時間：2024-01-20 16:24:26
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關鍵詞：集成；系統；技術構成
一、現代集成制造系統的含義與定位
現代集成制造系統(Contemporary Integrated Manufacutring System)是計算機集成制造系統新的發展階段，在繼承計算機集成制造系統優秀成果的基礎上，它不斷吸收先進制造技術中相關思想的精華，從信息集成、過程集成向企業集成方向迅速發展，在先進制造技術中處于核心地位。具體地說，它將傳統的制造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術進行有機地結合，通過計算機技術使企業產品在全生命周期中有關的組織、經營、管理和技術有機集成和優化運行。在企業產品全生命周期中實現信息化、智能化、集成優化，達到產品上市快、服務好、質量優、成本低的目的，進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性，使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。
二、現代集成制造系統的技術構成
先進制造技術(AMT Advanced Manufacturing Technology)作為一個專有名詞目前還沒有準確的定義。通過對其內涵和特征的研究，目前共同的認識是：先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱。其具有如下一些特點：
1、從以技術為中心向以人為中心轉變，使技術的發展更加符合人類社會的需要；
2、從強調專業化分工向模糊分工、一專多能轉變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發揮；
3、從金字塔的多層管理結構向扁平的網絡化結構轉變，減少層次和中間環節；
4、從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變，縮短工作周期，提高工作質量；
5、從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態的自主管理的小組工作方式轉變。
通過對先進制造技術的定義和特點的分析發現，現代集成制造系統擁有先進制造技術的絕大部分特點，只不過先進制造技術所涉及的范圍要比現代集成制造系統大，現代集成制造系統在吸收計算機集成制造系統的優秀成果的基礎上，繼續推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態聯盟的研究工作，并不斷吸收先進制造技術中的成功經驗和先進思想，將它們進行推廣應用，由此使現代集成制造系統成為先進制造技術的核心。
（1）并行工程(CE Concurrent Engineering)并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程(包括制造過程和支持過程)的系統方法。它要求產品開發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。為了達到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實現不同部門人員的協同工作；為了達到產品的一次設計成功，減少反復，它在許多部分應用了仿真技術；主模型的建立、局部仿真的應用等都包含在虛擬制造技術中，可以說并行工程的發展為虛擬制造技術的誕生創造了條件，虛擬制造技術將是以并行工程為基礎的，并行工程的進一步發展就是虛擬制造技術。同時，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術支持下，將原來分別進行的工作在時間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術，并吸收了當前迅速發展的計算機技術、網絡技術的優秀成果，使其成為先進制造技術的基礎。
（2）虛擬制造(VM Virtual Manufacturing)虛擬制造利用信息技術、仿真技術、計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防措施，從而使產品一次性制造成功，達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。
（3）敏捷制造(AM Agile Manufacturing)敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎的，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，對用戶需求作出快速反應，以滿足用戶的需要。為了達到快速應變能力，虛擬企業的建立是關鍵技術，其核心是虛擬制造技術，即敏捷制造是以虛擬制造技術為基礎的。敏捷制造是現代集成制造系統從信息集成發展到企業集成的必由之路，它的發展水平代表了現代集成制造系統的發展水平，是現代集成制造系統的發展方向。
（4）綠色制造(GM Green Manufacturing)綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢的整個產品生命周期中，對環境的影響(負作用)最小，資源的使用效率最高。綠色制造的提出是人們日益重視環境保護的必然選擇，發展不能以環境污染為代價。國際制造業的實踐表明，通過改進整個制造工藝來減少廢棄物，要比處理工廠處理已經排放的廢棄物大大節省開支。綠色制造的實現可以通過計算機仿真來達到目的，即它是虛擬制造的一部分。從可持續發展戰略的觀點看，綠色制造是必然選擇，它將成為現代集成制造系統的一個重要的組成部分。
從以上的分析中我們可以看到：各種先進制造技術是相互關聯、彼此交叉的，在先進制造技術的含義下，現代集成制造系統成為它的核心，并隨著先進制造技術的不斷發展而發展。
參考文獻
一、現代集成制造系統的含義與定位
現代集成制造系統(Contemporary Integrated Manufacutring System)是計算機集成制造系統新的發展階段，在繼承計算機集成制造系統優秀成果的基礎上，它不斷吸收先進制造技術中相關思想的精華，從信息集成、過程集成向企業集成方向迅速發展，在先進制造技術中處于核心地位。具體地說，它將傳統的制造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術進行有機地結合，通過計算機技術使企業產品在全生命周期中有關的組織、經營、管理和技術有機集成和優化運行。在企業產品全生命周期中實現信息化、智能化、集成優化，達到產品上市快、服務好、質量優、成本低的目的，進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性，使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。
二、現代集成制造系統的技術構成
先進制造技術(AMT Advanced Manufacturing Technology)作為一個專有名詞目前還沒有準確的定義。通過對其內涵和特征的研究，目前共同的認識是：先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱。其具有如下一些特點：
1、從以技術為中心向以人為中心轉變，使技術的發展更加符合人類社會的需要；
2、從強調專業化分工向模糊分工、一專多能轉變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發揮；
3、從金字塔的多層管理結構向扁平的網絡化結構轉變，減少層次和中間環節；
4、從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變，縮短工作周期，提高工作質量；
5、從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態的自主管理的小組工作方式轉變。
通過對先進制造技術的定義和特點的分析發現，現代集成制造系統擁有先進制造技術的絕大部分特點，只不過先進制造技術所涉及的范圍要比現代集成制造系統大，現代集成制造系統在吸收計算機集成制造系統的優秀成果的基礎上，繼續推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態聯盟的研究工作，并不斷吸收先進制造技術中的成功經驗和先進思想，將它們進行推廣應用，由此使現代集成制造系統成為先進制造技術的核心。
（1）并行工程(CE Concurrent Engineering)并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程(包括制造過程和支持過程)的系統方法。它要求產品開發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。為了達到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實現不同部門人員的協同工作；為了達到產品的一次設計成功，減少反復，它在許多部分應用了仿真技術；主模型的建立、局部仿真的應用等都包含在虛擬制造技術中，可以說并行工程的發展為虛擬制造技術的誕生創造了條件，虛擬制造技術將是以并行工程為基礎的，并行工程的進一步發展就是虛擬制造技術。同時，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術支持下，將原來分別進行的工作在時間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術，并吸收了當前迅速發展的計算機技術、網絡技術的優秀成果，使其成為先進制造技術的基礎。
（2）虛擬制造(VM Virtual Manufacturing)虛擬制造利用信息技術、仿真技術、計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防措施，從而使產品一次性制造成功，達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。 ?。?）敏捷制造(AM Agile Manufacturing)敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎的，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，對用戶需求作出快速反應，以滿足用戶的需要。為了達到快速應變能力，虛擬企業的建立是關鍵技術，其核心是虛擬制造技術，即敏捷制造是以虛擬制造技術為基礎的。敏捷制造是現代集成制造系統從信息集成發展到企業集成的必由之路，它的發展水平代表了現代集成制造系統的發展水平，是現代集成制造系統的發展方向。
（4）綠色制造(GM Green Manufacturing)綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢的整個產品生命周期中，對環境的影響(負作用)最小，資源的使用效率最高。綠色制造的提出是人們日益重視環境保護的必然選擇，發展不能以環境污染為代價。國際制造業的實踐表明，通過改進整個制造工藝來減少廢棄物，要比處理工廠處理已經排放的廢棄物大大節省開支。綠色制造的實現可以通過計算機仿真來達到目的，即它是虛擬制造的一部分。從可持續發展戰略的觀點看，綠色制造是必然選擇，它將成為現代集成制造系統的一個重要的組成部分。
從以上的分析中我們可以看到：各種先進制造技術是相互關聯、彼此交叉的，在先進制造技術的含義下，現代集成制造系統成為它的核心，并隨著先進制造技術的不斷發展而發展。
參考文獻
近年來，世界范圍內出現了研究應用先進制造技術的浪潮，以機械制造為代表的先進制造技術己成為當代國際間科技競爭的重點。它的水平高低，在很大程度上反映了一個國家工業發展的水平，是現代企業提高產品開發與技術創新能力、穩定產品質量、増強競爭能力的看家本領在我國，先進制造技術的重要性己引起各界的認識和重視，被列為“九五”計劃和2010年中長期科研發展規劃中的主要關鍵技術和重要發展方向。因而，了解先進制造技術的發展趨勢和前沿技術，對全面把握我國先進制造技術的發展方向，確定它的發展目標及我們的戰略對策是十分必要的。
2先進制造技術的定義及技術特征
2.1定義
制造技術是使原材料成為產品所使用的一系列技術的總稱，是制造業賴以生存和進步的主體技術先進制造技術是制造業為了適應時代要求以提高競爭力，對制造技術不斷優化及推陳出新而形成的它是一個相對的、動態的概念，具有鮮明的時代特征，可以將先進制造技術定義為:制造業不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源及現代管理等方面的成果，并將其綜合應用于制造的全過程，實現優質、高效?低耗清潔、靈活生產，取得理想技術經濟效果的制造技術總稱。
2.2技術特征
先進制造技術具有以下五個技術特征：
2.21先進性
先進制造技術的核心和基礎必須是優質、高效、低耗、清潔的工藝，它從傳統制造工業發展起來，并與新技術實現了局部或系統集成2.22通用性
先進制造技術不是單獨分割在制造過程的某一環節，它覆蓋了產品設計、生產設備、加工制造、銷售使用、維修服務，甚至回收再生的整個過程
2.23系統性
隨著微電子、信息技術的引入，先進制造技術能駕馭信息生成采集、傳遞、反饋、調整的信息流動過程。先進制造技術是可以駕馭生產過程的物質流、能量流和信息流的系統工程
22.4集成性
先進制造技術由于專業、學科間的不斷滲透、交叉、融合，界限逐漸淡化甚至消失，技術趨于系統化集成化，己發展成為集機械、電子、信息、材料和管理技術為一體的新興交叉學科。
22.5技術與管理的緊密結合
對市場變化作出更敏捷的反應及對最佳技術經濟效益的追求，使先進制造技術十分重視生產過程組織管理體制的合理化和最佳化，它是技術與管理自然科學與社會科學緊密結合的產物。
3先進制造技術的形成發展過程
先進制造技術的形成和發展同科技進步及市場需求密切相連在科技高速發展的推動下，制造業的資源配置沿著“勞動密集一一設備密集一一信息密集一一知識密集”的方向發展在市場需求不斷變化的驅動下，制造業的生產規模沿著“小批量一一少品種大批量一一多品種變批量”的方向發展與之相適應，制造技術的生產方式沿著“手工一一機械化一一單機自動化一一剛性流水自動化一一柔性自動化一一智能自動化”的方向發展
當代制造技術的前沿己經發展到以信息密集的柔性自動化生產方式滿足多品種、變批量的市場需求，并向知識密集的智能自動化方向發展在這個發展過程中，制造技術的內涵不斷延伸與發展，經歷了重視輔助工序、工裝?生產過程，不斷更新工藝方法，引入和集成信息技術以及更新管理觀念，促進生產組織變革等四個環節，逐漸形成了先進制造技米
4先進制造技術的發展趨勢
高生產率和高質量是先進制造技術的兩大追求目標先進制造技術的發展趨勢可概括成如下幾個方面
4.1向自動化柔性化、集成化和智能化方向發展
微電子、計算機自動化技術與傳統工藝及設備相結合，形成了多項制造自動化單元技術，經局部或簡單到復雜不同檔次的自動化制造系統，使傳統工藝產生顯著、本質的變化，極大地提高了生產效率和產品質量。當然，冷加工的發展道路是：NC(數控卜FMS(柔性制造系統）^CIMS(計算機集成制造系統hIMS(智能制造系統）熱加工的發展道路是：優質高效低耗工藝-低成本自動化-綜合自動化。
4.2向高精密方向發展
現代新技術產品需要高精度的制造，精密制造技術是先進制造技術的基礎，它包括精密加工和超精密加工、微細加工和超微細加工、微型機械等當前有代表意義的是以納米技術為代表的超精密加工技術和以微細加工為手段的微型機械技術。
精密加工和超精密加工的主要方法，目前有精密切削、超精密切削、超精密磨削和研磨加工等，其加工精度己從微米級(um)亞微米級（1~10-Vm)向納米級（1dVm)進軍。
微細和超微細加工是一種特殊的精密加工，它不僅加工精度極高，而且加工尺寸十分微小。如大規模集成電路芯片上的圖形是用電子束?離子束刻蝕的方法加工的，線寬可達0.1um，微型機械是機械技術與電子技術在納米級水平上相融合的產物。國外有人將納米技術與微型機械稱為“21世紀的核心技術”。
4.3向非傳統加工技術方向發展
在繼續開展傳統切削、磨削等新工藝的同時，各種非傳統加工方法也在開拓發展，并不斷開創新工藝，達到新的技術水平由于這類加工方法能解決大量普通機械加工方法難以解決甚至根本無法解決的問題，因而得到迅速發展，并顯示出極大的潛力和前景非傳統加工方法主要指一些物理的、化學的特種加工和高能密度加工，如電火花加工、電解加工、超聲波加工、激光加工、離子束加工等。特種加工的對象主要是難加工材料。高能密度加工主要指三束加工(激光束、電子束和離子束），它們是極有前途的加工方法不少非傳統加工法同時又是精密加工和超精密加工方法傳統加工和特種加工相結合的復合加工同樣有著良好的發展前景。
4.4采用新型生產模式，使企業適應多變市場需求機械制造生產模式除有通用機床加專用工藝裝備、數控機床加具有計算機輔助設計和自動編程功
柔性制造單元（FMC)加管理信息控制系統（MIS)以外，還有計算機集成制造系統（CIMS)智能制造系統（IMS)、并行工程（CE)、精節生產（LP)和敏捷制造（AM)等生產模式現代企業只有采取先進的生產模式，改進生產組織管理，才能増強在激烈的市場條件下的競爭能力。
5先進制造技術的技術前沿與新型生產模式
計算機集成制造（CIM)技術作為人類未來工廠的概念模式，得到很多國家的重視企業從經營計劃、產品設計、加工制造到市場銷售形成一個完整的系統，進行綜合優化它不斷吸收微電子、計算機、自動化等最新技術成果形成了計算機輔助設計(CAD)制造（CAM)工藝（CAPP)測試（CAT)評價（CAE)?數控機床（NC)加工中心（MC)、企業管理信息系統（MIS)?柔性制造系統（FMS)等一系列具有劃時代意義的新技術對上述技術進行局部或系統集成，就形成了從單機到生產線、從剛性到柔性、從簡單到復雜等不同檔次的集成制造系統(CIMS)可以預言CIMS將成為21世紀占主導地位的生產方式。
