美國AMT計劃目標是：研究開發世界領先的先進制造技術，以滿足美國制造業對先進制造技術的需求，提高制造業的競爭力；通過教育與培訓計劃提高勞動力素質；促進具有環境意識的制造等。

美國AMT計劃中的項目包括：

⑴設計技術 制造準備階段所需的設計工具與技術；

⑵制造技術 實際生產過程中所需的加工工藝和設備；

⑶支持技術 為前兩類開發項目提供所需的基礎核心技術；

⑷制造技術基礎設施 為有效地管理項目的開發，以及推動將這些項目應用于生產實踐中的方法與機制。

AMT計劃的集成創新重點領域有：

⑴下一代智能制造單元與設備；

⑵適用于快速而有效地設計新產品、工藝、設備及企業集成化設計工具；

⑶確保企業能廣泛了解和應用先進制造技術而進行的基礎設施建設。