时间：2024-01-20 16:24:26
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关键词：集成；系统；技术构成
一、现代集成制造系统的含义与定位
现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacutring System)是计算机集成制造系统新的发展阶段，在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上，它不断吸收先进制造技术中相关思想的精华，从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。具体地说，它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机地结合，通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行。在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。
二、现代集成制造系统的技术构成
先进制造技术(AMT Advanced Manufacturing Technology)作为一个专有名词目前还没有准确的定义。通过对其内涵和特征的研究，目前共同的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。其具有如下一些特点：
1、从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要；
2、从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥；
3、从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节；
4、从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量；
5、从按照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方式转变。
通过对先进制造技术的定义和特点的分析发现，现代集成制造系统拥有先进制造技术的绝大部分特点，只不过先进制造技术所涉及的范围要比现代集成制造系统大，现代集成制造系统在吸收计算机集成制造系统的优秀成果的基础上，继续推动并行工程、虚拟制造、敏捷制造和动态联盟的研究工作，并不断吸收先进制造技术中的成功经验和先进思想，将它们进行推广应用，由此使现代集成制造系统成为先进制造技术的核心。
（1）并行工程(CE Concurrent Engineering)并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。为了达到并行的目的，必须建立高度集成的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工作；为了达到产品的一次设计成功，减少反复，它在许多部分应用了仿真技术；主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，虚拟制造技术将是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。同时，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下，将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重迭，充分利用了原有技术，并吸收了当前迅速发展的计算机技术、网络技术的优秀成果，使其成为先进制造技术的基础。
（2）虚拟制造(VM Virtual Manufacturing)虚拟制造利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而使产品一次性制造成功，达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的。
（3）敏捷制造(AM Agile Manufacturing)敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础的，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求作出快速反应，以满足用户的需要。为了达到快速应变能力，虚拟企业的建立是关键技术，其核心是虚拟制造技术，即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是现代集成制造系统从信息集成发展到企业集成的必由之路，它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平，是现代集成制造系统的发展方向。
