２１世纪制造业的发展趋势，本文主要内容关键词为：发展趋势论文,制造业论文,世纪论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：F403.6 文献标识码：A 文章编号：1671－0398 （2002）01－0053－04
先进制造技术就是将机械工程技术、电子信息技术和自动化技术生产设备，以及材料技术、现代管理技术综合应用于产品的计划、设计、制造、检测、管理、供销和售后服务全过程的综合集成生产技术。先进制造技术追求的目标就是通过实现优质、精确、省料、节能、清洁、高效、灵活的生产来满足社会需求。
一、先进制造技术的特点［1］
1.广泛性。先进制造技术并非单独分割在制造过程的某一环节，而是覆盖产品设计、生产设备、加工制造、维修服务，甚至回收再生的整个过程。
2.动态性。由于先进制造技术是针对一定的应用目标，在不断地吸收各种高新技术而逐渐形成、不断发展的新技术，因而，其内涵不是绝对的和一成不变的。
3.集成性。先进制造技术由于专业和学科间的不断渗透、交叉、融合，界线逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新型交叉学科。因此，可以称其为“制造工程”。
4.系统性。传统制造技术一般只能驾驭生产过程中的物质流和能量流。随着微电子和信息技术的引入，使先进制造技术还能驾驭信息的生成、采集、传递、反馈、调整的流动过程。
5.先进性。作为先进技术的基础——制造技术，必须是经过优化的先进工艺。因此，先进制造技术的核心和基础必须是优质、高效、低耗、清洁的工艺。它从传统工艺发展起来，并与新技术实现了局部或系统集成。
6.与管理的更紧密结合性。对市场变化作出更敏捷的反应及对最佳经济效益的追求，使先进制造技术十分重视生产过程的合理化和最佳化。它是技术与管理、自然科学和社会科学紧密结合的产物。
7.重视人的因素和人的作用。在先进制造系统中，人的智能和技艺再次证明是难以替代的。在决策、管理和作业操作中，人机优化分工较之复杂的自动化系统更有竞争力。
二、21世纪制造业的发展趋势
1.企业生产方式面临重大变革［2］
需求的个性化及制造的全球化、信息化，改变着制造业的传统观念和生产的组织方式，精益生产、敏捷制造、智能制造、虚拟制造、虚拟企业等新概念相继出现。
这种改变主要表现在：（1）从以技术为中心向以人为中心转变； （2）从金字塔式的多层次生产管理结构向扁平的网络结构转变；（3）从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变；（4 ）从按功能划分部门的固定组织形式向动态的、自主管理的小组工作组织形式转变；（5）从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变。
2.虚拟技术广泛应用［2，3］
虚拟技术是以计算机支持的仿真技术为前提，对设计、加工、装配等工序统一建模，形成虚拟的环境、过程、产品及企业。主要包括：（1）虚拟环境技术；（2）虚拟设计技术；（3）虚拟制造技术；（4）虚拟研究开发中心将异地的、各具优势的研究开发力量，通过网络和视像系统联系起来，进行异地开发、网上讨论；（5 ）虚拟企业为了快速响应某一市场需求，通过信息高速公路，将产品涉及的不同公司，临时组建一个没有围墙、超越空间约束、靠计算机网络联系、统一指挥的合作经济实体。
面对新的格局、新的挑战，传统的封闭式的“小而全”、“大而全”的企业已越来越没有竞争力，各种开放式的合作开发、生产与销售与日俱增，从用户订货、产品创意、设计、零部件生产、总成装配、销售以至售后服务全过程中的各个环节都可以分别由处在不同地域的企业，按照某种契约进行互利合作。通过国际互联网、局域网和企业内部网，可以实现对世界上任何一地的用户订货，进行异地设计、异地制造，然后在最接近用户的生产基地制造成产品。全球化、网络化、虚拟化已成为制造业发展的重要特征。
3.企业联合发展［2］
为了适应制造业国际化的发展趋势，不少企业已摆脱了那种“不是鱼死，就是网破”的一味竞争思路，采取了“既有竞争，又有结盟”、“我赢你也赢”的策略。特别是同一国家的同行业企业，为了在国际上取得更大的竞争力和市场份额，在政府的支持下，围绕一些风险大、投入大的新产品开发或关键技术研究采取联合资助、联合行动，取得了良好的效果。
4.绿色制造将成为重要特征［4］
绿色制造可定义如下：绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境负面影响最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。
绿色制造的“制造”涉及到产品整个生命周期，是一个“大制造”概念，并且涉及到多学科的交叉和集成，因此，体现了现代制造科学的“大制造、大过程及学科交叉”的特色。
