機械制造業的發展趨勢與先進制造模式
本文介紹了21世紀的先進制造模式，闡述了機械制造發展的精密化、自動化、信患化、柔性化、集成化和智能化趨勢，在分析了我國機械制造發展存在的差距的基礎上，提出了我國機械制造發展發展策略。
隨著科學技術的飛速發展和市場競爭日益激烈，越來越多的制造食業開始將大量的人力、財力和物力投入劍先進的制造技術和先進的制造模式的研究和實施策略之中。改革開放30年，我國制造科學技術有日新月異的變化和發展，確立了社會主義市場經濟體制，但與先進的國家相比仍有一定差距，為了迎接21世紀的挑戰，必須認清制造技術的發展趨勢，縮短與先進國家的差距，使我國的產品上質量、上效率、上品種和上水平。
1 先進的制造模式
機械制造業發展趨勢表明，只有采用先進的制造技術并能實施在相匹配的制造模式中才能符合上述的趨勢。制造模式足指企業體制、經營、管理、生產組織和技術系統的形態和運作模式。
1.1 敏捷制造與虛擬制造
美國通用汽車公司與里海大學于1988年提出了敏捷制造(AM)，AM是在不可預測的持續變化的競爭環境中取得繁榮成長，并具有能對客戶需求的產品和服務驅動市場作出迅速響應的生產模式。
AM的特征是：
①企業間聯作集成。充分發揮各企業的長處，針對限定市場的目標要求共同合作完成任務。
②具有高度的制造柔性。制造柔性是指制造企業對市場要求迅速轉產和能實現產品多品種變批量的快速制造。
③充分發揮人的作用，不斷提高企業職工素質和教育水平，優化人機功能分配。
虛擬制造(VM)是國際上提出的新概念。VM與AM聯系密切。VM的特征是：
當市場新的機遇出現時，組織幾個有關公司聯作，把不同的公司，不同地點的工廠或車間重新組織協調工作。在運行之前必須分析組合是否最優，能否協調運行，以及投產后的效益和風險進行評估，這種聯作公司稱虛擬公司。虛擬公司通過虛擬制造系統運行。因此研究開發虛擬制造技術(VMT)和虛擬制造系統(VMS)意義重大，美國稱AM為2l世紀制造業發展戰略。
1.2 集成制造與智能制造
美國哈林頓博士在《計算機和集成制造》一書中提出計算機和集成制造(CIM)的概念。集成制造的核心內容是：制造企業從市場預測、產品設計、加工制造、經營管理克至售后服務是一個不可分割的整體，需要統籌考慮。整個制造過程的實質是信息采集、傳遞和加工過程，最終生產的產品可看作是信息的物質表現。集成是CIM的核心，這種集成不僅是物的集成，更主要的是以信息集成為特征的技術集成和功能集成，計算機是集成的工具，計算機和輔助各單元技術是集成的基礎，信息交換是橋梁，信息共享是關鍵。集成的目的在于制造企業組織結構和運行方式的合理化和最優化，以提高今業對市場變化的動態響應速度，并追求最高整體效益和長期效益。
智能制造(IM)是美國出版研究IM和IMS書籍中首先提出的。它的特征是：在制造工業的各個環節的高度柔性與高度集成的方式，通過計算機和模擬人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決策，旨在取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動，并對人類專家的制造智能進行收集、存儲、完善、共享、繼承與發展。制造智能的目的是：通過集成知識工程、制造軟件系統、機器人視覺和機器人控制對制造工人的技能與人類專家知識進行建模，以使智能機器能夠在沒有人干預的情況下進行小批量生產。
1.3 綠色制造
(1)綠色制造的定義
綠色制造又稱環境意識制造和面向環境的制造等。即綜合考慮環境影響和資源消耗的現代制造模式。其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的全生命周期中，廢棄物和有害排放物最小，對環境的負面影響最小，對健康無害，資源利用率最高，使企業經濟效益和社會效益更高。
(2)綠色制造的體系構造
