先进制造技术与振兴中国机械工业，本文主要内容关键词为：中国论文,机械工业论文,先进论文,技术论文，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。
内容提要 本文分析了我国机械工业的现状和发展趋势；探讨了以CIMS为代表的各种现代制造技术的组织结构和运行模式；阐述了我国如何与信息技术水平及其更新速度相适应，在现有技术基础、经济实力、人员素质和社会条件的国情下，借鉴世界工业发达国家的成功经验和失败教训，辩证地实施先进技术，振兴机械制造业。
Ⅰ.前言
制造产业是人类社会赖以生存和发展的基础，是社会物质财富的主要来源。由于市场的国际化与生产的高度社会化，今天在全球范围制造产业正在集结成一个复杂、庞大的制造系统。制造系统内部各环节、各子系统之间，以及制造系统与外部错综复杂的关系和联系，形成了当今人类经济生活的一大特色，如今，制造系统中的某一个局部变化可能波及全局，造成大面积的影响。在现代复杂多变的市场环境中，制造系统正在不断地经历着动态的扰动，进行着动态的调整；因此，要求我们必须用系统的观点和动态的方法来看待制造系统，而孤立的观点和方法决不可能奏效。
制造系统包含市场调查、投资决策、工艺设备、产品设计、车间调度、加工销售、成本核算、质量控制、人事组织与售后服务以及管理等组成环节或单元；而在这些环节之间，流动的物质材料、能量与信息则是组成现代制造系统的三大要素。
人类文明与制造技术是不可分的，两百多年前由于蒸汽机的发明而揭开了工业化的序幕。随后，制造技术经历了三个主要发展阶段，由早期的手工业作坊模式过渡到本世纪初的泰勒和福特模式直到今天的现代模式。自动化是现代制造技术的主要标志。尤其计算机控制技术的完善，使刚性自动化落伍，数控技术、柔性自动化技术正在逐步改变机械制造的面貌。数控机床、加工中心（MC）、柔性制造单元（EMC）、柔性制造系统（FMS）等应用日广；现代制造技术的最高形式目前当数计算机集成制造系统（CIMS）；但是CIMS决不是一味地强调高度自动化，而是应该朝着精密化、高效化、智能化方向发展。
当今，各工业发达国家纷纷把制造技术视为当代科技最活跃的领域，并将其列为国家优先发展的关键技术，制订了一系列振兴计划，建立了世界级制造技术研究中心；一个以现代制造技术为交点的国际间科技竞争已经展开，一个以先进制造技术为重点的第三次工业革命已经到来。
Ⅱ.中国机械制造业的现状
机械制造业是我国各个部门的装备部和改造部，又是生产各种机电日用产品的制造部，是整个国民经济的主要物质基础，对国家的综合实力以及人民生活水平的提高有着重大的影响。我国的制造技术经过40多年的不断进步，现已进入发展最迅速、增长最快捷的新阶段。据有关资料统计，在工业生产总值中，机械制造业的产值约占1／4；同时，机电产品出口也是取得外汇的重要来源之一，全国机电商品的出口总值约占所有出口商品的24%。由此可见，机械制造业是我国国民经济的主要支柱产业之一，特别是大中型企业肩负重任，举足轻重，决不可等闲视之。
我国机械制造业相当庞大，拥有380万台套机床设备，2000多万从业人员，堪称世界数一数二。但是产品落后，劳动生产率低下，近年来效率在低谷中徘徊，大部分企业亏损严重，有些已濒临倒闭。造成这种状况的主要原因是：工效过低，资源利用不合理，机构重叠，冗员惊人，管理混乱，浪费严重。
另外，我国大多数机械制造企业一直沿用泰勒和福特运行模式至今。这种模式是当时信息水平制约下的产物，即线性结构，顺序决策，精细分工，流水作业以及集中领导和分级管理的模式。就当今的信息技术水平来看，这种模式明显地存在着调度不灵，响应迟缓，缺乏柔性，抗扰动能力差及资金周转不快等弱点，很不适应市场多变、竞争激烈的现状。