绿色制造对未来制造业的可持续发展至关重要。可建立绿色制造研究内容的体系框架（见图1）。 该框架将绿色制造的研究内容分成绿色制造的理论体系和总体技术、绿色制造的专题技术和绿色制造的支撑技术三方面，每一方面又包括若干组成部分。绿色制造的发展趋势可简要概括为：全球化、社会化、集成化、并行化、智能化和产业化。
图1 绿色制造的研究内容体系框架
5.技术创新成为焦点［5］
技术创新是企业发展的原动力和核心竞争力，企业是技术创新的主体和直接获益者。技术创新包括产品创新、过程创新、市场创新和管理创新。技术创新应该成为可学习和可管理的过程。培养员工的创新精神，营造有利于创新的文化和环境，制定符合企业发展要求的创新策略，建立鼓励创新的管理机制和创新能力评价体系是提高企业创新能力的关键。企业管理者还应该充分认识技术创新可能遇到的阻力，制定可操作的实施方案，才能达到技术创新的预期效益。技术创新及其管理已经发展成为系统科学，使创新不仅取决于个人的创造力，更成为可持续发展和可管理的过程。
6.文化氛围的形成［6］
扬弃工业经济的一些传统概念，关注企业的变化过程，不断开发新产品、新工艺和培育、开拓新市场，不断地调整核心竞争优势和组织结构，充分体现人的价值，将成为21世纪企业永恒的追求。企业文化氛围建设还需服从人的多元化和个性需求。
7.21世纪新一代制造工厂的结构
尽管现有的制造业工厂在近期内不会消失，但新一代的制造业工厂已初显端倪。这是一种以最终产品总装厂为中心，由若干只生产一种专门部件的、小规模的独立工厂，以功能强大的信息网络和快捷的运输系统连接组成的开放式的“虚拟工厂”。这些工厂精于某项技术，擅长制造加工某一产品，且专业水准高超，因而能使产品设计、生产工艺、质量保证、生产效率均达到最佳状态，一般为同行竞争中的佼佼者，其生产的部件组装成的整机，其质量、性能、价格具有很强的竞争力。总装厂与各部件厂的关系不再是传统的子母公司或总厂与分厂的关系，而是以最终产品为纽带的合同和信誉关系，类似于目前欧洲的工业集团或工业网，是一座“虚拟”的生厂。
8.适应于先进制造技术的物流模式［7］
作为制造技术的支撑，物流应该适合于先进制造技术作用的生产运作方式。功能活动是实现其机能的。为了使物流的活动能够适用于先进制造技术发展的需求，物流系统也表现出新的特征（见图2）。
图2 先进制造技术中的物流特征
三、21世纪制造科学所面临的5个领域的基础科学问题［8］
1.制造系统理论和制造信息学
其研究方向包括制造信息获取、处理、传递和使用；信息向知识的转化；基于知识的制造；制造系统的可重构理论和方法；计算制造；拟实制造；并行制造；网络化设计和制造；创造性设计的理论和方法；绿色制造系统建模与优化；新制造模式和管理方法研究等。
2.微系统中的尺度效应和制造技术研究
微系统的尺度效应和物理特征研究是微系统研究中的关键科学问题，微系统的设计、制造和测试研究也是本领域的重要研究内容。
3.材料和零件制造过程中的拟实仿真、优化和加工新技术基础
研究方向包括：材料制备与零件成型过程中的建模、仿真及优化；纳米制造技术中的基础问题；绿色制造中的科学问题，如全生命周期绿色产品的描述和建模、绿色产品的综合评价、绿色制造的知识库问题等；非传统加工中的基础问题；新型材料零件数字化设计制造方法等。
4.机械仿生与生物制造
研究内容包括：（1）自生长成形工艺， 即在制造过程中模仿生物外形结构的生长过程，使零件结构最外层各处开头随其应力值与理想状态的差距作自适应伸缩直到满意状态为止；（2）仿生设计和仿生制造系统，即对先进制备系统采用生物比喻的方法进行研究，以解决先进制造系统中的一些关键技术问题；（3）智能仿生机械；（4）生物成形制造，如采用生物方法制造微小复杂零件，开辟制造新工艺。
5.绿色制造与生态工业
多学科交叉，加强制造过程的复杂性。绿色制造新技术的研究是21世纪制造科学可持续发展的一个重要发展方向。例如，综合考虑能量、资源、环境、经济和社会发展的全流程分析与多目标决策；从源头控制污染的制造科学；资源深度利用与高效分离新方法；制造过程废弃物再资源化的理论与方法；零排放绿色制造体系与工业生态研究。
四、结论
当今世界各国经济的竞争，主要是制造技术的竞争。在企业的生产力构成中，制造技术的作用一般占60％左右。美国现在正推行以微电子带动的第三次产业革命，重点就是发展先进制造技术。当前，制造技术已经进入了计算机的辅助制造时代，它是通过一个计算机分级结构网络来监测、控制和管理制造过程各个阶段的工作，其中包括生产管理与控制、工程分析与设计、财务与销售等方面。在制造系统中，存在着以生产对象为中心，由原材料→毛坯→零件→成品构成的物质流，以生产管理和信息管理等管理技术为主体的信息流以及为了保证生产活动正常进行而必须的能量流。其中，信息流的引入是形成先进制造系统最关键的要素。