解析中國先進(jìn)制造技術(shù)2030年路線圖
發(fā)布日期:2022-12-22
JC35導(dǎo)讀：中國機(jī)床行業(yè)面臨“由大變強(qiáng)”的有利時(shí)機(jī)。“由大變強(qiáng)”的轉(zhuǎn)變，不僅是市場(chǎng)、用戶需求，也是行業(yè)應(yīng)該承擔(dān)的歷史重任。中國機(jī)床工業(yè)要如何把握時(shí)機(jī)，真正做大做強(qiáng)，已成為當(dāng)前必需切實(shí)解決的重大課題�！ �2011年8月，由中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)組織百位專家編寫的《中國機(jī)械工程技術(shù)路線圖》（以下簡(jiǎn)稱《路線圖》）正式出版。該書對(duì)未來20年機(jī)械工程技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測(cè)和展望，為中國機(jī)械制造業(yè)描繪出了走向2030年的美好藍(lán)圖�！ ”娝苤圃鞓I(yè)在中國工業(yè)化的進(jìn)程中扮演著重要角色。然而，中國制造業(yè)的現(xiàn)狀仍然是“大而不強(qiáng)”，要改變這種狀況，必須加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐。只有這樣，才有可能實(shí)現(xiàn)從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)變。而要加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐，大力發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)是關(guān)鍵。 如何從“中國制造”邁向“中國創(chuàng)造”？ 根據(jù)《路線圖》，先進(jìn)制造技術(shù)共包括11個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。其中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、成形制造、智能制造、精密與微納制造、再制造及仿生制造6個(gè)技術(shù)領(lǐng)域是機(jī)械工程技術(shù)中的基礎(chǔ)共性技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。此外，機(jī)械工程技術(shù)還有大量的產(chǎn)品制造技術(shù)，也是機(jī)械工程技術(shù)的重要組成，包括帶有基礎(chǔ)性的有流體傳動(dòng)與控制、軸承、齒輪、模具和刀具5個(gè)領(lǐng)域。《路線圖》對(duì)這11個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展路線和目標(biāo)做了分析和描述�！ � 近十年，機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值增速的背后，先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用是強(qiáng)大的“推力” 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)包括創(chuàng)新設(shè)計(jì)、生態(tài)化設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、保質(zhì)設(shè)計(jì)、組合化設(shè)計(jì)、文化與情感創(chuàng)意設(shè)計(jì)。未來的機(jī)電產(chǎn)品應(yīng)具有更加多樣化、個(gè)性化、精細(xì)化和超常化的功能與性能；更高的效能比和性價(jià)比，更快的市場(chǎng)響應(yīng)速度；更優(yōu)的生態(tài)性，更豐富的文化內(nèi)涵和情感表達(dá)；并可通過分布、并行和協(xié)同的途徑實(shí)現(xiàn)、的產(chǎn)品研發(fā)�！ ☆A(yù)計(jì)到2020年，中國將基本掌握大部分重大機(jī)電裝備系統(tǒng)及其核心零部件的設(shè)計(jì)技術(shù)，通用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)將在大型企業(yè)中得到推廣應(yīng)用；到2030年，中國將基本掌握微電子、光電子和微機(jī)械的核心設(shè)計(jì)技術(shù)，自主研發(fā)的設(shè)計(jì)工具軟件將得到廣泛應(yīng)用，中國將在機(jī)電裝備設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域進(jìn)入世界先進(jìn)行列。 成形制造 成形制造技術(shù)是機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)技術(shù)，是國防現(xiàn)代化的重要支撐技術(shù)，也是一種可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)，對(duì)提高制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量與競(jìng)爭(zhēng)力、發(fā)展國防以及航空航天事業(yè)有著重要作用。