先进制造

发布日期 : 05 October 2024

发布者 : Parul Atri

先进制造技术的应用能够改变生产流程，并开辟新的商业前景。然而，在不久的将来，先进制造不太可能完全取代现有技术。

原因之一是，许多现有技术，特别是针对小规模生产的技术，仍然有效且高效。此外，一些企业，尤其是小型企业，可能会发现购买和维护先进制造所需的工具和软件成本过高。

此外，向先进制造技术的转型需要对教育和培训进行大量投资，以培养工人使用和维护这些技术所需的技能。因此，由于缺乏投资，这一因素阻碍了小型企业对工人进行先进制造技能培训。

制造业是所有技术创新和发展的根基。制造业的任何改进往往都能带动供应链下游无数其他行业和企业的发展。利用尖端技术和工艺提升制造业竞争力被称为先进制造。先进制造采用灵活的生产技术，能够最大限度地利用资本设备，并且更加高效、快捷地响应市场需求。虽然在某些情况下，例如长期、可预测的生产周期，传统的专业化方法仍然适用，但先进制造能够满足各行业经常面临的各种生产需求和大规模定制，而无需大量资本投入。

先进制造技术使制造商能够根据市场需求灵活调整生产规模，从而提高生产效率。为了将制造和商业活动整合为一个连续高效的运营体系，先进制造依赖于信息和通信技术（ICT）。这涵盖了价值链的各个环节，从概念构思到产品报废处理。为了保持制造业的领先地位，先进制造技术（通常被称为“智能制造”）至关重要。

高级技术的优势

制造技术

• 当生产运营更加自动化和经济高效时，资源就可以更多地集中到研发上，从而推出新颖而令人兴奋的产品。
• 现代生产技术总体上更加精确、一致和高效，从而生产出更高质量、更可靠、更易获得且价格更合理的产品。
• 通过自动化生产活动，先进制造有助于实现更精益的生产，使员工能够专注于更具创造性的工作。
• 先进制造技术的灵活性以及优化的计划和调度，使得更好地响应市场需求成为可能。

市场未来发展前景

先进制造

预计到2035年，全球先进制造业市场规模将达到约780亿美元，在2023年至2035年的预测期内，复合年增长率约为22% 。技术发展和新应用的日益普及是推动先进制造业市场收入快速增长的主要原因。得益于新方法、新材料和新设备的开发，先进制造业企业拥有众多提升产能和效率的机会。

先进制造业的目标

在市场中获得竞争优势是先进制造业的目标，它通过多种方式实现这一目标。提高产量无疑是先进制造业的主要目标之一。产量越高，就能卖出更多产品。但这并不意味着提高产量是现代制造业的唯一目标。其他方面，例如流程优化和效率提升，也同样可以得到改进。例如，先进制造业旨在缩短产品开发时间，降低单位成本、材料用量、材料库存以及闲置的资本设备数量。

先进制造的类型

• 高效生产：与顺序工程不同，同步工程是这项工作的重点，它还包括设计、仿真、物理和计算机建模、尖端制造技术以及控制方法。精密铸造和快速原型制作都采用了这种方法。
• 智能生产：采用信息通信技术及相关物流系统，提高制造设施的使用寿命和利用率。这通过有效的监控、日常维护和维修来实现。
• 高效组织：协调并充分利用工业资源，包括有形资源和智力资源。这适用于虚拟招标、企业运营、资源共享和设施使用、创新型组织结构、孵化单元、知识管理、贸易和电子商务。

先进制造解决方案

• 人工智能和机器学习能够彻底改变制造业。尽管人工智能已经存在一段时间了，但云计算、大数据和机器学习等最新发展正推动这一概念走向世界经济的前沿。通过收集企业各个部门的数据，可以优化制造业中的人工智能应用，从而提供实时数据驱动的解决方案。例如，生产线数据可以帮助计算和预测制造周期时间，并实现精准的计划和调度。利用传感器，人工智能可以监控产品质量或生产设备的运行状况。人工智能还可以应用于采购，以做出准确的需求预测并据此订购必要的原材料。据预测，到2035年，人工智能有望使制造业利润增长40%。
• 纳米技术：随着设备尺寸的缩小，对更小组件的需求也日益增长。由于设计人员需要在紧凑的设计结构中集成更多功能，纳米技术正日益成为多个领域的前沿技术。此外，纳米颗粒还应用于化学和生物领域，能够改善材料特性、调节光谱并改变化学反应活性。
• 机器人技术：机器人技术位列现代制造工艺之列，这并不令人意外，因为这些自动化技术能够实现重型设备搬运、精准移动和连接，并提高众多生产单元的作业一致性。工业机器人技术在执行危险作业方面极其有用，因为它能够降低利益相关者的风险、运营成本和浪费，同时更可靠、更快速、更经济地生产产品。汽车、航空航天、锻造、消费品等众多行业都在频繁使用机器人，随着我们对机器人技术的理解不断加深，我们将自动化系统引入其他领域的能力也在不断提升。
• 增材制造：增材制造利用CAD软件或3D物体扫描仪来指导机器逐层沉积材料，从而精确地制造出几何形状。通过这种方式，制造商可以降低系统故障的可能性，并带来诸多优势，例如减轻重量、简化结构以及解决散热问题。航空航天、医疗、原型制作、汽车、消费品等众多行业都受益于增材制造，随着这项技术变得更加经济实惠、易于使用，这些行业还将进一步拓展。
• 激光加工：激光加工和焊接利用激光技术，能够快速、高精度地生产各种产品。激光通过精确控制传递到材料中的热量，消除了裂纹和连接不良的问题，同时保持了零件的完整性。压力容器、接近传感器焊接、电池焊接、精密电子产品以及许多其他产品，目前都利用这些技术实现了更安全、更精确的制造。