市场经济给制造业带来了巨大的压力。如何在激烈的竞争中求得生存和发展是摆在每个企业家面前的严峻问题。尽管不少企业通过各种技术改造（例如：引进和采用NC机床，MC，FMC，FMS，CIMS）改善了生产条件，获得了一定的经济效益，但远没有达到所期待的目标。现状分析表明，技术并不是唯一的决定性因素。生产组织结构的改革，人员素质的提高是企业从技术获得更大潜在效益的重要源泉。因而在信息技术革命的形势下，需要着重考虑生产的结构、组织和功能的重新划分，使整个系统具有更大的柔性。
在过去的十年中，国内外积极探索和研究适合本国国情的先进制造技术，尤其对CIMS讨论的很多。我国于1986年开始进行CIMS的跟踪研究，已取得了不小的进展和成绩，对推动制造产业的现代化具有积极的意义。但国内外从实践中得出的经验表明，在推广应用现代制造技术的过程中并非一帆风顺，事事如愿。究其原因：①企业经常面临技术、投资和人员素质问题；②在规划工作中缺少对企业结构、功能和车间组织的深入研究；③片面地强调高技术，偏离企业目标，没有获得预期的柔性和自动化程度；④在建立CIMS的过程中，实现全面集成还有困难，而且花费的代价太大。面对这种情况，各主要工业发达国家都在谋求对策，调整科技方针，各自制订了与国情相适应的制造业自动化发展计划。
Ⅲ.现代制造系统的发展趋势
1、计算机集成制造系统
以计算机为代表的新一代信息技术，包括微电子技术、传感与检测技术以及现代通讯技术的崛起和高度发展，已经从根本上改变了制造工程中信息技术的面貌与水平，并引发了其组织结构和运行模式革命性的变化和飞跃，形成了计算机集成系统。从而可看出，CIMS之新，其真谛在于以计算机辅助制造（CAM）的集成；即以充分的信息交流与共享，促进制造系统或企业组织的优化与运行的优化：其目的在于满足高新技术和多变产品的需要。
借助于现代计算机网络技术及时地沟通产品信息、工艺信息、供销信息和管理信息等，实现信息资源的共享；并在此基础上保证制造系统内部各环节、各部门的高度协调，以便在市场波动的条件下，确保企业的最优整体效益。然而，必须强调，“集成”固然以信息沟通为前提，但“集成”并不止于如此，除了沟通信息以外，还须理解信息，以及基于完善的系统模型对信息的实时处理与反馈操作。
计算机集成构造了一种“信息键”，它将制造系统的各部分连接成一个整体。然而这种信息键的连接，不仅没有限制系统的自由度，反而在保证系统总体效益和长期效益的基础上，使系统的各组成单元有充分的独立性和自主决策能力；从而极大地增强了整个系统的柔性、容错性、抗环境扰动或突发事件的鲁棒性（Robust）和动态响应能力。这对于处在多变的市场环境下，激烈竞争的现代制造企业来讲，具有关键意义
2、精益生产（Lean Production）
近些年来美国为了夺回制造工业的霸主地位，对世界各国，特别是日本汽车制造业进行了广泛深入的研究；认为最有效益的企业是：采用适度的自动化技术，进行全面的科学管理；最成功的企业秘诀是：充分挖掘人的潜力，特别是工人的智慧和积极性。针对美国大多数企业过于臃肿，提出了“精简、消肿”的对策，并把日本在制造业取得成功的方式称为精益生产或精简生产。
精益生产的基本目的是：要在一个企业里同时获得极高的生产率，极佳的产品质量和很大的生产柔性。在生产组织上，它与泰勒方式相反，强调制造系统中各个子系统或单元根据其所处环境的信息自行决策，“各行其事”；并注重企业各部门相互合作与综合协调。这不仅限于生产本身，而且扩展到了产品的开发，生产准备和生产之间的关系等等。
另外，精益生产也不同于计算机集成制造（CIM），但却能为CIM的实施提供良好的环境。因为精益生产不仅要求制造信息流的自动化及其集成，而更重要的是从宏观的角度对企业活动及其社会影响进行全面的、整体的优化。
