随着传统制造业向中国转移，欧美日工业发达国家正在制定和实施新的制造战略，以保持和加强自己的竞争力。欧共体认为，制造业仍然是推动欧洲经济的力量，但内涵将有所变化，是高技术的制造业，即以知识为基础的制造，其使命是重建欧洲的制造业，发展有欧洲特色的下一代生产系统，实现产业结构的现代化转型。工业经济和知识经济时代制造业特征的区别见表1。
以知识为基础的制造将具有强大的竞争力。因为它不仅向客户提供物质形态的产品，还为客户提供知识服务，帮助客户创造价值。这种价值创新铸就企业新的核心竞争力，成为产业转型的主要特征如图1所示
1．下一代生产系统
为了提高欧洲制造业明天的竞争力，欧共体资助由欧洲机床协会、制造厂家、科研院所、最终用户和银行等9个国家的25家单位合作，进行“下一代生产系统（Next Generation Production Systems)”的研究。项目经费高达2400万欧元，为期4年，从2005年到2009年。2007年9月的汉诺威机床展览会组织了该项目的专题报告会。
下一代生产系统项目的使命和主要内容如图2所示。
从图中可见，下一代生产系统项目主要包括以下五项内容：
l）绿色机床。
2）智能机床。
3）突破性的高效加工工艺。
4）新的业务模式。
5）的培训和推广方法。
下一代生产系统项目的预期目标是：
l）提高企业竞争力。通过提高生产系统的生产率和产品质量提高制造企业的竞争力。
2）环境。力求生产系统的环境负荷最小化，实现可持续发展。
3）就业。新一代的职业，改进现有条件，使妇女也可在制造业胜任工作。
4）生活质量。提高职业的安全性、改善工作条件、保护工人健康。
5）制造业的形象。改善制造业工业生产和研究的形象，不再是又苦又累的工作。
nextpage 2．绿色机床
机床是将毛坯转化为零件的工作母机，在使用过程中不仅消耗能源，还会产生固体、液体和气体废弃物，对工作环境和自然环境造成直接或间接的污染。从整个机床生命周期内审视，如何减少对环境冲击的绿色机床就成为当前研究的热点。什么是绿色机床呢？绿色机床应该具有以下特点：
l）机床零部件由再生材料制造。
2）机床的重量和体积减少50％以上。
3）通过减轻移动质量、降低空运转功率等措施使功率消耗减少30%－40%。
4）使用过程的各种废弃物减少50%－60%，保证基本没有污染的工作环境。
5）报废后机床的材料100％可回收。
欧共体非常重视绿色机床的研究，除上述“下一代生产系统”外，还资助了另一个项目“生态效益机床”。
2.1减重节能
据统计，机床使用过程中用于切除金属的功率只占25%左右，各种损耗占去大部分。典型机床功率消耗分配如图3所示，深色部分是各种损耗。
绿色机床的第一个措施是通过大幅度降低机床重量和减少所需功率来构建具有生态效益的机床(Eco－efficient Machine－tool）。绿色机床提出一种全新的的概念：大幅度减少机床的重量，节省材料；同时降低机床使用时的能源消耗。
传统的机床设计理念是“只有足够的刚度才能保证加工精度，提高刚度就必须增加机床重量”。因此，现有机床重量的80%用于“保证”机床的刚度，而只有20%用于满足机床运动学的需要。
绿色机床就是在保证机床的刚度的前提下大幅度减少机床移动部件的重量，达到省材、节能的目的。实现这个目标的途径有三个方面：
l）通过结构优化或采用新结构实现轻量化。
2）采用新材料或复合材料实现轻量化。
3）采用自适应补偿技术提高机床的精度。
一台通过结构优化和采用新材料的龙门铣床案例如图4所示。
2.2 MQL减排
机床使用过程中的润滑冷却液是有害的排放物，特别是磨削时采用的乳化液对环境和工人健康都非常有害。因此，大幅度减少冷却液的使用和排放是绿色机床的基本特征。实现这个目标的途径有以下两个方面：
l）干切削，不使用冷却液。需要机床具有足够的刚性和锋利的刀具，仅适用于加工某些形状比较简单的铣削和车削工序。
2）微量润滑（Minimized Quantity Lubrication-MQL）。MQL适用范围较广，可用于各种加工方法，但需要专门的装置提供气雾或低温空气（冷风），以及专门的润滑剂。
采用二氧化碳低温气体和微量润滑进行半干磨削的试验如图5所示。
2.3刀具增效
机床的生产效率出自刀尖上。采用先进的刀具，选择合理的刀具几何角度和切削参数，可以大幅度提高切削加工的效率，降低切削过程所需的功率，延长刀具的寿命，从而达到以较少的资源消耗获得较大产出的目的。
