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中国先进制造技术2030年路线图
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制造业在中国工业化进程中始终办演了相当重要的角色,未来二十年,中国制造业的发展和提升仍将成为国民经济的重要推动力。一直以来“大而不强”的中国制造业已经站在了转型升级的关键时刻,如何促进“中国制造”向“中国创新”转变,加速发展先进制造技术刻不容缓。

    日前《中国先进制造技术2030年路线图》正式公布,将先进制造技术划分为11个技术领域,其中产品设计、成形制造、智能制造、精密制造、微纳制造、再制造及仿生制造六个技术领域是机械工程技术中的基础共性技术领域。《路线图》中对未来20年机械工程技术的发展进行了预测和展望,明确、清晰的发展路径。

    先进制造七大技术领域发展前瞻

    1.产品设计技术

    产品设计包括创新设计、生态化设计、智能设计、保质设计、组合化/系列化设计、文化与情感创意设计。未来的产品应具有更加多样化、个性化、精细化和超常化的功能与性能;更高的效能比和性价比,更快的市场响应速度;更优的生态性,更丰富的文化内涵和情感表达;并可通过分布、并行和协同的途径实现高效、优质的产品研发。

    《路线图》预计到2020年,我国将基本掌握大部分重大机电装备系统及其核心零部件的设计技术,通用的现代设计技术将在大型企业得到推广应用。到2030年,我国将基本掌握微电子、光电子和微机械的核心设计技术,自主研发的设计工具软件将得到广泛应用,我国将在机电装备设计和制造领域进入世界先进行列。

    2.成形制造技术

    成形制造技术是机械制造业的重要基础技术,是国防现代化的重要支撑技术,也是一种可持续发展的技术。它包括制造技术、塑性成形技术、焊接技术、热处理与表面改性技术、粉末冶金成形技术和增量制造技术。实现成形制造的绿色、高效、精密,对提高制造业产品质量与竞争力、发展国防以及航空航天事业有着重要作用。

    预计到2030年,我国将可满足汽车、大飞机等制造对铝、镁、钛合金成型件的需求,生产技术达到世界先进水平。同时,发展新型绿色成型制造技术,能耗和废弃物排放水平达到发达国家的先进水平。提升自动化水平,实现成型过程智能化。

    3.智能制造技术

    世界经济已从设备、资本等要素竞争转向科学技术竞争,科学技术正逐步成为生产力中最活跃、最重要的因素和经济社会发展的主要驱动力。以知识为核心的智能制造正成为制造技术的重要发展方向,是提高企业创新能力和竞争力的一项重要智能技术。

    先进制造技术体系将只能制造技术分为智能制造装备、智能制造系统、智能制造服务三个方面。从智能制造装备而言,预计到2020年,我国将初步在智能感知、学习、推理、决策、执行等方面掌握一批技术,形成一批产品。到2030年,开发应用即插即用的技术和系统,并生产出具有学习、推理、自律功能的装备。在智能制造系统方面,到2030年,可重构、自组织、协调优化的智能制造系统得到应用。而在智能制造服务方面掌握制造物联网技术,形成制造物联网。

    4.精密制造技术

    精密、超精密加工技术在许多重要产业的产品制造中至关重要,精度越高,产品的质量越高、寿命越长、耗能越小,对环境越友好。不断提高产品和生产母机的精,是我国从制造大国向制造强国转变的关键技术和重要指标。

    未来二十年精密与超精密制造技术的发展也将努力实现三步走。在精密与超精密制造装备技术方面,从熟练掌握亚微米级超精密加工技术,到掌握深亚微米级超精密加工技术(<0.3μm),直至逐步掌握纳米级超精密加工技术(1-99nm)。在精密与超精密制造工具技术上,从逐步发展金刚石刀具及砂轮特种加工工具技术,到原子级去除加工技术,到纳米制造技术、智能化超精密制造技术。在精密与超精密测量技术与仪器方面,通过发展复杂曲面零件加工原位测量技术,到面向高精度制造过程的测量信仪器技术,直到实现设计加工测量一体化的高精度智能制造平台技术。在精密与超精密加工工艺技术方面,到2030年实现晶体材料的超精密加工工艺。