精益生产的特征是：①以用户为“上帝”；产品的适销和优质服务是面向用户的核心内容。②以“人”为中心；高度重视职工的积极性和创造性，大力推行独立自主的小组化工作（Team Work）方式。③以“精简”为手段；在企业组织结构上，纵向减少层次，横向打破部门壁垒，将多层次的分工管理转化为分布式的平行网络管理，减少非直接生产人员，使每个人都真正对产品增值起作用。在减少生产过程和产品复杂性的同时，提供多样化产品。④以“零缺陷”为最终目标；精益生产所追求的不是“尽可能好”，而是“完美无缺”，即最低的成本，最好的质量，无废品，零库存等。
因此，准时生产（JIT）下的零库存，成组技术（GT）下的多品种和质量管理（TQC）下的零缺陷称为支撑精益生产体系的三根支柱。
3.敏捷制造（Agile Manufacturing）
当前工业正在进入市场和经济高度分散、快速变化、不可预测的时代，而敏捷制造就是企业在这种环境中求生存的产物。
敏捷制造是将柔性的先进制造技术、熟练掌握生产技能、有知识的劳动力以及企业内部和企业之间的灵活管理三者集成在一起，对千变万化的消费市场作出快速的响应。敏捷制造包含了许多新思想、新概念，例如：可重构的、不断改变的生产系统；以信息为主与批量无关的制造系统；充分调动人的积极因素；向基层下放权力，简化领导层次和组织结构；建立虚拟公司和插件兼容式的企业；利用信息高速公路，建立全方位网络；模块化与分布式的制造单元等等。
敏捷制造的主要特征为：技术领先；产品设计一次成功；产品终身质量保证；灵敏的技术设备；可存取与可使用的信息；开放的体系结构；整体的企业集成。
敏捷制造的管理技术具有组织上的柔性；权力分散，而不集中在指挥链上。以动态结构取代固定职能部门为基础的静态结构，满足多功能的需求。每个项目都采用能产生最大竞争优势的管理手段。有时采取内部多功能项目小组的形式，有时采取与其他公司合作的形式，有时采取虚拟公司的形式。有效地运用这些手段，就能充分地利用物质资源、组织资源和人力资源。因此必须具备：远见卓识的领导；柔性重构快速实现；缩短循环周期；动态多方合作。
另外，敏捷制造决不能忽视对社会和环境的影响。环境问题已日益成为社会及文化中不可缺少的组成部分，并渗透到整个制造过程。应坚决杜绝对环境造成不良影响的产品或生产过程。
4.并行工程（Concurrent Engineering）
随着技术的进步，新产品开发的概念已演变了五代：第一代是“技术推动”，即由于某种新技术的应用，带来了新产品的开发；第二代是“需求拉动”，即市场的某种需求促进了新产品的形成；第三代是“推拉联合”，即上述两种产品开发策略的结合，也是迄今为止大多数企业新产品开发的源动力。随着产品技术的复杂程度越来越高，更新的速度越来越快，以及各种计算机辅助技术的广泛应用，形成了第四代新产品开发原则——“功能和过程集成”，即产品创新不仅要考虑产品的功能，还要考虑到产品制造和装配的难易，生产成本的高低和生产周期的长短。这就要求打破设计、工艺、生产、检测、装配等部门的界限，借助计算机网络连成一体，实现信息和数据共享。从宏观和长远的角度来看，一种产品若想占领市场而经久不衰，必须考虑维修、销售，甚至报废和回收。这就又演变为第五代“系统集成和网络模式”，即把产品创新纳入社会系统和生产销售网络中加以考虑。第一、二、三代属于顺序工程（Sequential Engineering）范畴，第四、五代属于并行工程（Concurrent Engineering）范畴。
并行工程就是并行地设计产品及其相关过程的系统方法。它要求在产品开发阶段，集中涉及产品研制各部门的工程技术人员，共同设计产品及其制造过程，并对产品的各种性能和制造过程进行计算机仿真，生成“软样品”或“快速出样”，分析和评估后改进设计，以取得最优方案，一次成功。
