顧新建李姣
(浙江大學機械工程系，浙江杭州310027)
摘要:簡要分析了先進制造技術的特點、體系結構和發展趨勢，簡要介紹了計算機集成制造系統和大規模定制技術的發展現狀。
關鍵詞:先進制造技術；計算機集成制造系統；大規模定制
1先進制造技術的發展趨勢
先進制造技術是傳統制造業不斷吸收機械、信息、材料和現代管理技術的最新成果，綜合運用於產品開發設計、制造、檢測、管理和售後服務全過程，實現優質、高效、低耗、清潔、敏捷制造，取得理想技術經濟效果的尖端制造技術的總稱。從本質上講，先進制造技術是傳統制造技術、信息技術、自動化技術和現代管理技術的有機結合。
先進制造技術是21世紀制造業的發展方向。先進制造技術的特點如下:
(1)先進制造技術貫穿於產品設計、加工制造到產品銷售、使用、維護的全過程，成為“市場-產品設計-制造-市場”的大系統。而傳統制造工程壹般指的是加工過程。？
(2)先進制造技術充分應用計算機技術、傳感技術、自動化技術、新材料技術、管理技術等的最新成果。，各種職業和學科不斷交叉融合，界限逐漸淡化甚至消失。？
(3)先進制造技術是技術、組織和管理的有機結合，特別註重制造過程的組織和管理系統的簡化和合理化。先進制造技術也可以看作是硬件、軟件、人員和支持網絡(技術性和社會性)的集成和統壹。？
(4)先進制造技術不追求高度的自動化或計算機化，而是通過強調以人為中心，實現自主性和自律性的統壹，最大限度地發揮人的積極性、創造性和相互協調性。？
(5)先進制造技術是壹個高度開放、高度自組織的系統。通過大合作，充分合理利用全球資源，不斷生產最具競爭力的產品。？
(6)先進制造技術的目的是以最低的成本、最快的速度提供用戶想要的產品，實現優質、高效、低耗、清潔、柔性生產，達到理想的技術經濟效果。？
自20世紀90年代初以來，美國先後提出了先進制造技術計劃、團隊計劃、下壹代制造(NGM)技術計劃、美國國家關鍵技術等。，德國提出“生產2000”計劃，“生產2000+”計劃，“微系統2000”計劃，日本提出智能制造系統計劃，韓國提出國家先進技術計劃(G-7計劃)。
圖1顯示了先進制造技術的體系結構。？
20世紀90年代初，美國喬治·華盛頓大學成立了由45位著名未來學家和技術專家組成的新興技術預測委員會。在1996的預測中，從最重要的可預見的技術進步中選取了85項新興技術。* * *分為12類。其中，在第八類:制造業和機器人中，有以下技術[2]:
(1)計算機集成制造系統。2012年，80%的工廠生產將實現計算機集成；？
(2)生產自動化。到2015年，由於生產自動化的實現，工廠從業人員占總勞動力的比例將降至10%以下；？
(3)大規模定制。到2011，汽車、電器等30%以上的產品實現大規模定制；？
(4)高級機器人。到2016，具有感知輸入、決策和學習功能的移動機器人將投放市場；？
(5)納米技術。到2016，微電機和納米技術將投入商業應用。
可以認為這五項技術是最重要的先進制造技術。限於篇幅，這裏只簡單介紹壹下計算機集成制造系統和大規模定制。這兩項技術對企業影響很大，適用性很強。
先進制造技術的發展趨勢可以概括為:？
(1)數字化。對此，人們提出了CIMS和數字工廠的概念。通過CAX(CAD、CAPP、CAE、CAM)系統和PDM系統，進行產品的數字化設計和仿真，結合數字化制造設備，進行自動化加工。采用MRPII/ERP系統對整個企業的物流、資金流、管理信息流、人力資源進行數字化管理。進壹步的發展是通過數字化供應鏈管理(SCM)系統和客戶關系管理(CRM)系統來支持企業與供應商和客戶之間的合作。網絡技術的發展使得企業內外的數字化運作更加便捷。？
(2)知識。知識將成為最重要的生產要素，技術創新將是企業最重要的生存和競爭力。知識管理技術和學習型組織將越來越受到重視。？
(3)模塊化。產品和企業的模塊化將使企業能夠快速、低成本地生產出客戶需要的個性化產品。？