智能制造技術（IMT)旨在將人工智能溶進制造過程的各個環節，通過模擬專家的智能活動，取代或延伸制造環境中的部分腦力勞動，從而在制造過程中，系統能自動監測其運行狀態，在受到外界或內部激勵時能夠自動調整其參數，以期達到最佳狀態，具有自組織能力。它被稱為21世紀的制造技術。
并行工程（CE)技術旨在將產品設計與制造以及相關過程進行系統的綜合，以期在產品設計的同時就將生產、維修的各個環節考慮進去，大大縮短生產周期該技術的關鍵在于將CADCAMCATMIS等有機地集成起來，將引入動態并行機制，即將產品生產周期中各種因素進行有機綜合、并行處理，將產品設計、生產計劃丨生產加工、質量檢驗、市場分析等同步規劃，它可顯著縮短新產品從構思到實現批量生產的開發周期。
精節生產（LP)是由日本豐田公司率先提出并得以應用，后來受到美國的重視，它綜合了單件生產和大批量生產兩者的優點，其特點是：行小組自治工作制，工人既是主人也是雇員，企業把雇員看作比機器更為重要的固定資產。
(2)精簡一切生產中不產生價值的工作，減少管理層次，精簡組織機構。
(3)精益求精，以盡善盡美為最終目標，持續不斷地改進生產，降低成本，力爭無廢品、無庫存和產品品種多樣化。
敏捷制造（AM)是近年來美國為恢復其在國際制造業中領導地位而提出的一種生產模式它是將柔性生產技術熟練掌握生產技能和有知識的勞動力，與企業內部和企業之間合作的靈活管理集成在一起，通過所建立的共同基礎結構，對迅速改變或無法預見的消費者需求和市場時機作出快速響應它的主要特點是提出虛擬制造（VM)的概念，根據市場需求，采用虛擬公司來承接項目，開發產品和組織生產。從本企業和其它企業選出各種優勢力量，集成為一個單一的經營實體一一虛擬公司，當所承接的產品或項目一旦完成，虛擬公司即行解體。
CIMSIMSCELP和AM都是制造系統中新的生產模式，其宗旨都是為了提高企業競爭力，以適應多變的市場需求;在運行機理上都是強調集成，但在側重點上有所區別。
CE強調的是產品開發和設計與其它相關過程的集成，盡量保證開發和設計工作一次完善，減少反復，縮短產品生產制造周期。
LP是通過項目組或生產小組形式把各方面人員集成在一起，在生產?檢驗與維修等場地集成在一起，同時還采用相應的措施做到與協作廠家、用戶的集成，從而實現最大限度地精簡非増值人員和機構，提高企業競爭力。因而它強調的是組織管理和人員的集成。
AM則在先進的柔性生產技術的基礎上通過企業內部的多功能項目組與企業外的多功能組織組成虛擬公司，把全球范圍內的各種資源，包括人的資源集成在一起。
第一代CIMS只注重信息和功能的集成，隨著CIM技術的發展和應用，CIMS含義也在深化，第二代CIMS更強調技術、組織和人的全面集成
可見，CIMS與CELP及AM等生產模式并無本質區別，他們之間的關系是一種互補而不是替代 。
沒有計算機通訊系統?不采用現代制造技術的集成，是很難充分發揮精節生產的組織集成和人員集成的優勢，而敏捷制造的基礎和主體實質還是CIMS，不過只是CIMS的橫向發展，是企業級的集成擴展為社會系統內的集成;而LP和AM則為CIMS真正取得效益提供了新的思想和技術，又促進了CIMS的進一步發展
6推動我國先進制造技術發展的戰略設想
改革開放以來，通過研究開發、技術改造與國外引進，我國制造技術水平不斷發展和提高，己經具有相當規模和實力但是從總體上看，我國制造生產水平仍然比較落后，在質量、品種、成本效率效益和售后服務等方面與國外先進水平相比都有很大差距，缺乏國際競爭力。
為發展我國的先進制造技術，我們應把握時機，超越某些階段，迎頭趕上世界先進水平。要使這種愿望變為現實，必須明確先進制造技術的發展目標，采取相應的戰略對策6.1先進制造技術的發展目標
先進制造技術是使制造業強盛的關鍵所在，沒有先進制造技術，就不可能在發達的制造業在市場經濟為主體的世界經濟體系條件下，先進制造技術是由市場選擇和決定的。市場是先進制造技術存在、發展的源動力。先進制造技術研究的根本目的就在于及時、高效、優質、靈活、低耗地制造市場上有競爭力的產品，這是先進制造技術研究的市場觀發達國家制造業的管理專家和先進制造技術研究專家早己從殘酷市場競爭中明確了這一點，把占領市場作為發展先進制造技術的最終目標，建立和完善了一整套市場、技術、產品間相互聯系、相互制約?相互促進的機制。
我國市場經濟處在初級階段，制造業還比較落后，先進制造技術主要依靠引進和跟蹤的格局不會改變，中國是一個大國，應當有使產品具有進入國際市場的競爭力，先進制造技術應以提高制造業產品的市場競爭力為發展目標
6.2戰略對策
6.2.1組織起來，加強合作，共同開發，推動先進制理技術于一體的綜合技術，它的發展涉及到規模管理資金保障、研究開發、生產應用等多個方面因此，必須把政策部門、科研單位、高等院校和企業各方面力量組織，加強合作，共同開發，尤其是要吸引企業界參與先進制造技術的研究，健全科技研究開發一體化機制，在先進制造技術研究中推進和建立大學、研究所和制造業相結合的研究體制隨著市場的國際化和全球信息網絡技術的發展，制造技術國際化日趨明顯，我國制造領域專家和企業家要有使自己產品和技術進入國際市場、投置于國際競爭的大環境下并成為知名品牌的雄才大略，要積極促進先進制造技術基礎研究的國際合作，以増強我國先進制造技術的實力
6.22確定優先資助領域，支持應用前景明確的先進制造技術基礎研究，加快研究成果的應用轉化
當今世界科學技術化技術科學化的科技一體化趨勢日益明顯，技術的生命周期不斷縮短如果一種現在還算先進的技術不迅速應用，過不了幾年就可能被淘汰而大學在選擇制造方面的應用基礎研究項目時，往往缺乏先進制造技術的市場觀，不注重實際考察，不注重應用前景，不注重研究成果的應用轉化國家在應用基礎研究成果到技術開發和應用的成果轉化過程中的機制仍不健全。各部委?產業部門及國家自然科學基金委員會在資助先進制造技術基礎研究中，應確定優先資助領域，在強調支持前沿和創新的同時更要強調研究項目的應用前景，支持和鼓勵項目的聯合資助在跟蹤國際先進制造技術研究的同時，強調結合國情選題，面向經濟選題，瞄準應用選題
6.23持續開展制造業的技術改造
制造技術的發展是通過技術改造過程實現的，通過技術改造逐步淘汰老工藝、老設備，推廣應用先進的新工藝和新設備，以提高企業的制造技術水平，最終達到提高產品性能質量和對市場的應變能力?！鞍宋濉逼陂g己對一批重點骨干企業實行重點投資，進行現代化的技術改造使諸如數控機床、加工中心'?計算機輔助設計、制造和管理等新技術在這些企業得到普及、推廣和應用?！熬盼濉逼陂g將這些技術在更多的企業中逐步推廣，視不同情況或建成FMCFMS，或進一步實現計算機集成制造系統。
進行技術改造必須從經營戰略和生產系統整體出發，不能單純把技術改造局限于更新工藝設備上因此，進行技術改造時應進行經濟分析與論證，以作出科學的決策與判斷
6.2.4采用新型的生產模式，改進生產組織管理，提高人員技術素質
先進制造技術既包括工藝技術設備，又包括生產的組織管理和人員技術素質只有相適應的生產組織管理和人員技術素質與其配套，先進的工藝技術裝備才能充分發揮其應有的作用，形成先進制造技術為此，要根據企業特點，采取適用的生產模式，改進生產的組織管理，提高人員的技術素質，使生產組織管理便于實現計算機化和信息化，便于集成為有機聯系的自動化整體，使參與生產過程的人員盡可能在技術上成為多面手，更好地適應多變的市場需求
使用者請注明文章內容出處
陳曉川 劉曉冰
（大連理工大學CIMS中心，大連，116023）
內容提要：近幾年新的先進制造技術模式和哲理層出不窮，本文結合我國國情，通過分析現代集成制造系統與其它先進制造技術的關系，論述了我國現代集成制造系統的技術構成和發展策略及途徑，希望為我國制造業的發展做些有益的探索。
關鍵詞：現代集成制造系統，并行工程，虛擬制造，分布式網絡化研究中心
引言
信息技術的發展引起的革命使我們進入了信息時代。信息革命不僅引起人們的思想觀念、生活方式的變化，而且導致了生產方式和制造哲理的巨大變化，可以說近十年來提出的新的制造哲理都離不開信息技術提供的支撐，以信息化制造技術為代表的先進制造技術正使制造業處于重要的歷史性變革時期。多年來，我國的綜合國力不斷增強，入關在即，市場競爭十分激烈，國內市場已從賣方市場轉化為買方市場，而且正在迅速成為國際市場的一部分，許多大中型企業在競爭中處于不利地位，甚至破產、倒閉。本文結合我國國情，通過分析現代集成制造系統與先進制造技術的關系，論述了我國現代集成制造系統的技術構成和發展策略及途徑，希望為我國制造業的發展做些有益的探索。
現代集成制造系統的含義與定位
現代集成制造系統（Contemporary Integrated Manufacturing System）是計算機集成制造系統新的發展階段，在繼承計算機集成制造系統優秀成果的基礎上，它不斷吸收先進制造技術中的相關思想的精華，從信息集成、過程集成向企業集成方向迅速發展，在先進制造技術中處于核心地位。具體地說，它將傳統的制造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術進行有機的結合，通過計算機技術使企業產品在全生命周期中有關的組織、經營、管理和技術有機集成和優化運行，在企業產品全生命周期中實現信息化、智能化、集成優化，達到產品上市快、服務好、質量優、成本低的目的，進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性，使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。從集成的角度看，早期的計算機集成制造系統側重于信息集成，而現代集成制造系統的集成概念在廣度和深度上都有了極大的擴展，除了信息集成外還實現了企業產品全生命周期中的各種業務過程的整體優化，即過程集成，并發展到企業優勢互補的企業之間的集成階段。
現代集成制造系統的研究范圍應該介于國家攀登計劃和國家攻關計劃之間。與攀登計劃研究項目相比較，它更注重成果的應用性，盡可能將技術產業化，并推動我國制造業的現代化進程；與國家攻關計劃相比較，它更注重解決我國制造業發展中的關鍵的共性問題、前瞻性問題和示范性問題【1】。
現代集成制造系統的技術構成
圖1 現代集成制造系統的技術構成
先進制造技術（AMT－Advanced Manufacturing Technology）作為一個專有名詞至今還沒有一個明確的、一致公認的定義。通過對其內涵和特征的研究，目前共同的認識是：先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱【3】。它具有如下一些特點：
從以技術為中心向以人為中心轉變，使技術的發展更加符合人類社會的需要； 從強調專業化分工向模糊分工、一專多能轉變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發揮； 從金字塔的多層管理結構向扁平的網絡化結構轉變，減少層次和中間環節； 從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變，縮短工作周期，提高工作質量； 從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態的自主管理的小組工作方式轉變。 通過對先進制造技術的定義和特點的分析我們發現，現代集成制造系統擁有先進制造技術的絕大部分特點，只不過先進制造技術所涉及的的范圍要比現代集成制造系統大，因此通過對先進制造技術的綜合考察，我們提出了一個現代集成制造系統的技術構成模式。如圖1所示，即在先進制造技術中，現代集成制造系統在吸收計算機集成制造系統的優秀成果的基礎上，繼續推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態聯盟的研究工作深入進行，并不斷吸收先進制造技術中的成功經驗和先進思想，將它們進行推廣應用，由此使現代集成制造系統成為先進制造技術的核心，具體說明如下：
1、并行工程（CE－Concurrent Engineering）：
并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）的系統方法。它要求產品開發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。為了達到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實現不同部門人員的協同工作；為了達到產品的一次設計成功，減少反復，它在許多部分應用了仿真技術；主模型的建立、局部仿真的應用等都包含在虛擬制造技術中，可以說并行工程的發展為虛擬制造技術的誕生創造了條件，虛擬制造技術將是以并行工程為基礎的，并行工程的進一步發展就是虛擬制造技術。同時，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術支持下，將原來分別進行的工作在時間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術，并吸收了當前迅速發展的計算機技術、網絡技術的優秀成果，使其成為先進制造技術中的基礎。
雖然并行工程在我國進行的研究工作中屬于熱點，也取得了一些成果，但是目前還存在以下一些問題：
(1)研究的廣度和深度不夠：雖然并行工程的研究工作已經廣泛開展，但是無論從研究的內容上看，還是從研究的水平上說都明顯存在差距。如：并行工程在成本和質量上的應用才剛剛起步，與供應商的集成問題還沒有提上日程。
(2)與并行工程有關的技術實用化不夠：在實用技術研究方面，目前還沒有商品化軟件誕生，而國外公司已經推出商品化軟件（如：PTC的Pro-Engineering、CV的CADDS5）。
(3)并行工程的實施隊伍不夠：由于科研力量薄弱，在研究上還不能全面開花，并行工程的實施就更是難上加難了。而且，當前國內機械行業在激烈的市場競爭中經濟效益不好，CAD/CAM技術還有待普及，全面實施并行工程還缺乏基本的物質基礎。
由于并行工程所處的基礎性地位及我國研究工作的不足，就決定了必須將它作為現代集成制造系統的基礎性研究工作不斷深入地進行。
2、虛擬制造（VM－Virtual Manufacturing）：
虛擬制造利用信息技術、仿真技術、計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防措施，從而達到產品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的【4】。
目前，虛擬制造技術已經在國外有所應用，例如：美國Boneing公司設計的一架VS-X虛擬飛機，可用頭盔顯示器和數據手套進行觀察與控制，使飛機設計人員身臨其境地觀察飛機設計的結果，并對其外觀、內部結構及使用性能進行考察；日本Matsushita公司開發的虛擬廚房設備制造系統，允許消費者在購買商品前，在虛擬的廚房環境中體驗不同設備的功能，按自己的喜好評價、選擇和重組這些設備，他們的選擇將被存儲并通過網絡送至生產部門進行生產；美國Coventry School of Art and Design開發的虛擬原型制作系統，設計者在設計的初始階段能夠在計算機中構造虛擬原型并對此原型進行評價【6】。
國內的研究剛剛起步，主要集中在三個方面【7】：
（1）產品虛擬設計技術：
主要包括虛擬產品開發平臺、虛擬測試、虛擬裝配以及機床、模具的虛擬設計實現等。其中清華大學利用美國國家儀器公司的Labview開發平臺實現了鎖相電路的虛擬，機械科學研究院采用C語言和OpenGL進行編程初步實現了立體停車庫的虛擬現實下的參數化設計，可以直觀地進行車庫的布局、設計、分析和運動模擬。
（2）產品虛擬制造技術
主要包括材料熱加工工藝模擬、加工過程仿真、板材成型模擬、模具制造仿真等。北航與一汽用OPTRIS開發的板料成型軟件已經基本能夠模擬類似車門的中等復雜程度的汽車覆蓋件和其他沖壓成型件的沖壓成型過程；沈陽鑄造研究所開發的電渣熔鑄工藝模擬軟件包ESRD3D已經應用于水輪發電機變曲面過流部件生產中，其產品在劉家峽、李家峽、天生橋、太平役等7個電站中使用；合肥工業大學研制的雙刀架數控車床加工過程模擬軟件已經在馬鞍山鋼鐵股份有限公司車輪輪箍廠應用，使數控程序現場調試時間由幾個班縮短到幾小時，并保證一次試切成功；北京機床研究所、機械科學研究院、東北大學、上海交大和長沙鐵道學院等單位也研制出一些這方面的仿真軟件。
（3）虛擬制造系統
主要包括虛擬制造技術的體系結構、技術支持、開發策略等。其中提出了比較成熟的思想并可能實現的是由上海同濟大學教授提出的分散網絡化生產系統和西安交通大學謝友柏院士組建的異地網絡化研究中心。
從以上的論述中可以看到國內外研究水平差距是很大的，而且由于虛擬制造技術既是并行工程的發展方向又是敏捷制造的核心，這就決定我們必須以它作為現代集成制造系統的中心技術，以帶動相關技術的研究工作的進行，并使它們協同一致順利地發展。
3、敏捷制造（AM－Agile Manufacturing）：
敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，對用戶需求作出快速反應，以滿足用戶的需要。為了達到快速應變能力，虛擬企業的建立是關鍵技術，其核心是虛擬制造技術，即敏捷制造是以虛擬制造技術為基礎的。敏捷制造是現代集成制造系統從信息集成發展到企業集成的必由之路，它的發展水平代表了現代集成制造系統的發展水平，是現代集成制造系統的發展方向。
