先进制造技术与数字化制造
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50年代末，世界各国制造业普遍面临着日益激烈的全球化市场竞争，为取得竞争优势，纷纷开展先进制造技术的研究，提出了一系列新概念和新方法，如：虚拟制造、敏捷制造、智能制造、合弄制造、可重组制造等。一方面这反映出制造技术的重要性，另一方而也反映出制造业和制造技术所面临的结构性问题及其所带来的挑战。在工业社会迈向信息社会时，以制造业为代表的第一产业有着不可替代的基础重要性，但制造业和制造技术本身不再是一个领头的工业和技术，有必要审视21世纪的制造业的需求及其技术的发展趋势。
一、制造技术的发展趋势
21世纪制造技术的发展将随着市场的全球化、竞争的激烈化、需求的个性化、生产的人性化而体现出制造技术的信息化、科学化和服务化的发展趋势。
1 信息化
信息化是下一世纪制造技术发展的生长点。21世纪将是信息的时代，信息科学技术是信息的生产、采集、存贮、变换、传递、处理及广泛利用的新兴科技领域。以1946年第一台计算机诞生及50年代集成电路的发明为开端，在40多年间，信息技术已成为科技发展史上最辉煌、发展最迅速的技术，信息技术将给21世纪经济和社会发展带来苹命性变化，将成为经济社会中最重要的资源和竞争要素。制造业从50年代数控机床的发明，标志着机械制造业向着信息化走出了第一步，随后制造信息化沿着三个方面推进，一是现场生产方而，如：NC/CNC/DNC/PLC/FMS/AC等；一是产品和工艺设计方面，如APT/CAD/CAM/CAE等；三是生产管理和集成方面，如MRPII/PDM/ERP/CIMS等。可以说信息技术改变了当代制造业的面貌。
目前，计算机和网络已成为制造业企业的基础环境和重要手段，1997年统计，世界500强企业无一例外地建立了内部网；美国波音公司利用CAD技术和Internet技术实现了第一架异地合作设计的、无图纸化飞机；日本公司实现了通过网上生产线仿真系统，客户可以定量地分析所订购的生产线组成、价格、性能的不同方案。制造业在知识经济到来时呈现明显的信息化趋势，可以说信息技术在促进当代制造业发展过程中的作用是第一位的，信息技术将在更深层次上渗透和改造传统制造业。
2 科学化
科学化既是“知识经济”时代对制造技术的要求，也是制造技术发展的必然。“知识经济”是当今世界经济的新趋势，与农业经济和工业经济不同，知识经济是以知识为基础的经济，即人力资本和技术中的知识是经济发展的核心，未来经济的发展主要依赖知识和技术的推动。知识经济有三大特征：1)在健全的信息网络下以信息流为主导的经济；2)以科技知识和人才教育作为两大支柱的经济；3)开放合作和可持续发展的经济。制造科学化的趋势从90年代初就己显现出来，美国机械工程学会有关制造的期刊和年会均更名为制造科学与工程，美国在1995年开始的下一代制造(NGM)项目中也有多个方面涉及制造知识化，如在NGM报告中提出在快速改变的环境中需要越来越多的基础制造知识，而这种知识仅靠经验的积累和传递是不够的，未来的制造需要科学化的制造知识。
3 服务化
服务化是下一世纪制造业发展的新模式。今天的制造业正在向服务业演变，工业经济时代的以产品为中心的大批量生产正在转向以顾客为中心的单件小批或大规模定制生产，快速交货正在超越质量和成本成为企业竞争的第一要素，网上制造服务风起云涌，所有这一切都显示了制造业的服务化趋势，这是工业经济迈向知识经济的必然。NGM项目报告中对未来企业的描述形象地展示了这样一个趋势：“为了面对严酷的全球竞争，公司将不得不全球分布，用网络将工厂、供应商、销售商和服务中心连接起来，而中小企业即使它们的厂房没有跨出国界，但当它们作为全球网络的集成部分时，它们将受到这个全球化网络的影响。这个全球网络化的企业会是柔性的和快速响应的，而不管企业坐落在哪一个国家，而且有着不同的文化、语言和时区，它们必须适应不同的价值观、金融系统和政府法令，它们通过网络连接全球分布的工厂和经销商，为全球顾客提供每大24小时、每周7大的服务。”
