真の高度な製造技術とは何かという疑問に答える記事です。

先進的な製造技術は、国の科学技術の発展レベルを示す重要な指標であるだけでなく、国際的な科学技術競争の焦点でもあります。我が国は工業化経済発展の重要な時期にあり、製造技術は我が国の弱点です。先進的な製造技術の発展という世界の潮流に遅れずについていき、それを戦略的に重視し、十分な力で実行してこそ、国有企業改革をさらに推進し、強力な企業集団の設立を促進することができる。技術革新を推進し、大企業に技術開発センターを早期に設立するよう促し、広く人材を誘致し、主要な技術革新プロジェクトにおいて産学研の融合を実現することによってのみ、先進国との差を早期に縮め、激しい市場競争で無敵の地位を維持することができる。この記事では、我が国の先進製造技術の意味、特徴、発展状況、動向について詳しく紹介します。
1. 先進製造技術の意味と特徴

1.1 意味
先進製造技術（AMT）は、人を主体とし、コンピュータ技術を柱とし、総合的な利益の向上を目指す技術です。伝統的な製造業における機械、情報、材料、エネルギー、環境保護などのハイテクと現代システム管理技術の最新の成果を継続的に吸収し、製品の開発と設計、製造、テスト、管理、アフターサービスの全製造プロセスに包括的に適用し、高品質、高効率、低消費、クリーンで機敏な製造を実現し、理想的な技術的および経済的成果を達成する最先端の製造技術の総称です。

1.2 先進製造技術の特徴
1) 産業応用技術
先進的な製造技術は、製造プロセスそのものに限定されず、市場調査、製品開発とプロセス設計、生産準備、加工製造、アフターサービスに至るまで、製品ライフサイクルのすべての内容を包含し、それらを有機的に統合します。
2) 生産工程を制御するシステム工学である
先進的な製造技術は、製品の設計、製造、生産の組織と管理、販売、アフターサービスにおいて、コンピュータ技術、情報技術、センサー技術、自動化技術、新素材技術、最新のシステム管理技術の応用に特に重点を置いています。さまざまなハイテク成果を継続的に吸収し、伝統的な製造技術と組み合わせることで、製造技術を生産プロセスの材料の流れ、エネルギーの流れ、情報の流れを制御できる体系的なエンジニアリングにする必要があります。
3) グローバル競争のための技術である
グローバル市場の形成に伴い、市場競争はますます激しくなり、この激しい市場競争に適応するために高度な製造技術が登場しました。したがって、国の先進的な製造技術は世界最先端のレベルに達し、世界市場におけるその国の製造業の競争力を支えることができるものでなければなりません。

2 先進製造技術の構成
製造技術の継続的な最適化と革新により、時代の要求に適応し、競争力を向上させるために、高度な製造技術が形成されています。それは相対的かつ動的な概念です。発展レベルが異なる国々や、同じ国でも発展段階が異なる国々では、技術的な意味合いや構成が異なります。現在、さまざまな国が習得している製造技術は、複数の分野にまたがり有機的な全体を形成している 4 つの研究分野に分けることができます。

2.1 現代のデザイン技術
1) コンピュータ支援設計技術
含まれるもの：有限要素法、最適化設計、コンピュータ支援設計技術、ファジーインテリジェントCADなど。
2) 優れた性能設計のための基礎技術<br /> 含む：
信頼性設計;
安全設計;
動的解析と設計;
骨折デザイン;
疲労設計;
耐腐食設計。
摩擦を低減し、耐摩耗性に優れた設計。
テストベースの設計。
人間工学に基づいたデザインなど

3) 競争優位性創出技術<br /> 含む：
クイックレスポンス設計。
インテリジェントデザイン。
シミュレーションと仮想設計。
工業デザイン;
価値エンジニアリング設計。
モジュラー設計。

4) ライフサイクル全体の設計
含む：
同時設計。
製造のための設計。
完全なライフサイクル設計。

5) 持続可能な開発製品設計には、主にグリーンデザインが含まれます。

6) 設計テスト技術
含む：
製品信頼性テスト;
製品の環境性能テストと管理。

2.2 先進製造技術
1) 精密クリーン鋳造プロセス。
2) 正確かつ効率的なプラスチック成形プロセス。
3) 高品質かつ効率的な溶接・切断技術
4) 高品質、低効率、クリーンな熱処理技術
5）高効率・高精度加工技術
6) 新しい材料成形および加工技術
7) 現代の特殊加工技術
8) 高品質クリーン表面エンジニアリングのための新技術
9) 迅速な金型製造技術
10) 仮想製造成形加工技術。