包括兩個目標，即資源優化利用和環境保護；三相基本內容，即綠色材料、綠色能源和綠色生產過程中制造出綠色產品；兩個層次的全過程控制，即指在物料轉化過程和產品全生命周期過程(包括構思、設計、制造、裝配、包裝、運輸、銷售、服務、報廢、回收環節)中，充分考慮資源和環境問題，實現最大限度地優化利用資源和減少環境污染。
2 機械制造業的發展趨勢
先進的制造業是將物料、能源、設備、資金、技術、信息和人力等制造資源通過先進的制造技術，先進的管理技術和先進的制造過程轉變成人類需求產品的行業。行業追求的目標是：高質量、高效率、高柔性、低成本、低勞動力、低消耗、品種多和規格全的產品，因此，面向21世紀的機械制造技術的發展趨勢體現在以下幾個方面：
2.1 精密化
精密加工、超精密加工技術、微型機械是現代化機械制造技術發展的方向之一。精密和超精密加工技術包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特種加工和復合加上(如機械化學研磨、超聲磨削和電解拋光等)三大領域。超精密加工技術己向納米(1nm=0.001μm)技術發展。納米技術己在納米機械學、納米電子學和納米材料技術得到了應用。因此，它促進了機械科學、光學科學、測最科學和電子科學的發展。美國1997年首次制造出直徑僅為60μm的靜電微型電機，以及幾十微米的微型齒輪、彈簧及微型機構。武漢大學研制成納米級超微電極，將其插入活體細胞后首次測出細胞內部神經遞質的動態信息。只前各國科學家正在進行微型機器人的研究，微型機器人可以潛入人體血管、臟器去疏通血管、診治疾病。據國外預測，21世紀將是微型機械電子技術和微型機器人的時代，因此有人將納米技術與微型機械稱為21世紀的核心技術。
2.2 自動化
自動化技術的成功應用，不但提高了效率，保證了產品質量，還可以代替人去完成危險場合的工作。對于批量較大的生產自動化，可通過機床自動化改裝、應用自動機床、專用組合機床、自動生產線來完成。小批量生產自動化可通過NC，MC，CAM，FMS，CIM，IMS等來完成。在末來的自動化技術實施過程中，將更加重視人在自動化系統中的作用。同時自動化開始面向中小型企業，以經濟實用為出發點，滿足不斷發展的產品多樣化和個性化需要。
2.3 信息化
信息、物質和能源是制造系統的三要素。隨著計算機、自動化與通訊網絡技術紅制造系統中的應用，信息的作用越來越重要。產品制造過程中的信息投入，己成為決定產品成本的主要因素。制造過程的實質是對制造過程中各種信息資源的采集、輸入、加工和處理過程，最終形成的產品可看作是信息的物質表現，因此可以把信息看作是一種產業，包括在制造之中。為此一些企業開始利用網絡技術、計算機聯網、信息高速公路、衛星傳遞數據等實現異地生產。使生產分散網絡化，以適應21世紀高柔性生產的需要。
2.4 柔性化
隨著科學技術的飛速發展和人民生活水平不斷提高，促使產品更新換代的速度不斷加快，這就要求現代企業必須具備一定的生產柔性來滿足市場多變的需要。所謂柔性，是指一個制造系統適應各種生產條件變化的能力，它與系統方案、人員和設備有關。系統方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人員柔性是指操作人員能保證加工任務，完成數量和時間要求的適應能力。設備柔性是指機床能在短期內適應新零件的加工能力。柔性制造自動化的形式很多，如美國提出的敏捷制造(AM)其主線就是高柔性生產。上海同濟大學張曙教授提出的獨立制造島(AMI)也是高柔性生產模式。
2.5 集成化
集成的作用是將原來獨立運行的多個單元系統集成一個能協調工作的和功能更強的新系統。集成不是簡單的連接，是經過統一規劃設計，分析原單元系統的作用和相互關系并進行優化重組而實現的。集成化的目的是實現制造企業的功能集成，功能集成要借助現代管理技術、計算機技術、自動化技術和信息技術實現技術集成，同時還要強調人的集成，由于系統中不可能沒有人，系統運行的效果與企業經營思想、運行機制、管理模式都與人有關，兇此在技術上集成的同時，還應強調管理與人的集成。集成化生產將成為面向21世紀占主導的生產方式。