nextpage 3．智能机床
如果绿色机床的愿景是环境友好，那么智能机床的目标就是用户友好。“用户友好”的含义在于大幅度提高工作效率和工作更加舒适和安全。这就要求机床能够实现自主管理，能够自动识别加工任务和加工状态，无需或很少需要人工干预，而且能够与操作者及时沟通，变得“聪明”起来。完全可以期待，聪明加工将开拓数控机床的新纪元。以“聪明”为目标的智能机床研究涉及以下三个领域：
l）智能功能部件和软件。
2）智能加工过程。
3）智能数控。
3.1智能功能部件
这部分包括的内容较多，本文选择主轴、导轨、热变形作一概要的介绍。
主轴是机床的心脏，它的状态直接关系到加工精度和加工效率。德国阿亨工业大学与西班牙技术中心合作对主动磁浮轴承的主轴进行研究，借助磁浮轴承中的力、电流和位置传感器测量切削力、刀尖点的位置、速度、加速度的变化，开发高速、高精度的主轴。
线性导轨是数控机床的关键功能部件之一。导轨的损坏将导致机床停机。借助集成传感器和振动分析方法可对线性导轨的典型磨损情况进行监控，检测早期磨损，预报导轨的损坏可能性。
机床热变形是影响加工精度的主要因素之一。产生热变形的因素很多，主要是来自机床的工作环境和机床内部的热影响，如图6所示。
l）环境影响。例如，车间的温度分布和温度变化以及空气对流；日光、暖气和邻近机床等热源的影响；以及来自机床基础的热传导
2）机床内部的影响。例如，机床的零部件的发热（轴承、丝杆、导轨、电动机、齿轮、液压系统等），切削过程产生的热量以及冷却系统的发热。
上述热影响对机床结构来说是一种复杂的热输入，它随时间和机床工作状态而变化，是不可预测的，而最终造成机床热变形的大小和部位还取决于机床结构材料的热性能，即材料的热涨系数、导热率和热容量以及机床的结构设计，即部件形状、质量和热源的分布。
因此，机床结构的热场分布是不均匀的且不稳定的，是一种动态的三维梯度的热场。
为了对机床在工作状态下的热变形进行补偿，还需要考虑切削和运动载荷所造成的变形。就要在机床的关键部位安放温度和位置传感器，测出主轴、3个坐标轴和环境温度分别所造成的误差，最后汇总为δx、δy、δz，输入数控系统进行补偿，其原理如图6所示。
3.2智能加工过程
开发和建立数控加工过程的三维有限元仿真模型，包括铣削、钻削、枪钻和微加工。使加工过程可视化，以优化加工参数。
磨削过程的监控及其优化，包括砂轮状态特征的可视化和磨削过程的监控。借助过程监控就可以实时检测砂轮的状态，了解砂轮磨损和载荷的关系，提高磨削的效率。三维模刑仿真和表面轮廓仪采集的砂轮表面形状如图7所示。
对小孔枪钻加工进行自适应控制，可以增加钻削过程的稳定性，优化进给率和提高驱动系统的动态性能。
3.3智能数控
开发刀具轨迹自动生成和仿真系统，以便快速评价多种不同的刀轨，在不同策略和不同参数之间选择最佳方案，同时在数控编程时将机床动态性能考虑在内，如图8所示。
此外，建立数控系统内部监控和诊断的平台，开发铣削自适应控制的软件以及预维护和微调的软件，大幅度提高数控系统的响应速度和可靠性。
nextpage 4．超高性能的制造过程
目前还没有公布此领域的详细技术信息，仅提出以下四个目标：
l）提高数控轴的加速度3～5倍。
2）提高速度3～5倍。
3）提高数控机床的生产率5倍。
4）大幅度提高机床的加工精度。
5．新的业务模式和培训
机床的用户希望机床供应商能够提供全生命周期的服务，因此需要建立最终用户和机床制造商之间的全面合作关系，提供强有力的、新的业务模式，其特点如下：
l）创新价值的理念。
2）营销组织和方法的变革。
3）按照产出和可用性付款的财务管理方法。
4）机床系统配置客户化。
对有志提高国际竞争力的公司，提供有关软件工具和方法，支持他们建立新的战略业务关系。
推广新一代生产系统需要对整个欧洲使用机床的中小企业进行大量学术理论和专业技术的培训。
6．结束语
近年来，我国经济持续高速增长、全球制造业向中国转移，带动了我国机床产业快速发展，无论品种、产量和技术进步都取得了举世瞩目的成就。
但是，我们应该认识到，市场不可能是永远线性增长的，而是变化莫测的。何况欧美先进工业国家并没有放弃制造业，他们正在积极谋求对策，占领新的高地，应对中国的崛起。下一代生产系统就是一个案例。
我们应该认真思考，如何利用目前的大好时机，未雨绸缪；一定要加强产业中长期发展战略的研究，大力提高我国机床产业的创新能力和核心竞争力。这就是我撰写此文的初衷。