(4)小型化。微型機械和制造技術發展迅速，將催生壹大類全新的產品，深刻改變人們的生活。？
(5)綠化。強調產品和制造過程的環境友好性。
2計算機集成制造系統(CIMS)
自1973年美國哈靈通博士提出CIMS概念以來，CIMS在世界範圍內走過了壹條曲折的道路，人們對CIMS本質的認識發生了很大的變化，主要是:現代制造業的方向不僅僅是計算機和信息的集成，而是人、技術和組織的整體集成，包括功能集成、組織集成、信息集成、過程集成、知識集成和企業間集成。因為計算機集成制造系統這個詞容易被誤解，所以認為把計算機集成在壹起就可以構造出先進的制造系統。因此，壹些中國學者提出了現代集成制造系統(CIMS)的概念。目前，CIMS的發展有以下幾個特點。
2.1集成
CIMS有幾個關鍵的信息集成系統。CIMS在這些系統的基礎上進壹步實現企業的全面整合。？
(1)ERP(企業資源計劃)系統:國外比較著名的系統有SAP、Oracle、Baan、IBM等。在中國有金蝶、用友和凱斯。ERP系統集成了企業中的生產管理、財務、人事、采購、銷售等子系統。該系統涉及面廣，龐大，對人員素質、數據和流程標準化要求高，實施難度大，成功率不高。？
(2)CAD/CAPP/CAM的集成:目前雖然有壹些CAD系統可以支持CAD/CAPP/CAM的集成，但主要是針對基本由數控加工的零件，如PRO/E軟件。由於不同產品中的零件差別很大，每個企業的加工條件和水平也不壹樣，所以復雜零件的CAD/CAPP/CAM集成沒有壹個通用的系統。？
(3)PDM(產品數據管理)系統:用於管理和控制CAX(CAD、CAPP、CAE、CAM等)形成的大量信息。)系統，從而避免花費大量的時間去尋找那些應該很容易得到的信息。PDM是設計自動化技術體系的核心，管理整個產品生命周期的所有產品知識和信息，為產品開發過程中的各個應用系統提供所需的數據，為不同的應用系統提供集成平臺。PDM系統以產品數據庫為底層支撐，以BOM為組織核心，鏈接所有定義最終產品的工程數據和文檔，實現產品數據的組織、控制和管理。PDM系統壹般由CAD軟件開發商開發。所以同壹家軟件公司的CAD系統和PDM系統可以無縫集成，但是不同軟件公司的CAD系統和PDM系統之間的集成就差很多了。PDM系統的實施比CAD系統更困難，因為前者涉及到管理、組織等問題。
(4)工作流管理系統:主要用於辦公自動化，是企業管理的信息集成系統。目前，工作流管理系統和知識管理系統緊密結合，使企業的知識得以享受和保存。？
2.2聯網
以互聯網為代表的網絡技術對制造業的影響越來越大。人類正在進入壹個新的時代——網絡經濟時代，制造業也正在出現壹種新的模式——網絡化制造模式。在網絡化制造中，新的網絡空間與傳統的物理空間緊密結合，產生了各種新思想、新觀念、新方法和新系統。制造企業將利用互聯網進行產品的協同設計和制造；通過互聯網，企業將直接接觸客戶，客戶將參與產品設計，或者直接下單定制生產，企業將產品直接銷售給客戶；由於互聯網的無處不在，市場全球化和制造全球化將是企業發展戰略的重要組成部分；由於互聯網上信息傳遞的快速性和制造環境的劇烈變化，企業之間的合作越來越頻繁，企業的資源將得到更加充分合理的利用。Intranet)/ Extranet也將極大地改變企業內部的組織和管理模式，並將有效地促進員工之間信息和知識的交流和* * *享受[5]。
2.3敏捷性
21世紀，企業將面臨日益激烈的國際競爭的挑戰。另壹方面，企業可以利用制造業全球化的機會，專註於發展自己的核心能力和業務，而外包和外包其他任務。企業將變得更加敏捷，對市場變化有更快的反應能力。但這些都需要新的信息技術的支持，如供應鏈管理系統，以促進企業供應鏈的敏捷反應和高效運作，因為企業之間的競爭將成為企業供應鏈之間的競爭；又如客戶關系管理系統，它使企業能夠為客戶提供更好的服務，更快地響應客戶的需求。
2.4虛擬化
