从“夕阳工业”到先进制造技术，本文主要内容关键词为：夕阳论文,先进论文,工业论文,技术论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 引言
人类社会发展到20世纪中叶以来，科学技术突飞猛进，日新月异，出现了称之为“高分子时代”、“先进的陶瓷时代”、“先进的复合材料时代”、“信息时代”、“计算机时代”等种种提法。一方面，随着高分子材料、无机非金属材料（陶瓷材料）、先进复合材料的发展，开始出现了一些所谓金属材料的“代用品”。这些新型材料的发展对传统的金属材料形成了很大的竞争和挑战。在这种严峻的形势下，就出现了金属材料，尤其是常规钢铁材料是否已进入“夕阳工业”的争论〔1 〕。另一方面，计算机技术、无线电通信技术、自动控制技术等成了高科技的代名词，而以金属材料为主要对象的传统制造业似乎到了穷途末路，好象也成了“夕阳工业”。那么，新型高分子材料、先进的陶瓷材料和先进的复合材料能否取代传统的金属材料，古老的制造业是否与高科技“绝缘”，传统的金属材料和制造业是否已进入“夕阳工业”呢？
2 先进制造技术的缘起
下面先结合国情对金属材料的发展情况加以分析。
金属材料从原来一统天下的地位逐步让出部分市场并为其他新材料所取代，这是符合历史发展规律的。但是，在可以预见的未来，金属材料仍将占据材料工业的主导地位，这种情况在中国等发展国家中尤其是如此。最重要的、最根本的原因在于金属材料具有其他材料体系不可能完全取代的独特的性能和使用性能。并且在高分子材料、陶瓷材料和复合材料日新月异的发展过程中，金属材料同样也在不断推陈出新，许多新兴金属材料应运而生。譬如，高性能金属与合金在美国政府公布的《国家关键技术》报告中与陶瓷、复合材料等并列为材料领域的五项关键技术之一。因此，中国和其他发展中国家的金属材料正处在高速发展的成长期，美国等发达国家也在致力于着手开发和研制高性能的新型金属材料和金属基的复合材料。
以金属材料为主要对象的传统制造业在高科技飞速发展的浪潮中又将何去何从呢？我们从美国汽车工业的衰落中能得到一些启示。
汽车工业是现代制造业的“大哥大”。80年代以来，美国汽车在国际市场上的竞争力日渐下降，甚至在美国国内日本的汽车零部件也占有相当的市场。美国汽车工业的衰败，日本、西德汽车工业的崛起，引起了美国政府的震惊。为什么有那么多诺贝尔科学奖的获得者，航天飞机、卫星上天，高科技高度发达的美国却在汽车市场上缺乏竞争力呢？克氏政府上台以后，组织了以MIT 为主的专家组对美国近年来科技成果进行评价及对美国汽车工业衰落的原因进行调查。他们得出了以下三点结论：
（1）发明创造在市场竞争中的效用降低， 而先进制造技术能够提供更优质的产品和优良的服务。
（2）谁拥有先进制造技术谁就拥有市场。
（3）工业产值的50～80%由制造业提供， 而且制造业能扩大就业的机会。
70年代到80年代初，美国由于片面强调第三产业的重要性而忽视了制造业对国民经济健康发展的保障作用，使其逐步丧失了其制造业世界霸主的地位。正是由于美国制造水平的滑波，才导致它在汽车市场上竞争能力的下降和汽车工业的衰落；正是由于美国忽视了传统制造业的重要地位，才导致产品质量和竞争力与高度发达的科技水平的脱节。因此，美国从80年代中期起，提出并实施了一系列先进制造技术（Advanced Manufacturing）的发展战略，从精节生产（Lean Production）到并 行工程（Concurrent
Engineering）， 从敏捷制造（ Agile Manufacturing）到动态合智联盟（Virtual Organization）等。1994 年美国投资14亿美元发展先进制造技术。由这些可看出，传统的金属材料制造业不能因为被称为“夕阳工业”而被冷落，只有将发明创造和高新技术应用于制造技术之中，提高制造技术的知识含量才能获得满足用户需要的优质产品，提高产品的竞争力。
传统的制造业具有悠久的历史和丰富的经验，但是，如果我们仅仅停留在原有的经验上，抱残守缺，忽视现代高科技的优势，那么产品的质量远不能满足市场的需求。另一个极端，如果我们持消极态度，否认了制造业的重要性，认为传统制造业已进入“夕阳工业”，认为它是落后的象征，与高科技“绝缘”，把传统制造业放在高新技术对立的一面，只顾发展无线电通信、自动控制等高新技术；那么结果是舍本求末，产品缺乏市场竞争力，科学技术没能转化为生产力。正确地处理传统制造业与现代高科技的关系，正确对待传统制造业的重要地位和落后现状的方法就是将现代高科技成果应用于传统制造业中。先进制造技术就是现代高科技和传统制造业相结合的产物。下面将详细地介绍先进制造技术的定义以及新一代材料加工成形技术在先进制造技术中的特殊地位。
