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发信人: martianwang (活着), 信区: SME
标  题: 先进制造技术的发展趋势及先进制造模式
发信站: 哈工大紫丁香 (2004年03月21日19:05:04 星期天), 站内信件

先进制造技术的发展趋势及先进制造模式

　

白明光

摘自：北京机械工业学院学报

　

    摘　要　阐述了机械制造发展的精密化、自动化、信息化、柔性化、集成化和智能化
趋势。介绍了面向21世纪的先进制造模式，并提出了我国目前存在的差距及发展策略。
    关键词　制造技术；生产模式；柔性；信息；对策

　

0、引言

　　随着科学技术的飞速发展和市场竞争日益激烈，越来越多的制造企业开始将大量的人
力、财力和物力投入到先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实施策略之中。改革开
放20年，我国制造科学技术有日新月异的变化和发展，确立了社会主义市场经济体制，但
与先进的国家相比仍有一定差距，为了迎接21世纪的挑战，必须认清制造技术的发展趋势
，缩短与先进国家的差距，使我国的产品上质量、上效率、上品种和上水平，因此，对机
械制造趋势、制造技术及制造模式的研究和实施是摆在我们面前刻不容缓的重要任务，以
实现我国机械制造业跨入世界先进行列。

l、机械制造业的发展趋势
　　先进的制造业是将物料、能源、设备、资金、技术、信息和人力等制造资源通过先进
的制造技术、先进的管理技术和先进的制造过程转变成人类需求产品的行业。行业追求的
目标是：高质量、高效率、高柔性、低成本、低劳动力、低消耗、品种多和规格全的产品
，因此，面向21世纪的机械制造技术的发展趋势体现在以下几个方面［1］：
1.1　精密化
　　精密加工、超精密加工技术、微型机械是现代化机械制造技术发展的方向之一。精密
和超精密加工技术包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特种加工和复合
加工(如机械化学研磨、超声磨削和电解抛光等)三大领域。超精密加工技术己向纳米(l
nm=10-3μm)技术发展。纳米技术己在纳米机械学、纳米电子学和纳米材料技术得到了应用
。因此，它促进了机械科学、光学科学、测量科学和电子科学的发展。美国1997年首次制
造出直径仅为60 μm的静电微型电机，以及几十微米的微型齿轮、弹簧及微型机构。武汉
大学研制成纳米级超微电极，将其插入活体细胞后首次测出细胞内部神经递质的动态信息
。目前各国科学家正在进行微型机器人的研究，微型机器人可以潜入人体血管、脏器去疏
通血管、诊治疾病［2］。据国外预测，21世纪将是微型机械电子技术和微型机器人的时代
，因此有人将纳米技术与微型机械称为21世纪的核心技术。

1.2　自动化
　　自动化技术的成功应用，不但提高了效率，保证了产品质量，还可以代替人去完成危
险场合的工作。对于批量较大的生产自动化，可通过机床自动化改装、应用自动机床、专
用组合机床、自动生产线来完成。小批量生产自动化可通过NC，MC，CAM，FMS，CIM，IMS
等来完成。在未来的自动化技术实施过程中，将更加重视人在自动化系统中的作用。同时
自动化开始面向中小型企业，以经济实用为出发点，满足不断发展的产品多样化和个性化
需要。
1.3　信息化
　　信息、物质和能量是制造系统的三要素。随着计算机、自动化与通讯网络技术在制造
系统中的应用，信息的作用越来越重要。产品制造过程中的信息投入，己成为决定产品成
本的主要因素。制造过程的实质是对制造过程中各种信息资源的采集、输入、加工和处理
过程，最终形成的产品可看作是信息的物质表现，因此可以把信息看作是一种产业，包括
在制造之中。为此一些企业开始利用网络技术、计算机联网、信息高速公路、卫星传递数
据等实现异地生产。使生产分散网络化，以适应21世纪高柔性生产的需要。
1.4　柔性化
　　随着科学技术的飞速发展和人民生活水平不断提高，促使产品更新换代的速度不断加
快，这就要求现代企业必须具备一定的生产柔性来满足市场多变的需要。所谓柔性，是指
一个制造系统适应各种生产条件变化的能力，它与系统方案、人员和设备有关。系统方案
的柔性是指加工不同零件的自由度。人员柔性是指操作人员能保证加工任务，完成数量和
时间要求的适应能力。设备柔性是指机床能在短期内适应新零件的加工能力。柔性制造自
动化的形式很多，如美国提出的敏捷制造(AM)其主线就是高柔性生产。上海同济大学张曙
教授提出的独立制造岛(AMI)也是高柔性生产模式。
1.5　集成化
　　集成的作用是将原来独立运行的多个单元系统集成一个能协调工作的和功能更强的新
系统。集成不是简单的连接，是经过统一规划设计，分析原单元系统的作用和相互关系并
进行优化重组而实现的。集成化的目的是实现制造企业的功能集成，功能集成要借助现代
管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术实现技术集成，同时还要强调入的集成，
由于系统中不可能没有人，系统运行的效果与企业经营思想、运行机制、管理模式都与人
有关，因此在技术上集成的同时，还应强调管理与人的集成。集成化生产将成为面向21世
纪占主导的生产方式。
1.6　智能化
　　智能化是面向21世纪制造技术的发展趋势之一。智能制造技术(IMT)是将人工智能融入
制造过程的各个环节，通过模拟人类专家的智能活动，取代或延伸制造系统中的部分脑力
劳动，在制造过程中系统能自动监测其运行状态，在受到外界干扰或内部激励能自动调整
其参数，以达到最佳状态和具备自组织能力。例如机器人加工就是将机床与机器人、传感
器、控制器组合而成的智能制造系统，它具有信息处理和知觉反馈、决策能力，可同时控
制指挥多种操作，从而能提高效率、保证质量和降低成本。智能化是柔性自动化和集成自
动化的新发展和重要组成部分。
　　
2、先进的制造模式