（4）绿色制造(GM Green Manufacturing)绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)最小，资源的使用效率最高。绿色制造的提出是人们日益重视环境保护的必然选择，发展不能以环境污染为代价。国际制造业的实践表明，通过改进整个制造工艺来减少废弃物，要比处理工厂处理已经排放的废弃物大大节省开支。绿色制造的实现可以通过计算机仿真来达到目的，即它是虚拟制造的一部分。从可持续发展战略的观点看，绿色制造是必然选择，它将成为现代集成制造系统的一个重要的组成部分。
从以上的分析中我们可以看到：各种先进制造技术是相互关联、彼此交叉的，在先进制造技术的含义下，现代集成制造系统成为它的核心，并随着先进制造技术的不断发展而发展。
参考文献
一、现代集成制造系统的含义与定位
现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacutring System)是计算机集成制造系统新的发展阶段，在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上，它不断吸收先进制造技术中相关思想的精华，从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。具体地说，它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机地结合，通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行。在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。
二、现代集成制造系统的技术构成
先进制造技术(AMT Advanced Manufacturing Technology)作为一个专有名词目前还没有准确的定义。通过对其内涵和特征的研究，目前共同的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。其具有如下一些特点：
1、从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要；
2、从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥；
3、从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节；
4、从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量；
5、从按照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方式转变。
通过对先进制造技术的定义和特点的分析发现，现代集成制造系统拥有先进制造技术的绝大部分特点，只不过先进制造技术所涉及的范围要比现代集成制造系统大，现代集成制造系统在吸收计算机集成制造系统的优秀成果的基础上，继续推动并行工程、虚拟制造、敏捷制造和动态联盟的研究工作，并不断吸收先进制造技术中的成功经验和先进思想，将它们进行推广应用，由此使现代集成制造系统成为先进制造技术的核心。
（1）并行工程(CE Concurrent Engineering)并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。为了达到并行的目的，必须建立高度集成的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工作；为了达到产品的一次设计成功，减少反复，它在许多部分应用了仿真技术；主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，虚拟制造技术将是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。同时，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下，将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重迭，充分利用了原有技术，并吸收了当前迅速发展的计算机技术、网络技术的优秀成果，使其成为先进制造技术的基础。
（2）虚拟制造(VM Virtual Manufacturing)虚拟制造利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而使产品一次性制造成功，达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的。 （3）敏捷制造(AM Agile Manufacturing)敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础的，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求作出快速反应，以满足用户的需要。为了达到快速应变能力，虚拟企业的建立是关键技术，其核心是虚拟制造技术，即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是现代集成制造系统从信息集成发展到企业集成的必由之路，它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平，是现代集成制造系统的发展方向。