2.3 自動化技術
1) CNC技術
2) 産業用ロボット
3) フレキシブル生産システム（FMS）
4) コンピュータ統合製造システム（CIMS）
5) センシング技術
6) 自動検出および信号認識技術
7) プロセス機器の状態監視と制御。

2.4 システム管理技術
1) 先進的な製造生産モデル
2) 統合管理技術
3) 生産組織方法

3. 国内外の先進製造技術の現状
3.1 海外の先進製造技術の現状<br /> 製造自動化の発展に関しては、先進国の機械製造技術はかなりのレベルに達しており、機械製造システムの自動化を実現しています。製品設計では、一般的にコンピュータ支援設計（CAD）、コンピュータ支援製品エンジニアリング（CAE）、コンピュータシミュレーションが採用されています。企業管理では、科学的かつ標準化された管理方法と手段が採用されています。加工技術の面では、マシニングセンター（またはCNC技術）、無人搬送車（AGV）などの普及を含む基本的な自動化も実現されています。これに基づいて製造システムの自動化レベルをさらに向上させても、会社の TQCS (T - 製品納期の短縮または新製品の早期市場投入、Q - 製品品質の向上、C - 製品コストの削減、S - サービスレベルの向上) の向上に大きな効果はなくなります。そのため、過去10年ほどの間に、先進国は主に新しい製造コンセプトで製造システムの自動化からの脱却を模索し、コンピューター統合製造システム、インテリジェント製造システム、アジャイル製造、コンカレントエンジニアリングなど、一連の新しい製造システムを提案してきました。

1) コンピュータ統合生産システム
自動化技術、情報技術、製造技術を基盤として、製造工場のあらゆる生産活動に関わる各種分散型自動化システムをコンピュータとソフトウェアで有機的に統合し、多品種・小中量バッチ生産に適した総合的に高効率・高柔軟性な製造システムです。コンピュータ統合生産システムの概念は、主に 2 つの点を重視しています。まず、機能の面では、工場のすべての生産および運営活動、つまり市場予測、製品設計、加工技術、製造、管理からアフターサービス、スクラップ処理までのすべての活動が含まれます。そのため、従来のファクトリーオートメーションよりもはるかに広い範囲を持ち、複雑で大規模なシステムであり、ファクトリーオートメーションの発展方向です。第二に、統合の点では、それに伴う自動化は、工場のさまざまなリンクにおける自動化の単純な重ね合わせではなく、コンピュータネットワークと分散データベースによってサポートされる有機的な統合です。この統合は主に情報と機能を特徴とする技術統合、つまり情報統合と機能統合に反映され、製品開発サイクルの短縮、品質の向上、コストの削減を実現します。

2) インテリジェント製造システム
エキスパートシステム、ファジー推論、人工ニューラルネットワークなどの人工知能技術を製造システムに適用し、複雑な意思決定の問題を解決し、製造システムのレベルと実用性を向上させることを指します。人工知能の役割は、熟練労働者の技能を代替し、工学技術者の実践経験と知識を学習し、それらを活用して生産における実際の問題を解決することで、労働者と工学技術者が長年にわたり蓄積してきた豊富で貴重な実践経験を保存し、実際の生産において長期的な役割を果たすことです。

3) コンカレントエンジニアリング
同時エンジニアリングまたはコンカレントエンジニアリングとも呼ばれ、従来の製品連続開発プロセス「（要件分析 - 概念設計 - 詳細設計 - プロセス設計 - 製造 - テストと検査 - 設計修正）」向けに提案された概念、哲学、方法であり、製品設計から製造までの連続生産モデルとも呼ばれます。

4) アジャイル製造
アジャイル製造、ラピッド製造、フレキシブル製造とも呼ばれるこの技術は、柔軟な生産技術、熟練した生産スキル、知識豊富な労働力を、企業内および企業間の協力を促進する柔軟な管理と統合し、確立された共通インフラストラクチャを通じて、急速に変化する、または予期しない消費者の需要や市場機会に迅速に対応します。市場への迅速な対応はアジャイル製造の核心です。