二、数字化制造
数字化制造是席卷全球的数字化浪潮中的关键环节，它的本质是支持信息化或知识化制造业的技术。如果从知识的产生、传播和应用的角度看，数字化制造的第一个层次是知识化，即制造科学。没有对制造的科学理解，就无法形成有关制造的科学知识，不能将制造计算机化，也谈不上制造的数字化；数字化制造的第二个层次是网络化，网络作为一种新兴的传播媒介，正在或己经改变着世界，通过网络，制造知识会更快和有效地传播，从而推动制造进入信息高速公路；数字化制造的第二个层次是可视化，友好的人机界面促进了制造知识的使用。
目前各国己经提出了许多光驱性的概念和理论，包括敏捷制造、网络化设计与制造、虚拟制造、计算制造、计算机集成制造等。这此理论与数字化制造均存在相异之处。
1 网络化设计与制造
90年代美国提出敏捷制造作为下一世纪制造发展战略，并在此领域进行大量的研究。主要包括：
①基于网络的快速制造。美国国家自然社学基金投资的二个敏捷制造研究院项目，一个是设在UlUC的机床敏捷制造研究院，其研究重点是展示软件测试平台和基于网络的开发中心；另一个是设在Texas大学的航空敏捷制造研究院，其研究重点是供应商集成(生产计划系统)和装配工具快速设计和制成(CAD/CAPP/CAM)；第三个是设在Resselaer理工学院的敏捷制造研究院，研究重是分布的电子制造(Multipath Agility)和实现7天PCB生产。
②美国能源部则投资设立敏捷制造使能技术项目，展习、快速的顾客驱动的制造。
③敏捷企业信息基础结构，为国家工业信息基础结构协议项目。该项目的目标是建立国家支持的统一跨企业协作环境与协议。
④敏捷制造信息基础结构项目，其焦点是网络与应用服务，实现对网上公共的和分布的分析和设计工具库的安全、有效和可靠的访问。
在国内，也有许多学者提出相关的概念，如西安交通大学提出的“现代设计与产品开发网络”的思想。与数字化制造相比，其相同点为网络化制造，其不同点在于它强调的是信息，数字化制造则强调的是知识。
2 虚拟制造
这是一个在90年代初由美国军方首先提出的概念，简单地说虚拟制造就是借助于快速发展的高性能计算技术和计算机图形图象技术，对企业的全部生产经营活动进行建模，在真实制造实现之前，实现计算机上的产品设计、加工制造、计划制定、生产调度、经营管理、成本财务管理、质量管理以及市场营销等。虚拟制造的概念得到了学术界的广泛认可，美国、欧洲、日本和我国的研究者己开展了大量的研究。与数字化制造相比，虚拟制造首先强调仿真，强调可视化技术的运用。
3 计算制造
由华中理工大学提出，是指利用计算机对制造过程和制造系统进行形式化建模、仿真、推理和运算，使各种现代数学理论与数学方法在计算制造中获得广泛而有效的应用。其核心内容是解决制造过程中的各种计算问题及其复杂性分析。
4 计算机集成制造
此概念提出较早，在我国经过多年的863/CIMS的攻关，有着大量成功的应用经验，不论是信息集成、过程集成、企业集成还是跨企业集成，计算机集成制造的核心是集成。
5 数字化制造
数字化制造继承了上述一此概念，但又不同于上述概念，精确地为数字化制造定义还需要更多的探索。我们认为，数字化制造首先是一种技术，它是将现代信息技术(如网络技术、图形技术等)与制造科学技术在更深的层次上结合产生的交叉学科技术，这些技术构成数字化制造的使能技术群，如：制造过程的建模与仿真、网络化敏捷制造、数字化样机技术、开放式控制器等。