自從1991年美國提出敏捷制造的思想后，美國政府就贊助許多研究單位開發實現敏捷制造的基礎結構和工具，并鼓勵在不同行業進行示范應用，目前已經取得了一定進展。例如：在遙測裝置生產的敏捷制造示范項目中，它聯合了加利福尼亞的圣地亞國家實驗室、聯合信號公司堪薩斯城分部和新墨西哥的圣地亞國家實驗室以及機械主箱、印刷電路板供應商。通過聯合彌補了單一企業資源不足的弱點，這一聯盟的生產時間比單一企業的生產時間減少了50％，生產率提高顯著?，F在美國的很多大公司都參加了這一研究計劃，在歐洲和日本等發達國家也紛紛成立了相應的機構，進行相應的研究和實施工作。我國專家從1993年就開始對敏捷制造進行跟蹤研究，主要包括：實施敏捷制造的技術基礎；虛擬公司的建立步驟及其體系結構和運行模式；虛擬公司的組織與應用等。與國外相比，這些研究工作只能算原則性的研究工作，距離實用還需要走很長的一段路。因此，在我國企業目前還不可能實現敏捷制造，但是從科學研究的角度看，我們認為需要在合適的條件下建立一個研究性的虛擬企業，加深我們對虛擬企業在實際應用中所遇難題的理解，即在實踐中吸取有益的經驗，為今后的發展作一定的技術儲備。
4、綠色制造（GM－Green Manufacturing）：
綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢的整個產品生命周期中，對環境的影響（負作用）最小，資源的使用效率最高。綠色制造的提出是人們日益重視環境保護的必然選擇，發展不能以環境污染為代價，國際制造業的實踐表明，通過改進整個制造工藝來減少廢棄物，要比處理工廠處理已經排放的廢棄物大大節省開支。綠色制造的實現可以通過計算機仿真來達到目的，即它是虛擬制造的一部分。從可持續發展戰略的觀點看，綠色制造是必然選擇，它將成為現代集成制造系統的一個重要的組成部分。
從以上的分析中我們可以看到：各種先進制造技術是相互關聯、彼此交叉的，在先進制造技術這一大廈下，現代集成制造系統成為它的核心，并隨著先進制造技術的不斷發展而發展，即現代集成制造系統應該是一個動態的概念。
我國現代集成制造系統的發展策略
在市場競爭的推動下，先進制造技術發展十分迅速，新思想、新概念層出不窮，通過對現代集成制造系統與先進制造技術關系的分析，我們認為在制定我國現代集成制造系統的發展策略時，應該注重以人為本的思想，運用并行工程的哲理，使各種先進制造技術相互銜接、協調發展，并不斷吸收先進制造技術的成熟成果，為先進制造技術在我國的廣泛應用起到促進的作用。
目前，在美國并行工程已到了推廣應用階段，在虛擬制造方面也有商品化軟件投入市場，在這方面我們存在巨大的差距，主要表現在：從研究工作方面看，科研經費緊缺，科研力量分散，科研成果難以推廣應用，人才流失嚴重；從企業方面看，企業的整體素質不高，管理工作落后，科研能力薄弱，當面臨國際競爭時大多難以為繼，很難在現代集成制造系統方面花費過多，而且受企業人員素質的制約，一些先進的技術還不易取得立竿見影的實際效果，這些都影響了企業應用先進制造技術的熱情；從國家政策方面看，雖然國家對制造業十分重視，但是，由于我國當前正處在改革過程中，多種機制同時運行，多方利益難以協調，在資金使用上往往顧此失彼，而且國家財政困難，也難以使用重金支持現代集成制造系統的研究。針對上述實際情況，我們提出下列解決方案：
（1）以企業需求為出發點，以“甩圖板”工程為契機，大力普及CAD技術，幫助企業進行人員培訓，提高企業人員的素質（其中包括技術水平、勞動態度、道德水平等），不斷提高企業的管理水平，在計算機集成制造系統成功示范企業中及時推廣并行工程，并適當宣傳虛擬制造、敏捷制造等思想和技術，為企業的進一步發展提供堅實的基礎。
（2）在政府方面，應發揮政府的協調職能，組織企業和科研部門進行多方面、多層次的合作，加強科研成果的應用推廣，而且應組織多學科、跨地區的科研力量共同攻關；從宏觀上加強對現代集成制造系統的指導，集中大家的智慧制定出符合我國國情的發展計劃，并將計劃的執行落到實處。
（3）在技術的先進性方面，不要過度追求世界領先，應該根據企業實際要求，解決實際問題，力爭盡快創造效益，以此取得企業的支持并獲得資金上的幫助，以便形成良性循環，促進研究工作的進一步開展。同時，應該參與國際合作，跟蹤國際研究動態，當然，也可以適當引進一些關鍵的、有發展潛力的技術，進行消化和創新，縮短我國與世界先進水平的差距，保持一定的技術領先性。
（4）針對我國科研力量分散的弱點，仿照分散網絡化生產的思想，利用計算機網絡，開展合作研究，建立分布式網絡化研究中心，協調一致進行科技攻關。所謂分布式網絡化研究中心就是利用信息技術、網絡技術、計算機技術對現實研究活動中的人、物、信息及研究過程進行全面的集成，在一定時期內為了共同的目標以最佳的人員和單位組合來開展科學研究工作，調動各方面的積極性通過協同工作達到研究工作的廣泛開展和深入進行，縮短科研周期，增強科技成果的競爭力，也可以說分布式網絡化研究中心是將現實的研究機構的職能在網絡中的映射，是一種“虛擬”的工作模式【9】。
綜上所述，發展我國的現代集成制造系統應該以企業的需求為動力，通過政府的政策和計劃的協調，繼續深入開展并行工程、虛擬制造、敏捷制造和綠色制造的研究與應用，并利用分布式網絡化研究中心，組織各地區的科研力量集中突破與現代集成制造系統密切相關的如STEP標準的應用、CORBA規范的推廣、企業過程重構理論的研究等具有重大戰略意義的理論研究工作，逐步使現代集成制造系統成為我國制造業的靈魂。
參考文獻
李伯虎等，現代集成制造系統的發展與863/CIMS主題的實施策略，CIMS，1998，10:7～15 吳澄，李伯虎，從計算機集成制造系統到現代集成制造系統，CIMS，1998，10:1～6 李敏賢，面向21世紀的先進制造技術，機械工業自動化，1998，20(4):1～3 虛擬制造技術研討與演示會論文集，機械科學研究院，1998，9 Wiens G.J. : Overview of Virtual Manufacturing， Proceedings of 2nd Agile Manufacturing Conference: Albuquerque， New Mexico， USA， March 16～17，1995 王宏典、張友良，虛擬制造技術及其應用，機械科學與技術，1998，17（3）: 477～479 陳曉川、張暴暴、劉曉冰、馮辛安，虛擬制造技術研究概況綜述，機械制造，1998，12:8～10 IKimura F.: Product and Process Modeling as a Kernel for Virtual Manufacturing Environment. Annals of the CIRP，1993，42(1):147～150 陳曉川、劉曉冰、馮辛安，分布式網絡化研究中心及其體系結構，計算機輔助設計與制造，1998，12 The Strategy and Frame of Contemporary Integrated Manufacturing System
Chen Xiao-Chuan， Liu Xiao-Bing
(Dalian University of Technology， CIMS Centre，Dalian，116023)
引言
信息技術的發展引起的革命使我們進入了信息時代。信息革命不僅引起人們的思想觀念、生活方式的變化，而且導致了生產方式和制造哲理的巨大變化，可以說近十年來提出的新的制造哲理都離不開信息技術提供的支撐，以信息化制造技術為代表的先進制造技術正使制造業處于重要的歷史性變革時期。多年來，我國的綜合國力不斷增強，入關在即，市場競爭十分激烈，國內市場已從賣方市場轉化為買方市場，而且正在迅速成為國際市場的一部分，許多大中型企業在競爭中處于不利地位，甚至破產、倒閉。本文結合我國國情，通過分析現代集成制造系統與先進制造技術的關系，論述了我國現代集成制造系統的技術構成和發展策略及途徑，希望為我國制造業的發展做些有益的探索。
現代集成制造系統的含義與定位
現代集成制造系統（ContemporaryIntegratedManufacturingSystem）是計算機集成制造系統新的發展階段，在繼承計算機集成制造系統優秀成果的基礎上，它不斷吸收先進制造技術中的相關思想的精華，從信息集成、過程集成向企業集成方向迅速發展，在先進制造技術中處于核心地位。具體地說，它將傳統的制造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術進行有機的結合，通過計算機技術使企業產品在全生命周期中有關的組織、經營、管理和技術有機集成和優化運行，在企業產品全生命周期中實現信息化、智能化、集成優化，達到產品上市快、服務好、質量優、成本低的目的，進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性，使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。從集成的角度看，早期的計算機集成制造系統側重于信息集成，而現代集成制造系統的集成概念在廣度和深度上都有了極大的擴展，除了信息集成外還實現了企業產品全生命周期中的各種業務過程的整體優化，即過程集成，并發展到企業優勢互補的企業之間的集成階段。
現代集成制造系統的研究范圍應該介于國家攀登計劃和國家攻關計劃之間。與攀登計劃研究項目相比較，它更注重成果的應用性，盡可能將技術產業化，并推動我國制造業的現代化進程；與國家攻關計劃相比較，它更注重解決我國制造業發展中的關鍵的共性問題、前瞻性問題和示范性問題【1】。
現代集成制造系統的技術構成
圖1現代集成制造系統的技術構成
先進制造技術（AMT－AdvancedManufacturingTechnology）作為一個專有名詞至今還沒有一個明確的、一致公認的定義。通過對其內涵和特征的研究，目前共同的認識是：先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱【3】。它具有如下一些特點：
從以技術為中心向以人為中心轉變，使技術的發展更加符合人類社會的需要；從強調專業化分工向模糊分工、一專多能轉變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發揮；從金字塔的多層管理結構向扁平的網絡化結構轉變，減少層次和中間環節；從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變，縮短工作周期，提高工作質量；從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態的自主管理的小組工作方式轉變。通過對先進制造技術的定義和特點的分析我們發現，現代集成制造系統擁有先進制造技術的絕大部分特點，只不過先進制造技術所涉及的的范圍要比現代集成制造系統大，因此通過對先進制造技術的綜合考察，我們提出了一個現代集成制造系統的技術構成模式。如圖1所示，即在先進制造技術中，現代集成制造系統在吸收計算機集成制造系統的優秀成果的基礎上，繼續推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態聯盟的研究工作深入進行，并不斷吸收先進制造技術中的成功經驗和先進思想，將它們進行推廣應用，由此使現代集成制造系統成為先進制造技術的核心，具體說明如下：
1、并行工程（CE－ConcurrentEngineering）：
并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）的系統方法。它要求產品開發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。為了達到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實現不同部門人員的協同工作；為了達到產品的一次設計成功，減少反復，它在許多部分應用了仿真技術；主模型的建立、局部仿真的應用等都包含在虛擬制造技術中，可以說并行工程的發展為虛擬制造技術的誕生創造了條件，虛擬制造技術將是以并行工程為基礎的，并行工程的進一步發展就是虛擬制造技術。同時，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術支持下，將原來分別進行的工作在時間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術，并吸收了當前迅速發展的計算機技術、網絡技術的優秀成果，使其成為先進制造技術中的基礎。
雖然并行工程在我國進行的研究工作中屬于熱點，也取得了一些成果，但是目前還存在以下一些問題：
(1)研究的廣度和深度不夠：雖然并行工程的研究工作已經廣泛開展，但是無論從研究的內容上看，還是從研究的水平上說都明顯存在差距。如：并行工程在成本和質量上的應用才剛剛起步，與供應商的集成問題還沒有提上日程。
(2)與并行工程有關的技術實用化不夠：在實用技術研究方面，目前還沒有商品化軟件誕生，而國外公司已經推出商品化軟件（如：PTC的Pro-Engineering、CV的CADDS5）。
(3)并行工程的實施隊伍不夠：由于科研力量薄弱，在研究上還不能全面開花，并行工程的實施就更是難上加難了。而且，當前國內機械行業在激烈的市場競爭中經濟效益不好，CAD/CAM技術還有待普及，全面實施并行工程還缺乏基本的物質基礎。
由于并行工程所處的基礎性地位及我國研究工作的不足，就決定了必須將它作為現代集成制造系統的基礎性研究工作不斷深入地進行。
2、虛擬制造（VM－VirtualManufacturing）：
虛擬制造利用信息技術、仿真技術、計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防措施，從而達到產品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的【4】。
目前，虛擬制造技術已經在國外有所應用，例如：美國Boneing公司設計的一架VS-X虛擬飛機，可用頭盔顯示器和數據手套進行觀察與控制，使飛機設計人員身臨其境地觀察飛機設計的結果，并對其外觀、內部結構及使用性能進行考察；日本Matsushita公司開發的虛擬廚房設備制造系統，允許消費者在購買商品前，在虛擬的廚房環境中體驗不同設備的功能，按自己的喜好評價、選擇和重組這些設備，他們的選擇將被存儲并通過網絡送至生產部門進行生產；美國CoventrySchoolofArtandDesign開發的虛擬原型制作系統，設計者在設計的初始階段能夠在計算機中構造虛擬原型并對此原型進行評價【6】。
國內的研究剛剛起步，主要集中在三個方面【7】：
（1）產品虛擬設計技術：
主要包括虛擬產品開發平臺、虛擬測試、虛擬裝配以及機床、模具的虛擬設計實現等。其中清華大學利用美國國家儀器公司的Labview開發平臺實現了鎖相電路的虛擬，機械科學研究院采用C語言和OpenGL進行編程初步實現了立體停車庫的虛擬現實下的參數化設計，可以直觀地進行車庫的布局、設計、分析和運動模擬。
（2）產品虛擬制造技術
主要包括材料熱加工工藝模擬、加工過程仿真、板材成型模擬、模具制造仿真等。北航與一汽用OPTRIS開發的板料成型軟件已經基本能夠模擬類似車門的中等復雜程度的汽車覆蓋件和其他沖壓成型件的沖壓成型過程；沈陽鑄造研究所開發的電渣熔鑄工藝模擬軟件包ESRD3D已經應用于水輪發電機變曲面過流部件生產中，其產品在劉家峽、李家峽、天生橋、太平役等7個電站中使用；合肥工業大學研制的雙刀架數控車床加工過程模擬軟件已經在馬鞍山鋼鐵股份有限公司車輪輪箍廠應用，使數控程序現場調試時間由幾個班縮短到幾小時，并保證一次試切成功；北京機床研究所、機械科學研究院、東北大學、上海交大和長沙鐵道學院等單位也研制出一些這方面的仿真軟件。
（3）虛擬制造系統
主要包括虛擬制造技術的體系結構、技術支持、開發策略等。其中提出了比較成熟的思想并可能實現的是由上海同濟大學教授提出的分散網絡化生產系統和西安交通大學謝友柏院士組建的異地網絡化研究中心。
從以上的論述中可以看到國內外研究水平差距是很大的，而且由于虛擬制造技術既是并行工程的發展方向又是敏捷制造的核心，這就決定我們必須以它作為現代集成制造系統的中心技術，以帶動相關技術的研究工作的進行，并使它們協同一致順利地發展。
3、敏捷制造（AM－AgileManufacturing）：
敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，對用戶需求作出快速反應，以滿足用戶的需要。為了達到快速應變能力，虛擬企業的建立是關鍵技術，其核心是虛擬制造技術，即敏捷制造是以虛擬制造技術為基礎的。敏捷制造是現代集成制造系統從信息集成發展到企業集成的必由之路，它的發展水平代表了現代集成制造系統的發展水平，是現代集成制造系統的發展方向。
自從1991年美國提出敏捷制造的思想后，美國政府就贊助許多研究單位開發實現敏捷制造的基礎結構和工具，并鼓勵在不同行業進行示范應用，目前已經取得了一定進展。例如：在遙測裝置生產的敏捷制造示范項目中，它聯合了加利福尼亞的圣地亞國家實驗室、聯合信號公司堪薩斯城分部和新墨西哥的圣地亞國家實驗室以及機械主箱、印刷電路板供應商。通過聯合彌補了單一企業資源不足的弱點，這一聯盟的生產時間比單一企業的生產時間減少了50％，生產率提高顯著?，F在美國的很多大公司都參加了這一研究計劃，在歐洲和日本等發達國家也紛紛成立了相應的機構，進行相應的研究和實施工作。我國專家從1993年就開始對敏捷制造進行跟蹤研究，主要包括：實施敏捷制造的技術基礎；虛擬公司的建立步驟及其體系結構和運行模式；虛擬公司的組織與應用等。與國外相比，這些研究工作只能算原則性的研究工作，距離實用還需要走很長的一段路。因此，在我國企業目前還不可能實現敏捷制造，但是從科學研究的角度看，我們認為需要在合適的條件下建立一個研究性的虛擬企業，加深我們對虛擬企業在實際應用中所遇難題的理解，即在實踐中吸取有益的經驗，為今后的發展作一定的技術儲備。
4、綠色制造（GM－GreenManufacturing）：
綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢的整個產品生命周期中，對環境的影響（負作用）最小，資源的使用效率最高。綠色制造的提出是人們日益重視環境保護的必然選擇，發展不能以環境污染為代價，國際制造業的實踐表明，通過改進整個制造工藝來減少廢棄物，要比處理工廠處理已經排放的廢棄物大大節省開支。綠色制造的實現可以通過計算機仿真來達到目的，即它是虛擬制造的一部分。從可持續發展戰略的觀點看，綠色制造是必然選擇，它將成為現代集成制造系統的一個重要的組成部分。