    5.微纳制造技术

    微纳器件及系统因其微型化、批量化、成本低的鲜明特点,为相关传统产业升级、实现跨越式发展提供了机遇,成为全世界增长最快的产业之一。石化、汽车、通讯等产业升级,物联网、环境与安全、医疗与健康、新能源技术等新兴产业的发展,对微纳制造技术、微纳器件与系统提出来明确且迫切的需求。

    到2020年,微纳制造将首先在设计工具、可靠性评价,为系统加工装备,微纳操作系统、萎靡尺度装配装备,高空间分辨图谱显微层析成像、检测技术与装备等方面取得进展,并逐步应用于汽车电子与消费电子、汽车传感器、太阳能电池、新型信息与光电子器件、重大疾病检测微系统等。到2030年,我国将掌握更多微纳制造技术,如:多材料、跨尺度、集成设计工具,多材料微纳集成制造装备,一体化的微纳操作、装配与封装装备,原子/分子分辨率纳米表征测试技术与装备,并在批量化MEMS(MicroElectroMechanicalSystems微机电系统)器件、人造MEMS器官(如:视觉假体、人工耳蜗)、医用微机器人等方面应用和取得突破。

    6.仿生制造技术

    仿生制造技术是制造科技与生命科技的交叉,是现代制造的新领域。仿生制造产品具有惊人的效果和作用。随着我国经济和社会的发展,人民对生活质量改善的需求日趋增加。仿生器具、仿生表面、仿生设备、假体、组织器官等仿生制造技术及产品具有广阔的市场前景。

    通过大力发展仿生机构与系统制造、仿生性表面放生制造、生物组织与器官制造、生物加工成形制造四大技术领域,预计到2030年,仿生航行器、仿生机器人、假肢等高性能智能仿生器具及装备,复杂、多功能、多性能智能表面仿生产品,人工眼、肝脏等复杂组织器官,减阻、吸波等智能蒙皮生物及材料及产品将多大生产和应用。

    7.再制造技术

    由于资源与环境制约的压力加大,报废机械装备的数量急速增长,对再制造技术提出了迫切的要求,大型贵重机械装备与零部件的再制造已成为现实的需求,再制造产业的发展也提到日程上。再制造产品在产品功能、技术性能、绿色性、经济性等方面不低于原型新品,其成本仅是新品的约50%,可实现节能60%、节材70%,对环境的不良影响显著降低。

    未来十到二十年,我国将通过大力发展在制造拆卸与清洗技术、再制造损伤检测与寿命评估技术、再制造成形与加工技术、再制造系统规划设计技术来满足日益激增的再制造需求,以实现资源再利用及可持续发展。
预计到2020年,实现能源装备、高端数控机床、动力机械等大型制造装备领域的产品及其零部件的再制造,形成规模化的再制造产业群。到2030年,实现飞机、船舶、高速铁路等高端交通运输装备及零部件的再制造,医疗、家用与办公等电子设备的再制造,以及汽轮机等复杂贵重设备及零部件的再制造。

    未来之路:绿色、智能、融合、服务、超常

    概括而言,中国先进制造业未来的发展方向将是:绿色、智能、融合、服务、超常。

    “绿色”理念将充分体现于产品设计、制造工艺、材料应用、包装运输、处理回收多个方面,并使产品本身节能、节水,对环境友好。“智能”不仅指生产出智能化的产品,也包括在生产制造过程中运用智能制造装备、智能制造系统及智能制造服务。“融合”,即先进制造业将成为不同学科,多种工序和多种工艺,不同技术,各种新材料的应用,单元、系统、流程相集成,甚至是不同文化相融合的制造业。“服务”则预示产品的增值服务将由“前半生”到扩展至“全生命周期”,由局域到全球,由离线到在线,由被动到主动。同时,生产性制造也将向服务性制造转变,由产品到产品与服务的融合,有制造为主体到解决方案为主体,又满足功能要求到实现价值。“超常”则体现在巨系统制造、微纳制造、超常环境制造、超精密、超常成性工艺等技术上去的长足进展。

 

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