先進(jìn)裝備制造業(yè)的發(fā)展對(duì)成形技術(shù)提出了更高的要求，具有巨大的市場(chǎng)需求。 未來，成形制造技術(shù)將朝著超正常工況條件下的零件成形方向發(fā)展；朝著結(jié)構(gòu)輕量化、成形件精密化方向發(fā)展；并向數(shù)字化、信息化、智能化方向發(fā)展；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展。到2020年，在能源消耗、材料利用率、人均勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)品精度、生產(chǎn)自動(dòng)化、有害氣體與廢棄物排放等指標(biāo)上達(dá)到發(fā)達(dá)國家21世紀(jì)初水平；2030年與先進(jìn)工業(yè)化國家的差距縮短到10年，達(dá)到發(fā)達(dá)國家21世紀(jì)20年代水平。 智能制造 世界經(jīng)濟(jì)已從設(shè)備、資本等要素競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)向科學(xué)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，科學(xué)技術(shù)正逐步成為生產(chǎn)力中活躍、重要的因素和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。以知識(shí)為核心的智能制造正成為制造技術(shù)的重要發(fā)展方向，是提高企業(yè)創(chuàng)新能力和競(jìng)爭(zhēng)力的一項(xiàng)重要智能技術(shù)�！ ≈悄苤圃旒夹g(shù)是市場(chǎng)的必然選擇，是先進(jìn)生產(chǎn)力的重要體現(xiàn)。到2020年，在智能感知、學(xué)習(xí)、推理、決策、執(zhí)行、服務(wù)等方面掌握一批技術(shù)，形成一批產(chǎn)品；到2030年，開發(fā)應(yīng)用即插即用技術(shù)和系統(tǒng)，具有學(xué)習(xí)推理、自律的智能裝備形成批量，可重構(gòu)、自組織、協(xié)調(diào)優(yōu)化的智能制造系統(tǒng)得到應(yīng)用，掌握制造物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，形成制造物聯(lián)網(wǎng)�！ 【芘c微納制造 精密、超精密加工技術(shù)在許多重要產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品制造中至關(guān)重要。不斷提高產(chǎn)品和生產(chǎn)母機(jī)的精度，是中國從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵技術(shù)和重要標(biāo)志。其中，微納器件及系統(tǒng)因其微型化、批量化、成本低的鮮明特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)代生產(chǎn)、生活產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用，為相關(guān)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展提供了機(jī)遇，并催生了一批新興產(chǎn)業(yè)，成為全世界增長快的產(chǎn)業(yè)之一。 精密、超精密的概念是隨著科技的發(fā)展而不斷更新的，預(yù)計(jì)到2030年，精密加工精度界限將從現(xiàn)在的微米級(jí)過渡到亞微米級(jí)，而超精密加工精度界限將從現(xiàn)在的亞微米級(jí)過渡到亞納米級(jí)。微納制造技術(shù)，到2020年，將在設(shè)計(jì)工具、可靠性評(píng)價(jià)、微系統(tǒng)加工裝備、微米尺度裝配裝備等方面取得進(jìn)展，并在汽車傳感器、重大疾病檢測(cè)微系統(tǒng)等方面應(yīng)用。到2030年，掌握多材料、跨尺度、集成設(shè)計(jì)工具、多材料微納集成制造裝備、一體化微納操作裝配與封裝裝備等方面的技術(shù)，并在人造MEMS器官、醫(yī)用微機(jī)器人、批量化MEMS（MicroElectroMechanicalSystems微機(jī)電系統(tǒng)）器件等方面應(yīng)用和取得突破�！ 》律圃臁 》律圃旒夹g(shù)是制造科技與生命科技的交叉，是現(xiàn)代制造的新領(lǐng)域。隨著中國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，人民對(duì)生活質(zhì)量改善的需求日趨增加，仿生器具、仿生表面、仿生裝備、假體、組織器官等仿生制造技術(shù)及產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景。 預(yù)計(jì)2020年后，仿生裝備制造業(yè)將在中國制造業(yè)中占相當(dāng)比重。先進(jìn)仿生制造技術(shù)及其裝備將成為21世紀(jì)人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律、改變社會(huì)面貌、提高生活質(zhì)量的重要標(biāo)志。到2030年，仿生航行器、仿生機(jī)器人、假肢等高性能智能仿生器具、復(fù)雜多功能智能表面仿生產(chǎn)品、人工眼肝等復(fù)雜組織器官、智能蒙皮生物基材料及產(chǎn)品將擴(kuò)大生產(chǎn)和應(yīng)用�！ ≡僦圃臁 ≠Y源與環(huán)境制約的壓力加大，報(bào)廢機(jī)械裝備的數(shù)量急速增長，對(duì)再制造技術(shù)提出了迫切的要求，大型貴重機(jī)械裝備與零部件的再制造已成為現(xiàn)實(shí)的需求，再制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也提到日程上�！ ≡僦圃飚a(chǎn)品在產(chǎn)品功能、技術(shù)性能、綠色性、經(jīng)濟(jì)性等方面不低于原型新品，其成本僅是新品的約50%，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能60%、節(jié)材70%，對(duì)環(huán)境的不良影響顯著降低。預(yù)計(jì)到2020年，實(shí)現(xiàn)能源裝備、數(shù)控機(jī)床、動(dòng)力機(jī)械等大型制造裝備領(lǐng)域的產(chǎn)品及其零部件的再制造，形成規(guī)�；脑僦圃飚a(chǎn)業(yè)群。到2030年，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)、船舶、高速鐵路等交通運(yùn)輸裝備及零部件的再制造，醫(yī)療、家用與辦公等電子設(shè)備的再制造，以及汽輪機(jī)等復(fù)雜貴重設(shè)備及零部件的再制造�！ ∥磥�，中國先進(jìn)制造業(yè)該如何發(fā)展？ 《路線圖》將機(jī)械工程技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)精煉的概括為：綠色、智能、超常、融合、服務(wù)。這10個(gè)字也是未來機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的走向�！ 【G色制造 綠色制造是綜合考慮資源效益和環(huán)境影響的現(xiàn)代制造模式。機(jī)械制造業(yè)要在產(chǎn)品全生命周期中，從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的全過程，都要考慮廢棄物少、排放低、資源利用高、環(huán)境影響小，從而使企業(yè)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝、材料應(yīng)用、包裝運(yùn)輸、處理回收等緩解都要做到綠色化�？傊�，綠色、節(jié)能、減排、低碳、循環(huán)，均是綠色制造內(nèi)涵的重要特征。 智能制造 隨著勞動(dòng)力成本的不斷上升、產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高、需求的個(gè)性化和多樣化日益突出，機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造越來越迫切。智能制造包括制造過程的智能化和裝備的智能化。智能制造作為一種制造模式，具有據(jù)測(cè)判斷、人機(jī)交互、建模仿真、自行組織、維護(hù)學(xué)習(xí)等特征。制造過程的智能化，需要研制開發(fā)各類智能裝置、智能制造系統(tǒng)，以及自動(dòng)化或智能化生產(chǎn)線，進(jìn)而建設(shè)數(shù)字化車間、數(shù)字化工廠、數(shù)字化企業(yè)。而裝備的智能化是將信息技術(shù)和其他高新技術(shù)融入、嵌入到原有的裝備中，使裝備成為各行各業(yè)的智能工具。裝備的智能化需要發(fā)展嵌入式系統(tǒng)、信息處理單元和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它大大擴(kuò)展了裝備的功能和自動(dòng)化程度。傳感器、工業(yè)機(jī)器人、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行器、自動(dòng)化物流裝備和自動(dòng)化生產(chǎn)線等，將成為未來若干年機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)�！ ∪诤闲椭圃臁 《鄬W(xué)科的交叉融合、多種工藝的復(fù)合、機(jī)械制造技術(shù)與信息技術(shù)及各種高新技術(shù)的融合、機(jī)械與材料的融合、技術(shù)與文化的融合，為機(jī)械制造業(yè)發(fā)展不斷注入新的活力。融合型制造中特別值得提出的是工藝復(fù)合、系統(tǒng)集成、人文融合。工藝復(fù)合是指，原有多種工藝、多種工序復(fù)合集成到一臺(tái)設(shè)備上，大大減少了工序環(huán)節(jié)、減少場(chǎng)地占用、提高工作效率，并因此而提高產(chǎn)品質(zhì)量。系統(tǒng)集成是指單元、子系統(tǒng)、流程及業(yè)務(wù)的集成，也包括領(lǐng)域外的成熟技術(shù)與領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)和產(chǎn)品集成，從而形成大系統(tǒng)、新業(yè)務(wù)、新產(chǎn)品。人文融合是指機(jī)械產(chǎn)品已越來越多地與文化、人的情感需求結(jié)合在一起。融入文化和情感需求的機(jī)械產(chǎn)品，人們?yōu)橹恳恍拢蚨哂袠O強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。