3.2 国内先進製造技術の現状

数十年にわたる努力の結果、我が国の設備製造業はかなりの規模に成長し、豊富な技術と経験を蓄積してきました。しかし、経済のグローバル化の発展に伴い、わが国の巨大な市場と豊富な労働力資源により、大量の外国の技術、資本、製品が中国に流入し、企業は国内外でかつてないほどの激しい競争に直面しています。競争では、企業は製品を迅速に更新し、高品質の製品を低価格で提供し、タイムリーに納品し、優れたサービスを提供することが求められます。近年、我が国の製造業は先進的な製造技術を継続的に導入していますが、工業先進国と比較すると、依然として段階的に全体的な格差が残っています。

1) 経営システム
工業先進国では国有企業の割合は比較的小さく、大部分の企業は標準化された株式会社です。わが国の企業総数に占める国有企業の比率は高く、設備製造業には根本的な問題があります。製造業の一人当たり労働生産性は先進国に大きく遅れをとっており、業界の主要な技術は海外に依存しており、国有企業改革の深化には程遠く、企業の集中度は低く、大型基幹企業が少なく、大型基幹企業を囲む中小企業の集団はまだ形成されていません。

2) 経営管理
先進工業国では、コンピュータ管理が広く採用され、組織・管理システムや生産モデルの更新と開発が重視され、ジャストインタイム生産（JIT）、アジャイル製造（AM）、リーン生産方式（LP）、コンカレントエンジニアリング（CE）などの新しい管理思想や技術が導入されています。わが国では、コンピューター支援管理を部分的に導入している大企業はごくわずかで、中小企業の多くは、いまだに経験に基づく管理の段階にあります。

3) 製品開発・設計
工業先進国では、設計データやガイドラインが常に更新され、新しい設計手法が採用され、コンピュータ支援設計技術（CAD/CAM）が広く使用され、大企業では図面なしで設計・生産が行われるようになっています。私の国では CAD/CAM 技術の導入割合が比較的低いです。応用技術と技術統合の能力はまだ比較的低く、関連する技術仕様と標準の研究と策定は比較的遅れています。

4) 加工・製造技術
工業先進国では、高精度加工、微細加工、マイクロ加工、マイクロマシンとミクロン/ナノテクノロジー、レーザー加工技術、電磁気加工技術、超塑性加工技術、複合加工技術などの新しい加工方法が広く採用されています。わが国における普及率は高くなく、まだ発展と学習の段階にあります。例えば、高出力高速スピンドルユニット、高加減速リニアフィードモーター、セラミック転がり軸受など、高速・超高速加工の重点分野では、全体的なレベルが依然として海外に大きく遅れをとっています。また、超精密加工の効率、精度、信頼性、特に仕様（大型）と技術サポートの面で、海外と比べると依然として大きな差があります。

5) 加工工作機械と自動化技術
工業先進国では、一般的に CNC 工作機械、マシニングセンター、フレキシブル製造セル (FMC)、フレキシブル製造システム (FMS)、コンピューター統合製造システム (CIMS) が使用され、柔軟な自動化、知識インテリジェンス、統合が実現されています。私の国では、まだ単一機械自動化と固定自動化の段階にあり、柔軟な製造ユニットとシステムは少数の企業でのみ使用されています。アメリカ、ドイツ、日本などの工作機械先進国と比較すると、我が国のCNC工作機械製品は、設計レベル、品質、精度、性能に大きな差があります。一般的に言えば、わが国のCNC工作機械は海外の先進国に比べて5～10年遅れており、ハイテクの面では10～15年の差があります。先進的なCNCシステム、高速精密スピンドルユニット、高速転造部品、CNC電動工具ホルダーなどのコア部品に関しては、我が国ではまだ国産化できず、主に輸入に頼っています。

先進製造技術の4つの開発動向
近年、コンピュータ統合製造システム（CIMS）、仮想製造（VM）、インテリジェント製造（IM）、グリーン製造（GM）など、製造工学の分野では新技術が雨後の筍のように登場しています。これらの新技術の出現と応用が、先進製造業の将来の発展方向を決定します。先進製造技術の開発動向と特徴は以下のとおりです。