并行工程对制造业的影响主要体现在：缩短产品投放市场的生产周期；建立全方位的管理体系；降低成本；增强市场竞争力。并行工程的实施必须以支撑技术为依托，诸如：企业高层管理部门的支持；建立综合工作组；动态的CAD／CAPP／CAM／CAE；反向工程（Reverse Engineering)；快速出样技术；多媒体技术；新产品全面质量控制体系等等。
精益生产、敏捷制造和并行工程是跨世纪的现代企业特征，但这三种制造概念并非相互对立。精益生产的重点是精简一切不必要的过程、环节和机构。敏捷制造的重点是采用先进技术，快速响应市场要求。并行工程的重点是缩短生产准备周期。它们的共同点都是强调技术、组织与人员的集成。
5.制造资源计划（MRP—Ⅱ）
MRP—Ⅱ是企业信息集成的一个重要环节，它利用计算机和软件技术对企业的制造资源进行有效地计划、合理地利用，并考虑到企业经营决策的战略层，中短期生产计划编制的战术层，以及车间作业的操作层。其功能覆盖了市场销售，物料供应，生产控制，财物统计，成本核算，库存了解和技术开发等部门的活动，已成为企业管理的有力工具。
MRP—Ⅱ的主要目标是把一个企业的资源、设备、人员、资金和原料利用好、组织好，发挥最大的效益。典型的MRP—Ⅱ包括企业的四个方面：①生产计划；②生产作业；③产品销售；④财物管理。必须指出，MRP—Ⅱ是由程序、数据库和计算机网络构成的系统。它仅是一种现代管理工具，可以为决策与计划提供支援，改善企业的运行机制；但其本身并不产生效益，也决非万能。因此，只有在企业的管理比较科学，人员素质较高的情况下，才能发挥应有的作用。
目前支撑MRP—Ⅱ软件包的UNIX操作系统工作站显示了威力。先进的MRP—Ⅱ系统应包括：客户机／服务器，实时数据管理，计算机辅助功能，图形用户接口（GUI），面向对象技术，仿真技术，多媒体技术等在内，并使MRP—Ⅱ制造模块成为可视的高度集成能力。
MRP—Ⅱ的开发和应用是一项投资大、风险大、难度大的系统工程。在实施过程中务必把长远发展和近期目标融为一体。传统模式转变为现代模式是MRP—Ⅱ的成败关键。因此，应当集中精力及时解决动态切换引发的各类问题。
6.独立制造岛
“独立制造岛”是以成组技术为基础，数控机床为核心，普通机床为依托，信息流为手段，“人”为中心的生产方式，是精益生产与敏捷制造的典型模式。
以独立制造岛为基础的企业，摒弃了传统生产的金字塔式结构。“独立”是指，在多层次的总体结构中，对一个有限的区域——“制造岛”给予一定的决策自主权，来适应柔性自动化和人的需求，提高技术准备和生产指挥的效率，以及信息流的连续性，从而增强企业的活力。
独立制造岛相当于企业内部“活化”的细胞，每个岛内除有自己的生产指挥系统来进行计划调度和物料管理外，还通过协调系统处理岛与岛之间的有关生产活动，并与中央控制系统保持联系。若把整个企业看作一个多级复杂调节回路，独立制造岛则是一个局部闭环调节回路。由调节原理可知，闭环回路具有内部反馈，信息流程短，输入输出快，动态性能强，运行稳定等优势。它不仅能对来自上级的输入值（企业的生产计划）作出快速响应，还能对内部（岛内技术准备、生产管理和制造过程）的干扰迅速采取补偿措施，而对上级回路和其他回路基本没有影响。这种分布式的、单元化的、自主管理的制造系统，加上计算机网络的支持，能及时处理日常生产中发生的各种问题。
尽管独立制造岛硬件设备的自动化水平不是最高，但软件的功能和集成度已超过FMC或FMS。FMC适合小批量、形状较复杂、工序较多且工时较长的零件；它有较大的设备柔性，但人员和加工柔性都较低。FMS适用于形状复杂、工序较多且具有一定批量的若干种零件。它的重点在于实现加工过程和物料流的自动化，因而投资较大。独立制造岛则具有较广泛的适用范围，在某些情况下甚至可以替代FMC或FMS；它的重点是信息流的自动化和生产组织的相对独立性，无论在加工柔性、人员柔性和设备柔性方面都比其他柔性制造技术有明显的优越性。