從以上的分析中我們可以看到：各種先進制造技術是相互關聯、彼此交叉的，在先進制造技術這一大廈下，現代集成制造系統成為它的核心，并隨著先進制造技術的不斷發展而發展，即現代集成制造系統應該是一個動態的概念。
我國現代集成制造系統的發展策略
在市場競爭的推動下，先進制造技術發展十分迅速，新思想、新概念層出不窮，通過對現代集成制造系統與先進制造技術關系的分析，我們認為在制定我國現代集成制造系統的發展策略時，應該注重以人為本的思想，運用并行工程的哲理，使各種先進制造技術相互銜接、協調發展，并不斷吸收先進制造技術的成熟成果，為先進制造技術在我國的廣泛應用起到促進的作用。
目前，在美國并行工程已到了推廣應用階段，在虛擬制造方面也有商品化軟件投入市場，在這方面我們存在巨大的差距，主要表現在：從研究工作方面看，科研經費緊缺，科研力量分散，科研成果難以推廣應用，人才流失嚴重；從企業方面看，企業的整體素質不高，管理工作落后，科研能力薄弱，當面臨國際競爭時大多難以為繼，很難在現代集成制造系統方面花費過多，而且受企業人員素質的制約，一些先進的技術還不易取得立竿見影的實際效果，這些都影響了企業應用先進制造技術的熱情；從國家政策方面看，雖然國家對制造業十分重視，但是，由于我國當前正處在改革過程中，多種機制同時運行，多方利益難以協調，在資金使用上往往顧此失彼，而且國家財政困難，也難以使用重金支持現代集成制造系統的研究。針對上述實際情況，我們提出下列解決方案：
（1）以企業需求為出發點，以“甩圖板”工程為契機，大力普及CAD技術，幫助企業進行人員培訓，提高企業人員的素質（其中包括技術水平、勞動態度、道德水平等），不斷提高企業的管理水平，在計算機集成制造系統成功示范企業中及時推廣并行工程，并適當宣傳虛擬制造、敏捷制造等思想和技術，為企業的進一步發展提供堅實的基礎。
（2）在政府方面，應發揮政府的協調職能，組織企業和科研部門進行多方面、多層次的合作，加強科研成果的應用推廣，而且應組織多學科、跨地區的科研力量共同攻關；從宏觀上加強對現代集成制造系統的指導，集中大家的智慧制定出符合我國國情的發展計劃，并將計劃的執行落到實處。
（3）在技術的先進性方面，不要過度追求世界領先，應該根據企業實際要求，解決實際問題，力爭盡快創造效益，以此取得企業的支持并獲得資金上的幫助，以便形成良性循環，促進研究工作的進一步開展。同時，應該參與國際合作，跟蹤國際研究動態，當然，也可以適當引進一些關鍵的、有發展潛力的技術，進行消化和創新，縮短我國與世界先進水平的差距，保持一定的技術領先性。
（4）針對我國科研力量分散的弱點，仿照分散網絡化生產的思想，利用計算機網絡，開展合作研究，建立分布式網絡化研究中心，協調一致進行科技攻關。所謂分布式網絡化研究中心就是利用信息技術、網絡技術、計算機技術對現實研究活動中的人、物、信息及研究過程進行全面的集成，在一定時期內為了共同的目標以最佳的人員和單位組合來開展科學研究工作，調動各方面的積極性通過協同工作達到研究工作的廣泛開展和深入進行，縮短科研周期，增強科技成果的競爭力，也可以說分布式網絡化研究中心是將現實的研究機構的職能在網絡中的映射，是一種“虛擬”的工作模式【9】。
綜上所述，發展我國的現代集成制造系統應該以企業的需求為動力，通過政府的政策和計劃的協調，繼續深入開展并行工程、虛擬制造、敏捷制造和綠色制造的研究與應用，并利用分布式網絡化研究中心，組織各地區的科研力量集中突破與現代集成制造系統密切相關的如STEP標準的應用、CORBA規范的推廣、企業過程重構理論的研究等具有重大戰略意義的理論研究工作，逐步使現代集成制造系統成為我國制造業的靈魂。
參考文獻
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ChenXiao-Chuan,LiuXiao-Bing
作者簡介：周佳軍(1989-)，男，湖北黃岡人，博士研究生，研究方向：計算機輔助設計、計算機輔助制造、計算機集成制造系統等
0引言
制造業是中國經濟增長的主體和支柱，是綜合國力的重要體現。當前我國制造業的總體情況依然落后，從資源與環境的角度看，我國制造業對能源和資源消耗巨大，環境污染嚴重；從技術與創新水平的角度看，我國制造產業的技術創新能力薄弱，科技含量低，技術水平落后，有自主知識產權的產品少，產品的附加值較低[1]；從產業內部價值鏈的角度看，我國傳統制造業處在價值鏈上(研發、制造、營銷)價值創造能力最低的環節，在研發和營銷領域，科技創新能力弱、品牌建設不足；從市場環境的角度看，知識經濟時代的市場競爭日趨激烈，消費更加個性化，傳統的以追求生產效率為目的而進行的品種單一、大批量以及標準化的產品制造模式，很難適應現代市場中客戶的個性化和多樣化需求。
先進制造技術(AdvancedManufacturingTechnology，AMT)注重經濟效益和技術的融合性，通過柔性生產、靈活生產、產品差異化、注重效率和質量等方式增強企業對市場的反應能力、提高自主創新能力，為客戶提供更加人性化的服務，具有產品質量精良、技術含量高、資源消耗低、環境污染少、經濟效益好等特性，通過發展AMT和戰略性新興產業改造提升傳統的資源密集型和勞動密集型工業，以開辟一條科技含量高、資源消耗低和環境污染少的新型工業化道路，已成為提高我國高新技術發展、推動經濟發展和滿足人民日益增長需求的主要技術支撐。
2012年以來，新工業革命成為各國討論的熱點，以物聯網(Internetofthings)和大數據(bigdata)為代表的信息技術、以綠色能源為代表的新能源技術、以3D打印技術為代表的數字化智能制造等技術系統協同創新，將柔性化、智能化、敏捷化、精益化、全球化和人性化融為一體，將改變制造業的生產模式和全球經濟系統，引領人們的生活走向智能化時代。工業西方發達國家紛紛提出“再工業化戰略”，試圖實現從“產業空心化”到“再工業化”的回歸，提出的再工業化戰略并不是恢復傳統制造業的生產能力，而是通過加快突破和應用AMT搶占新一輪科技和產業競爭的制高點，占領產業鏈的高端。為了保證我國制造業的持續發展，必須盡快完成制造業的轉型升級，實現由制造大國向制造強國的轉變。
1先進制造技術
AMT自20世紀80年代提出以來，世界各國都十分重視其理論和應用實踐研究。AMT既包括先進加工技術(AdvancedProcessingTechnology，APT)(主要指材料加工工藝及方法)，又包括對先進裝備、人的智慧等有機構成的現代集成制造系統的智能控制和組織管理的先進制造模式(AdvancedManufacturingMode，AMM)，主要指制造模式及系統。美國聯邦科學、工程和技術協調委員會(FederalCoordinatingCouncilorScienceEngineeringandTechnology，FCCSET)下屬的工業和技術委員會AMT工作組提出其主要包括三個技術群[2]：主體技術群(AMT的關鍵支撐，如計算機輔助設計、加工工藝規劃、增材制造技術、并行工程，以及材料生產工藝、加工工藝、加工和測試技術等)、支撐技術群(如計算機技術、自動化技術、檢測與轉換技術、標準和框架等)和管理技術群(如質量管理、基礎設施、人員培訓、全局監督等)。雖然先進制造模式和AMT密不可分，實踐中也常將二者混為一談，但是它們是兩個不同的概念。AMT注重制造單元功能效用的發揮(偏重技術)，AMM注重組織方式，強調的是人、組織結構和技術三者的協同。兩者的關系如圖1所示。
從社會技術系統的觀點看，任何制造系統都有兩個尺度，即技術系統和伴隨技術系統的社會系統，社會技術系統強調系統中技術系統與社會系統兩類因素的相互作用，技術影響社會系統投入的種類、轉換過程的性質和系統的產出。然而，社會系統決定著技術利用的有效性和效率，如果孤立地試圖使其中一個系統最優化，則可能使系統的總效能降低。AMT是各個單項技術在先進制造哲理下的有機集成，從最初關注技術和工程科學等自然科學的集成，慢慢過渡為重視在AMT應用過程中科學技術、組織結構以及人的智慧等的深度融合，尤其注重自然科學與社會科學的集成、系統體系觀念和整體全局優化，最終目的是使整個制造系統能對外部市場環境的變化產生及時、高效、敏捷的反應。
1.1先進制造技術的概念、內涵及主要內容
制造指對原材料進行加工或再加工，以及對零部件裝配過程的總稱。AMT的概念起源于美國[3]，早期其定義是以計算機和信息技術為基礎的制造技術群，主要包括計算機輔助設計、計算機輔助制造、計算機輔助工程、機器人及柔性制造技術、自動控制系統、數控技術及裝備等[4-5]，從研究的角度看，先進制造技術在不同時代具有不同的含義，當前各種新出現的、先進的機械加工技術(納米加工、激光切割、增材制造等)、精益生產、并行工程、柔性制造、虛擬制造、敏捷制造和現代集成制造模式等，都屬于AMT的研究之列。
我國學者在對國外學者有關AMT定義的歸納和研究中，更為系統地對AMT進行了定義，認為AMT是一個多學科體系，包括從市場需求、產品設計、工藝規劃到制造過程與市場反饋的人—機—物系統工程[6-7]。AMT本質上是自然科學(自動控制技術、工藝規劃技術等)和社會科學(組織管理和經濟學等)的有機融合體，是通過生產方式的智能化和柔性化來提高企業的核心競爭力和對市場環境的反應能力。
從制造系統的觀點看，AMT是一個三層次的技術群，如圖2所示：第一個層次(內層)為基礎制造技術，主要指優質、高效、低耗、清潔的通用共性技術，對應AMT中的支撐技術(如圖1)；第二層(中層)是新型制造單元技術，由制造技術與信息技術、新型材料加工技術、清潔能源、環境科學等結合而成，涉及多學科交叉、集成與融合，對應于先進制造技術中的主體技術和管理技術；第三層(外層)為先進制造模式/系統(集成技術)，是由先進制造單元技術和組織管理等融合而成的現代集成制造模式，強調技術系統和社會系統的協同與融合，對應于圖1的先進制造模式，是人、技術、組織和管理等要素的集成，也是人機物協同制造系統。
1.1.1基礎制造技術
優質、高效、低耗、清潔的基礎制造技術，主要指傳統的制造工藝技術(如毛坯測量下料、鑄造/塑性成形、鍛壓、焊接、熱處理、材料強韌化、表面保護、機械加工、優質高效連接技術、功能性防護涂層及各種與設計制造等)經過優化和改進后形成的基礎制造工藝，是先進制造技術的核心組成部分。
1.1.2新型制造單元技術
新型制造單元技術由制造技術與互聯網信息技術、人工智能、新型材料加工技術、清潔能源、環境科學等結合而成，涉及多學科交叉、集成與融合，主要包括以下內容：
(1)新型材料、納米技術和激光加工傳統材料的研制過程通過基本材料的組合反復試驗配制獲得，整個過程非常緩慢。2011年6月，美國先進制造業伙伴關系(AdvancedManufacturingPartnership，AMP)計劃之一的“材料基因組計劃”[8]，從分子結構的角度分析材料，通過原子排列找出相—顯微組織—性能—環境參數—使用壽命的關系，建立了原子、分子的結構與材料性能的關系，極大地提高了研發、生產和應用先進材料的速度。納米技術和激光加工引發了機械技術與電子技術在毫微米水平上的融合。
(2)增材制造與精密成型技術增材制造(如3D打印[9])是材料技術、粘結技術和打印技術的融合創新，由原材料直接制造成精密工件的材料近凈成型技術(Near-netShapeForming，NSF)制作的零件不需要加工或少量加工即可投入使用，極大地改造了傳統的毛坯成型技術[10]。
(3)機器人、自動化及智能化技術工業機器人在生產加工中可以完成某些過程復雜、費時耗力的標準化生產流程[11]；自動化促使機器或生產過程從自動控制發展到自學習、自組織、自維護和自修復等；智能化技術綜合了信息技術、模糊算法、神經網絡控制等智能優化算法，使機器在沒有人工干預的情況下進行生產，具有人機一體化、自律能力強、自組織與超柔性、自學習與自我維護等特點。
(4)先進電子技術裝備先進電子裝備，如平板電腦、智能手機、穿戴設備等普適人機交互設備和移動終端會越來越普及，使人與物理世界的交互方式更加普適化、虛擬化、智能化和個性化，實現任何地點、任何時間、任何人都能訪問任何信息的交互，傳感器和嵌入式設備將會感知和采集各種環境和監測對象信息，并對這些信息進行處理，用戶能夠利用自然普適智能的方式無縫地實現資源共享和服務的獲取。
(5)分子生物學和生物制造通過學習生物系統的結構、功能及其控制機制，解決制造過程中的一系列難題。強調生命科學的應用，方法包括基因算法、進化算法、強化學習和神經網絡等。
(6)供應鏈管理制造過程是物質流、信息流在控制流的協調下實現從原料到產品的轉換，供應鏈管理以整體效益最優化為目標，以系統化的觀點綜合考慮對人、技術、管理、設備、物料、信息等系統構成要素的優化組合，實現產品生命全周期經濟效益、社會效益和生態效益的協調統一。
(7)清潔生產技術、綠色可持續制造清潔生產和綠色制造主要表現在以下幾個方面：1綠色設計，設計階段就充分考慮對資源和環境的影響；2綠色選材，將環境因素融入材料的選擇過程中；3綠色制造，采用物料和能源消耗少、廢棄物少、對環境污染小的制造方法；4回收和循環再制造，實現資源―產品―廢棄物―再生資源或再生產品的反饋式循環模式[12]。
(8)物聯網、大數據、云計算(cloudcomputing)等新一代信息技術IBM公司基于新一代信息技術提出的智慧地球(smartplanet)掀起了物聯網研究的，引起了國內外學者和政府的廣泛關注[13]。物聯網是利用無線射頻識別(RadioFrequencyIDentification，RFID)、嵌入式系統、傳感器等技術獲取現實世界信息，使物體與物體之間通過網絡相互連接并進行信息交互，以實現智能化識別、跟蹤、監控和管理的一種網絡[14]。物聯網技術融入產品的全生命周期及制造過程的各個階段，將形成新的制造模式———制造物聯。隨著物聯網時代的到來，社交網絡、電子商務、信息物理系統、移動終端等迅速發展，數據量尤其是半結構化、非結構化數據呈爆發式增長，據著名咨詢公司IDC的研究報告，2011年網絡大數據總量為1.8ZB，預計到2020年，總量將達到35ZB，大數據時代正在來臨[15]。一般意義上，大數據指無法在一定時間內用常規機器和軟硬件工具對其進行感知、獲取、管理、處理和服務的數據集合[16]，具有大量、高速、多樣、價值密度低的特點。對于制造業而言，數據積累和數據的廣度還不夠，數據應用大多針對傳統企業內的結構化數據，有效整合大數據，包括微博、論壇、網站等數據源，分析發掘這些數據蘊藏的潛在價值，有助于快速預測市場趨勢和客戶的個性化需求，細分客戶并提供量身定制的合適服務，及時了解整個供應鏈的供需變化等。此外，制造系統中包括大量的物料、人員、生產設備狀態及加工過程等數據，研究制造系統中產生的大量不同來源的數據的動態演變過程，搜索、比較、聚類、分析、處理與融合制造過程的數據，可以支持制造過程的優化決策，優化生產流程和改進產品質量，有效提升制造企業的經營管理效率和市場競爭力。大數據分析需要高效的數據處理平臺，目前制造業已經進入大數據時代，而大數據具有數據體量巨大、數據類型繁多、查詢分析復雜等特點，超越了現有企業的IT架構和基礎設施的承載能力，因此需要高性能的計算機和網絡基礎設施，必須依托云計算的分布式架構、分布式處理、分布式數據庫和云存儲、虛擬化技術等。云計算[17]是能夠提供動態資源池、虛擬化和高可用性的下一代計算平臺，通過按需使用的方式為用戶提供可配置的資源(包括網絡、服務器、存儲、IT基礎設施、軟件、服務等)。云計算融合物聯網、面向服務、高性能計算和智能科學等技術形成云制造[18]，將各類制造資源或能力虛擬化、服務化，通過網絡和云平臺為用戶提供可高效便捷、按需使用、優質廉價的制造全生命周期服務。
1.1.3先進制造模式/系統
制造模式是制造業為了提高產品質量、市場競爭力、生產規模和生產速度，以完成特定的生產任務而采取的一種有效的生產方式和一定的生產組織形式。先進制造模式是以計算機信息技術和智能技術為代表的高新技術為支撐技術，在先進制造思想的指導下，用扁平化、網絡化組織結構方式組織制造活動，追求社會整體效益、顧客體驗和企業盈利，是最優化的柔性、智能化生產系統。按照歷史唯物主義的觀點，社會存在決定社會意識，從制造業的發展進程來看，不同社會發展時期決定了不同的制造思想、生產組織方式和管理理念，它們相互作用、共同決定了特定時期的制造模式。如圖3所示，按照制造技術的發展水平、生產組織方式和管理理念，將制造模式的發展歷程歸納為手工作坊式生產、機器生產、批量生產、低成本大批量生產、高質量生產、網絡化制造、面向服務的制造、智能制造8個階段。
工業革命以前，產品主要以手工作坊式和單件小批量模式生產為主，產品質量主要依賴手工匠的技藝，其成本較高、生產批量小，零部件的質量可控性和兼容性比較差，供不應求成為制造業進一步發展必須解決的問題。產業革命后，新的生產技術和管理思想大量涌現，這一階段的早期，制造技術的改進重點是規?；笈可a和提高生產效率，流水線式生產方式使得專業分工和標準化規模生產從技術方法上成為可能，科學組織管理理念等又從組織、結構和方式上保障了流水線式生產的實現，使得大規模制造成為可能。然而，大規模、批量化生產方式的精細化分工和高度標準化形成了一種剛性的資源配置系統，在買方市場下，市場環境瞬息萬變，這種生產模式會給企業帶來巨大損失，20世紀90年代，隨著先進制造理念、先進生產技術以及先進管理方式的不斷成熟與發展，各種新的制造理念、先進制造新模式得到了迅猛發展，理論界相繼出現了高質量生產、網絡化制造、面向服務的制造、智能制造等一系列新概念，各種先進制造模式之間的關系如圖4所示。
(1)高質量生產
并行工程、柔性制造、精益生產[19-20]這三類制造模式是基礎的生產管理方法，是虛擬制造、敏捷制造、現代集成制造的基礎技術；虛擬制造[21]是實現敏捷制造[22-23]的重要手段；生物制造[24]和綠色制造[25-26]是考慮環境影響和資源利用率的制造模式，相關文獻已有介紹，不再贅述。
(2)網絡化制造