4.1 「数」は発展の核心である
「数」は製造現場のデジタル化を指します。これには、設計中心のデジタル製造、制御中心のデジタル製造、管理中心のデジタル製造が含まれます。デジタル製造設備の場合、その制御パラメータはすべてデジタル信号です。デジタル製造企業の場合、さまざまな情報（グラフィック、データ、知識、スキルなど）がデジタル形式でネットワークを介して企業内に伝送されます。さまざまなデジタル技術のサポートにより、企業は製品情報、プロセス情報、リソース情報を分析、計画、再編成し、製品設計と製品機能のシミュレーションを実現し、処理プロセスと生産組織プロセスをシミュレーションしたり、プロトタイプ製造を完了したりすることで、生産プロセスの迅速な再編成と市場への迅速な対応を実現します。グローバルな製造業にとって、デジタル製造環境においては、ユーザーがインターネットを通じて情報を公開し、さまざまな企業がインターネットを通じた電子商取引を利用して互いの強みを補完し、ダイナミックな提携を形成し、迅速に協力して対応する製品を設計・製造します。

4.2 「精度」が開発の鍵

「精度」とは、加工精度とその発達を指します。 20 世紀初頭には超精密加工の誤差は 10 μm、1970 年代から 1980 年代には 0.01 μm でしたが、現在では 0.001 μm、つまり 1 nm しかありません。湾岸戦争、コソボ戦争からアフガニスタン戦争、イラク戦争に至るまで、武器の命中率はますます高くなっていることがわかります。その本質は、武器がますます「精密」になっていることです。鍵は「精密」な戦争を戦うことだとも言えます。現代の精密機械では、精度に対する要求が極めて高くなっています。例えば、人工衛星の計器ベアリングの真円度、円筒度、表面粗さはすべてナノメートルレベルに達します。遺伝子操作機械の移動距離はナノメートルレベルで、移動精度は0.1nmです。マイクロマシニングとナノマシニング技術は、ナノメートル以下の要求を満たすことができます。走査トンネル顕微鏡と原子間力顕微鏡の助けを借りて処理すると、精度は0.1nmに達することができます。マイクロエレクトロニクスチップの製造に関しては、いわゆる「3つのスーパー」があります。
1) 超クリーン加工工場内の粉塵粒子の直径は1μm未満、粒子数は0.1/inch3未満です。
2) 超高純度チップ材料の有害不純物含有量は1/109未満でなければならない。
3) 超精密加工精度はナノメートルレベルに達します。当然のことながら、高度な製造技術がなければ、高度な電子技術や機器は存在しないでしょう。また、高度な電子技術や情報技術がなければ、高度な製造機器も存在しないでしょう。高度な製造技術と高度な情報技術は相互に浸透し、支え合い、密接に融合しています。

4.3 「極限」が開発の焦点です。「極限」とは極端な条件を意味し、特別な製品を生産するための製造技術を指し、「極限」の要件を満たす必要があります。例えば、高温、高圧、高湿度、強い衝撃、強い磁場、強い腐食などの条件下で作動する製品、高硬度、高弾性などの特性を持つ製品、極端に大きい、極端に小さい、極端に厚い、極端に薄い、異形などの製品はすべて特殊需要製品です。「マイクロ電気機械システム」もその一つです。これは先進工業国が注目している最先端技術、いわゆるマイクロシステム・マイクロ製造技術です。マイクロ電気機械システムは幅広い用途に使用されています。情報分野では分子ストレージ、原子ストレージ、チップ処理装置などに使用され、生命分野ではクローン技術、遺伝子オペレーティングシステム、タンパク質追跡システム、小型生理器官処理技術、分子コンポーネントアセンブリ技術などに使用され、軍事兵器では精密誘導技術、精密打撃技術、マイクロ慣性プラットフォーム、マイクロ光学機器などに使用され、航空宇宙分野ではマイクロ航空機、マイクロ衛星、「ナノ」衛星（0.1kg以内）に使用され、マイクロロボット分野では、各種医療手術、パイプラインでの操作、盗聴および情報収集などに使用され、さらに、マイクロ試験機器、マイクロセンサー、マイクロ顕微鏡、マイクロ温度計、マイクロ計測器などにも使用されています。「MEMS」は、特殊な動作や機能を実現し、さらにはミクロの世界とマクロの世界の間で通信も可能であり、その意義は計り知れません。