　　机械制造业发展趋势表明，只有采用先进的制造技术并能实施在相匹配的制造模式中
才能符合上述的趋势。制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态
和运作模式。
2.1　精良生产(LP)与独立制造岛(AMI)
　　90年代美国麻省理工学院(MIT)提出精良生产(LP)概念。它的特征是：①重视客户需求
，以最快的速度和适宣的价格提供质量优良的适销新产品去占领市场，并向客户提供优质
服务。②重视人的作用，强调一专多能，推行小组自治工作制，赋予每个工人有一定的独
立自主权，运行企业文化。③精简一切生产中不创造价值的工作，减少管理层次，精简组
织结构，简化产品开发过程和生产过程，减少非生产费用，强调一体化质量保证。④精益
求精、持续不断的改进生产、降低成本、零废品、零库存和产品品种多样化。
　　独立制造岛是张曙教授根据在引进先进技术的同时，必须改革生产组织的角度提出新
的生产模式。独立制造岛的技术构思是：以GT为基础，以 NC机床为核心，强调信息流的自
动化和以人为中心的生产模式，它的特征是：组织、人员和技术三者的有机集成，面向车
间、权力下放、综合治理，并以获经济效益为主要目标。AMI是发展中国家走向工厂自动化
的重要途径，它的推广对中国机械制造业转向市场机制，参与国际竞争意义重大。
2.2　敏捷制造与虚拟制造
　　美国通用汽车公司与里海大学于1988年提出了敏捷制造(AM)，AM是在不可预测的持续
变化的竞争环境中取得繁荣成长，并具有能对客户需求的产品和服务驱动市场作出迅速响
应的生产模式。 AM的特征是：①企业间联作集成。充分发挥各企业的长处，针对限定市场
的目标要求共同合作完成任务。②具有高度的制造柔性。制造柔性是指制造企业对市场要
求迅速转产和能实现产品多品种变批量的快速制造。③充分发挥人的作用，不断提高企业
职工素质和教育水平，优化人机功能分配。
　　虚拟制造(VM)是国际上提出的新概念。VM与AM联系密切。VM的特征是：当市场新的机
遇出现时，组织几个有关公司联作，把不同的公司，不同地点的工厂或车间重新组织协调
工作。在运行之前必须分析组合是否最优，能否协调运行，以及投产后的效益和风险进行
评估，这种联作公司称虚拟公司。虚拟公司通过虚拟制造系统运行。因此研究开发虚拟制
造技术(VMT)和虚拟制造系统(VMS)意义重大，美国称AM为21世纪制造业发展战略。
2.3　集成制造与智能制造
　　美国哈林顿博士在“计算机和集成制造”一书中提出计算机和集成制造(CIM)的概念。
集成制造的核心内容是：制造企业从市场预测、产品设计、加工制造、经营管理直至售后
服务是一个不可分割的整体，需要统筹考虑。整个制造过程的实质是信息采集、传递和加
工过程，最终生产的产品可看作是信息的物质表现。集成是CIM的核心，这种集成不仅是物
的集成，更主要的是以信息集成为特征的技术集成和功能集成，计算机是集成的工具，计
算机和辅助各单元技术是集成的基础，信息交换是桥梁，信息共享是关键。集成的目的在
于制造企业组织结构和运行方式的合理化和最优化，以提高企业对市场变化的动态响应速
度，并追求最高整体效益和长期效益。
　　智能制造(IM)是美国出版研究IM和IMS书籍中首先提出的。它的特征是：在制造工业的
各个环节的高度柔性与高度集成的方式，通过计算机和模拟人类专家的智能活动，进行分
析、判断、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类
专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承与发展。制造智能的目的是：通过集
成知识工程、制造软件系统、机器人视觉和机器人控制来对制造工人的技能与人类专家知
识进行建模，以使智能机器能够在没有人干预的情况下进行小批量生产。