2.6 智能化
智能化是而向21世紀制造技術的發展趨勢之一。智能制造技術(IMT)是將人工智能融入制造過程的各個環節，通過模擬人類專家的智能活動，取代或延伸制造系統中的部分腦力勞動，在制造過程中系統能自動監測其運行狀態，在受到外界干擾或內部激勵能自動調整其參數，以達到最佳狀態和具備自組織能力。例如機器人加工就是將機床與機器人、傳感器、控制器組合而成的智能制造系統，它具有信息處理和知覺反饋、決策能力，可同時控制指揮多種操作，從而能提高效率、保證質量和降低成本。智能化是柔性自動化和集成自動化的新發展和重要組成部分。
3 存在差距和實施策略
改革開放30年，通過技術改造和引進國外先進制造技術，使我國的制造工業有了長足的進步，但和先進國家相比還存在很大差距，表現存：一是產品創新能力較差。開發周期長。二是制造工藝裝備落后，成套能力不強，我國大多數企業目前還采用較落后的制造工藝與技術裝備進行生產。優質高效低耗工藝的普及率不足10%,數控機床、精密設備不足5%。三是生產自動化和優化水平低，資源綜合利用率低。我國平均勞動生產率為0.263萬美元，而美國為9.37萬美元。我國能源綜合利用率僅為32%左右，比國外的先進水平低10多個百分點。四是管理粗放，協作能力較差，國際市場開拓能力弱。我國多數企業缺少現代化管理的概念、方法和手段，眾多的企業機構臃腫，富裕人員一般多達30-40%。五是工程技術人員知識陳舊，跟不上時代的要求。面對這樣形勢。發展先進制造技術、實施先進的制造模式已經到了刻不容緩的地步。為了使我國的制造業站在世界先進行列，必須采取相適應的措施和策略。
3.1 加強政策與法規建設，建立強有力的宏觀調控機制
在市場經濟環境下，國家仍應制訂科學的制造產業規劃和制造技術進步的總體規劃，以及相應的法規政策。避免重復建設、重復生產和重復引進的事情發生，要盡可能減少和避免市場盲日競爭造成的損失。繼續鼓勵科技創新政策，一些技術改造和先進技術推廣，仍需國家給予支持。對于引進外資，建立合資企業，應有利于我國制造技術的發展，有利于提高產品在國內市場上競爭力為原則。
3.2 發展適應我國國情的生產模式
對于一些先進的制造技術和先進的制造模式，要根據我國現實存在的技術水平和能力向前發展，避免盲目的追求目前實施有一定困難的理想的先進科學制造技術。例如我國的人工智能(AI)的研究尚處于低級和起步階段，進展困難，其理由是我們對人類思維活動的實質尚知甚少，基于人工智能的智能機器，在智能水平上，遠遠不能與人類專家智能相比，因此想以人工智能全而取代制造過程中人類專家智能，進行獨立分析、判斷和決策等任務是不現實的，這只是未來的發展方向。
3.3 加強企業問合作
近些年規模經濟在國內顯示出強人的競爭力和整體效益，其成功之處在于企業問既通過競爭獲得了發展的動力、提高了水平，又能夠各具特色地發展自己，從而在無意間形成優勢互補，在競爭中相互依存并共同獲得利益。由此，競爭絕不是企業間合作的障礙，應該在競爭中建立合作意識，企業問的團結就是效益。
3.4 提高制造業現代化管理水平
現代管理核心是信息管理、物質管理、質量管理、生產過程管理和市場信息管理、加強企業人力的培養同時與國際接軌，開展IS09000系列管理體系認證，加快現代企業制度改革，為先進制造技術的發展奠定良好的基礎。
綜上所述，我國的制造業發展已進入了高速發展階段，沿海地區的民營企業已經具備足夠的經濟實力來使企業邁向現代化，先進設備的引進和大量專業人才的涌入使許多沿海地區的制造業水平迅速提高。但足整體發展很不均衡，地區之間的差距越拉越大，這是很突出的問題。隨著國家決策的科學化、民主化進程不斷深入，相信我國的制造業會更快速、更健康地發展。