網絡化制造是指在產品全生命周期制造活動中，以信息技術和網絡技術等為基礎，實現快速響應市場需求和提高企業競爭力的制造技術/系統的總稱。比較典型的應用模式有制造網格(MGrid)[27]、應用服務提供商(ApplicationServiceProvider，ASP)[28]。制造網格是運用網格技術對制造資源進行服務化封裝和集成，屏蔽資源的異構性和地理上的分布性，以透明的方式為用戶提供服務，從而實現面向產品全生命周期的資源共享、集成和協同工作；ASP是企業將其部分或全部流程業務委托給服務提供商進行管理的一種外包式服務，以優化資源配置、提高生產和管理效率。企業用戶可以直接租用ASP平臺提供的各類軟件進行自己的業務管理，如產品生命周期管理(ProductLifecycleManagement，PLM)、企業資源規劃(EnterpriseResourcePlanning，ERP)等，不必購買整個軟件和在本地機器上安裝該軟件，從而節省了IT產品技術的購買和運行費用，降低了客戶企業的應用成本，特別適用于中小型企業。
(3)面向服務的制造
制造的價值鏈正不斷延伸和拓展，制造和服務逐漸融合，制造企業更加傾向于為顧客提品服務及其應用解決方案。面向服務的制造是為實現制造價值鏈的增值，通過產品和服務融合、客戶全程參與、提供生產型服務或服務型生產，實現分散的制造資源整合和各自核心競爭力的高效協同，達到高效創新的一種制造模式[29]。面向服務的制造的典型應用有眾包生產(CrowdSourcing，C-Sourcing)、工業產品服務系統(IndustrialProductServiceSystem，IPSS)等。眾包生產源于眾包，眾包一詞最早出現在2006年，由美國《連線》雜志一位名叫杰夫·豪的記者首次提出[30]。眾包是一種分布式的問題解決和生產模式，它將工作任務通過互聯網以公開、自由自愿的方式分發給非特定的大眾。眾包生產就是網絡化社會生產，讓更多產品和服務用戶參與到產品的創新活動中來，打破企業創新來源的界限，聚集大眾智慧，增加公眾的參與度，并通過“用戶創造內容”的形式生產出符合消費者需求的個性化產品[31]。眾包生產對構建創新型制造企業非常重要，它具有開放式生產、組織構成的動態性、物理范圍的分布性、參與者的主動性等特點，能夠突破傳統生產模式，通過外部資源的整合實現產品開發任務；另外，它還可以通過激勵機制代替合約機制，以極低的成本聚集外部的零散個體用戶和群體資源，為客戶提品及其應用解決方案。面對多樣化的個性需求和不斷變化的市場環境，眾包生產能夠靈活、高效、低成本地進行資源的重新分配和整合，有效降低產品制造成本，減少企業風險，提高適應個性化需求的靈活性，它的出現給企業的研發、生產、銷售、管理和售后服務帶來了巨大影響。產品服務系統(ProductServiceSystem，PSS)通過系統地集成產品和服務，為用戶提品功能而不是產品本身來滿足用戶需求，從而實現產品全生命周期內的價值增值和生產與消費的可持續性[32]。IPSS[33]是在PSS的基礎上提出的。IPSS是工業產品及其相關服務的集成，它將產品與服務作為一個集成化的整體提供給用戶，這里的產品既可以是用戶所有，也可以是IPSS的提供者所有，不但關注產品本身質量而且考慮顧客體驗，通過用戶的參與來提高產品服務創新能力；服務則是覆蓋整個產品全生命周期內的所有活動(設計、制造、運輸、銷售、使用、維護、售后服務等)，通過專業的服務共享降低用戶的成本投入，從而集中更多的精力關注其核心競爭力。IPSS的核心是提供工業產品的工作能力，這依賴于提供者的知識水平和經驗豐富程度，因此它具有知識服務和生產型服務的特點。
(4)智能制造
基于新一代信息技術和IBM智慧地球的研究框架，制造系統的集成協同越來越關注人的發展和周圍環境的融合，研究的關注點從之前側重信息技術和工程科學的集成，逐步轉變為技術體系、組織結構、人及環境的深度融合與無縫集成，實現優勢互補與可持續制造。此類制造包括云制造、制造物聯、基于信息物理系統(Cyber-PhysicalSystem，CPS)的智能制造乃至智慧制造。德國政府于2013年4月舉辦的漢諾威工業博覽會上正式推出了工業4.0戰略，在該戰略下提出的智能制造是面向產品全生命周期，實現泛在感知條件下的信息化制造。智能制造技術是在新一代信息技術、云計算、大數據、物聯網技術、納米技術、傳感技術和人工智能等基礎上，通過感知、人機交互、決策、執行和反饋，實現產品設計、制造、物流、管理、維護和服務的智能化，是信息技術與制造技術的集成協同與深度融合。在產品加工過程中，智能制造將傳感器及智能診斷和決策軟件集成到裝備，由程序控制的裝備上升到智能控制，能自適應反饋被加工工件在過程中的狀況[34]。例如，基于CPS的智能制造生產過程與傳統的數控加工技術相比，能感知溫度、環境、加工材料的屬性變化，并作出相應調整，不會死板地執行預定程序，能夠保證加工出的產品精度。基于云計算、物聯網、面向服務和智能科學等技術的云制造也是一種智能化的制造模式[35]，它利用網絡和云制造服務平臺，按需組織網上制造資源(制造云)，為用戶提供可隨時獲取的、動態的、敏捷的制造全生命周期服務[36-38]。云制造能促進制造資源/能力的物聯化、虛擬化、服務化、協同化和智能化。與傳統的網絡化制造相比，云制造具有更好的資源動態性、敏捷性以及產品和服務解決方案的靈活性，同時能更好地解決ASP模式的客戶端智能性和數據安全性的不足問題，以實現更大范圍的推廣和應用；與制造網格相比，云制造在“分散資源集中使用”思想的基礎上，還體現了“集中資源分散服務”的思想。制造物聯[39]是基于互聯網、嵌入式系統、RFID、傳感網、智能技術等構建的現代制造物聯網絡，是以中間件、海量信息融合和系統集成技術為基礎，基于物聯網系統開發服務平臺和應用系統，解決產品設計、制造、維護、管理、服務等過程中的信息感知、可靠傳輸與智能處理，增加制造的服務化與智能化水平的制造新模式。制造物聯在制造系統中的應用能夠有效地管理制造資源、監控制造過程、匹配制造需求等，將傳統的產品制造從市場調研、研發設計、供應鏈、生產過程、銷售、物流運輸與售后服務融為一體，協同制造過程中物料流、能量流、信息流、價值流的優化運行，以支持產品智能化、生產過程自動化、供應鏈與物流的準時化和精益化、企業經營管理輔助決策等應用，極大地提高了制造企業的核心競爭力。
基于語義Web、務聯網(InternetofService，IoS)、社會性網絡服務(SocialNetworkService，SNS)等，智能制造/云制造的進一步發展將會誕生智慧制造(WisdomManufacturing，WM)[40-41]。WM將機器智能、普適智能和人的經驗、知識與智慧結合在一起，形成以客戶需求為中心、以人為本、面向服務、基于知識運用、人機物協同的制造模式。
綜上所述，先進制造模式是以所追求的目標和生產開展方式的轉變為基礎而產生及發展的，體現的是消費者的個性化需求、科學技術發展水平和市場競爭形勢，是由先進制造哲理、先進組織管理方式、先進制造技術及人的相互融合發展、相互協同作用的產物。這是一個系統靈活性不斷增大、組織結構和過程不斷優化的進程，將形成人機物協同制造系統，使制造資源得到最佳利用、生產效率得到極大提高，能夠對市場變化和內部變化作出迅速響應。
1.2先進制造技術對產品生產活動的影響
從生產流程來看，AMT與傳統制造技術對制造過程的影響如圖5所示。傳統制造是利用制造資源將原材料轉換為產品的過程，僅為生產過程的一部分，一般包括產品的加工和裝配兩大內容，制造商自行生產或者從供應商購買零件，將其組裝成產品并檢驗以符合要求。制造過程中輸入的是原材料、能量、信息、人力資源等，輸出的是符合要求的產品。傳統的制造系統設計、制造與銷售各部分之間信息的傳遞與反饋不暢，各部門按功能分解任務，容易只考慮本部門的利益，對系統的優化考慮較少，造成設計與制造部門間難以協調、矛盾突出。
AMT主要從材料設計、制造流程改造、產品服務融合的集成解決方案和循環利用四個方面拓展傳統制造技術的內容：
(1)材料設計新型材料的成型和加工技術愈發重要，對材料分子層或原子層的定向改造極大地提高了產品性能，超硬材料、功能梯度復合材料的某些新的成形、加工技術將不斷涌現，如超導材料成形加工等。
(2)制造流程改造傳統制造是面向批處理、時間上和空間上分離的分布式加工，先進制造超效能加工和自動化技術能夠促使連續流制造，減少零件庫存。
(3)產品服務融合先進制造強調涵蓋從產品研發直至客戶應用的全過程，提品、軟件和服務于一體的產品解決方案和端對端的服務。知識資本、人力資本和技術資本的高度聚合，使制造活動擺脫了傳統制造低技術含量、低附加值的模式，通過產品設計、管理咨詢等活動，技術和知識在生產過程中被實際運用，將技術進步轉化為生產能力和競爭力，為企業產生更高的附加價值。
(4)循環利用[42]先進制造注重材料的回收利用，不但對環境友好而且節約原材料成本。傳統的產品制造模式是一個開環系統，即原料工業生產產品使用報廢棄入環境，是以大量消耗資源和破壞環境為代價的制造方式；而循環生產是一個閉環系統，整個生命周期考慮生態環境和資源效率，從單純的產品功能設計擴展到生命周期設計，強調所有資源應該實現在經濟體系內的循環利用。
基礎制造技術、新型制造單元技術和現代先進集成制造技術對制造業的發展產生了重要影響?；A制造技術通過改進、整合形成新型制造單元技術，進而影響整個制造過程。諸如網絡化制造、面向服務制造和智能制造等先進集成制造技術已在前文說明，這里著重探討新型制造單元技術對制造過程的影響。具體來講，新型制造單元技術(圖2中第二層)對傳統制造流程的改造如圖6所示，增材/精準制造用于對加工階段的改造；機器人/自動化技術用于組裝和生產流程的自動化；先進電子技術用于產品和服務的融合以及加工過程的控制；供應鏈設計以整體效益最優化為目標，以系統化的觀點綜合考慮人、技術、管理、設備、物料、信息等系統構成要素的優化組合，在滿足產品或服務供給要求的同時，達到成本最低；清潔生產技術主要用于材料的循環利用、回收等環節；分子生物學和生物制造用于材料設計及制造流程的改進；納米材料技術用于合成與加工功能梯度材料、復合材料等；物聯網、云計算和大數據用于對產品全生命周期制造過程進行全方位跟蹤、分析、優化和控制，實現多維度、透明化的泛在感知，確保制造過程的高效、敏捷、可持續和智能化。
需要指出的是，AMT對傳統制造流程的改造，不但使原有制造和裝配工藝等制造中期階段產生了質的變化，而且涵蓋了市場信息分析、產品決策、產品設計、生產準備等生產前階段，以及質量監測、銷售使用、售前售后服務、產品報廢的處理和回收再生產等后階段，覆蓋了產品生命周期的制造全過程，可提供集產品、軟件和服務于一體的整體解決方案，實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產。
1.3各國先進制造技術發展情況和研究進展
近年來，美國、日本、德國等發達國家先后針對AMT的研發提出了國家層面的發展戰略計劃。美國在2009年12月頒布了《AFrameworkforRevitalizingAmericanManufacturing》(重振美國制造業框架)[43]；2011年6月宣布了《TheAdvancedManufacturingPartnership》(先進制造伙伴計劃)[44]；2012年2月了《ANationalStrategicPlanForAdvancedManufacturing》(先進制造業國家戰略)[45]，提出通過加強研究和試驗稅收減免、擴大和優化政府投資、建設智能制造技術平臺，以加快智能制造的技術創新。
日本在1989年就發起“智能制造系統”計劃，推動本國AMT的研究和發展；2010年5月公布了《產業結構藍圖》，同年6月通過《新增長戰略》法案，規劃了日本經濟2011年~2020年的十年發展戰略，其中包括對先進制造業的支持策略，通過大力調整制造業結構，加快發展機器人、無人化工廠、3D打印技術等尖端領域，提升制造業的國際競爭力[46]。
德國作為工業強國，為保持其制造業的競爭優勢，采取積極有效的行動，將大量人力和物力投入到AMT中，推動AMT的發展，并制訂了相關的計劃[47]，特別是2010年7月制訂了《高技術戰略2020》，以支持制造領域新型革命性技術的研究與創新。其中“工業4.0”項目[48]是《高技術戰略2020》確定的十大未來技術項目之一，用以支持工業技術領域新一代關鍵技術的研發和創新，該項目成為2013年漢諾威自動化展最熱門的話題。工業4.0旨在通過互聯網、物聯網、CPS、IoS等技術提升制造系統的智能化水平，它包括兩大主題：1智能工廠，重點研究智能化生產系統和過程，以及網絡化分布式生產設施的實現；2智能生產，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。歐盟于1998年~2007年相繼公布了第五框架計劃(1998~2002)、第六框架計劃(2002~2006)和第七框架計劃(2007~2013)，于2009年頒布了《歐盟共同關鍵使能技術發展戰略》，次年3月頒布了《歐洲2020戰略》[49]。發達國家希望以高新技術為依托大力發展節能環保產品、清潔能源、新材料等新興產業，構筑新的優勢，消除不利因素，創造有利環境及符合自身優勢的新興市場，規避在傳統制造領域與中國等發展中國家相比的競爭劣勢，以樹立其AMT的持續競爭優勢，提高其先進制造業的競爭力。
我國也十分重視AMT的發展，國家863計劃在清華大學建立了CIMS工程研究中心。先進制造技術作為一個主題在國家科技部領導下取得重大進展，如數字化制造與工業工程[50]、網絡協同設計[51]、網絡制造、仿生制造[52]、綠色制造與區域網絡制造[53]、供應鏈、網絡化制造、大批量定制和仿生制造[54-55]等。特別是國家“十二五”制造業信息化科技工程規劃中，明確提出了大力發展新一代集成協同技術、制造服務技術和制造物聯技術，該規劃的實施將促進互聯網、云計算、物聯網等新一代信息技術與制造技術相融合，為加速制造業結構調整和轉型升級、發展高端制造業等戰略性新興產業發揮極其重要的作用。制造業信息化工程的實施使我國在AMT領域取得了大批具有先進水平的研究成果，促進了制造業向精益化、全球化、協同化、服務化、綠色化、智能化的方向發展，為傳統產業的升級改造和高技術產業的發展做出了貢獻。
2新工業革命
工業革命是生產技術的變革，同時也是一場深刻的社會關系變革。新科技群的協同效應和深度融合將導致生產組織方式和制造模式發生重大變化，從而引發新的工業革命。目前正在出現一種新工業革命，但仍是一個十分模糊的概念，不同研究者對新工業革命的概念有各自的理解，主要有5種不同的觀點：
(1)杰里米·里夫金[56]認為，歷史上重要的工業革命都是在新通訊方式和新能源結合之際產生的，當前正由互聯網和新能源結合引發新的經濟和社會變革，即包括五大支柱的新工業革命，如圖7所示，其中：1能源轉型，向可再生能源轉型，利用風和陽光等，不再消耗石化產品；2分散式生產，互聯網信息技術等基礎設施的建設大大減小了時間、空間對人們的經濟活動交流的制約，基于知識的共享、創新和發展的扁平式、分散化、合作性的生產組織結構更加符合現代商業的需求；3存儲，充分利用社會基礎設施存儲間歇式可再生能源；4構建能源互聯網，利用互聯網技術將電網轉變為能源共享網，通過一種網格式的智能分布式電力系統和他人共享；5交通工具轉變，將汽車、卡車、火車等運輸工具轉向插電式或者燃料電池等以可再生能源為動力的交通工具，電動車需要的電可在充電站購買。這五大支柱協同發展實現了1+1+1+1+1>5的整合效應，樹立起一個新經濟發展范例，帶領世界進入新紀元。
(2)克里斯·安德森[57]認為，新型材料的應用和增材制造技術等數字化制造方式將引發新工業革命，采用新型材料、3D打印技術和基于網絡的協同制造服務等智能化與數字化制造方法，能夠迅速和精準地將計算機中的虛擬設計模型轉化為真實物體，甚至直接打印出零件或模具，基于網絡的新型數字化設計及制造的創新提供給網絡用戶以創造真實物體的能力，將制造延伸至范圍更廣的生產人群中，這些制造過程蘊藏著由普通人完成的無限可能，眾多個人制造聯合推動全面創造，將直接加快向新型工業化趨勢發展的步伐，從而引領新工業革命。
(3)英國彼得·馬什[58]在《新工業革命：消費者、全球化以及大規模生產的終結》一書中，將工業革命劃分為五次，如表1所示，而將始于2005年的第五次工業革命稱為新工業革命。
(4)保羅·麥基利的三次革命說[49，59]認為，以制造業數字化為核心的第三次工業革命(新工業革命)即將到來，互聯網、智能軟件、新能源、新材料、機器人、新的制造方法和以網絡為基礎的商業服務模式將使技術要素和市場配置要素發生革命性變革，產生改變社會發展歷程的巨大能量。而制造業的數字化進程正從智能計算機軟件、新材料、更靈巧的機器人、基于網絡的制造業服務化、新的制造方法5個方面向前推進。
(5)德國政府于2013年4月舉辦的漢諾威工業博覽會上，正式推出了工業4.0第四次工業革命[48]項目，目的是支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新。工業4.0強調在工業生產過程中，以信息物理融合系統為核心，將眾多智能體聚集在信息平臺上，形成一種高度協同的互聯互通關系，從而構建智能化的新型生產模式與產業結構。工業4.0正引領新一輪的工業革命，傳統的行業界限將消失，并會產生各種新的活動領域、商業模式和合作形式，將導致工業結構、經濟結構和社會結構從垂直向扁平轉變，從集中向分散轉變。
這些研究預言了新的工業革命即將來臨，勾勒出了先進制造業的影響，描繪了未來制造業的走向。從上述觀點可以看出，工業革命的實質是制造方式與模式的革命：保羅·麥基利認為生產工具發生很大變化將導致新工業革命；杰里米·里夫金認為生產動力的變革將引發新工業革命；彼得·馬什認為新工業革命主要集中在材料、動力、加工工藝、制造模式等方面的變革；克里斯·安德森的新工業革命觀點主要體現在生產方式的革新；德國工業4.0體現在在工業生產過程中，基于CPS建立了一種高度協同的產品與服務的生產模式。其實，任何一項單一的技術都不足以引發新一輪工業革命，判斷工業革命的依據關鍵為是否有新科技群協同效應以及是否帶來人類生產、生活方式的重大變革。因此，新工業革命是基于新能源、智能制造、數字化制造、機器人技術、新一代信息網絡技術等先進技術綜合系統協同創新及突破性的發展，融合信息、計算機、數字化、互聯網技術創新變革，使工業生產方式與制造模式發生巨大變化，從而使交易方式與人們的生活方式發生重大變化。傳統的自上而下、集中規?；纳a模式將逐步被新工業革命的分散、扁平和協作的模式取代，定制化、個性化、智能化、分散化和合作化是新工業革命的主要特征。
