制造技术的发展和在国民经济中的地位

1.制造技术的发展过程

人类最早的制造活动可以追溯到新石器时代，当时人们制作石器作为劳动工具，制造处于一种萌芽阶段；到了青铜器和铁器时代，为了满足以农业为主的自然经济的需要，出现了冶炼和锻造等较为原始的制造活动。

制造业发展的历史性转折点是18世纪中叶蒸汽机的发明。随着蒸汽机的使用，机械技术与蒸汽动力技术相结合，出现了以机械动力驱动为特征的制造方式，产生了第一次工业革命。而后，随着发电机和电动机的发明，电气化时代来临，电能作为新的动力源大大改变了机器结构和生产效率。这个阶段制造业发展的一个标志，就是开始使用机械加工零件。

19世纪末，内燃机的发明引发了制造业的又一次革命，20世纪初制造业进入了以汽车制造为代表的批量生产时代，随后出现了流水生产线和自动机床。20世纪中期，电力电子技术和计算机技术的迅猛发展及其在制造领域所产生的强大辐射效应，更是极大地促进了制造模式的演变和产品设计与制造工艺的紧密结合，也推动了制造系统的发展和管理方式的变革。同时，制造技术的新发展也为现代制造科学的形成创造了条件。回顾制造技术的发展，主要经历了三个发展阶段。

（1）从手工作坊到机器加工

蒸汽机的发明标志着制造业已完成从手工生产到以机器加工为主的生产方式的转变。20世纪初，各种金属切削加工工艺方法陆续形成，近代制造技术已成体系，但是机器的生产方式仍然是作坊式的单件生产。机械工业首先产生于英国，在19世纪先后传到法国、德国和美国，并在美国率先形成了小型的机械工厂，使这些国家的经济得到了发展，国力大大增强。

（2）从单件生产方式发展成大量生产方式

推动这种根本变革的是两位美国人泰勒和福特。泰勒首先提出了以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理，成为制造工程科学的奠基人。福特首先推行所有零件都按照一定的公差要求来加工，1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线，实现了以刚性自动化为特征的大量生产方式。以大规模生产方式为主要特征的制造技术，在20世纪50年代逐渐进入鼎盛时期，制造业通过降低生产成本（主要是降低劳动力成本）和提高生产效率，形成了“规模效益”的工业化生产理念。大规模生产方式作为现代工业生产的一个重要特征，对人类社会的经济发展、社会结构、文化教育以及生活方式等产生了深刻的影响。

（3）基于集成化、智能化、绿色化的现代制造技术

电子、信息等高新技术的不断发展，给世界带来了巨大变化，经济全球化进程打破了传统的地域经济发展模式，市场变得更加广阔和多元化。在这种时代背景下，提高制造企业的快速响应能力以适应瞬息万变的市场需求，成为制造企业赢得市场竞争的关键。围绕这一目标，出现了许多先进制造系统模式，如敏捷制造、虚拟制造、智能制造和绿色制造等。

2.制造技术发展过程的特点

纵观制造技术的发展，加工方法的进程为：机械加工→物理与电物理加工→化学与电化学加工→生物或仿生加工，符合从简单到复杂、从粗糙到精细的发展方向。

可以从制造技术的发展过程中归纳出如下的特点：

（1）从传统加工到特种加工

19世纪实现了制造机械化，形成了一整套传统加工技术，即机械加工技术。随着机械寿命和材料强度的提高，难切削材料愈来愈多，零件形状愈来愈复杂，尺寸愈来愈小型化，加工自动化要求愈来愈高，使传统加工难以满足社会进步对机械制造业的要求，促使人们寻找新的制造技术。从20世纪30年代到80年代，随着制造技术与电力技术和电子技术的结合，出现了许多特种加工（非传统加工）的方法，其中包括物理和化学加工及电物理和电化学加工，如表1-1所示。

表1-1　特种加工方法

续 表

（2）从减材加工到增材加工

减材加工（Material Removel Manufacturing，MRM）是从有余量的原材料或零件毛坯上逐渐去除多余的材料，从而得到所需的形状、尺寸和性能的零件的工艺方法。在传统加工中，减材加工主要利用机械力的作用去除原材料或毛坯的多余部分，即用高硬度的刀具切削原材料或毛坯使之成为零件，例如车、铣、钻、刨、磨、攻螺纹等加工方法。特种加工中减材加工方法有电火花加工（EDM）、电解加工、激光加工、超声加工、电子束加工、化学加工、等离子加工等。

自进入20世纪90年代以来，面临动态多变市场的机械制造业，产品周期缩短，产品更新加快，多品种中小批量生产模式成为主导模式。产品的质量、价格和交货期已成为企业竞争力的三个决定性因素。可持续发展策略成为21世纪的基本生产策略，减材加工所造成的资源浪费与环境污染，已不符合可持续发展的要求，一种称之为增材加工（Material Additive Manufacturing，MAM）的方法就应运而生了，它是制造技术、能源技术、材料技术、微电子技术和信息技术的综合集成技术。(www.xing528.com)

增材加工是用类似生长的方法逐渐增加材料，直到生成所需的形状、尺寸与性能的样件或零件。其制造原理是用2D平面层逐渐堆叠成3D实体，资源得到了充分利用，符合自然界物质的生长规律，是制造理念的重大突破，具有强大的生命力。目前已有近百种增材加工方法，各自在不同的应用领域发挥作用。随着纳米技术的发展，增材加工将以崭新的面貌迅猛发展。如表1-2所示为增材制造现有的主要工艺。