（4）绿色制造(GM Green Manufacturing)绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)最小，资源的使用效率最高。绿色制造的提出是人们日益重视环境保护的必然选择，发展不能以环境污染为代价。国际制造业的实践表明，通过改进整个制造工艺来减少废弃物，要比处理工厂处理已经排放的废弃物大大节省开支。绿色制造的实现可以通过计算机仿真来达到目的，即它是虚拟制造的一部分。从可持续发展战略的观点看，绿色制造是必然选择，它将成为现代集成制造系统的一个重要的组成部分。
从以上的分析中我们可以看到：各种先进制造技术是相互关联、彼此交叉的，在先进制造技术的含义下，现代集成制造系统成为它的核心，并随着先进制造技术的不断发展而发展。
参考文献
近年来，世界范围内出现了研究应用先进制造技术的浪潮，以机械制造为代表的先进制造技术己成为当代国际间科技竞争的重点。它的水平高低，在很大程度上反映了一个国家工业发展的水平，是现代企业提高产品开发与技术创新能力、稳定产品质量、増强竞争能力的看家本领在我国，先进制造技术的重要性己引起各界的认识和重视，被列为“九五”计划和2010年中长期科研发展规划中的主要关键技术和重要发展方向。因而，了解先进制造技术的发展趋势和前沿技术，对全面把握我国先进制造技术的发展方向，确定它的发展目标及我们的战略对策是十分必要的。
2先进制造技术的定义及技术特征
2.1定义
制造技术是使原材料成为产品所使用的一系列技术的总称，是制造业赖以生存和进步的主体技术先进制造技术是制造业为了适应时代要求以提高竞争力，对制造技术不断优化及推陈出新而形成的它是一个相对的、动态的概念，具有鲜明的时代特征，可以将先进制造技术定义为:制造业不断吸收机械、电子、信息、材料、能源及现代管理等方面的成果，并将其综合应用于制造的全过程，实现优质、高效?低耗清洁、灵活生产，取得理想技术经济效果的制造技术总称。
2.2技术特征
先进制造技术具有以下五个技术特征：
2.21先进性
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，它从传统制造工业发展起来，并与新技术实现了局部或系统集成2.22通用性
先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节，它覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、销售使用、维修服务，甚至回收再生的整个过程
2.23系统性
随着微电子、信息技术的引入，先进制造技术能驾驭信息生成采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。先进制造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程
22.4集成性
先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合，界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化集成化，己发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴交叉学科。
22.5技术与管理的紧密结合
对市场变化作出更敏捷的反应及对最佳技术经济效益的追求，使先进制造技术十分重视生产过程组织管理体制的合理化和最佳化，它是技术与管理自然科学与社会科学紧密结合的产物。
3先进制造技术的形成发展过程
先进制造技术的形成和发展同科技进步及市场需求密切相连在科技高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集一一设备密集一一信息密集一一知识密集”的方向发展在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“小批量一一少品种大批量一一多品种变批量”的方向发展与之相适应，制造技术的生产方式沿着“手工一一机械化一一单机自动化一一刚性流水自动化一一柔性自动化一一智能自动化”的方向发展
当代制造技术的前沿己经发展到以信息密集的柔性自动化生产方式满足多品种、变批量的市场需求，并向知识密集的智能自动化方向发展在这个发展过程中，制造技术的内涵不断延伸与发展，经历了重视辅助工序、工装?生产过程，不断更新工艺方法，引入和集成信息技术以及更新管理观念，促进生产组织变革等四个环节，逐渐形成了先进制造技米
4先进制造技术的发展趋势
高生产率和高质量是先进制造技术的两大追求目标先进制造技术的发展趋势可概括成如下几个方面
4.1向自动化柔性化、集成化和智能化方向发展
微电子、计算机自动化技术与传统工艺及设备相结合，形成了多项制造自动化单元技术，经局部或简单到复杂不同档次的自动化制造系统，使传统工艺产生显著、本质的变化，极大地提高了生产效率和产品质量。当然，冷加工的发展道路是：NC(数控卜FMS(柔性制造系统）^CIMS(计算机集成制造系统hIMS(智能制造系统）热加工的发展道路是：优质高效低耗工艺-低成本自动化-综合自动化。