数字化制造还是一种方法，因为数字化对制造的冲击就象其对我们生活的冲击，不仅仅是生产工具方面的，而且是生产方式方面的，如：在制造过程仿真领域，一方面是大量文章提出的各种各样的模型，另一方面我们却因很难借用别人的模型而不得不在同一水平研制自己的模型，大量地重复量变却很难有质变，而网络化突破了这种极限，改变我们研究的方式，通过网络我们可以方便地共享，从而更快地从模型数量上的变化变成模型质量上的变化。
一个软件业例子是LINUX操作系统，当大量的资金和人力投入新的操作系统软件，尝试改变Mi-crosoft公司的Windows操作系统的垄断地位而不能成功时，几位大学生在网上却研制出了LINUX，其原因在于网络将世界各地的爱好者连接在一起，每人贡献一部分工作，从而迅速由一种量变(代码数量上的变化)变成质变(高质量的操作系统)，这在以前是不可能的。数字化将改变制造业的面貌，深刻地改变着与制造有关的各种生产力方式。从更高层次上，数字化制造是一种理念，是一种符合当代数字化革命的新的制造模式、方法和技术。
三、数字化制造的几个关键技术
1 制造过程的建模与仿真
制造过程的建模与仿真是在一台计算机上用解析或数值的办法表达或建模制造过程，建模通常基于制造工艺本身的物理和化学知识，并为实验所验证。今天，仿真与建模己成为推进制造过程设计、优化和控制的有效手段，并已有一些成功运用的例子，如：喷气引擎部件的“高温锻制”，在开发和设计制造工艺时，仿真开始代替全规模的工艺实验，使得花费的时间与成本大大降低，航空叶片零件的加工前仿真，使叶片零件的制造质量和效率得以大大提高。仿真和建模最重要的工作是优化工艺参数来确保用最高的质量价格比制造符合设计要求的零件。
美国国家研究委员会(National Research Council )的战略报告中将建模与仿真技术作为六项最重要的关键技术，“下一代的制造(NGM)”报告中也将建模与仿真作为下一代制造技术的下个发展的重点之一。
在下一世纪的制造中，建模与仿真技术将不仅是一种支持技术，而且成为企业运行的一种新方法，使得虚拟生产成为现实。所有的生产决策都将基于建模与仿真工具而不是试制测试方法，建模与仿真工具将不再只是技术人员的领域，而成为企业中从产品实现到生产和商务过程各个环节的工具。
建模与仿真方法的优点是减少硬件原型，提高新产品的上市速度，有效优化产品与生产，与试制测试方法相比降低了资源消耗与成本。
建模与仿真方法的关键技术包括建立国家模型库、改进建模与仿真工具界面，发展制造工程物理学模型、发展模型集成方法与标准、发展混合模型技术等，其中基本单元工艺和装备的模型是研究的基础。
2 网络化敏捷设计与制造
利用快速发展的网络技术，改善企业对市场的响应性。在这项技术上美国企业己经开始应用并取得了明显的效益。我国企业向国际接轨就必须在此领域开展研究，尽快掌握和赶上。
网络化敏捷设计与制造重点发展领域应包括：敏捷信息基础结构(合作企业模型，中国企业信息基础结构及其标准，跨企业的敏捷设计与制造的信息基础结构及其集成方法，基于供应商的设计与制造，面向设计的合作支持技术，跨企业合作管理技术)和使能技术(敏捷产品设计技术，敏捷工艺设计技术，基于网络的研究开发，敏捷生产技术)。
3 虚拟产品开发
虚拟产品开发有四个核心要素：数字化产品和过程模型(一个在真实产品实现之前存在的数字化模型)、产品信息管理(关联的数字化模型要求管理并行设计与分析，供应伙伴通讯和顾客评价)、高性能计算与通讯(使得分布在不同地点的人们能够及时获得各种信息)和组织/管理改变(组织和管理的改变使之适应数字化开发方式)。
己有一些企业成功应用，如：Boeing公司、Ford公司等。重点发展领域包括：数字化主模型技术、跨企业的产品管理方法和工具、可视化技术等。
本篇文章的结论是：数字化制造是席卷全球的数字化浪潮中的重要一环，其本质是支持信息化或知识化制造业的技术。数字化制造就是要大力发展制造科学基础，充分运用当代信息技术，发展符合下一世纪制造业发展趋势的制造技术。