Ⅳ.振兴我国机械制造业的途径
科学技术是第一生产力，现已成为有识之士的共识。然而我国如何在中国特色的社会主义市场经济条件下，以战略的眼光，寻求一种振兴机械工业的捷径；尤其针对国情，制订一个实施先进制造技术的可行性方案，是尽快使我国机械工业走出低谷的症结所在。
前车之覆，后车之鉴。前事不忘，后事之师。我们决不能不加扬弃地照搬他人的所谓“经验”，更不能重蹈覆辙。我国的技术基础和经济实力远不如美国等工业发达国家，对于“全盘自动化”或“高度自动化”根本不具备必要的技术、经验和投资能力；而且全盘或高度自动化也并非我国制造行业的当务之急，就全球范围也不是发展趋势。我们应当学会将自动化程度不高的各种设备和非自动化设备，数控设备与非数控设备有效地集成起来、组织起来，去提高企业的竞争力，寻求低值自动化（Low Cost Automation)途径。
1.正确处理好CIMS与人和社会的关系
CIMS并不以追求全盘自动化为目的，而是与灵活制造和智能制造密不可分；自然它就不可避免地要与人打交道，而受到人的因素影响和制约。鉴于此，在CIMS的实施中，绝不应该也不可能排斥人的参与；相反，必须以人为中心，充分发挥生产者的聪明才智，满足人的自我价值实现；处理好人与物的关系，合理分配人机功能。
CIMS的实施需要社会的配合和支持。CIMS的成功和发展有赖于技术的进步，同时也有赖于社会的进步。完全不能设想，在一种法制不健全，合同观念淡薄，工作纪律松懈以及基础设施不完善的社会条件下，CIMS计划可以正常进行，并取得预期的效果。其实，中外企业在CIMS的示范工程中已经碰到了不少社会问题，吃尽了苦头。因此我们必须充分认识CIMS的开放性和社会性，将之提高到“社会工程”的高度来对待，与行业改革，乃至社会改革同步进行。同时CIMS的实施不仅是工程技术人员的事，而必须有政治、经济、社会、法律方面的专家参与；以便共同营造一个CIMS得以正常运行的社会条件。
CIMS作为制造企业的组织结构和宏观模式，甚至是一种哲理，深刻的根植于一个国家的社会现实和文化传统之中。从这个意义上讲，CIMS是无法从国外引进的。当然，其中某些设备或技术可以进口，但作为制造企业的一种体系，CIMS只有在本国的社会环境和文化背景下培育和发展。
2.实事求是地实施先进制造技术
精益生产体系的形成是西方技术与东方文化结合的典范。认真分析一下精益生产所构成的基本要素，对我们来说并不陌生，似曾相识。我们曾创立了“两参一改三结合”的鞍钢宪法；强调依靠集体的力量，人的因素第一，这些均于今天精益生产的组成要素相容，只不过我们没有用科学的态度去对待，而往往从主观意志出发，加以绝对化。
今天，人们已经掌握了实现敏捷制造的主要技术和工艺，随着这些技术和工艺的不断普及，将改变整个制造系统。事实上，敏捷制造的每种特性今天都能找到，所不同的是，今天的特例将成为明天的常规，今天的异乎寻常明天将极为普遍。一切从我国实际出发，从普遍性中找到特殊性；敏捷制造将给我们的生活和工作，以及社会活动带来本质的变化。
要成功地实施并行工程，必须根据本企业的具体情况制订切实可行的方案；采用资金、管理和人员素质均能承受的新技术，有计划、有步骤地推动。重要的是改变思想观念，实施并行工程的目的，不是为新技术竞争相互攀比，而是为企业在市场竞争中，得以生存和取得优势。
我国研究、开发与应用MRP—Ⅱ已有10余年历史。至今国内已逾百家企业采纳或部分采纳这种技术。其形式有以下几种：①引进国外商品软件；②购买国外软件后进行二次开发；③高校和科研院所研制；④企业自行开发；⑤研究所、院校和企业联合开发。目前存在的问题是，尚未形成我国自己的MRP—Ⅱ产业，商品化程度低，无统一规划，人才缺乏和流散，认识不足等等。我国与国外相比，在生产规模，生产类型，人员素质，企业的管理机制，企业的外部环境都迥然不同。中国的MRP—Ⅱ软件不是去迁就企业中落后的管理方法，而是应该把握尺度，在保证MRP—Ⅱ的基本原理和精华不变的前提下，在可操作性上下工夫。即数据接口不变，而软件运行要有柔性和调节余地。