4.2向高精密方向发展
现代新技术产品需要高精度的制造，精密制造技术是先进制造技术的基础，它包括精密加工和超精密加工、微细加工和超微细加工、微型机械等当前有代表意义的是以纳米技术为代表的超精密加工技术和以微细加工为手段的微型机械技术。
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，其加工精度己从微米级(um)亚微米级（1~10-Vm)向纳米级（1dVm)进军。
微细和超微细加工是一种特殊的精密加工，它不仅加工精度极高，而且加工尺寸十分微小。如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束?离子束刻蚀的方法加工的，线宽可达0.1um，微型机械是机械技术与电子技术在纳米级水平上相融合的产物。国外有人将纳米技术与微型机械称为“21世纪的核心技术”。
4.3向非传统加工技术方向发展
在继续开展传统切削、磨削等新工艺的同时，各种非传统加工方法也在开拓发展，并不断开创新工艺，达到新的技术水平由于这类加工方法能解决大量普通机械加工方法难以解决甚至根本无法解决的问题，因而得到迅速发展，并显示出极大的潜力和前景非传统加工方法主要指一些物理的、化学的特种加工和高能密度加工，如电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、离子束加工等。特种加工的对象主要是难加工材料。高能密度加工主要指三束加工(激光束、电子束和离子束），它们是极有前途的加工方法不少非传统加工法同时又是精密加工和超精密加工方法传统加工和特种加工相结合的复合加工同样有着良好的发展前景。
4.4采用新型生产模式，使企业适应多变市场需求机械制造生产模式除有通用机床加专用工艺装备、数控机床加具有计算机辅助设计和自动编程功
柔性制造单元（FMC)加管理信息控制系统（MIS)以外，还有计算机集成制造系统（CIMS)智能制造系统（IMS)、并行工程（CE)、精节生产（LP)和敏捷制造（AM)等生产模式现代企业只有采取先进的生产模式，改进生产组织管理，才能増强在激烈的市场条件下的竞争能力。
5先进制造技术的技术前沿与新型生产模式
计算机集成制造（CIM)技术作为人类未来工厂的概念模式，得到很多国家的重视企业从经营计划、产品设计、加工制造到市场销售形成一个完整的系统，进行综合优化它不断吸收微电子、计算机、自动化等最新技术成果形成了计算机辅助设计(CAD)制造（CAM)工艺（CAPP)测试（CAT)评价（CAE)?数控机床（NC)加工中心（MC)、企业管理信息系统（MIS)?柔性制造系统（FMS)等一系列具有划时代意义的新技术对上述技术进行局部或系统集成，就形成了从单机到生产线、从刚性到柔性、从简单到复杂等不同档次的集成制造系统(CIMS)可以预言CIMS将成为21世纪占主导地位的生产方式。
智能制造技术（IMT)旨在将人工智能溶进制造过程的各个环节，通过模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中的部分脑力劳动，从而在制造过程中，系统能自动监测其运行状态，在受到外界或内部激励时能够自动调整其参数，以期达到最佳状态，具有自组织能力。它被称为21世纪的制造技术。
并行工程（CE)技术旨在将产品设计与制造以及相关过程进行系统的综合，以期在产品设计的同时就将生产、维修的各个环节考虑进去，大大缩短生产周期该技术的关键在于将CADCAMCATMIS等有机地集成起来，将引入动态并行机制，即将产品生产周期中各种因素进行有机综合、并行处理，将产品设计、生产计划丨生产加工、质量检验、市场分析等同步规划，它可显著缩短新产品从构思到实现批量生产的开发周期。
精节生产（LP)是由日本丰田公司率先提出并得以应用，后来受到美国的重视，它综合了单件生产和大批量生产两者的优点，其特点是：行小组自治工作制，工人既是主人也是雇员，企业把雇员看作比机器更为重要的固定资产。
(2)精简一切生产中不产生价值的工作，减少管理层次，精简组织机构。
(3)精益求精，以尽善尽美为最终目标，持续不断地改进生产，降低成本，力争无废品、无库存和产品品种多样化。
敏捷制造（AM)是近年来美国为恢复其在国际制造业中领导地位而提出的一种生产模式它是将柔性生产技术熟练掌握生产技能和有知识的劳动力，与企业内部和企业之间合作的灵活管理集成在一起，通过所建立的共同基础结构，对迅速改变或无法预见的消费者需求和市场时机作出快速响应它的主要特点是提出虚拟制造（VM)的概念，根据市场需求，采用虚拟公司来承接项目，开发产品和组织生产。从本企业和其它企业选出各种优势力量，集成为一个单一的经营实体一一虚拟公司，当所承接的产品或项目一旦完成，虚拟公司即行解体。
CIMSIMSCELP和AM都是制造系统中新的生产模式，其宗旨都是为了提高企业竞争力，以适应多变的市场需求;在运行机理上都是强调集成，但在侧重点上有所区别。
CE强调的是产品开发和设计与其它相关过程的集成，尽量保证开发和设计工作一次完善，减少反复，缩短产品生产制造周期。
