制造業是國民經濟的物質基礎,國家安全的重要保障,國民經濟高速增長的發動機及國家競爭力的主要體現。作為制造業賴以生存和發展的基礎先進制造技術,將在中國走新型工業化道路、全面建設小康社會、邁向制造強國的進程中起關鍵性作用。
世界先進制造技術出現了新的發展趨勢
隨著經濟全球化進程的加快,先進制造技術呈現出新的發展趨勢,可歸納為以下4個方面:
1 綠色制造
面對日趨嚴峻的資源和環境約束,世界各國都在制定可持續發展規劃,推行綠色制造技術。例如,德國制定了《產品回收法規》,日本等國提出了減少、再利用及再生的3R(Reduce、Reuse、Recycle)戰略,美國提出了再制造(Remanafacturing)及無廢棄物制造(Waste-free Process)的新理念,歐盟將頒布“汽車材料回收”法規。綠色制造技術不單是從環境出發考慮,而是包括資源、環境和就業三個方面的可持續發展戰略。推行綠色制造既給制造業的發展提出了嚴峻的挑戰,同時也創造了很好的機遇。
2 高技術化
科學技術特別是生物、納米、新能源和新材料等高技術的迅猛發展,給先進制造技術帶來了深刻的變化。制造業是高技術的重要載體,而高技術又為制造業前瞻性發展提供了技術支撐。制造已經從經驗走向科學,從追求生產率和優化產品的可制造性走向可預測性的高品質、高技術含量產品的研究開發,面向可預測性也從宏觀預測發展到微觀乃至原子尺度品質預測。今后的制造將是基于科學的制造,大批技術含量高的先進制造技術及產品也在不斷涌現,同時更值得重視的是出現了嶄新的如納米制造技術及生物制造技術等制造技術。
3 信息化
信息技術與制造技術的融合將進一步給制造技術帶來巨大的、革命性的變化。將傳感技術、計算機技術、軟件技術“嵌入”制造業,實現產品的信息化與數字化,不僅可以提高其性能,還可使之具有“智能”,從而滿足國民經濟和人民生活日益增長和個性化、多樣化的需求、設計及制造過程的數字化、信息化與智能化的*終目標是要快速開發出產品或裝備、努力實現大型復雜產品一次開發成功。信息技術的應用將大大提高制造裝備的精度與效率,并實現自動化與智能化。在經濟全球化的格局下,基于網絡的制造技術將得到廣泛應用,制造裝備和制造系統的柔性與可重組將成為2 1世紀先進制造技術的顯著特點。經濟全球化及激烈的市場競爭,徹底改變了制造業的傳統觀念和生產組織方式, 基于全球網絡化制造的虛擬企業生產方式促進了現代管理理論的發展和創新, 全球正在興起“管理信息化” 的浪潮。
4 極端制造
制造技術正在從常規制造、傳統制造向非常規制造及極端制造發展。極端制造是指在極端條件或環境下,制造極端尺度或極高功能的器件和功能系統。當前,極端制造集中表現在微細制造、超精密制造、巨系統制造和強場(如強能量場)制造。例如制造空天飛行器、超大型發電設
備、超大型冶金和石油化工設備等極大尺寸和極強功能的重大設備, 制造微納電子器件、微納光機電系統等極小尺度和極高精度的產品。以大型金屬構件塑性成形制造為例,二戰以后,美、俄、法等國建造了一批4.5萬噸到7.5萬噸的巨型水壓機,從而迅速提高了大型飛機制造能力及洲際運載能力。再以微制造為例,納米技術和微納系統是2 l世紀高技術的制高點,而微制造則是其基礎。因此,先進制造技術的一個重要前沿領域是探索極端制造規律與應用。
未來1 5年推動我國產業發展*重要的核心技術
“未來l 5年先進制造領域對我國產業發展*重要的核心技術是什么”?在我國能源、資源環境和先進制造三個重點技術領域的技術預測中,共有139位來自企業、研發機構、高校以及國外的專家從各自的角度提出了自己的看法。經過歸納統計分析,集成了未來15年先進制造領域對我國產業發展*重要的l4類核心技術。
1.*數控機床及基礎制造裝備關鍵技術
*數控機床與基礎制造裝備是工業現代化的基石,也是保證國防工業和高技術產業發展的戰略物資。我國工業的現代化,特別是制造業的現代化,需要裝備制造業提供先進的制造手段。我國在數控機床共性關鍵技術研究、數控機床開發數控系統和普及型數控機床產業化工程研究等方面取得了一定的進展,在一些共性技術和關鍵技術上有重大突破,但整體上與工業發達國家相比,仍存在比較大的差距。按價值計,數控機床70% 依賴進口,*數控機床幾乎全部依賴進口,電子工業專用設備90% 依賴進口。因此,專家建議將*數控機床及基礎制造裝備作為核心技術,以增強我國制造基礎裝備水平,提高我國制造業的國際競爭力。
2.數字化、智能化設計制造與管理技術