虛擬制造可以簡單理解為“在計算機中制造”，通過應用集成的、用戶友好的軟件系統，對產品、過程和整個企業的性能進行模擬、建模和分析，生成“軟原型”。虛擬制造包括虛擬設計、虛擬裝配和虛擬加工過程。新產品的開發需要考慮很多因素。例如，在開發壹款新的汽車模型時，其美學創造力受到安全性、人機工程學、可制造性和可維護性的制約。在虛擬設計中，我們可以利用虛擬樣機在可視化方面的強大優勢，交互式地探索虛擬物體的功能，對產品進行幾何、制造和功能方面的交互式建模和分析，快速評估不同的設計方案，從人機工程學的角度檢查設計效果，設計師可以直接參與操作模擬，移動零件，進行各種實驗，保證設計的準確性。這項技術的特點是:(1)盡早看到新產品的外形，以便從多方面觀察和評價設計出來的產品；(2)早期檢測產品結構空間布局的幹涉和運動機構的碰撞；③盡早對產品的可制造性有清晰的認識。美國波音飛機公司在波音777飛機的設計中采用了虛擬制造技術。飛行模擬器和虛擬樣機技術用於在各種模擬條件下對飛機進行飛行試驗。？
2.5智能
比如，隨著CAD系統知識的積累，CAD系統的智能化程度會大大提高。這種智能表現為:①智能支持設計師工作，智能人機界面。該系統可以理解設計者的意圖，檢測錯誤，回答問題並提出建議。(2)具有推理能力，讓不熟練的設計師也能做出好的設計。？
2.6綠化
包括綠色產品和綠色制造。要求產品的零部件易於回收，可重復使用，盡量使用汙染少的材料，在整個產品制造和使用過程中排放少的廢物，盡量少汙染環境，盡量少消耗能源。在制造和使用中要求清潔。產品和制造過程的綠色化不僅要求企業把環境保護作為自己的重要使命，也是企業未來生存和發展的戰略。因為不註重環保的企業會被市場淘汰。？
3大規模定制
目前中國已經進入買方市場，壹般產品和壹般制造能力嚴重過剩；隨著市場競爭的國際化，用戶可以在更大範圍內選擇自己需要的產品，對產品質量、價格、新奇度的要求也越來越高。許多企業都在探索如何在這種新環境下生存和發展。大規模定制是壹種很有前途的生產模式。大規模定制也叫大規模定制，大規模定制生產，大規模定制，大規模定制[6]。
從理論上講，大規模定制應該實現低成本、短交貨期的定制單品大批量生產，但實際上，大規模定制可以看作是低成本、快速滿足用戶個性化需求的產品設計、制造和營銷的新概念、新模式和新實踐。大規模生產和單個產品的定制生產壹直是兩種互不相容的生產方式。實現大規模定制不僅僅是壹個技術問題，還涉及到組織、管理和技術的全面變革。實現大規模定制不是壹個企業的事，需要全行業、全社會的共同努力。因此，大規模定制是壹個大的系統工程。？
大規模定制從產品和過程，或者產品維度(空間維度)和過程維度(時間維度)兩個方面優化制造系統和產品。其中，產品維度優化的主要內容有:？
(1)正確區分用戶的* * *和個性化需求；？
(2)正確區分* * *和產品結構中的個別零件；？
(3)合並產品維度的* * *部分；？
(4)減少產品中的定制部分。？
工藝尺寸優化的主要內容有:？
(1)在生產過程中正確區分量產過程和定制過程；？
(2)減少定制流程，增加量產流程。？
圖2描述了大規模定制中產品尺寸和工藝尺寸優化的基本原理。這裏把企業產品中的各種零件分為兩類，壹類是通用零件，壹類是定制零件。產品維度的優化方向是減少定制零件的數量。這裏把產品的生產過程分為兩部分，壹部分是量產，壹部分是定制，過程維度的優化方向是減少定制環節。大規模定制的本質是縮小圖2中的小矩形區域。理想情況下面積為零，但這實際上是不可能的。？
大規模定制的典型案例有:
(1)美國Levi Strauss服裝公司:該公司可以為用戶提供近千種不同的款式和顏色，加上量身定制的服務，從而保證用戶能夠得到滿意的牛仔褲。用戶只需要額外支付10美元，就可以在流水線上根據腰圍等個人尺寸進行定制。公司營業額增長了30%，庫存大幅減少，運營成本大幅降低。？
(2)寶潔(P&G):將洗發水的配方增加到5萬多種。只要顧客能想出頭發的油性和酸性指標，就能以通常的價格為顧客定制專用洗發水。？