LP是通过项目组或生产小组形式把各方面人员集成在一起，在生产?检验与维修等场地集成在一起，同时还采用相应的措施做到与协作厂家、用户的集成，从而实现最大限度地精简非増值人员和机构，提高企业竞争力。因而它强调的是组织管理和人员的集成。
AM则在先进的柔性生产技术的基础上通过企业内部的多功能项目组与企业外的多功能组织组成虚拟公司，把全球范围内的各种资源，包括人的资源集成在一起。
第一代CIMS只注重信息和功能的集成，随着CIM技术的发展和应用，CIMS含义也在深化，第二代CIMS更强调技术、组织和人的全面集成
可见，CIMS与CELP及AM等生产模式并无本质区别，他们之间的关系是一种互补而不是替代 。
没有计算机通讯系统?不采用现代制造技术的集成，是很难充分发挥精节生产的组织集成和人员集成的优势，而敏捷制造的基础和主体实质还是CIMS，不过只是CIMS的横向发展，是企业级的集成扩展为社会系统内的集成;而LP和AM则为CIMS真正取得效益提供了新的思想和技术，又促进了CIMS的进一步发展
6推动我国先进制造技术发展的战略设想
改革开放以来，通过研究开发、技术改造与国外引进，我国制造技术水平不断发展和提高，己经具有相当规模和实力但是从总体上看，我国制造生产水平仍然比较落后，在质量、品种、成本效率效益和售后服务等方面与国外先进水平相比都有很大差距，缺乏国际竞争力。
为发展我国的先进制造技术，我们应把握时机，超越某些阶段，迎头赶上世界先进水平。要使这种愿望变为现实，必须明确先进制造技术的发展目标，采取相应的战略对策6.1先进制造技术的发展目标
先进制造技术是使制造业强盛的关键所在，没有先进制造技术，就不可能在发达的制造业在市场经济为主体的世界经济体系条件下，先进制造技术是由市场选择和决定的。市场是先进制造技术存在、发展的源动力。先进制造技术研究的根本目的就在于及时、高效、优质、灵活、低耗地制造市场上有竞争力的产品，这是先进制造技术研究的市场观发达国家制造业的管理专家和先进制造技术研究专家早己从残酷市场竞争中明确了这一点，把占领市场作为发展先进制造技术的最终目标，建立和完善了一整套市场、技术、产品间相互联系、相互制约?相互促进的机制。
我国市场经济处在初级阶段，制造业还比较落后，先进制造技术主要依靠引进和跟踪的格局不会改变，中国是一个大国，应当有使产品具有进入国际市场的竞争力，先进制造技术应以提高制造业产品的市场竞争力为发展目标
6.2战略对策
6.2.1组织起来，加强合作，共同开发，推动先进制理技术于一体的综合技术，它的发展涉及到规模管理资金保障、研究开发、生产应用等多个方面因此，必须把政策部门、科研单位、高等院校和企业各方面力量组织，加强合作，共同开发，尤其是要吸引企业界参与先进制造技术的研究，健全科技研究开发一体化机制，在先进制造技术研究中推进和建立大学、研究所和制造业相结合的研究体制随着市场的国际化和全球信息网络技术的发展，制造技术国际化日趋明显，我国制造领域专家和企业家要有使自己产品和技术进入国际市场、投置于国际竞争的大环境下并成为知名品牌的雄才大略，要积极促进先进制造技术基础研究的国际合作，以増强我国先进制造技术的实力
6.22确定优先资助领域，支持应用前景明确的先进制造技术基础研究，加快研究成果的应用转化
当今世界科学技术化技术科学化的科技一体化趋势日益明显，技术的生命周期不断缩短如果一种现在还算先进的技术不迅速应用，过不了几年就可能被淘汰而大学在选择制造方面的应用基础研究项目时，往往缺乏先进制造技术的市场观，不注重实际考察，不注重应用前景，不注重研究成果的应用转化国家在应用基础研究成果到技术开发和应用的成果转化过程中的机制仍不健全。各部委?产业部门及国家自然科学基金委员会在资助先进制造技术基础研究中，应确定优先资助领域，在强调支持前沿和创新的同时更要强调研究项目的应用前景，支持和鼓励项目的联合资助在跟踪国际先进制造技术研究的同时，强调结合国情选题，面向经济选题，瞄准应用选题
6.23持续开展制造业的技术改造
制造技术的发展是通过技术改造过程实现的，通过技术改造逐步淘汰老工艺、老设备，推广应用先进的新工艺和新设备，以提高企业的制造技术水平，最终达到提高产品性能质量和对市场的应变能力。“八五”期间己对一批重点骨干企业实行重点投资，进行现代化的技术改造使诸如数控机床、加工中心'?计算机辅助设计、制造和管理等新技术在这些企业得到普及、推广和应用。“九五”期间将这些技术在更多的企业中逐步推广，视不同情况或建成FMCFMS，或进一步实现计算机集成制造系统。
进行技术改造必须从经营战略和生产系统整体出发，不能单纯把技术改造局限于更新工艺设备上因此，进行技术改造时应进行经济分析与论证，以作出科学的决策与判断
6.2.4采用新型的生产模式，改进生产组织管理，提高人员技术素质
先进制造技术既包括工艺技术设备，又包括生产的组织管理和人员技术素质只有相适应的生产组织管理和人员技术素质与其配套，先进的工艺技术装备才能充分发挥其应有的作用，形成先进制造技术为此，要根据企业特点，采取适用的生产模式，改进生产的组织管理，提高人员的技术素质，使生产组织管理便于实现计算机化和信息化，便于集成为有机联系的自动化整体，使参与生产过程的人员尽可能在技术上成为多面手，更好地适应多变的市场需求
使用者请注明文章内容出处
陈晓川 刘晓冰
（大连理工大学CIMS中心，大连，116023）