4.4 「自己」は発展の条件である
「Zi」は自動化を意味します。それは人間の労働を削減、強化、拡張、または置き換える技術または手段です。自動化は常に関連する機械やツールによって実現されます。機械は自動化技術の担い手を含め、あらゆる技術の担い手であると言えます。第一次産業革命では、機械化という形で自動化が使用され、人間の肉体労働が削減、拡大、または置き換えられました。第二次産業革命である電化により、自動化の発展がさらに促進されました。統計によると、1870年から1980年にかけて、加工工程の効率は20倍に増加し、つまり肉体労働は効果的に解放されましたが、管理効率は1.8～2.2倍にしか増加せず、設計効率は1.2倍にしか増加せず、精神労働は効果的に解放されるにはほど遠いことがわかります。情報化、コンピュータ化、ネットワーク化は人々の身体を大きく解放するだけでなく、人々の精神労働レベルを効果的に向上させることもできます。今日の自動化の意味合いとレベルは、過去とは大きく異なります。制御理論、制御技術から制御システム、制御コンポーネントなどに至るまで、大きな発展がありました。自動化は、高度な製造技術の開発の前提条件となっています。 4.5 「コレクション」は開発手法です。「コレクション」とは統合を意味します。現在、「コレクション」とは主に以下の3つの側面を指します。
1) 現代技術の統合メカトロニクスはハイテク機器の代表的な例であり、その基礎です。
2) 加工技術の統合：レーザー加工、高エネルギービーム加工、電気加工などの特殊な加工技術とその設備が代表的です。
3) 企業統合とは、生産情報、機能、プロセスの統合、企業の内部と外部の統合を含む管理統合を指します。長期的には、バイオテクノロジーと製造技術を組み合わせた「マイクロ製造生物学的手法」、いわゆる「バイオ製造」も注目すべき点です。その根拠は、生物は一般的な製造技術のように外部から材料を加えたり減らしたりすることで形成されるのではなく、内部から成長する「装置」であるということです。これは、その影響が計り知れない、新しくダイナミックな分野です。

4.6 「インターネット」は発展への道
「ネット」はネットワークを意味します。製造技術のネットワーク化こそが、高度な製造技術を開発する唯一の方法です。製造業は、調達コストの上昇、製品の更新の迅速化、市場需要の変化、グローバル化の影響の深刻化など、市場競争においてさまざまな側面からの圧力に直面しています。企業がこうした一連の問題を回避したいのであれば、生産組織に根本的な変革を実施し、従来の「小型完全」や「大型完全」の「日没技術」を放棄し、最も競争力のあるコアビジネスに力を集中する必要があります。科学技術、特にコンピュータ技術とネットワーク技術の発展により、この変化が可能になりました。製造技術のネットワーク化は、地理的に分散し、組織的に平等かつ独立した複数の企業によって形成される仮想製造組織という新しい製造モデルにつながり、交渉と協議に基づいて緊密な協力関係を確立し、動的な「仮想企業」または「動的な企業連合」を形成します。このとき、各企業はコアビジネスに専念し、互いの長所を補完し、動的な組み合わせと共有によるリソースの最適化を実現します。

4.7 「知性」は発展の展望である
「スマート」は賢いという意味です。製造技術のインテリジェンスは、製造技術の発展の展望です。過去20年間、製造システムはエネルギー駆動型から情報駆動型へと変化してきました。これにより、製造システムは柔軟性だけでなく、大量の複雑な情報の処理、絶えず変化する市場の需要、激しい競争の複雑な環境に対処するために一定のインテリジェンスを発揮することが求められ、インテリジェント製造はますます注目を集めています。従来の製造業と比較して、インテリジェント製造システムには次のような特徴があります。
1) 人間と機械の統合
2) 強い自己規律
3) 自己組織化と超柔軟性
4) 学習能力と自己維持能力
5) 将来的には、より高度な人間のような思考能力を持つ。