(3)日本松下自行車工業株式會社:每輛車都是根據用戶的體重和愛好特別定制的，價格只比現成款高10%，兩周內送到。在不同的定制自行車中，大量零部件采用標準化策略設計制造。？
(4)福特公司:發動機模塊化設計，即對6缸、8缸、10缸、12缸等不同規格的發動機結構進行調整，使其大部分部件可以通用，以盡可能少的規格實現最大的靈活組合。不同規格的發動機可以在壹條生產線上加工。每年節省數億美元[7]。？
(5)海爾集團:以58大類9200種規格為原料，加上上千種“調味品”——20000多個基本功能模塊，經銷商和消費者可以自由組合這些“材料”和“調味品”，形成獨特的產品。目前可提供9萬多種適合B2B2C的模塊化網絡家電。？
(6)波音公司:面對結構復雜、品種繁多、零件數以百萬計的大型民用客機，將飛機中的零件分為三類:第壹類是基本穩定、無個性特征的零件，第二類是用戶可選零件，第三類是用戶專用零件。因為前兩類約占壹架飛機90%的工作量，接訂單90%的工作量已經完成或接近完成，大大縮短了生產周期，庫存不高，生產成本也降低了。波音公司在飛機模塊化設計的基礎上開發了飛機構型設計和制造資源管理系統。波音公司的銷售代表在與用戶談判時，可以使用便攜式計算機上的這個軟件系統與用戶壹起配置飛機。該軟件可以直接從配置庫中訪問數據。銷售人員可以向用戶展示各種選項將如何影響飛機的價格和重量。這些信息有助於用戶做出深思熟慮的商業決策。
參考
1顧新建，齊。知識型制造企業。北京:國防工業出版社，2000。
2小可。美國專家預測2001到2030年的新興技術。中國專利報，1998-02-18(1)。
3顧新建，齊，，等.機械制造系統工程.杭州:浙江大學出版社，1996。
4齊、顧新建。計算機集成制造系統方法論。上海:上海科學技術出版社，1996
5顧新建、齊、陳。網絡化制造策略和方法。北京:高等教育出版社，2001
6[美]大衛·m·安德森，b·約瑟夫·派恩. 265438+20世紀企業競爭前沿:大規模定制模式下的敏捷產品開發。北京機械工業出版社2000
7薛福康。攀登世界汽車工業的金字塔--記著名美籍華人汽車專家顧永平。光明日報，1999-05-02(1)
8怡君海爾洗衣機:從專為您設計，到按需個性化定制。人民日報網絡版2001-09-05。
中國航天沖壓技術研討會瞄準世界前沿
目前，各國研制的以導彈武器為代表的飛行器正朝著更快、更遠、更準、更高的目標發展，而實現這壹目標的關鍵技術之壹就在於發動機技術的不斷提高。2005年8月4日，由航天科工集團公司主辦、三院31承辦的中國沖壓發動機領域的壹次盛會，吸引了來自國內數十家科研院所和企業的約140名專家學者參加。航天科工集團科技委主任，副主任華，黃瑞松參加了會見。
航天產品，動力第壹。中國壹直非常重視沖壓發動機技術的發展。上世紀50年代末，三院31所率先開展沖壓發動機技術研究，被業界稱為“亞非拉第壹”。經過40多年的發展，已經建立了較為完善的研發體系，為型號產品研制了多種沖壓發動機設備，多項研究成果獲得國家科技進步獎。
“目前各國研制的導彈武器都在向速度更快、射程更遠的方向發展。同時，未來的太空運輸系統也需要先進的動力系統來支撐。因此，沖壓發動機憑借其獨特的先進技術，將成為21世紀航天強國的寵兒。”31研究所所長梁雪對沖壓發動機的發展前景做了前瞻性的預測。
其實沖壓發動機技術的“熱度”，從本次大會收到的100多篇論文中也能看出來。很多專家學者都把目光投向了世界領先水平。其中，劉興洲院士撰寫的《沖壓發動機技術研究進展》，從未來戰爭集成化、信息化和中遠程精確打擊的特點出發，延伸了沖壓發動機的發展需求，介紹和展望了沖壓發動機的壹體化設計、燃燒、燃料、材料、控制、試驗等技術前沿領域，向與會代表描繪了未來沖壓發動機的發展藍圖。
本次會議學術氛圍濃厚，許多論文水平較高，是近年來我國沖壓發動機前沿研究、產品設計和工程實踐的經驗總結。同時，這次會議增進了各單位的了解，對今後加強合作，促進信息、資源、技術、市場的共享將起到積極的作用。