3 先进制造技术的定义及发展趋势
近年来，出现了研究应用先进制造技术的世界性浪潮，先进制造技术已成为当代国际间科技竞争的重点。先进的制造系统如雨后春笋般涌现：柔性制造系统（FMS），计算机集成制造系统（CIMS）， 智能制造系统（IMS），精节生产系统（LPS），敏捷制造系统（AMS）等。 在我国，先进制造技术的重要性引起了各界的认识和重视，先进制造技术已被国家列为关键技术之一。
先进制造技术至今尚无一个明确的权威定义。有人认为先进制造技术是制造业为了适应时代要求以提高竞争力，对制造技术不断优化及推陈出新而形成的。把它定义为：制造业不断地吸收机械、电子、信息、材料、能源及现代管理等方面的成果，并将其综合应用于制造业的全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，取得理想技术经济效果的制造技术的总称〔2〕。 也有人认为先进制造技术是当代信息技术、综合自动化技术、现代企业管理技术和通用制造技术的有机结合〔3〕 。概括地说，先进制造技术就是现代高新技术与传统制造业相结合的一个系统工程。
除了高科技在制造技术中的重要作用外，同时我们也应该注意到市场驱动原则在制造业发展中的导向作用。先进制造技术是在市场需要和科技发展这两个车轮的带动下逐渐发展、形成的。在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“小批量—少品种大批量—多品种变批量”的方向发展；在科技高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集—设备密集—信息密集—知识密集”的方向发展。与之相适应，制造技术的生产方式沿着“手工—机械化—单机自动化—刚性流水自动化—柔性自动化—智能自动化”的方向发展。
近二、三十年来，先进制造技术的进展和发展趋势主要有如下5 个方面：
（1）常规制造技术的优化。
（2）新型（非常规）加工方法的发展。
（3）专业学科间的建设逐渐淡化、消失。
（4）工艺设计由经验走向定量分析。
（5）信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合。
4
新一代材料加工成形技术在先进制造技术中的特殊地位
材料加工成形技术（Materials Processing Technology ）是铸造、连接、塑性加工、热处理、粉末冶金等单元或复合技术的总称，它对国民经济的发展起着十分重要的作用。据统计，世界约有75%的钢材要经过塑性加工，45%的钢材要采用焊接技术得以成形。汽车工业是许多国家的支柱工业。据德国预测，到2000年汽车重量的约65%仍将由钢材（约45%）、铝合金（约13%）及铸铁（约7%）通过冲压、 焊接及铸造技术成形。据日本统计，铸造铝合金年产量的约75%及铸铁年产量的约50%全部用在汽车制造及相关工业。这些充分表明汽车工业的发展与材料成形技术的发展紧密相连、休戚相关。
材料加工成形技术不仅在国民经济中占有重要地位，而且在科学技术革命和学科建设中扮演着重要的角色。众所周知，材料加工成形技术、信息技术与生物技术合称为新科学技术革命的三大支柱。材料加工成形技术还是材料科学与工程学科和机械加工学科都必不可少的交叉技术。
金属材料是人类发现较早和应用最广的传统材料。材料加工成形技术的主要研究对象是金属材料。材料加工成形是开发和利用金属材料的必由之路，也是检验金属材料使用性能的重要手段。因此，材料加工成形在材料学科中占有重要的地位。
材料加工成形技术不仅是材料科学与工程学科的关键技术，同时，材料加工成形（机械热加工）也是机械制造学科的两大分支之一。按传统的划分方法，机械热加工和机械冷加工是机械制造学科的两大分支。机械冷加工主要是指利用切削原理使工件成形的加工方法。机械热加工一般理解为利用高温条件将金属材料进行铸造和锻造，实际上现代科学技术的发展使热加工的内容远远超出了这个范围。例如：常温下的冷冲压、冷焊、气相沉积等，这些工艺方法已不能用老的热加工概念加以概括。有人将机械热加工定义为：一切利用物理、化学、冶金原理，制造机器部件或改进部件化学成分、微观组织及性能的方法〔4〕。 由上面的定义可以看出机械热加工和材料加工成形的内涵是相同的。这正好体现出材料加工成形技术是材料科学与工程学科和机械制造学科必不可少的交叉技术。材料加工成形技术担负着开发和利用金属材料，为机械冷加工提供切削加工所需的毛坯的双重任务。因此，机械冷加工离不开材料加工成形，材料加工成形技术在机械制造学科中也占有重要的地位。