3先進制造技術與新工業革命之間關系
從主導技術和新興產業的角度來看，以生產方式變革為主線的AMT的群體涌現、協同融合將導致新的工業革命，各種技術之間產生的耦合效應推動了工業革命的進程。新工業革命不是依賴單一學科或某幾類技術，而應該是全方位的多學科、多技術層次、寬領域的協同效應和深度融合。人類制造模式的演變從原始手工生產模式到現代先進制造模式的演變過程中，經歷了3次大的革命性變革。圖8所示為由市場變化與技術發展推動的先進制造模式的變革。
圖中：第一次工業革命中，由于蒸汽機、電氣技術、內燃機的發明與改進，機器取代手工成為主導生產方式，制造業進入機械化制造時代，成為近代工業化大生產時代的開端。第二次工業革命中，大規模制造成為主導生產方式，20世紀20年代，隨著電子技術、信息技術的發展，以流水線為典型代表的大規模制造模式在組織結構上追求縱向一體化與大規模，內部分工仔細，專業化程度高，簡單熟練的操作提高了生產效率，使制造成本隨規模遞減，同時質量的穩定性也得到提高，制造模式進入批量大規模制造階段。新工業革命是現代先進制造模式集成協同創新的結果，進入20世紀90年代后期，隨著網絡信息技術、智能控制技術研究的深入和以知識為基礎的經濟時代的到來，制造業的市場環境與技術變革發生了根本性的改變。大規模制造系統的剛性與市場的個性化需求以及環境快速變化所要求的響應速度之間的矛盾日益尖銳，正是在此背景下，各種新制造模式研究探索與試驗如雨后春筍般迅速興起，現代AMT融合自然科學和社會科學的最新進展，以綠色、低碳、可持續為發展理念，帶來了產業組織模式的轉變，對轉變經濟增長方式、政府管理模式和社會組織形態都有巨大的推動作用，使全球技術要素和市場要素配置方式發生了革命性變化。
AMT的發展將在新工業革命中發揮重要作用。如前所述，工業革命的實質是制造業生產方式與制造模式發生重大變化，它必然也是始于制造技術突破性的發展。AMT是制造業產生變革的根本力量，新一代信息技術(云計算、大數據、物聯網、務聯網、云平臺等)、新能源(再生能源、清潔能源等)、新材料(復合材料、納米材料等)技術等將為新工業革命創造強大的新基礎設施；分散式制造(網絡化制造、制造物聯、云制造、智能制造)、眾包生產、集群效應、利基思維等使生產方式產生變革，將整個工業生產體系提升到一個新的水平，工業生產、經濟體系和社會結構將從垂直轉向扁平、從集中轉向分散；以智能制造為代表的新一代先進制造模式，必將使商業模式、管理模式、服務模式、企業組織結構和人才資源需求發生巨大變化，給工業領域、生產價值鏈、業務模式乃至生活方式帶來根本性變革，進而推進和實現新的工業革命。
制造模式的演進與新工業革命的出現由市場發展、社會變革、技術突破、管理創新多種動因的綜合作用決定。對新工業革命的內涵的理解必須通過與社會科學(如經濟學和管理學)等跨學科的對話和交流，適當突破自然科學和工程技術學科的理論范疇。工業發展歷程表明，新的生產模式的出現均為與特定的社會制度、組織結構和經濟因素等相互作用的產物，而新的制造模式又會對既有社會制度和管理方式提出新的要求，從而推進企業管理模式、社會制度環境的變革[60]。綜上所述，在市場、技術、社會經濟環境變化與全球一體化趨勢的推動下，制造業正在經歷著一場革命，一場以實施先進制造技術和經營方式徹底變革為主要內容的先進制造模式的革命，涉及制造理念、制造戰略、制造技術、制造組織與管理各個領域的全面變革。
4新一代先進制造技術的應用案例
產品制造的智能化變革絕不僅是優化現有的制造業，而是將制造延伸至范圍更廣的生產人群中———既有現存的制造商又有正成為創業者的普通民眾。隨著社會化網絡的發展，通過充分開發大眾的智慧、力量和資源，以用戶創造內容(Usergeneratedcontent)為代表的社會化生產模式更能形成突破性創新，彰顯出巨大的能量和商業價值。以思科(Cisco)為例[31]，2007年秋，思科借助Brightidea公司的創意網絡平臺，為其一個十億美元的新業務尋找創意，通過征集創意—進行篩選—提煉創意三個階段，最后從104個國家的2500多名參與者提交的約1200個創意中，成功篩選出最佳創意；再如美國越野賽車LocalMotors公司通過社會化生產方式，將越野賽車的個性化設計與制造分包給不同的社區，在社區內的微型工廠實現了快速小批量設計與生產；波音公司聯合全球40多個國家和地區企業，通過網絡協同和制造服務外包的形式協同研發制造了波音787，將研發周期縮短至原來的30%，成本也減少了50%[18]。如此一來，創意新階層得以進入生產領域，將自己的設計產品模型轉變成產品，卻無需自行建立工廠或公司，制造變成了另外一種可由網絡瀏覽器獲取的云服務，實現了低成本的高技術，保持了小型化與全球化并存的能力。借助物聯網、云服務、大數據等技術，用戶參與不再局限于創意征集階段，而向設計研發、制造、實驗、檢測、營銷等縱深發展，向產品全生命周期拓展，這些生產方式將為開發出成功的產品、降低生產成本、提高效率作出巨大貢獻。
以大數據、物聯網/CPS、云計算等新一代信息技術為基礎的先進制造技術將促進制造系統向服務化、智慧化、個性化、社會化的方向發展，智慧制造應運而生[40-41]。智慧制造將制造系統分為社會系統、信息系統和物理系統三個子系統，其中社會系統強調群體智慧和人的主觀能動性，尤其是人及其隱性知識的集成，是基于人際網(Internetofpeople)所形成的社會化網絡，注重客戶參與的互動性、個性化和創新性；物理系統通過物聯網實現物理實體的互聯互通，利用RFID、嵌入在資源或產品內的感知器等獲得資源狀態和環境的數據信息；信息系統通過大數據技術對業務對象的屬性、位置和狀態等信息進行整合，從海量數據中抽取出所需的信息、知識和智慧，為需求分析、設計、生產、營銷和回收等制造全生命周期過程提供知識支持。物聯網獲取的數據與知識的價值是通過服務的形式來體現的，通過云計算和“一切皆為服務”的理念，為用戶提供按需即取的服務方式，將服務資源延伸到物理世界，最終得以在物理系統中實現產品生產。
新工業革命將促進社會制造/智慧制造理念的實現。社會制造將使傳統的企業轉變為能夠主動感知并響應客戶大規模個性化定制需求的智慧型企業，其核心就是主動、實時地將社會需求與社會制造能力有機地結合起來，從而高效、實時動態地滿足客戶需求。Shapeways公司就是一個典型的例子[61]，該公司于2007年創立于荷蘭，后將總部移至美國曼哈頓，是一家利用3D打印技術為客戶定制各種產品和服務的公司，至今已獲數千萬美元的風險投資支持，截止2012年6月20日，其生產產品已經超過100萬款，產量超過60億件。2012年10月19日，該公司位于紐約皇后區的“未來工廠”正式投入運營。該工廠占地2.5×104m2，可以容納50臺工業打印機，每年可按照消費者的需求生產上千萬件產品。Shapeways的市場運營模式如下：通過Facebook和Twitter等社會媒體接受客戶關于各種產品的3D設計方案，將顧客的需求發送給Shapeways工廠，由工作人員確定是否可行，評估并制定方案，并在數天內完成產品的打印生產，然后寄送給客戶。同時，該公司還為商家和設計者設立平臺，使他們可以利用公司的3D打印機生產并銷售自己設計或收集的產品，用戶提交他們的產品創意，如果有足夠多的人喜歡(如通過Twitter，Facebook等獨特社區)，則產品開發團隊將制作產品原型，用戶可在線對其進行投票、評分、提意見或建議，參與產品的設計開發、改進、預售和營銷等，即通過聚集大眾智慧的方式，讓社區參與產品開發的整個過程。如果產品獲得預期成功，則發明者和其他協作者可分享一定的產品銷售收入。在過去的2014年，其月均訂單已超過18.1萬件，成為目前全球第一的在線3D打印社區。該案例成功地利用社會性網絡、群體智慧和3D打印等技術實現了個性化產品的生產，涉及社會系統、信息系統及物理系統的各個層次，大批3D打印機形成制造網絡，并與互聯網、物聯網、務聯網和人際網(社會性網絡)無縫連接，形成復雜的社會制造網絡系統，從而將社會需求、虛擬設計與實物制造有機地銜接起來，在一定程度上為智慧制造/社會制造提供了例證。
5我國制造業發展的思考
新工業革命將對全球產業結構、生產資料、勞動者素質等生產力要素和人類生產生活方式、思想觀念產生巨大影響，企業組織結構、管理方式、社會制度政策環境等因素決定了先進制造技術在制造業領域應用的廣度和深度。我國應基于國情把握好新工業革命的發展機遇，高度重視AMT的發展動態，大力發展戰略新興產業，為新工業革命創造良好的環境條件，從而促進我國經濟社會快速發展[62]。自2009年以來，我國密集部署未來新興產業的重點發展方向和主要任務，提出積極發展新能源、新一代信息技術、新材料等七大戰略性新興產業，努力抓住“新工業革命”這一難得的發展機遇，發展知識技術密集、資源消耗小、成長潛力巨大、綜合效益好的產業，增強自主發展能力。我國先進制造業目前主要由兩大部分構成(如圖9)：1由融合先進制造技術的傳統制造業改造而成的先進制造業，如數控機床、海洋工程設備、航空航天裝備等；2科技重大突破創新的成果落地應用后形成的新產業，如增量制造(3D打印)、生物制造、微納制造等。
(1)信息化和工業化深度融合
新工業革命的興起為我國探索資源消耗低、環境污染少的工業新類型和生產新方法帶來了契機，新一代智能化技術、新能源、新材料等新科技正快速形成產業規模市場，該市場有利于發展循環生產和循環經濟，實現經濟效益與環境效益、社會效益的均衡發展。新工業革命以智能化微制造科技為關鍵科技支撐體系、以深層次循環式生產為主導，促使生產力和生產方式向更深層次和更廣范圍拓展。我國未來的現代產業體系應該更多地建立在新的工業生產方式、新的生產組織方式和新的生產制造模式基礎上。
(2)發展戰略新興產業
戰略性新興產業[63]以重大科學技術突破性發展為基礎，對社會發展具有重大引導帶動作用，而且知識密集、資源消耗小、發展潛力巨大并且綜合效益好，能增強我國的自主創新和可持續發展能力，更深入地參與國際競爭。發展戰略新興產業目前面臨知識科技創新、組織管理創新、體制政策創新三大重要創新任務。我國十分重視戰略新興產業，2010年10月18日頒布了《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》，準備用20年左右時間，使節能環保能源產業、新一代電子信息技術、高端裝備制造業等七大戰略性新興產業的創新能力和發展水平達到世界領先；在《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》中提出了七大戰略性新興產業的發展方向和任務，以重大技術突破和重大發展需求為基礎，將知識技術密集型、引領作用強、發展潛力好和綜合效益大的新興產業作為發展重點，建立戰略性新興產業重點領域產業聯盟，大力發展可再生新能源、生物技術、智慧物聯網、云計算、普適人機交互等新技術，并且注重智力資源的開發、新能源和互聯網的應用，將創新放在關鍵的位置。
(3)為新工業革命創造環境條件
新工業革命創造環境條件包括至關重要的制度改革、政策環境和商業模式等，新工業革命帶來的不是個別政策的微量調整，而是系統化大規模變革問題。首先建立創新激勵機制和知識產權保護，集聚大量的高端創新人才，將技術和管理、軟科學和硬科學結合在一起協同創新，增強市場化導向和創新激勵機制；其次加強政策引導企業技術創新及技術改造，鼓勵企業和科研院所建立各種模式的創新聯盟，促進產業集聚和資源整合；最后通過法律強制、財政資金支持、稅收優惠等措施引導和支持企業突破核心關鍵技術，支持新技術新產品的推廣應用。與新的制造技術相適應的企業管理方式和社會制度基礎決定了其在制造業領域應用的廣度和深度，同時也在一定程度上決定了AMT能在多大程度上轉化為制造業的產業競爭力。
關鍵詞： 三維CAD技術；機械設計；影響；分析
Key words： 3D CAD technology；mechanical design；impact；analysis
中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）19-0051-02
0 引言
機械設計是一種古老的擁有幾百年歷史的技術工作，隨著世界經濟的發展變化，科學技術的更新換代，機械設計領域也獲得了新生。而三維CAD技術也在不斷發展，對于機械設計而言，它是一個用處極大的技術，能夠促進機械設計的良好發展。故本文就三維CAD技術在機械設計中的應用及其對于機械設計的影響進行了簡要的分析，希望我國機械制造業能夠同三維CAD技術一起得到良好的發展。
1 機械設計和三維CAD技術的含義
1.1 機械設計的含義 機械設計顧名思義也就是指設計機械產品的工作領域，具體說來就是依據機械的使用要求，設想、分析并計算機械的運轉原理、整體構造、運轉模式、能量傳遞方式、每一個零件的尺寸、材質和形狀等等各種方面，并且將它們轉化成為具體的能夠作為制造依據的描述。
1.2 三維CAD技術的含義 新興的三維CAD技術是先進制造技術的重要組成部分，其中CAD是指計算機輔助設計，而三維CAD技術則為一種更加深層次的先進的計算機輔助設計技術。三維CAD技術包括軟件和硬件兩個方面，軟件系統是三維CAD技術的核心，對于三維CAD技術所具有的功能起到決定性作用；而硬件則是指三維CAD技術的物質基礎。
2 三維CAD技術的發展狀況
就目前而言，我國的三維CAD技術發展較為良好，硬件方面已經達到了較高的水準，在進行設計的時候，基本不會出現差錯，軟件方面也較為適應現階段的發展狀況?，F在廣泛應用中的軟件包括Pro/E、I-DEAS、UG、Solid-Works、Solid-Edge、CADAM、CADDS等等，大多數軟件不僅能夠完成三維造型，還具有CAM、CAE等功能，遠遠超過了二維CAD技術?，F在計算機的質量、性能不斷提高，信息處理趨向智能化，多媒體技術也逐漸被廣泛應用，三維CAD技術也正往集成化、開放化、智能化的方向不斷發展。然而社會經濟仍在持續快速發展，客戶對于三維CAD技術的要求也不斷變化、標準越來越高，并且同一些更加先進的科技發達國家相比，我國的三維CAD技術還有一定的進步空間，所以我們需要正確地把握三維CAD技術的發展趨勢，更加深入地研究三維CAD技術，使其應用更加廣泛，技術水平越來越高。
3 三維CAD技術在機械設計中的應用及影響
3.1 三維CAD技術在機械設計中的應用 三維CAD技術在機械設計中，主要應用于三維實體建模、模具的集成制造、工程分析（如結構分析中的應力/應變計算、動態特性、熱傳導特性分析等）、設計審查與評價（如公差分配審查、干涉檢查、運動仿真等）、計算機輔助繪圖、工程數據庫的建立及操作、工程設計信息的處理、檢索和交換等方面。
3.2 三維CAD技術對于機械設計的影響 三維CAD技術對于機械設計的影響主要包含以下幾個方面：
3.2.1 方便機械零件的設計 通過三維CAD技術軟件來設計新的機械零件，可以提高完成速度，并且能夠提高零件之間相互配合的精確度，防止因為單個零件出現問題而導致裝配失敗。
3.2.2 能夠縮短機械設計的周期 采用三維CAD技術來進行機械設計，可以利用相鄰零件的形狀和位置來設計新的機械零件，以提高零件設計的效率。在對新機械進行設計開發的時候，工作人員僅僅需要對其中的部分零部件進行重新設計、制作，其他大部分的零件設計都可以直接使用之前的信息；三維CAD系統還有一種高度變型設計的功能，能夠采用快速重構的方式獲得一個全新的機械產品。這些功能能夠將機械設計的計劃時間縮短近三分之一，大大地提高了機械設計的速度以及機械產品的生產效率。比如在裝配環境中，依據箱體的外形以及其余搭配要求就能夠迅速精準地設計出相對應的箱蓋。
3.2.3 方便直觀地裝配零件 在裝配機械零件的過程中， 資源查找器中的裝配路徑查找器將零件之間的裝配關系都記錄起來了，倘若產生干涉狀況或是沒有正確地進行裝配，就會及時地在資源查找器中顯示出來，并且對零件的裝配實施靜干涉檢查，然后就可以及時地對零件進行重新裝配，從而能夠保證設計的正確性；并且，還可以隱藏機械零件，在將外部零件隱藏之后，就使工作人員能夠清楚地看到內部的裝配結構，從而檢驗裝配是否達到要求；另外，當某個零部件或者整個機械產品完成裝配的時候還可以進行運動仿真，完整清晰地觀察到機械運動的過程，從而在整體上對其進行檢驗。
3.2.4 方便直觀地修改零件 在完成機械零件造型的同時，零件環境中的資源查找器也將完成該零件的所有指令都列出來了，點擊這些指令就能夠清晰全面地獲取制成此零件每個步驟的信息。當零件需要修改時，也只需點擊資源查找器中相對應的指令就可以簡單地完成，這種操作即使是在裝配環境中也可以進行的，只要點擊需要修改的零件就可以進入零件環境去完成零件的修改。
3.2.5 有利于提高機械設計的技術水平和產品質量
在機械設計的過程中，將機械產品與信息技術結合起來，并采取CAD設計方法和CIMS對產品進行生產制造，使機械產品設計和制造都能夠有良好的發展。三維CAD技術采用先進的設計方法保證產品的設計水平，大型企業數控完善的加工手段則保證了產品的質量。
3.2.6 有利于加強機械設計者的現代化設計意識 三維CAD技術將設計模式進行了徹底的更新，是一種基于高科技背景的高端的設計技術。所以面對這種先進的現代化的技術，從事機械設計的工作人員既要擁有豐富的理論知識、實踐經驗及最新的相關信息等機械設計的基本要素，也需要具備現代化的先進的設計思維，能夠及時更新機械設計的相關技術和方法等，從而使機械設計工作與時俱進。
4 結束語
我國的機械設計隨著我國制造業不斷發展而發展，而新興的、擺脫了傳統設計模式束縛的、引進了現代設計觀念和手段的三維CAD技術在機械設計領域的引入，是促進機械制造業發展良好的重要因素。所以為了充分實現從中國制造到中國創造的實質轉變，我們需要對三維CAD技術進行更深入的研究，使其在機械設計中得到更好得應用，為機械設計提供強而有力的技術支撐，從而使機械產品設計、制造的水平得到進一步的提升。
參考文獻：
[1]張立榮.三維CAD技術在機械設計中的應用[J].煤炭技術，2011（02）.