内容提要：近几年新的先进制造技术模式和哲理层出不穷，本文结合我国国情，通过分析现代集成制造系统与其它先进制造技术的关系，论述了我国现代集成制造系统的技术构成和发展策略及途径，希望为我国制造业的发展做些有益的探索。
关键词：现代集成制造系统，并行工程，虚拟制造，分布式网络化研究中心
引言
信息技术的发展引起的革命使我们进入了信息时代。信息革命不仅引起人们的思想观念、生活方式的变化，而且导致了生产方式和制造哲理的巨大变化，可以说近十年来提出的新的制造哲理都离不开信息技术提供的支撑，以信息化制造技术为代表的先进制造技术正使制造业处于重要的历史性变革时期。多年来，我国的综合国力不断增强，入关在即，市场竞争十分激烈，国内市场已从卖方市场转化为买方市场，而且正在迅速成为国际市场的一部分，许多大中型企业在竞争中处于不利地位，甚至破产、倒闭。本文结合我国国情，通过分析现代集成制造系统与先进制造技术的关系，论述了我国现代集成制造系统的技术构成和发展策略及途径，希望为我国制造业的发展做些有益的探索。
现代集成制造系统的含义与定位
现代集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing System）是计算机集成制造系统新的发展阶段，在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上，它不断吸收先进制造技术中的相关思想的精华，从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。具体地说，它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机的结合，通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行，在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。从集成的角度看，早期的计算机集成制造系统侧重于信息集成，而现代集成制造系统的集成概念在广度和深度上都有了极大的扩展，除了信息集成外还实现了企业产品全生命周期中的各种业务过程的整体优化，即过程集成，并发展到企业优势互补的企业之间的集成阶段。
现代集成制造系统的研究范围应该介于国家攀登计划和国家攻关计划之间。与攀登计划研究项目相比较，它更注重成果的应用性，尽可能将技术产业化，并推动我国制造业的现代化进程；与国家攻关计划相比较，它更注重解决我国制造业发展中的关键的共性问题、前瞻性问题和示范性问题【1】。
现代集成制造系统的技术构成
图1 现代集成制造系统的技术构成
先进制造技术（AMT－Advanced Manufacturing Technology）作为一个专有名词至今还没有一个明确的、一致公认的定义。通过对其内涵和特征的研究，目前共同的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称【3】。它具有如下一些特点：
从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要； 从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥； 从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节； 从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量； 从按照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方式转变。 通过对先进制造技术的定义和特点的分析我们发现，现代集成制造系统拥有先进制造技术的绝大部分特点，只不过先进制造技术所涉及的的范围要比现代集成制造系统大，因此通过对先进制造技术的综合考察，我们提出了一个现代集成制造系统的技术构成模式。如图1所示，即在先进制造技术中，现代集成制造系统在吸收计算机集成制造系统的优秀成果的基础上，继续推动并行工程、虚拟制造、敏捷制造和动态联盟的研究工作深入进行，并不断吸收先进制造技术中的成功经验和先进思想，将它们进行推广应用，由此使现代集成制造系统成为先进制造技术的核心，具体说明如下：
1、并行工程（CE－Concurrent Engineering）：
并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。为了达到并行的目的，必须建立高度集成的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工作；为了达到产品的一次设计成功，减少反复，它在许多部分应用了仿真技术；主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，虚拟制造技术将是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。同时，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下，将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重迭，充分利用了原有技术，并吸收了当前迅速发展的计算机技术、网络技术的优秀成果，使其成为先进制造技术中的基础。