インテリジェント製造は、自動化、統合化、インテリジェント化を統合した先進的な製造システムであり、高い技術内容と高い技術レベルを持ち、継続的に深く発展していると言えます。また、インテリジェント機械と人間の専門家で構成された人機統合システムでもあります。その優れた特徴は、非常に柔軟かつ統合された方法で、コンピューターでシミュレートされた人間の専門家の知的活動を利用して、さまざまな製造リンクで分析、判断、推論、構想、意思決定を行い、製造環境における人々の知的労働の一部を代替または拡張すると同時に、人間の専門家の製造知能を収集、保存、処理、改善、共有、継承、開発することです。インテリジェント製造への道のりはまだ長いですが、大きな潜在力と広い展望を秘めており、将来の製造業の主要な生産モードの 1 つになることは間違いありません。

4.8 「グリーン」は開発の必然的なトレンドである
「グリーン」とは「グリーン」な製造を意味します。人類はあらゆる面で自然と調和しながら自らの発展を進めなければなりませんが、製造技術も例外ではありません。構想から設計、製造、販売、使用、メンテナンス、リサイクル、再製造に至るまで、製品製造のすべての段階で環境保護と改善を十分に考慮する必要があります。私たちは、自然環境の保護・改善のみならず、社会環境、生産環境、生産者の心身の健康の保護・改善も図らなければなりません。実際、環境を保護し改善することは、生産性を保護し発展させることでもあります。この前提に基づき、当社は低価格、高品質、短納期、アフターサービスが充実した製品を製造しています。「グリーン」製造業として、製品はユーザーの仕事や生活環境に適応し、人々に崇高な精神的楽しみを与え、物質文明と精神文明の高度な融合を体現するよう努めなければなりません。したがって、新しい技術を開発して採用する際には、製造業が継続的に「グリーン」製造に向かって進むことができるように、科学的な開発コンセプトを確立する必要があります。

上で述べた「数、精度、極限、自律性、集合、ネットワーク、知能、グリーン」の8つの側面は、互いに浸透し、依存し、促進し合い、全体を形成します。同時に、8つの側面は「機械」と「製造」の基礎に根ざしている必要があり、つまり、「機械」と「製造」自体の理論とメカニズムを研究し、発展させる必要があります。 8つの技術は、この理論とメカニズムに基づいて研究、開発、成長し、この基盤を補完し、最終的には製造業の発展に役立てなければなりません。今日の高度に発達し、急速に発展する科学技術の世界では、「先進的な製造技術」は、他のすべての先進技術と同様に、「人間中心」でなければならないことは注目に値します。私たちは「物」は見えても「人」は見えず、「技術」は見えても「文化」や「精神」は見えません。人々とその精神がなければ、先進技術はその「魂」を失い、人々に害をもたらすことさえあるでしょう。さらに、「人間本位」を目指すのであれば、「教育主導」でなければならず、さまざまな教育を通じて、時代の流れや我が国の国情に合った製造業の科学技術人材や経営人材を育成しなければなりません。テクノロジーが鍵であり、才能が基盤であり、教育が基礎です。我々は根本的、長期的、総合的なアプローチを取り、我が国の先進的な製造技術の発展を継続的に推進しなければなりません。

4.9 「低炭素」は開発の目標である
経済のグローバル化が深まるにつれ、エネルギー消費と温室効果ガスの排出削減は国際社会が直面する深刻な課題となっている。低エネルギー消費と低汚染を基本とする「低炭素経済」は、産業革命と情報革命に続く国際的なホットスポットと新たな潮流となり、世界経済に大きな影響を与える可能性がある。「低炭素経済」の発展経路は、毎年世界経済に2.5兆米ドルの利益をもたらし、2050年までに低炭素技術市場は少なくとも5,000億米ドルに達すると予測されています。このため、一部の先進国は「低炭素経済」への転換に向けた戦略的行動を積極的に推進し、「低炭素技術」の開発に注力し、産業チャンスを捉えるために産業、エネルギー、技術、貿易などの政策に大きな調整を加えた。「低炭素技術」には、省エネルギーの分野で開発された温室効果ガス排出量を効果的に制御するための新しい技術、石炭の清潔で効率的な使用、石油およびガス資源の探査と開発、再生可能エネルギー、新しいエネルギー、および炭素輸送、輸送、建設、メタロージャー産業の造船産業、メタロージャー産業などのセクターなどのセクターが関与する二酸化炭素の捕獲と貯蔵が含まれます。

結論
高度な製造技術は、特定の単一の科学技術ではなく、統合された学際的で包括的な規律であり、かなり長い開発プロセスがあります。

編集者：南極ベアの著者：匿名

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