融合型制造的重要途徑是集成創(chuàng)新，即將各種融合轉(zhuǎn)化為科技成果、轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的創(chuàng)新活動(dòng)�！ 》⻊�(wù)型制造 中國機(jī)械制造業(yè)目前是以生產(chǎn)、組裝、裝配為主題的生產(chǎn)型制造，這種產(chǎn)業(yè)形態(tài)越來越受到資源、環(huán)境等各方面要素的制約，利潤空間受到擠壓。而服務(wù)型制造向客戶提供的則不僅僅是實(shí)物產(chǎn)品，還有依托于產(chǎn)品的增值服務(wù)、整體解決方案，甚至以服務(wù)為主、產(chǎn)品成為服務(wù)的載體。服務(wù)型制造大大緩解了資源、環(huán)境的壓力，拓寬了機(jī)械制造企業(yè)的利潤空間，從而使中國機(jī)械制造業(yè)從世界制造業(yè)價(jià)值鏈的低端提升到。向服務(wù)型制造的轉(zhuǎn)變，對(duì)中國機(jī)械制造業(yè)來說是重要的一躍，也是一個(gè)較長的演進(jìn)過程，這一轉(zhuǎn)變是通過加快發(fā)展現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)來實(shí)現(xiàn)的。其關(guān)鍵在于為客戶帶來價(jià)值。當(dāng)前，機(jī)械制造企業(yè)已開展和探索了多種服務(wù)活動(dòng)模式，諸如從提供單機(jī)到成套、成線、設(shè)備租憑、供應(yīng)鏈管理優(yōu)化、定制服務(wù)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等。隨著機(jī)械制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的日益深入，現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)的各類業(yè)務(wù)活動(dòng)將呈現(xiàn)多樣化，模式創(chuàng)新和融入信息技術(shù)將為服務(wù)型制造的實(shí)現(xiàn)注入活力，服務(wù)在機(jī)械制造企業(yè)的銷售收入比重將逐漸加大�！ 〕B(tài)制造 隨著人們生活空間的擴(kuò)展、技術(shù)發(fā)展的迅猛，對(duì)裝備的要求已超出了常規(guī)狀態(tài)，極大、極小、極高溫、極低溫、極高速、極低速等等超常規(guī)狀態(tài)下使用的裝備層出不窮，制造這些裝備的工藝技術(shù)已與常規(guī)的工藝技術(shù)大不相同。超常態(tài)制造包括兩方面的含義，一是制造出超常工況下使用的零部件和產(chǎn)品，二是生產(chǎn)制造這些零部件和產(chǎn)品的工藝和技術(shù)。目前，超常態(tài)制造已經(jīng)涌現(xiàn)一批新的技術(shù)門類，如巨系統(tǒng)制造、微納制造、強(qiáng)能制造、超精密制造、超高性能產(chǎn)品制造、超常成形工藝等。它充分顯示了機(jī)械制造業(yè)的能力，是機(jī)械制造業(yè)水平高低的象征�！ ∈鞘裁从绊懼袊圃鞓I(yè)的發(fā)展？ 未來20年，影響機(jī)械制造業(yè)以至整個(gè)制造業(yè)發(fā)展進(jìn)程的重大、前沿性、標(biāo)志性的技術(shù)問題共有8個(gè)，即復(fù)雜系統(tǒng)的創(chuàng)意、建模、優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、零件成形技術(shù)、大型結(jié)構(gòu)件成形技術(shù)、高速精密加工技術(shù)、微納器件與系統(tǒng)（MEMS）、智能制造裝備、智能化集成化傳動(dòng)技術(shù)、數(shù)字化工廠�！ ≡谶@8大機(jī)械工程技術(shù)問題中，到2020年，將有若干關(guān)鍵技術(shù)取得重大進(jìn)展和突破。到2030年，8大技術(shù)問題全部得到解決，成為20年中國機(jī)械工程技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志性成果，有力地推進(jìn)中國制造業(yè)的發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)�！ ∠冗M(jìn)制造技術(shù)路線圖的實(shí)施還需5大保障，即創(chuàng)新、人才、體系、機(jī)制、開放。創(chuàng)新是機(jī)械工程技術(shù)和機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的不竭動(dòng)力，人才則是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，體系是創(chuàng)新和發(fā)展的組織基礎(chǔ)，機(jī)制是創(chuàng)新發(fā)展的重要保證，開放是發(fā)展機(jī)械工程技術(shù)和機(jī)械制造業(yè)的基本方針。當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，急需提高自主創(chuàng)新能力、構(gòu)建完善的技術(shù)創(chuàng)新體系和技術(shù)供應(yīng)鏈，尤其是構(gòu)建共性技術(shù)的研發(fā)體系。
（來源：中國機(jī)床商務(wù)網(wǎng)）
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