虽然并行工程在我国进行的研究工作中属于热点，也取得了一些成果，但是目前还存在以下一些问题：
(1)研究的广度和深度不够：虽然并行工程的研究工作已经广泛开展，但是无论从研究的内容上看，还是从研究的水平上说都明显存在差距。如：并行工程在成本和质量上的应用才刚刚起步，与供应商的集成问题还没有提上日程。
(2)与并行工程有关的技术实用化不够：在实用技术研究方面，目前还没有商品化软件诞生，而国外公司已经推出商品化软件（如：PTC的Pro-Engineering、CV的CADDS5）。
(3)并行工程的实施队伍不够：由于科研力量薄弱，在研究上还不能全面开花，并行工程的实施就更是难上加难了。而且，当前国内机械行业在激烈的市场竞争中经济效益不好，CAD/CAM技术还有待普及，全面实施并行工程还缺乏基本的物质基础。
由于并行工程所处的基础性地位及我国研究工作的不足，就决定了必须将它作为现代集成制造系统的基础性研究工作不断深入地进行。
2、虚拟制造（VM－Virtual Manufacturing）：
虚拟制造利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的【4】。
目前，虚拟制造技术已经在国外有所应用，例如：美国Boneing公司设计的一架VS-X虚拟飞机，可用头盔显示器和数据手套进行观察与控制，使飞机设计人员身临其境地观察飞机设计的结果，并对其外观、内部结构及使用性能进行考察；日本Matsushita公司开发的虚拟厨房设备制造系统，允许消费者在购买商品前，在虚拟的厨房环境中体验不同设备的功能，按自己的喜好评价、选择和重组这些设备，他们的选择将被存储并通过网络送至生产部门进行生产；美国Coventry School of Art and Design开发的虚拟原型制作系统，设计者在设计的初始阶段能够在计算机中构造虚拟原型并对此原型进行评价【6】。
国内的研究刚刚起步，主要集中在三个方面【7】：
（1）产品虚拟设计技术：
主要包括虚拟产品开发平台、虚拟测试、虚拟装配以及机床、模具的虚拟设计实现等。其中清华大学利用美国国家仪器公司的Labview开发平台实现了锁相电路的虚拟，机械科学研究院采用C语言和OpenGL进行编程初步实现了立体停车库的虚拟现实下的参数化设计，可以直观地进行车库的布局、设计、分析和运动模拟。
（2）产品虚拟制造技术
主要包括材料热加工工艺模拟、加工过程仿真、板材成型模拟、模具制造仿真等。北航与一汽用OPTRIS开发的板料成型软件已经基本能够模拟类似车门的中等复杂程度的汽车覆盖件和其他冲压成型件的冲压成型过程；沈阳铸造研究所开发的电渣熔铸工艺模拟软件包ESRD3D已经应用于水轮发电机变曲面过流部件生产中，其产品在刘家峡、李家峡、天生桥、太平役等7个电站中使用；合肥工业大学研制的双刀架数控车床加工过程模拟软件已经在马鞍山钢铁股份有限公司车轮轮箍厂应用，使数控程序现场调试时间由几个班缩短到几小时，并保证一次试切成功；北京机床研究所、机械科学研究院、东北大学、上海交大和长沙铁道学院等单位也研制出一些这方面的仿真软件。
（3）虚拟制造系统
主要包括虚拟制造技术的体系结构、技术支持、开发策略等。其中提出了比较成熟的思想并可能实现的是由上海同济大学教授提出的分散网络化生产系统和西安交通大学谢友柏院士组建的异地网络化研究中心。
从以上的论述中可以看到国内外研究水平差距是很大的，而且由于虚拟制造技术既是并行工程的发展方向又是敏捷制造的核心，这就决定我们必须以它作为现代集成制造系统的中心技术，以带动相关技术的研究工作的进行，并使它们协同一致顺利地发展。
3、敏捷制造（AM－Agile Manufacturing）：
敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求作出快速反应，以满足用户的需要。为了达到快速应变能力，虚拟企业的建立是关键技术，其核心是虚拟制造技术，即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是现代集成制造系统从信息集成发展到企业集成的必由之路，它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平，是现代集成制造系统的发展方向。
自从1991年美国提出敏捷制造的思想后，美国政府就赞助许多研究单位开发实现敏捷制造的基础结构和工具，并鼓励在不同行业进行示范应用，目前已经取得了一定进展。例如：在遥测装置生产的敏捷制造示范项目中，它联合了加利福尼亚的圣地亚国家实验室、联合信号公司堪萨斯城分部和新墨西哥的圣地亚国家实验室以及机械主箱、印刷电路板供应商。通过联合弥补了单一企业资源不足的弱点，这一联盟的生产时间比单一企业的生产时间减少了50％，生产率提高显著。现在美国的很多大公司都参加了这一研究计划，在欧洲和日本等发达国家也纷纷成立了相应的机构，进行相应的研究和实施工作。我国专家从1993年就开始对敏捷制造进行跟踪研究，主要包括：实施敏捷制造的技术基础；虚拟公司的建立步骤及其体系结构和运行模式；虚拟公司的组织与应用等。与国外相比，这些研究工作只能算原则性的研究工作，距离实用还需要走很长的一段路。因此，在我国企业目前还不可能实现敏捷制造，但是从科学研究的角度看，我们认为需要在合适的条件下建立一个研究性的虚拟企业，加深我们对虚拟企业在实际应用中所遇难题的理解，即在实践中吸取有益的经验，为今后的发展作一定的技术储备。