3、存在差距和实施策略
　　改革开放20年，通过技术改造和引进国外先进制造技术，使我国的制造工业有了长足
的进步，但和先进国家相比还存在很大差距，表现在：技改投入相对不足，原有技术基础
和研究开发能力薄弱，制造业产品落后，技术水平低，信息含量少，更新换代慢，以及市
场营销、经营管理、人才素质相对落后，缺乏国际竞争能力。面对这样形势，发展先进制
造技术、实施先进的制造模式已经到了刻不容缓的地步。为了使我国的制造业站在世界先
进行列，必须采取相适应的措施和策略。
　　(l)　人才是关键。发展和推广先进的制造技术、实施先进的制造模式人才是关键。我
国是社会主义市场经济体制，研究先进制造技术和先进的生产模式其根本目的是制造出有
竞争力的产品去占领国内市场和国际市场，科技人员必须强化市场意识，因此人才的培养
要注意市场导向。要有产业观念、企业观念、信息观念、竞争观念和效益观念。科技人员
要懂得市场营销、经营管理和经济法。要拓宽学科领域，更新教育内容与方法，培养一支
了解和掌握机械工程科学的前沿技术人才，加速先进制造技术的推广和实施，为市场经济
服务。
　　对于企业职工要建立培训、考核上岗制度，提高他们的知识和技能。企业一方面为职
工创造工作条件和晋升途径，另一方面又要施加工作压力，给每个职工独立自主权，满足
他们学习新知识和新技术的愿望，从而形成独特的和有竞争意识的企业文化。
　　(2)　加强政策与法规建设，建立强有力的宏观调控机制。在市场经济环境下，国家仍
应制订科学的制造产业规划和制造技术进步的总体规划，以及相应的法规政策。避免重复
建设、重复生产和重复引进的事情发生，要尽可能减少和避免市场盲目竞争造成的损失。
继续鼓励科技创新政策，一些技术改造和先进技术推广，仍需国家给予支持。对于引进外
资，建立合资企业，应有利于我国制造技术的发展，有利于提高产品在国际市场上有竞争
力为原则。
　　(3)　发展适应我国国情的生产模式。对于一些先进的制造技术和先进的制造模式，要
根据我国现实存在的技术水平和能力向前发展，避免盲目的追求目前实施有一定困难的理
想的先进科学制造技术。例如我国的人工智能(AI)的研究尚处于低级和起步阶段，进展困
难，其理由是我们对人类思维活动的实质尚知甚少，基于人工智能的智能机器，在智能水
平上，远远不能与人类专家智能相比，因此想以人工智能全面取代制造过程中人类专家智
能，进行独立分析、判断和决策等任务是不现实的［4］，这只是未来的发展方向。目前要
积极发展适应我国国情的制造模式。如1988年张曙教授提出的独立制造岛(AMI)和1996年张
伯鹏教授等人提出的面向21世纪的制造模式——QLRF模式，是值得推广的先进制造模式，
是在市场经济环境下使企业走向自动化的重要途径。
　　(4)　建立与发展我国自主的 NC，MC， CAD，CAM，FMS，CAT，CIM，IMS等制造自动化
单元技术，结合实际情况实现现有成熟技术的有效结合。同时要有组织有计划的引进先进
制造技术进行消化和吸收。对于引进的并行工程(CE)、敏捷制造(AM)、精良生产(LP)、智
能制造( IM)等先进制造模式要根据它们的技术构思和特征开发创新成适合我国国情的生产
模式，(如独立制造岛)以使企业适应市场经济的需要。
　　(5)　提高制造业现代化管理水平。现代管理核心是信息管理、物质管理、质量管理、
生产过程管理和市场信息管理、加强企业人才的培养同时与国际接轨，开展ISO9000系列管
理体系认证，加快现代企业制度改革，为先进制造技术的发展奠定良好的基础。

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