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A
21世紀以來，以計算機網絡技術為代表的信息技術獲得了空前的發展，世界經濟進入了網絡化經濟時代。這對于各個行業來講都是一次巨大的變革，尤其給制造業帶來了更多的挑戰，傳統的制造思想已經不再能滿足現代“動態多變”市場需求了。在這種背景下，敏捷制造、網絡化制造和面向服務的制造等一系列先進的制造模式應運而生。近年來，隨著云計算等信息技術的快速發展，在敏捷制造、網絡化制造和面向服務制造的基礎上，又出現了一種更新的制造模式――云制造。作為一種嶄新的制造理念，云制造的內涵是什么，它與其他先進制造模式有什么區別與聯系？這將成為本文接下來要探討的主要內容。
一、相關先進制造模式介紹
（一）敏捷制造。
敏捷制造一詞最早出現于1991年由美國里海大學（Lehigh Uniersity）雅可卡（Lacocca）研究所聯合通用汽車公司（GM）、波音公司、IBM等15家大公司共同研究編寫的《21世紀制造業發展戰略報告》。作為一種新的制造模式，敏捷制造一經提出，便迅速得到了美國社會各界人士廣泛關注，并很快成為理論研究的熱點。然而，對于“敏捷制造”的內涵不同的研究者有不同的理解，其中頗具代表性的主要有：Booth R，Cheng K等認為敏捷制造是為了使組織和設備更富有彈性和靈活性，將包括人員、技術和組織在內的所有可用資源整合到自然協調的獨立系統中，從而縮短產品開發周期，并對任何突現的市場機會做出快速響應；Huang， Yusuf等認為敏捷制造是一種新的生產管理哲學，企業在全球化市場的競爭壓力和利益驅動下，通過對可重構資源和最佳實踐的集成提供用戶需求的產品（包括服務），從而在迅速變化的市場環境中獲取競爭優勢。
虛擬企業（或稱虛擬組織、動態聯盟等）是敏捷制造的主要應用模式。對于虛擬企業的內涵，國內外研究者并沒有達成共識。綜合國內外學者的主要觀點，本文認為虛擬企業是一種企業間的暫時性聯盟形式，是指當市場出現新機遇時，不同企業各自發揮自己的競爭優勢，共同開發一種或幾種產品，并最終推向市場，期間各個加盟企業共擔成本、利潤和風險， 虛擬企業的生命周期取決于產品市場機遇，機遇一旦消失，聯盟即行解體。
協作網絡作為虛擬企業的進一步發展和敏捷制造新階段的典型代表，是由在不同工作環境、文化背景下，具有不同目標的組織和人構成的 ，成員之間通過網絡進行信息的交互，并最終通過協作來實現共同目標。
（二）網絡化制造。
網絡化制造曾被認為是敏捷制造模式的延續和發展，但是近年來，隨著信息技術與網絡技術的快速發展，特別是Web技術的出現，使得網絡化制造相比敏捷制造又多了一些新的含義。目前，對于網絡化制造的概念并沒有明確、統一的定義，一般可以從狹義和廣義兩個角度來理解。狹義的網絡化制造是指利用計算機網絡技術實現分布制造資源的信息共享與整合以及制造過程的網絡化，這里的制造是“小制造”的概念。而廣義的網絡化制造是指企業為快速響應市場需求和提高競爭力，以信息技術和網絡技術為基礎，在產品全生命周期各個階段中涉及制造技術和制造系統的總稱。這里的制造則是“大制造”的概念，涉及產品全生命周期各階段的制造活動及企業經營的全過程。
制造網格和應用服務提供商（ASP）是網絡化制造的典型應用模式。網格技術的出現為通過網絡實現分散計算資源的共享與優化配置提供了可能，同時也促進了制造業向網絡化、服務化的方向發展。ASP是IT外包服務的發展。網絡化制造模式在實際應用中，制造企業在利用公共ASP服務平臺提供的各類應用軟件的同時，圍繞企業自身業務開展一系列支持企業信息化的應用，如企業資源計劃（ERP）系統、供應鏈管理（SCM）、客戶關系管理（CRM）等，優化了企業的資源配置，提高了企業的生產管理效率。
（三）面向服務的制造。
近年來，為滿足用戶對高技術產品全生命周期服務的需求以及企業獲得增值服務的需要，面向服務的制造作為一種新的制造理念迅速發展，并涌現了一批相近的提法，如產品服務化、服務型制造等，其中最具代表性的是工業產品服務系統（IPSS）和眾包生產。
IPSS是在產品服務系統（PSS）的基礎上提出的，它主要是針對商業領域的應用，目的是實現相互依賴、相互作用的產品和相關技術服務的高度集成，把產品與相關技術服務作為一個集成化的整體提供給用戶，實現產品服務提供者和使用者的“雙贏”。
眾包生產作為一種新的生產組織模式，是Jeff Howe于2006年6月首次提出的。Howe指出眾包是一種分布式的問題解決和生產模式，問題或任務通過互聯網以公開的方式分發給未知的解決方案提供者。事實上，眾包模式是外包、開源代碼等商業模式的延續和發展，是對傳統企業生產方式顛覆性的變革，它把傳統上由企業員工或外部機構完成的工作，通過外包的方式分配給一個大的群體或社區來完成，能夠充分利用群體的智慧和創造力。
二、云制造與相關先進制造模式的比較分析
敏捷制造、網絡化制造與面向服務的制造體現的是制造理念和制造思想；而虛擬企業、協作網絡、制造網格、應用服務提供商（ASP）、工業產品服務系統（IPSS）和眾包生產等則是上述理念的應用模式。下面就分別從制造理念和應用模式角度，分析云制造與敏捷制造、網絡化制造和面向服務的制造之間的區別與聯系。
（一）云制造與敏捷制造。
敏捷制造所強調的敏捷化理念是云制造所追求的目標之一，云制造利用云計算等最新的信息技術，為實現敏捷化提供了新的手段。在理念上，云制造還綜合了敏捷化、智能化、綠色化和服務化等思想。從應用模式角度來說，云制造與敏捷制造相比也有一定的差異。
虛擬企業與協作網絡是敏捷制造的兩種主要的應用模式，它們的核心思想是“聯盟”，即通過構建企業內或企業間的“協作聯盟”，來快速響應外界的需求，從而達到提高企業敏捷化的目標。其中虛擬企業強調“聯盟”的臨時性和動態性，協作網絡側重協作網絡組織的相對穩定，并強調用戶參與其中。而云制造則以制造資源和制造能力的按需使用為核心，通過搭建支持海量資源統一管理及具有彈性架構的云平臺，能夠實現松耦合、緊耦合等不同形式的協作方式、構建不同形式的聯盟。云制造模式與前面兩者的差別主要體現在以下兩個方面：
1、平臺開放性與動態適應性 敏捷制造理念下的虛擬企業和協作網絡的進入約束條件較多，如企業規模、地理位置等，故其開放性較低。而在云制造模式下，云平臺是高度開放的，所有企業都能夠通過提供資源或能力自由出入。另外，與虛擬企業和協作網絡相比，云制造可以根據協作過程中出現的變化因素靈活的變更聯盟中的參與企業，增加聯盟的動態適應性和應變能力。
2、聯盟范圍與資源種類、數量 由于云制造平臺的高度開放性，協作聯盟的范圍得以擴大，參與企業可以根據業務的需求而自由增加。另外，云制造采用了物聯網等先進的資源感知接入技術，使得平臺中資源種類及數量得到極大的豐富。
（二）云制造與網絡化制造。
就制造理念而言，云制造與網絡化制造基本上一致，因為云制造也是建立在網絡的基礎之上，從某種意義上講，云制造是網絡化制造的一種新的形態。但由于融合了云計算、物聯網、高性能計算等新技術，與制造網格、ASP等傳統的網絡化制造模式相比，有其鮮明的特點和優勢。制造網格強調網格技術與先進制造技術結合，通過構建統一資源共享平臺實現分散資源的共享，但主要還是特定領域內的設計、仿真等軟件資源的共享。與云制造相比，制造網格尚未涉及生產加工等核心制造業務，并且缺乏有效的商業運營模式。此外，制造網格和云制造在平臺的構建和運行支撐技術方面也有很大的區別，制造網格資源共享平臺主要是以網格技術為支撐搭建的，平臺拓撲結構較為單一，缺乏靈活性，而云制造服務平臺則以云計算技術為主要支撐，其平臺和系統架構更加靈活，擴展性更強。
與ASP相比，云制造是主要以云計算為核心基礎架構的，而傳統的ASP在技術層面上與云計算有明顯的區別。ASP主要是通過網絡來實現應用服務（即軟件資源）的托管或租賃等功能。雖然云計算中軟件即服務（SaaS）提供的主要也是以軟件資源為主，但二者在資源的提供方式和使用方式等方面有很大的差異，由于篇幅限制，此處不作詳細論述。另外，云制造在服務種類、服務模式和相關使能技術等方面與ASP也是有差異的。以服務種類為例，云制造除了基本的軟件為服務（SaaS）以外，還包括了論證為服務（AaaS）、生產加工為服務（FaaS）、設計為服務（DaaS）集成為服務（InaaS）、經營管理為服務（MaaS）等。
（三）云制造與面向服務的制造。
云制造本身就是面向服務的，是面向服務制造理念的一種具體體現。與面向服務的制造相比，云制造理念的內涵更加豐富，如強調了制造能力的服務化和資源的按需使用等。IPSS與眾包生產作為面向服務的制造的代表性應用模式，其側重點有所不同，IPSS主要是從生產系統的角度出發，強調工業產品與服務的高度集成；眾包則是從資源組織方式的角度出發，強調通過更廣泛的社會化服務實現社會生產。
云制不僅造融合了上述面向服務制造模式的先進思想，同時也為IPSS和眾包生產等面向服務制造模式的實現提供了更加豐富的技術手段和強有力的平臺支撐，可從以下幾個方面分析：
1、從服務集成的角度 在IPSS應用過程中，云制造模式為企業實現向用戶提供高質量的產品和專業化的服務提供了平臺支持，比如在產品論證和設計過程中，可以利用云制造平臺中豐富的仿真服務，對用戶使用產品的過程進行充分仿真與模擬，并以此來調整產品的生產制造過程及零配件的選用，從而提高產品服務的增值能力。
2、從服務使用的角度 云制造使得專業化服務的提供和使用更加便捷?；谠浦圃旆掌脚_，用戶能夠按需使用各類服務，并通過網絡對產品使用過程中的各種狀態進行實時監控。
3、從制造能力服務化的角度 云制造模式將加快“通過網絡實現社會生產”這一眾包理念的實現。云制造模式不僅強調了制造資源的按需使用，還包含了制造能力的服務化，這使得更多形態的資源（服務）進入到云制造平臺，為實現涉及更廣泛業務、更復雜任務的眾包生產提供了資源基礎。
三、結語
我國著名的云制造研究專家李伯虎院士把云制造定義為：一種面向服務、高效低耗和基于知識的網絡化、敏捷化制造新模式和技術手段，它將促進制造的敏捷化、服務化、綠色化和智能化。可見，云制造是以實現敏捷化、服務化、智能化和綠色化為重要目標，是網絡化制造的新發展，是面向服務制造理念的具體體現。云制造借鑒了已有先進制造模式的成果，并在理念、模式、技術架構等多方面進行了拓展。但目前關于云制造的相關研究仍處于起步階段，在模式、應用和技術等方面，都還有許多有待深入探討的空間，同時云制造是一個戰略性的系統工程，需要政、產、學、研的共同努力。（作者單位：浙江師范大學經管學院）
參考文獻：
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[2]李伯虎，張霖，柴旭東等.再論云制造.計算機集成制造系統，2011，17（3）.
1.1對工業工程技術的認識
工業工程是一門通過對人、原材料、機器設備組成的系統的設計和改進，從而提高生產率并降低成本的技術。也就是指把工業專業知識和系統工程有機地結合起來，去研究如何使生產要素組成生產力更高和更有效運行的系統，以實現提高生產率為目標，為管理提供科學依據；其學科特點是強調系統觀念與工程意識，側重于從技術角度去研究解決生產過程中的合理化效率、效益問題，使管理與技術密切結合；其任務和目標是研究將人員、物料、設備、能源、信息等要素進行有效合理的組合與配置，并不斷改善，實現更有效運行，為管理活動提供技術上的支持與保證，以達到系統效益與生產率的實現和提高[2]。
工業工程技術包括并行工程、成組技術、虛擬制造、快速原型制造、準時制生產、精益生產、敏捷制造以及工作研究等等。國內外實踐證明，在企業廣泛推行“工作研究”，可以大大提高生產效率和產品質量，減少物質和勞動消耗，降低成本。這種既能改善生產環境又能減輕工人勞動強度的技術，正是企業孜孜以求的挖潛降耗、科學實行以崗定人和按產定員的有效途徑[3]。因此，工作研究作為工業工程體系中最重要的基礎技術，是以提高生產率和整體效益為目標的，是從方法、設備、工具和材料四者入手，以達到“最佳的方法、最好的動作和最大效率”的技術[4]。
1.2產品與過程集成的內涵
產品與過程集成不像制造業近20年中不斷出現的許多新理論、新學說、新技術、新方法，不是又一種新的制造模式或新技術，它體現于諸多特定的技術和理論之中[5]。產品與過程集成代表了一種理念、原則、方法論和思維方式，是一種從實踐中來又回到實踐中去的指導思想，一種組織制造業生產活動的基本觀念，它超越具體的制造模式或技術。也可以說，集成產品技術與過程技術植根于諸多的技術和理論，又高于這些技術和理論。
產品與過程集成的深層次內涵是超越產品與過程本身，而著眼于全面的系統集成。事實上，產品與過程集成的概念已經不限于狹義的技術，而是涵蓋更廣闊的領域。多層面的產品與過程集成包括產品與過程技術的集成、產品規劃與過程規劃的集成、產品設計與過程設計的集成、產品系統與過程系統的集成、產品管理與過程管理的集成、產品組織與過程組織的集成等[5]。另外，產品與過程集成的概念同樣可以擴展到制造活動與銷售、供應、分包等活動的集成關系。例如，在整機廠和配套廠的關系中，產品與過程集成的原則可以體現在早期參與和同步工程兩個方面，使得主要為配合整機廠產品技術而開發過程技術的配套廠能夠發揮更積極主動的作用，從而提高合作的深度和有效性。產品與過程集成所代表的超越制造模式或技術、全面的系統集成內涵正是工業工程技術的核心內容和實質所在。
1.3典型工業工程技術實施產品與過程集成層出不窮的各種面向下游的設計技術中，有許多是過程導向的設計技術，如為制造而設計、為裝配而設計、為回收而設計、為檢測而設計、為維護而設計等，都是推進產品與過程集成的基礎技術。其核心思想是設計和制造的有機結合，例如：盡早建立設計—制造團隊、確定符合制造過程及技術的設計要求、共同評估成本和有風險的環節、制造工程師從概念設計開始參與設計各階段的評估、共同決定需要通過模型或模擬來確定的設計環節等[6]。
1.3.1并行工程（ConcurrentEngineering）
并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）的系統方法（1988年美國國家防御分析研究所提出）。目標：提高質量、降低成本、縮短產品開發周期和產品上市時間。具體做法：在產品開發初期，組織多種職能協同工作的項目組，使有關人員從一開始就獲得對新產品需求的要求和信息，積極研究涉及本部門的工作業務，并將所需要求提供給設計人員，使許多問題在開發早期就得到解決，從而保證設計的質量，避免大量的返工浪費[7]。所以，并行工程強調面向過程，強調系統集成與整體優化。并行工程是工業工程的重要技術之一，它出色地實現和體現了產品與過程的集成。有的文獻因此直接把并行工程解釋為“集成產品與過程開發”（IntegratedProduct-ProcessDevelopment，IPPD）；有的把過程再造、制造競爭力、系統工程、生命周期管理等都理解為集成產品開發的兩個同步工程轉輪上的組成輻條[8]。
1.3.2成組技術（GroupTechnology）
成組技術是指建立在以相似性原理基礎上合理組織生產技術準備和產品生產過程的一種方法。成組技術也稱群組技術，它將企業的多種產品、部件和零件，按照一定的相似性準則（如形狀、結構、加工工藝等相似）分類編組，合理地組織生產[9]。成組技術的核心是成組工藝，它不以單一產品為生產對象，而是將成組哲理用于設計、制造和管理等整個生產系統，按照若干產品零件結構和加工工藝的相似性進行處理。實施步驟：零件分類成組、制訂零件的成組加工工藝、設計成組工藝裝備、組織成組加工生產線，從而擴大批量、減少品種，改變多品種小批量生產方式，便于采用高效方法、提高勞動生產率，以獲得最大的經濟效益。在機械制造工程中，成組技術是計算機輔助制造的基礎。成組技術同樣是產品與過程集成的完整體現。以產品技術與過程技術的集成為指導思想的成組生產布局，能夠將產品技術和過程技術最好地結合起來，在相對獨立的工作單元中，做到最大限度的靈活、快捷、高效率，既適用于多品種生產，也適合于一定數量的成批生產[10]。成組技術將是今后一段時期內現代工廠布局的主要發展方向。
1.3.3虛擬制造（VirtualManufacturing）
虛擬制造又叫擬實制造，是20世紀80年代后期美國首先提出來的一種新思想，它是利用信息技術、仿真技術、計算機技術等對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，并及時地、并行地、模擬出產品未來制造過程乃至產品全生命周期的各種活動對產品設計的影響，預測、檢測、評價產品性能和產品的可制造性等，從而更加有效地、經濟地、柔性地組織生產，增強決策與控制水平，有力地降低由于前期設計給后期制造帶來的回溯更改，達到產品的開發周期和成本最小化、產品設計質量的最優化、生產效率的最大化[11]。