表1-2　增材制造现有主要工艺

（3）从制造死物到制造活物

自古以来，制造业一直制造死物，无法制造活物。自地球上有生命以来，生物界一直繁衍活物，不会繁衍死物。在制造业日趋信息化和生命科学走向工程化的今天，如果把制造工程、生命科学、计算机技术、信息技术、材料工程各领域的最新成果集成起来，那么制造业不仅能制造出无生命的复杂机器，而且还有可能利用基因工程的成就，制造出有生命、可供移植的器官和可供利用的仿生部件；还有可能按生物生长、发育，在其内在基因控制下，通过细胞并行分裂进行自生长成形加工。这种制造方法可以生长任何人类所需要的产品，如人和动物的骨骼、器官、肢体，以及生物材料结构的机械零件等。可以设想，如果人们能将DNA中控制形状、尺寸、结构与材质的基因分离出来，加以破译，并采用先进的“原子操作技术”组装或修改基因，就可以利用生物机能进行制造，如基因复制、生物去除或生物生长。图1-4是由瑞士发明的新型仿生学假肢。

（4）从它成形到自成形

所谓它成形，就是在外界强制作用下的成形。这种外界的强制作用有：金属切削过程中机床、刀具对工件的强制切削加工（主要是机械力）的成形；热熔金属或塑料在模具中的强制成形；靠热和机械力作用下的模锻；轮廓控制下的生长（增材制造）等。到目前为止，工业界广泛使用的制造技术几乎都是它成形的。

随着生物制造的发展，将对非常精巧、复杂的结构进行制造，一种按生物生长、发育，在其内在基因控制下，通过细胞并行分裂而进行自成形，又称自组织成形或自生长成形的加工新方法即将诞生。

3.制造技术在国民经济中的地位和作用

物质生产是人类社会生存和发展的基础，制造业是人类财富的主要贡献者，没有制造业的发展就没有人类社会的现代物质文明。在我国，处于工业中心地位、被誉为“国家的命脉”的制造业，是国民经济持续发展的基础，是工业化、现代化建设的发动机和动力源，是在国际竞争中取胜的法宝，是技术进步的主要舞台，是提高国民生活水平、保证国家安全、发展现代文明的物质基础。

国民经济中任何行业的发展，必须依靠机械制造业的支持并提供装备；在国民经济生产力构成中，制造技术的作用占60%以上。美国学者认为机械制造业占社会财富来源的68%。当今制造科学、信息科学、材料科学、生物科学等四大支柱科学相互依存，但后三种科学必须依靠制造科学才能形成产业和创造社会物质财富。而制造科学的发展也必须依靠信息、材料和生物科学的发展，机械制造业是任何其他高新技术实现工业价值的最佳集合点，如快速原塑成形机、虚拟轴机床、智能结构与系统等，已经远远超出了纯机械的范畴，而是集机械、电子、控制、计算机、材料等众多技术于一体的现代机械设备，并且体现了人文科学和个性化发展的内涵。机械制造工业是制造业最重要的组成之一，它担负着向国民经济的各个部门提供机械装备、办公设备，向人们提供交通工具和家用电器等任务。我国现代化建设的发展速度和国家的安全在很大程度上取决于机械制造工业的发展水平。

我国是世界上文化、科学发展最早的国家之一，早在公元前2000年左右，我国就制成了纺织机械，但我国的机械工业长期处于停滞和落后的状态。从1865年清政府在上海创办江南机械制造局到1949年这80多年的时间里，全国只有少数城市建有一些机械厂。中华人民共和国成立60多年来，我国已建立了一个比较完整的机械工业体系。中华人民共和国成立初期以万吨水压机为代表的各种重型装备的研制成功，标志着国民经济有了自己的脊梁；20世纪六七十年代“两弹一星”的问世以及21世纪初的“神舟”载人飞船遨游太空，表明了我国综合国力的提高，使我国跻身于世界制造业大国的行列。目前，我国电力、钢铁、石油、交通、矿山等基础工业部门所拥有的机电产品总量中，约有80%是我国自己制造的，其中6 000m电驱动沙漠钻机已达到国际先进水平，300MW和600MW火电机组已成为国家电力工业的主要机组。2010年，我国汽车年产量已达1 826.47万辆，汽车产销量居世界首位。许多与人们生活密切相关的机电产品（如电冰箱、空调机等）已位居世界前列，我国已成为名副其实的机械工业生产大国。

中华人民共和国用了60多年的时间走过了工业发达国家200多年的历程，成就举世瞩目，但与世界先进水平相比，我国机械制造业的整体水平和国际竞争能力与发达国家相比仍有较大的差距。第一，我国国民经济建设和高新技术产业所需的许多装备目前仍然依赖于进口；第二，制造业的人均生产率较低；第三，企业对市场需求的快速响应能力不强，我国新产品开发的周期平均为18个月，而美、日、德等工业发达国家的新产品开发周期平均为4～6个月；第四，具有自主知识产权的高新技术机电产品少，主要机械产品中57%的技术来自国外，大多数电子通信设备的核心技术仍然依赖进口。

今后一段时期，我国机械工业的主要任务是：

（1）加快发展国计民生、涉及国家经济安全且对工业结构调整有重大影响的重大技术装备；

（2）发展为农业现代化服务的先进适用的装备；

（3）重点开发符合安全、节能环保、清洁排放的各种类型的汽车；

（4）尽快提高数控机床产品的性能、质量和可靠性，扭转我国高速、高效、高精度数控机床长期依赖进口的局面；

（5）加速发展工业自动化控制系统和仪器仪表；

（6）重点开发具有自主知识产权的敏捷制造技术和应用软件，增加数字化、智能化、网络化机电产品品种。

机械制造技术是机械制造企业实现产品设计、完成产品生产、保证产品质量、提高经济效益的共性技术和基础技术。在全球范围内，机械制造技术正朝着精密化、自动化、敏捷化和可持续方向发展。