目前我国财力有限，还不可能大规模地进行设备更新，且至今为止，我国的数控（包括简易数控）机床的拥有量仅6万台，占机床总数的2%左右。因此，在短期内大量建造FMS，无论经济上，还是技术上都有很大困难。“独立制造岛”的内涵是，精简一切不必要的环节和机构，变革生产组织，挖掘现有设备的潜力；因此是一种适合我国企业技术改造的新模式，是面向二十一世纪的综合技术。目前大多数人对独立制造岛的认识还比较局限，但须说明，独立制造岛并不是准柔性制造系统，更不是权宜之计。它从更高层次探索如何使制造系统适应新技术的发展和信息时代。
3.应采取的宏观对策
在推行现代企业制度的过程中，不能仅仅着眼于解决生产关系问题，如明确产权关系，实行企业法人制度等。首先必须脚踏实地解决生产力问题以及与生产力密切相关的劳动、人事和分配问题。因为生产力是生产中最活跃的因素，是企业的生存之本。不能简单地认为，只要“翻牌”为公司，各种问题就自然而然的解决了。不治病，光输血绝对不行。
振兴我国机械制造业的策略应该是，一切从实际出发，以市场需求为导向，以提高经济效益为目标，以救活国有企业为宗旨，进行第二次创业。针对企业的不同情况，采取先诊断，后治病的办法，区别对待。认真从以下五个方面着手：
（1）大厂化小，重构新型企业。对现有“大而全”的国有企业进行裂化，细化，精化和分化。尽可能地把某些车间和部门从母体中剥离，推广独立制造岛等新型生产组织模式。在此基础上，减少管理层次，精简一切对产品不增值的过程、环节和机构。
（2）加强管理，大力提高工效。减少物耗、能耗、库存和在制品。堵塞漏洞，消灭浪费。优化劳动组合，实行与真实效益挂钩的、相对较高的工资制度。
（3）提高人员素质。下功夫建立和培育良好的、独特的、有竞争意识的企业文化，加强人员培训，使每个职工都有强烈的质量和成本意识。
（4）创造名牌产品，开拓市场。生产新、特、好、廉、适销的产品，并加强售后服务。对产品的生命周期和社会效益负责。高度重视产品质量，使“Made in China”成为信得过的代名词。
（5）进行必要的技术改造。将现代信息技术与传统生产技术结合为一体，推广见效快、适用的新技术，改进工艺。研究开发基于微机和工作站的、分布式的、经济型的综合自动化系统。
Ⅴ.结束语
我国制造企业的组织和制造产业的结构面临着调整、改造与优化的艰巨任务是推动先进制造技术的强大动力。但历史上长期小生产状况所造成的文化背景和社会积习必然阻碍先进制造技术的实施。而工业自动化水平低、投资强度弱和人员素质差将对先进制造技术的推广造成困难。
我们应该面对现实，既不封闭，也不盲从；抓住机遇，用老实的态度，认真地思考。充分发挥以计算机为基础的现代信息技术的作用，做好各种因素和资源的集成，优化组织结构及运行方式；不盲目追求高度自动化和数控化，倡导人的核心作用和精神力量，实现人机一体化，把人的智能与人工智能有效结合。从单元技术开始，重视基础技术发展；从软件技术着手，软件与硬件相配套。在研究开发局部技术的同时，注意标准化、模块化和通用化。
埋怨解决不了问题，灰心也大可不必。只要我们团结一致，艰苦奋斗，励精图治，转变观念，总结教训，移风移俗，精神文明与物质文明一起抓，掌握机械工业的发展动向，做好实施先进技术的思想准备工作，走自己的路，为振奋中国机械制造业不懈努力，我们的目标就一定能够达到。
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