基于虛擬現實技術的虛擬制造技術是在一個統一模型之下對設計和制造等過程進行集成，這里很難區分產品設計階段和過程設計階段、設計主導階段或是生產主導階段[12]。虛擬制造將與產品制造相關的各種過程與技術集成在三維的、動態的仿真真實過程的實體數字模型之上，以高度綜合的特征融合了各種先進制造技術、組織和理念，使產品與過程的集成得到了完美的體現。因此，信息技術、虛擬技術等為完美實施產品與過程的集成創造了前所未有的理想環境。另外，快速原型制造技術、準時制生產、制造資源管理、精益生產、敏捷制造等都以產品與過程的集成為重要原則和基礎，為產品與過程的集成創造了先進的新手段，對生產過程、制造系統整體優化、改進企業組織管理工作提供了重要生產方法。
2產品與過程集成是制藥裝備產業創新發展的必然方向
2.1產品與過程集成是制造業發展的必然方向縱觀制造業發展的歷程，在手工制造時代，“做什么”和“怎么做”是一體化的，考慮這兩個問題的主體是統一的。后來經過采用機器、發展大規模生產、建造流水線、實施專業化，設計者與制造者脫離。這樣，在分工提高效率的同時，也帶來了許多新問題，而且隨著產品的復雜化、多樣化，產生了越來越多的矛盾、脫節和對立。于是人們開始致力于彌補這些缺陷，實施協同配合、及時調度、同步交叉、加強反饋。事實上，當今發展的先進制造模式都是以集成的思路來處理這一矛盾的。
回顧制造業發展軌跡，不難發現，從“一體”經過“分離”，再走向“集成”，是螺旋式上升的發展[13]。產品與過程集成，是當今受到普遍重視的方向。雖然在提法上有時用的是設計和工藝、設計和制造、設計和過程、產品和制造的集成等，其實質和確切含義都是產品與過程集成。產品與過程集成不是簡單的疊加，其目的不只是縮短周期，而是體現三大作用：（1）協調配合———相互溝通、減少矛盾、減少差錯和返工；（2）縮短周期———早期介入、強化反饋、及早準備、提前完成；
（3）相互提高———互相支撐和加強、了解并充分發揮自身及對方的長處和優勢[13]。因此，產品與過程集成是系統優化的能力倍增，是質的升級，是制造業發展的必然方向。
2.2產品與過程集成提高制藥裝備企業素質和增強企業競爭力
在國家產業結構調整時期，狠抓內部管理，苦練基本功，已成為許多企業扭虧增效的突破口。但現在問題的關鍵是如何抓管理、如何練內功？盡管有些企業在這方面已積累了不少經驗，并取得了可觀的成效，但總體來看，企業管理上仍然存在一些較嚴重的問題：如產品合格率低、成本上升、技術優勢弱等[14]。出現這些問題的根源是企業的管理松懈以及隨意性管理。為了解決上述問題，達到提高企業素質和增強企業競爭力的目的，我國制藥裝備企業必須要有一套科學的方法體系作保證，這就是工業工程技術所推進的產品與過程的集成?？茖W技術是第一生產力，是企業核心競爭力的重要表現。企業發展空間有多大，取決于它的科技實力，所以我國制藥裝備企業必須十分注重科技開發，在思想觀念上要牢牢樹立科技生存觀、科技發展觀；堅持把發展科學技術這個“第一生產力”作為企業生存和發展的大計；堅持把科技人才作為企業最重要的資源來愛護；確保企業裝備、技術、人才的科技含量[15]。工業工程作為一門邊緣交叉學科，是綜合性的應用知識體系。我國制藥裝備企業應通過實施以產品與過程集成為重要原則和基礎的并行工程、成組技術、虛擬制造、快速原型制造、精益生產等技術，通過實施現場管理，優化生產流程、改進操作方法、重新組合生產要素（人、機、料、方法、環境、檢測、能源和信息等），不斷改進和有效運行質量體系，生產出顧客滿意的制藥機械產品或提供顧客滿意的服務，追求生產系統整體效益，降低成本、提高質量和生產率，從而達到增強市場競爭力的目的。
2.3產品與過程集成提高制藥裝備企業研發與創新能力
主導產業結構優化從國家層面，地區層面的研究的比較多，但是以縣級為單位進行產業結構優化系統研究還不多，縣級產業結構的調整和優化表現出與國家和地區層面不同的特點和側重，從國家層面講主要是一二三產業之間合理配置及內部的優化，但是像浙江嵊州市這樣在長三角處于制造業縣級中心城市地位，產業結構的優化雖然大體也要符合這個原理，但更主要體現為制造業產業之間以及內部的整合和升級，因為一方面縣級產業結構規劃不可能面面俱到。另一方面縣級也要從全球化。縣級政府只有緊緊把握產業全球化發展和演進的脈搏，并大力推進當地產業全球化及全球化發展中的結構優化，才能在走向經濟全球化的過程中和區域一體化過程中實現自己的競爭優勢。
一、縣級主導產業結構的特點
1、產業層次不高
縣級主導產業基本上處于國際分工的低端，主要產業以低水平加工業為主，眾多低層次出口產品主要集中在傳統出口市場展開低價競爭，新興產業尚在發展當中，具體到嵊州（見表1）主要是以領帶、針織、服裝等勞動密集型產業和電聲零配件、電機、普通造紙等低附加值產業為主，高新技術和高加工度產業的規模明顯偏小，比重不大，嵊市的電聲行業是一股獨大，產值超億元企業只是天樂集團，3000萬元以上也只有8家，雖然有幾個專業區塊以同類產品集聚為主，但缺乏帶動作用強的骨干企業。極大多數企業以家庭作坊式生產，生產設備簡陋。
2、技術創新能力差
縣級主導產業在科研方面的意識不強，研究開發投入占銷售收入偏低，難以形成明顯的核心競爭力（見表2）。一般來講國際競爭性公司的研究發用占銷售收入的5%。
3、縣級主導產業脆弱性較大
嵊州市由于工業結構的特點：嵊州主導輕工業占比達68%，主要以紡織、服裝、印染、造紙為主，而又是勞動密集性產業，由于這種行業發展的成熟，其脆弱性總問題更為嚴重。具體來講，嵊州主導產業面臨的系統性脆弱性問題主要有：一是勞動成本的提高，在完善民工制度的形勢下，企業在勞動成本上需化較高的支出；二是出口受限、退稅下調、人民幣升值的情況下，導致整個行業競爭加劇，企業只能以損失自己的部分利益來維持目前的生存；三是原材料市場的不穩定，在原材料供應極其缺乏的背景下，企業需要更為強勢的嗅覺來洞悉市場行情，而一些企業在這方面又比較缺乏，因此受其影響比較大。四是產品影響力不大，市場單一，沒有自主品牌和核心競爭力，就會導致行業內惡性競爭相互殘殺，因此差別生產和提升自主品牌和核心競爭力顯得更為必要。因此加快產業調整，盡快找到新的路子，轉入新的創新型、持續發展的產業尤為顯得重要。
面臨的特定脆弱性問題主要有：一是企業對國際標準和技術性貿易壁壘影響較大產品標準化是產品國際競爭的基礎因素，在很大程度上決定著產品貿易的走向，從更廣泛的意義上講決定主導產業產品在世界市場上的地位。另外，隨著電子元件產品大量進入國際市場，在知識產權糾紛、反傾銷調查和技術貿易壁壘等方面，將會面臨新的問題，而我市的電聲企業明顯準備不足。二是行業協會的作用還沒有發揮。我國東部縣的主導產業主要是制造行業，這些企業的出口業務往往占了很大比重，目前大部分行業協會僅對國內外貿法規和政策關注較多，對國際貿易協定和外國貿易法規較少關注。當行業直接卷入國際貿易摩擦，遭遇國外反傾銷、反補貼、知識產權調查等貿易大棒時，這些行業協會就發現知識儲備不夠，就是在國內同類產業競爭中，也難以發揮應有的作用。整個行業內沒有形成產業專業化分工，每個企業遵循小而全的生產模式，對未來的產業資源整合帶來了很大難度。
4、縣級主導產業與區域內其他縣市的融合性差
第一，原來不同的產業，分別對應不同的產業體系，現在這些產業體系之間可以實現兼容和通用，第二，原來不同產業之間分工發生了模糊以到消滅，原有產業中具有較大產業影響力的代表性企業，或者是產業中的多數企業，開始由原來的單一經營轉為融合意義上的多元經營，也就是說這些企業向融合的另一方產業擴展了自己的經營范圍，降低了專業化程度，原來不同產業的企業之間的分工，轉化了同一產業內的企業之間的分工以及企業內的分工，第三，原來不同產業的企業在融合時發生業務交叉和市場競爭，事實上，競爭不僅僅是融合的結果，競爭本身是融合的標志，競爭還促進了融合，第四，在已經實現融合后的產業內仍然存在分工，目前，對東部縣級主導產業來說，產業融合最大的問題是區域之間的同構和本區域內自身產業的分工合作問題，這種同構和自身產業的分工不足激化了縣級主導產業的競爭，在一定程度上不利于主導產業的發展。對嵊州來說，在浙江省政府做出了打造浙江先進制造業基地的戰略決策以來，杭州、紹興、溫州、臺州等地區紛紛行動。由于各地也同樣具有建設先進制造業基地的強烈愿望和實際行動，為了各地的經濟增長、社會就業和地方利益，行政區域間的競爭程度將遠遠超過相互協作的程度，競爭不僅僅表現為爭奪相對有限的市場份額和資源份額，而且還上升到地區間支柱行業的競爭和引進外資的競爭，構成發展競爭的新局面。嵊州制造業與周邊縣市比較，產業結構趨同（見表3），最明顯的是紡織、機械業都是各縣市的主導產業和優勢產業，是打造先進制造業基地的首選產業，因此，嵊州打造以紡織、機械業為方向的先進制造業基地面臨較大的競爭。
對于嵊州市平講主導產業來說還沒有形成有效的分工合作體系，企業生產加工成本較高。企業生產組織方式普遍存在“大而全，小而全”現象，產業目前尚未形成有效的分工合作體系。
二、縣級主導產業的優化對策
1、產品結構調整
傳統的產品結構調整是指產業根據市場需求及其結構的變化要求，對產品的品種、規格、樣式、比例及其相互間的組合關系進行改變和優化的行為和過程。從內容上看，產品結構調整包括產品的品種結構調整、產品的規格結構調整、產品的樣式結構調整、產品的質量結構調整等。
2、產業的技術結構調整
其含義包括三個方面：一是對產業現有技術存量的重新協調、選擇與整合；二是對產業現有技術的使用、發揮狀況進行改進；三是對產業潛在可用技術的選擇、開發、吸收與引進。從系統的觀點看，衰退產業的技術結構調整是對衰退產業技術系統內諸技術元素間的質的組合和量的比例關系的重新選擇、協調與整合的過程。該過程的實現有兩條途徑：一是產業技術存量的調整，意指上述含義的前兩個方面；二是產業的技術增量調整?？h級主導產業必須以傳統產業高新化和高新技術產業化，引領產業結構調整的未來技術的調整也可從產品類型上進行分析，從產品類型上分，創新可大致分為原始創新、消化吸收再創新和集成創新三種。嵊州市企業在產品創新上大多屬于后兩種，尤其是消化吸收創新方面，很多企業把眼光瞄準了國外的先進技術與設備，通過技術攻關和工藝改進，研制出自己的拳頭產品。比如為了提升產品檔次，嵊州美多電器有限公司投資200多萬元，購進先進的激光切割機和激光焊接機，對設備進行了投入和技術改造，加快新產品的開發，提高產品工藝質量水平，使他們企業生產的廚具能夠跟國外產品進行接軌。在集成創新方面，天樂集團的集五大功能為一體的家庭影院產品和“福威重工”的多功能農用機械都是成功的例子。但集成創新和消化吸收創新門檻相對較低，適合企業在技術和產品上的改良和提升。
3、產業的組織結構調整
產業的組織結構調整是指產業為了達到較高的市場績效，在有關政策指導下，結合自身的產品結構調整和資產結構調整，通過相關企業合并、兼并、破產、退出、出售、拍賣、收購與重組等方式對企業的外部市場結構，如市場的集中度和市場進入退出壁壘等以及企業的內部結構，如企業產權結構、企業組織結構等進行改變和優化的行為和過程?？傮w而言，嵊州市企業離科學規范管理的標準還有很遠，這也意味著組織結構調整依然艱苦。目前嵊州已經加對對領帶服裝、絹絲針織、廚房用具、電機、機械、電子電聲、生物醫藥、汽摩托車配件和造紙十大特色工業行業進行了整合，重點培育領帶服裝/電器廚具/機械電機融合而成三大主體產業集群，從而推動產業結構的融合提升。領帶產業面臨加快產業的整合與升級，拉長產業鏈的壓力。
4、產業的空間區位調整
所謂產業的空間區位調整，就是指產業根據外部環境變化和自身發展的需要，通過生產單元、銷售單元、控制（決策）單元等產業基本功能單元的主動空間遷移而對產業的生產區位、市場區位和決策區位進行全部或部分的空間重構的行為與過程。產業的空間區位調整的實質就是產業的空間轉移。從概念上看，衰退產業空間區位調整包括生產區位調整、市場區位調整和決策區位調整三個內容。其中，具有重要意義的是產業生產區位的調整。通常講的產業空間區位調整就是指產業的生產區位調整。
【參考文獻】
[1] 江世銀：區域產業結構調整與主導產業選擇研究[M].上海人民出版社，2004.
［關鍵詞］世界工廠制造業自主創新
一、“世界工廠”的演進歷程
1.“世界工廠”的含義
（1）“世界工廠”的定義
什么叫“世界工廠”？簡言之，“世界工廠”就是為世界市場大規模提供工業品的生產制造基地?！笆澜绻S”不僅是某些工業制成品的全球主要供應者，而且是一系列對經濟發展起關鍵性拉動作用的主導產業和主導產品的全球主要生產商。
（2）“世界工廠”在經濟全球化下新的內涵
經濟全球化是指世界各國的經濟活動和經濟過程都被納入一個以通信技術和網絡技術聯接起來的全球性網絡，在全球范圍內尋求資源的最佳配置。
2.英國：自由競爭時代的“世界工廠”
從17世紀到19世紀末，隨著市場機制的形成及其運作，特別是資本主義生產方式率先在英國取得統治地位，反對國家干預經濟活動，強調自由經營、自由競爭和自由貿易的經濟自由主義思想及其政策，強化了市場機制對經濟活動的自發調節作用，支持并促進了這一時期英國的工業化發展。英國成為“世界工廠”主要有三個因素：
（1）工業革命使英國成為世界工業生產第一大國
工業革命完成后，機器的使用進一步普及，更使經濟蓬勃發展，工業生產保持世界首位，從而形成了強大的物質基礎。在紡織業，紡紗機和織布機的問世使產品的質和量得到極大提高，而以蒸汽作動力更是解決了人力紡織的困難。
（2）他國的工業革命為英國提供了產品市場和原料產地，19世紀中期，歐洲大陸各國和美國正處于工業革命時期，他們急需各種機器設備、先進技術和大量資金，這為英國的工業產品出口創造了極大的需求，從而促進了英國工業的急劇發展。
（3）自由貿易政策進一步增強了英國工業產品的競爭力
過去嚴格的保護關稅制嚴重阻礙了英國經濟的發展，而且成本低廉的英國工業品無須關稅保護。通過取消保護關稅政策，英國成為世界上第一個實行自由貿易的國家。
3.美國：市場自由競爭走向政府干預時代的“世界工廠”
在19世紀末20世紀初，各主要資本主義國家發展不平衡加劇，英國作為老牌的資本主義國家發展的步伐緩慢下來，并逐漸喪失了“世界工廠”的地位，而美國的工業出現跳躍式發展。在市場作用的基礎上，政府加強了對經濟的宏觀干預，使美國作為新的“世界工廠”脫穎而出。美國成為“世界工廠”主要受三方面因素的影響：
（1）產業革命促進了美國工業的發展
（2）兩次世界大戰極大刺激了美國工業的發展
（3）政府的投資使美國具備了一系列領先的新興工業
二、中國“世界工廠”化的基本發展戰略
1.以我為主，自主創新
由于通過引進方式只能獲得一般意義上的邊緣技術，核心技術的取得是無捷徑可走的，但核心技術又決定著制造業發展的總體方向，因此中國要成為真正意義上的“世界工廠”，必須擁有自己的關鍵性核心技術作支撐。主要是要以我為主，自主創新，充分發揮政府的政策誘導作用，積極調動企業自主開發的積極性。
2.加強技術裝備，推廣先進制造技術
先進的技術裝備是一國科學技術進步的物化形式和集中體現，沒有自己先進的技術裝備，就不可能有現代化工業，也不可能出現真正意義上的“世界工廠”。另外，先進制造技術是支撐現代制造業的骨架和核心，在信息科技革命浪潮影響著人類一切經濟活動時，傳統制造技術必然受到沖擊，先進制造技術就是傳統制造技術與信息科學技術和現代管理相結合的產物。
3.加強自主知識產權的創造和保護
企業是技術自主創新的主體，作為產業層面的制造業的國際競爭力，其實最終還是體現在企業的競爭力上。激勵企業進行自主創新活動是提升我國制造業整體競爭力的關鍵，是自主創新制度安排的核心問題。
4.制定配套的產業引導政策和金融財稅政策
適當的產業政策和金融財稅政策對提高企業自主創新能力也有很大的幫助。如政府可以制定產業政策，鼓勵對技術含量較高的產業或項目投資，對那些高消耗、高污染的項目叫停等。由于研發創新活動都具有較高的不確定性，對于企業來說就面臨較大風險，國家可以制定適當的金融政策，如財政撥款、優惠貸款、補貼以及擔保等，來分散創新者的風險，激勵企業的研發創新活動。對于由研發創新結果得到的收益，可以在稅收上給予優惠等。
參考文獻：
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