材料加工成形技术在机械制造学科中的重要性奠定了它在先进制造技术发展中的重要地位。材料加工成形作为一种常规制造工艺是先进制造技术发展的基础。先进制造技术的5 个发展趋势之中常规制造工艺的优化和新型加工方法的发展都是以材料加工成形工艺为基础的。我们可以猜想：如果由材料加工成形得到的毛坯是“傻大粗”，那么任何高级的数控机床和先进的制造系统要想获得优质的工件都会显得力不从心。同时，我们应该看到另外很重要的一点，材料热加工成形技术与其他制造加工技术不同，它的鲜明特点是工件的最终微观组织及性能受控于加工成形技术（图1形象地表达了成形技术与工件特性、 性能和微观组织结构的关系）。换而言之，通过先进的材料加工成形技术，不仅可以成形获得无缺陷工件，而且能够控制、改善或提高工件的最终使用特性。由此可见，先进的或新一代的材料加工成形技术将在先进制造技术中具有特殊的地位。
图1 成形技术与工件特性，性能及组织关系示意图
展望21世纪，材料加工成形技术正在从制造成工件的毛坯向直接制造成工件即精确成形（Net Shape Process ）或近精确成形工艺（NearNet Shape Process）的方向发展。我们可以作大胆的推测， 未来精确成形技术高度普及，那么将取消机械冷加工过程，直接由材料精确成形获得表面光洁、内部性能优良的优质工件，那将给传统的制造业带来一场深刻的变革。
5 新一代材料加工成形技术的发展方向
新一代材料加工成形技术一方面朝着精确成形的方向发展，另一方面为控制或确保工件质量，材料加工成形技术已经从经验走向定量的分析。下面重点介绍一下有发展前途的新一代精确成形技术和成形过程模拟仿真技术。
（1）铸造精确成形技术 近年来，精确成形技术发展迅速， 方法繁多，在诸多工业领域中，轿车铸件的生产往往最集中地反映了精确成形技术发展的新动向。为了提高轿车的运行速度和节约能源，轿车铸件朝着轻量化、精确化、强韧化和节约能源复合化方向发展。国外已经提出从近精确成形铸造（Near Net Shape Casting ）向精确成形铸造（NetShape Casting）发展。为了实现这一目标干砂气化模铸造法和精确树脂砂组芯在可控气氛、可控压力下浇注的新工艺（CP法为代表）格外引人注目。
（2）塑性精确成形技术 塑性精确成形技术发展目标是高效、 节能、节材、注重环境保护和降低成本。21世纪有代表性的塑性精确成形技术包括超塑成形、粉末成形、塑性加工柔性系统、塑性加工过程自动化和锻压机器人等。
（3）新一代连接成形技术
连接成形技术发展的主要趋势是焊接成形精确化，过程自动化，控制智能化，加强开发空间、水下等特殊环境以及特殊材料的连接技术。
（4）激光加工技术 激光加工是指用大功率激光束进行打孔、 切割、焊接和表面处理等材料成形和改性等一系列工艺技术。目前，在激光加工领域要重点加强表面处理，精确焊接及高质量激光器的开发和研究。
（5）材料成形过程模拟仿真
传统的金属材料制造业之所以被称视为落后的象征，一个很重要的原因是因为它的加工方法简单，而且质量控制主要凭经验决定。同样，传统的材料加工成形工艺也是由“经验主义”统治了几千年。70年代以来由于计算机的发展引起机械制造工业的一场新的革命。计算机技术模拟仿真或称计算机辅助工程（CAE ）及并行工程（CE）的相继出现为材料加工技术注入了新的活力。材料加工成形技术已经从经验走向有理论指导的阶段，材料成形过程的计算机模拟仿真技术已经进入实用化的阶段。
6 结束语
传统的金属材料制造业虽然古老而且相对落后，但不论从它的重要地位还是从它的发展潜力来看远没有悲观到进入所谓的“夕阳工业”。现代高新技术的飞速发展和新型材料的蓬勃发展对传统的金属材料制造业提出了挑战。面对机遇和挑战，先进制造技术特别是新一代材料加工成形技术给传统制造业注入了新的活力〔5〕， 也给我们材料工作者和机械工程人员提供了施展才华的广阔天地。
（非常感谢华中理工大学黄乃瑜教授对本文的指导和帮助！）