傳感、測量和過程控制 幾乎所有先進制造技術(shù)都有一個共通的東西：它們都由處理巨量數(shù)據(jù)的電腦驅(qū)動。正因如此，那些捕捉并記錄數(shù)據(jù)的東西才如此重要，如監(jiān)測濕度的傳感器、確定位置的GPS跟蹤器、測量材料厚度的卡尺等。這些設(shè)備不僅越來越多地用于智能手機的智能化，還使得智能、靈活、可靠、的制造技術(shù)成為可能。 在一座現(xiàn)代化的工廠里面，傳感器不僅有助于引導(dǎo)日益靈敏的機器，還提供管理整個工廠的運營所需要的信息。產(chǎn)品從誕生到送達都可以跟蹤，某些情況下還可以跟蹤到送達之后。在這個過程中，一旦有問題出現(xiàn)，比如在噴漆室的濕度不適宜噴涂的時候，傳感器就會偵測出來，向機器操作者發(fā)送警報信號，甚至是向工廠管理者的手機發(fā)送警報信號。 材料設(shè)計、合成與加工 新機器將需要新材料，新材料將使新式機器的制造成為可能。隨著將材料細分到原子或分子層級、幾乎不需要經(jīng)過漫長的實驗室步驟就可以進行操縱的進展出現(xiàn)，涂層、復(fù)合材料和其他材料的開發(fā)正在加快。借鑒人類基因組計劃取得的廣受認(rèn)可的成功，能源部等美國政府機構(gòu)去年發(fā)起成立了材料基因組計劃，其目標(biāo)是將確定新材料、把新材料推向市場所需要的時間縮短一半。 目前這個過程可能需要耗時幾十年，比如鋰離子電池技術(shù)是20世紀(jì)70年代?？松?/font>（Exxon）的一名員工構(gòu)想出來的，但一直要到90年代才開始商業(yè)化。這個計劃涉及的部分工作，便是讓該領(lǐng)域內(nèi)散落在世界各處、兩耳不聞窗外事的研究人員共享創(chuàng)意和創(chuàng)新。 數(shù)字制造技術(shù) 工程師和設(shè)計師使用電腦輔助的建模工具已經(jīng)有些年頭，不僅用于設(shè)計產(chǎn)品，還以數(shù)字方式對產(chǎn)品進行檢測、修正、改良，常常省略了更費錢、更費時的實體檢驗過程。云計算和低成本3D掃描儀（現(xiàn)在用iPhone就可以做一次簡單的3D掃描）正在將這些方法從實驗室里搬出來，使之進入主流，讓創(chuàng)業(yè)者能夠用上。Autodesk制作了一套免費的的全功能CAD軟件“123Design”，汽車制造商一度要用大型計算機才能完成的事情，個人拿這套軟件就可以做了。 可持續(xù)制造 其目標(biāo)即便不好實現(xiàn)，理解起來也還是很容易的，就是將每一丁點物質(zhì)、每一焦耳能量zui大化地用到生產(chǎn)當(dāng)中，盡可能地減少浪費。高能效制造是其中的一個重點領(lǐng)域。比如，制造業(yè)工程師常常會說到“無燈”工廠的潛力，這種工廠在黑暗中持續(xù)運轉(zhuǎn)，不需要加熱或制冷，因為它們基本上都是由機器人或其他機器操作。隨著規(guī)模更小、高度自動化的本地工廠變得更加普遍，再制造和回收或許會變得更加重要，本地供應(yīng)的材料也會更受重視。 納米制造 一納米等于一米的10億分之一，所以納米制造的意思就是能夠在分子、甚至原子層面操縱材料。預(yù)計納米材料將來會在太陽能電池板、電池的生產(chǎn)過程中發(fā)揮作用，甚至?xí)诨谏鷳B(tài)系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用當(dāng)中發(fā)揮作用，比如在體內(nèi)安置傳感器，可以告訴醫(yī)生癌癥已經(jīng)消失。未來幾代的電子設(shè)備和運算設(shè)備或許也會非常依賴于納米制造。 柔性電子制造 比如坐在上面的時候會產(chǎn)生彎曲的平板電腦，與體溫連線、在你需要的時候提供制冷的衣服等。這些柔性技術(shù)已經(jīng)在向主流進發(fā)，預(yù)計會定義下一代的消費設(shè)備和運算設(shè)備，成為未來10年增長zui快的產(chǎn)品門類之一。但這需要極為先進的制造工藝。 生物制造 該領(lǐng)域利用生物有機體或生物有機體的一部分以人工方式生產(chǎn)產(chǎn)品，如開發(fā)藥物和復(fù)方藥。（生產(chǎn)奶酪不算。）但它可以用到很多領(lǐng)域，比如能效的提高、納米制造新方法的創(chuàng)造等。 增材制造 3D打印機不僅有希望在產(chǎn)量只有一件的時候就能夠?qū)崿F(xiàn)很高的質(zhì)量，還有希望為全新的設(shè)計、材料結(jié)構(gòu)與材料組合創(chuàng)造條件。能夠打印1,000多種材料（硬塑料、軟塑料、陶瓷和金屬等）的打印機已經(jīng)開發(fā)出來。一家德國制造商開發(fā)了一套一層層地堆積木漿的工藝，地亞哥一家名叫Organovo的公司正在通過3D打印打印實驗用的人體組織。 現(xiàn)在有些打印機可以疊加不止一種材料，還可以將內(nèi)置傳感器和電路編織到智能部件中，如助聽器或動作感應(yīng)手套等。市場上甚至還有一種名叫“復(fù)制機”（Replicator）的東西，它是英國公司CybamanTechnologies開發(fā)的一套系統(tǒng)，先是堆出基本形狀，然后用機器將粗糙的物體打磨成、光鮮的成品。 工業(yè)機器人 工業(yè)機器人可以每天24小時、每周七天地運轉(zhuǎn)，精度可重復(fù)且越來越高，時間上可以到幾百分之一秒，空間上可以到人眼都看不到的程度。它們地匯報進展，在接受效率測試的時候做出改進，如果安裝了先進的傳感系統(tǒng)，還會變得更加靈巧。 隨著機器人變得越來越普遍，它們的經(jīng)濟性也在提高：據(jù)麥肯錫研究院（McKinseyGlobalInstitute）的一份報告，1990年以來與人工相比的機器人相關(guān)成本已經(jīng)下降高達50%。另外，隨著生物技術(shù)和納米技術(shù)的進步，預(yù)計機器人能夠做的事情將越來越精巧，如藥品加工、培植完整人體器官等。 先進成形與連接技術(shù) 當(dāng)前大部分機器制造工藝基本上還是依靠傳統(tǒng)技術(shù)、特別是針對金屬的技術(shù)，如鑄型、鍛造、加工和焊接等。但專家認(rèn)為，這個領(lǐng)域的創(chuàng)新時機已經(jīng)成熟，可以用新的方法來連接更多種類的材料，同時提高能源和資源效率。比如冷成型技術(shù)就有可能作為一項修復(fù)技術(shù)或先進焊接技術(shù)而發(fā)揮重大作用。 |