21世紀初期的制造業,正在從以機器為特征的傳統技術時代,向數字化、智能化和系統化技術時代邁進,將進入增強企業在不可預見的多變環境中快速響應能力的敏捷制造階段,以及合理開發利用資源、保護生態環境、實現經濟一社會一環境相互協調和可持續發展的綠色制造階段。數字化、智能化設計、制造和管理技術是以信息化帶動工業化的突破口,是提高產品質量、生產效率,降低消耗,帶動產品設計方法和工具創新的重要手段,是推動產業發展的核心技術。
3.小于45nm極大規模集成電路專用設備關鍵技術
目前,國#b90nm成套設備已投入使用,65nm以下設備正在逐步進入市場。300 mm 晶片生產設備已成熟供應;適應65nm~90nm 工藝要求的一代新設備已開發成功。我國制造的集成電路專用設備總體上為0.5 m技術水平,與國外相差5個技術檔次;在加工晶片片徑方面,國外l2N 寸設備已經成熟,我國8英寸產品尚處于試制階段;從產業發展看, 當前我國新建的集成電路制造廠幾乎都是從國外進口設備。面對集成電路需求量大、應用面廣、帶動作用強、經濟效益顯著的發展趨勢,必須打破技術限制,把振興我國的集成電路專用設備產業作為信息產業發展中的重中之重。
4.微米/納米制造技術
隨著人們對許多工業產品的功能集成化和外形小型化的需求, 使零部件的尺寸日趨微小化。進入人體的醫療機械和管道自動檢測裝置等都需要微型的齒輪、電機、傳感器和控制電路,這些需求帶動了微細加工和納米制造技術的發展,也促使了微型機械向系統化方向發展,并形成了有廣闊發展前景的微機電系統(MEMS)。我國在微機械研究方面,先后研制出靜電、電壓和電磁式的微電機,微泵與微閥、壓電與形狀記憶合金微夾鉗以及微操作系統模型等, 建立了兩個微加工基地(IC,LIGA)和一個項目研究中心。
微型機械在國外已受到政府部門的重視。世界上納米科技水平*先進的國家是美國、日本、德國、英國。目前世界上已實現商品規模生產的納米材料有:金剛石、磁性材料、金屬、陶瓷、復合材料、半導體材料、生物醫用材料等。因此,我國應重視發展微米/ 納米制造技術,并從戰略高度部署微納系統的設計技術、微型裝配與封裝技術、微納測試與表征技術等方面的研究,提高我國在未來l0年乃至20年在國際上的競爭地位。
5.百萬千瓦級核電機組設計制造技術
核能是一種清潔、可以大規模開發利用的能源。目前, 國際上核能廣泛采用的壓水堆屬于熱中子反應堆。世界核電技術發展經過了第二代及第二代改進型商業運營后,研究開發了采用非能動安全技術的第三代技術, 目前已開發了l00萬千瓦、l50萬千瓦大容量的第三代核電機組。此外美、英、德、瑞士、日、法等國,正共同合作研究開發第四代核電技術,以能滿足固有安全性、可持續發展、防止核擴散和核材料丟失等為原則,預計在2030年后才能得到商業化的發展。
我國核電建設已由起步階段步入小批量建設階段。目前,我國已能自主設計和制造30萬千瓦的壓水堆核電站,具備了自主設計60萬千瓦壓水堆核電站的能力,但還不具備獨立設計、制造百萬級核電站的能力。與國際核電發展先進國家相比,尚有較大差距。為此,從建立我國多元、穩定、安全、合理的能源結構角度出發,發展掌握l00萬千瓦核電機組設計制造技術,形成自主創新能力, 無論從國家的宏觀政策、電力市場需求,保護資源,改善環境、以及能源的可靠供應及核能的安全性考慮,還是從發展和穩定核工業體系和人才隊伍的角度來看, 都是十分必要的。
6.流程工業綠色制造與自動化技術
當前,我國鋼鐵、有色金屬、石油化工及輕紡工業和建材工業等大多數資源加工工業, 在研究開發若干共性平臺技術、界面匹配技術、流程集成新技術和動態運行技術(包括信息化、智能化調控系統)的基礎上優化集成, 形成新一代綠色制造流程,為國民經濟和人民生活提供各種高性能和低成本的綠色材料。在流程工業綠色制造與自動化技術方面,根據我國國情,專家建議的重點技術項目包括:新一代煉焦爐(sC0PE一21)關鍵技術;熔融還原一薄帶連鑄技求低成本、高效、綠色的結晶鋼生產平臺; 百萬噸級乙烯生產工藝及關鍵設備成套技術;節能型建筑材料綠色制造技術與設備;輕紡新材料綠色制造技術與設備。
7.節能轎車和新能源汽車技術
*, 發展安全、環保、節能型汽車。
第二,注重柴油車、電動汽車和代用燃料汽車的研究。在這方面,動力蓄電池的技術突破使純電動汽車在特定領域得到應用;混合動力汽車開始批量生產,投放市場; 氫能燃料電池汽車技術不斷取得新的突破, 開始步入商業化示范階段。
第三,汽車電子技術引發汽車技術的全面變革。
第四, 汽車輕量化促進材料、結構和制造技術的發展。
第五, 各國政府積極通過技術法規引導汽車技術的發展方向。
我國汽車工業的研究開發能力和產品綜合技