利用行业

先进制造

先进制造技术并非任何能够负担得起复合材料或云计算的公司都能应用。它只有在拥有完善的IT基础设施的情况下才能成功，例如电动汽车、机器人、航空航天和其他一些行业。

以下是一些正在被先进制造技术变革的行业：

• 消费品：在产品开发生命周期的早期阶段，3D打印非常适合制造外观逼真、功能齐全的复杂消费电子产品。快速、精确地提供早期迭代产品对体育用品的开发大有裨益。精细的建筑模型、娱乐道具和服装也是3D打印成功应用的例证。随着3D打印技术在打印体积和速度方面的不断提升，未来几年可能会有更多消费品转向增材制造。
• 能源：快速制造能够承受严苛环境的专用关键部件的能力，对于能源行业的成功至关重要。利用增材制造技术开发高效、轻量化、按需定制的部件和环保材料，可为各种需求和现场功能提供解决方案。
• 医疗：快速发展的医疗行业正在利用增材制造解决方案，为医护人员、患者和研究机构带来创新成果。医疗产品生产商正在使用各种硬质、柔性、不透明和透明的3D打印材料，打造前所未有的定制化设计。​​通过使用手术级组件、功能原型、逼真的解剖模型和功能原型，先进制造技术正在推动拯救生命的技术实现前所未有的发展。骨科生物材料植入装置、牙科器械、基于CT扫描的术前模型、定制锯钻导板、外壳和定制器械等应用正在重塑医疗行业。

最新创新

先进制造

• 仿真：仿真技术是制造管理者采用的第二大最流行的创新和管理科学方法。准时制生产离不开仿真技术的支持，其优势包括：计算所需的理想资源、零件在系统中的停留时间、运输时间以及机器和人员的利用率。利用集成计算材料工程（ICME），产品工程师可以设计虚拟产品模型，并在实际生产之前测试其在不同条件下的性能。虚拟制造可以模拟制造流程，这对于消除低效环节和简化生产流程大有裨益。
• 增强现实技术：对于车间技术人员而言，增强现实技术能够提供沉浸式、详尽的操作手册。它能向员工展示机器的内部运作原理，帮助他们学习，从而提升学习体验，并减少时间和金钱的浪费。增强现实技术还能辅助生产设备的维护。由于增强现实应用以创新的方式融合了现实与虚拟现实，因此可以帮助制造商优化生产流程。它有助于在实际环境中验证和评估数字化规划的正确性。

先进制造业的未来

协作机器人（Cobot）旨在与人类共同完成繁重或危险的工作。随着协作机器人技术的不断发展，预计它们将在制造业中得到更广泛的应用，从而提高生产效率和安全性。此外，一种名为循环制造的生产策略优先考虑减少浪费和提高资源利用效率。在生产过程中使用可再生能源，以及制造易于拆卸和回收的产品，是该策略的两个重要方面。

小型企业如何才能促进先进制造技术的应用？

为了积累先进制造领域的知识和经验，小型企业可以与顾问、咨询公司和技术供应商等专家合作。这有助于他们克服技术难题，紧跟行业发展趋势，并获得资金和培训等资源。此外，小型企业还可以利用政府援助计划，包括拨款、贷款和税收减免，来帮助购置先进的制造设备。这些计划通过降低小型企业的技术成本，可以减轻他们在技术投资方面的财务压力。

综上所述

先进制造并非昙花一现的潮流或几年后就会被人遗忘的流行语。它将在不久的将来迅速发展，为部署新型先进制造技术的远程管理智能工厂铺平道路。而迈向这一目标的第一步，便是制造商开始为其先进制造计划的落地生根建立基础设施。