4、绿色制造（GM－Green Manufacturing）：
绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期中，对环境的影响（负作用）最小，资源的使用效率最高。绿色制造的提出是人们日益重视环境保护的必然选择，发展不能以环境污染为代价，国际制造业的实践表明，通过改进整个制造工艺来减少废弃物，要比处理工厂处理已经排放的废弃物大大节省开支。绿色制造的实现可以通过计算机仿真来达到目的，即它是虚拟制造的一部分。从可持续发展战略的观点看，绿色制造是必然选择，它将成为现代集成制造系统的一个重要的组成部分。
从以上的分析中我们可以看到：各种先进制造技术是相互关联、彼此交叉的，在先进制造技术这一大厦下，现代集成制造系统成为它的核心，并随着先进制造技术的不断发展而发展，即现代集成制造系统应该是一个动态的概念。
我国现代集成制造系统的发展策略
在市场竞争的推动下，先进制造技术发展十分迅速，新思想、新概念层出不穷，通过对现代集成制造系统与先进制造技术关系的分析，我们认为在制定我国现代集成制造系统的发展策略时，应该注重以人为本的思想，运用并行工程的哲理，使各种先进制造技术相互衔接、协调发展，并不断吸收先进制造技术的成熟成果，为先进制造技术在我国的广泛应用起到促进的作用。
目前，在美国并行工程已到了推广应用阶段，在虚拟制造方面也有商品化软件投入市场，在这方面我们存在巨大的差距，主要表现在：从研究工作方面看，科研经费紧缺，科研力量分散，科研成果难以推广应用，人才流失严重；从企业方面看，企业的整体素质不高，管理工作落后，科研能力薄弱，当面临国际竞争时大多难以为继，很难在现代集成制造系统方面花费过多，而且受企业人员素质的制约，一些先进的技术还不易取得立竿见影的实际效果，这些都影响了企业应用先进制造技术的热情；从国家政策方面看，虽然国家对制造业十分重视，但是，由于我国当前正处在改革过程中，多种机制同时运行，多方利益难以协调，在资金使用上往往顾此失彼，而且国家财政困难，也难以使用重金支持现代集成制造系统的研究。针对上述实际情况，我们提出下列解决方案：
（1）以企业需求为出发点，以“甩图板”工程为契机，大力普及CAD技术，帮助企业进行人员培训，提高企业人员的素质（其中包括技术水平、劳动态度、道德水平等），不断提高企业的管理水平，在计算机集成制造系统成功示范企业中及时推广并行工程，并适当宣传虚拟制造、敏捷制造等思想和技术，为企业的进一步发展提供坚实的基础。
（2）在政府方面，应发挥政府的协调职能，组织企业和科研部门进行多方面、多层次的合作，加强科研成果的应用推广，而且应组织多学科、跨地区的科研力量共同攻关；从宏观上加强对现代集成制造系统的指导，集中大家的智慧制定出符合我国国情的发展计划，并将计划的执行落到实处。
（3）在技术的先进性方面，不要过度追求世界领先，应该根据企业实际要求，解决实际问题，力争尽快创造效益，以此取得企业的支持并获得资金上的帮助，以便形成良性循环，促进研究工作的进一步开展。同时，应该参与国际合作，跟踪国际研究动态，当然，也可以适当引进一些关键的、有发展潜力的技术，进行消化和创新，缩短我国与世界先进水平的差距，保持一定的技术领先性。
（4）针对我国科研力量分散的弱点，仿照分散网络化生产的思想，利用计算机网络，开展合作研究，建立分布式网络化研究中心，协调一致进行科技攻关。所谓分布式网络化研究中心就是利用信息技术、网络技术、计算机技术对现实研究活动中的人、物、信息及研究过程进行全面的集成，在一定时期内为了共同的目标以最佳的人员和单位组合来开展科学研究工作，调动各方面的积极性通过协同工作达到研究工作的广泛开展和深入进行，缩短科研周期，增强科技成果的竞争力，也可以说分布式网络化研究中心是将现实的研究机构的职能在网络中的映射，是一种“虚拟”的工作模式【9】。
综上所述，发展我国的现代集成制造系统应该以企业的需求为动力，通过政府的政策和计划的协调，继续深入开展并行工程、虚拟制造、敏捷制造和绿色制造的研究与应用，并利用分布式网络化研究中心，组织各地区的科研力量集中突破与现代集成制造系统密切相关的如STEP标准的应用、CORBA规范的推广、企业过程重构理论的研究等具有重大战略意义的理论研究工作，逐步使现代集成制造系统成为我国制造业的灵魂。
参考文献
李伯虎等，现代集成制造系统的发展与863/CIMS主题的实施策略，CIMS，1998，10:7～15 吴澄，李伯虎，从计算机集成制造系统到现代集成制造系统，CIMS，1998，10:1～6 李敏贤，面向21世纪的先进制造技术，机械工业自动化，1998，20(4):1～3 虚拟制造技术研讨与演示会论文集，机械科学研究院，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、张友良，虚拟制造技术及其应用，机械科学与技术，1998，17（3）: 477～479 陈晓川、张暴暴、刘晓冰、冯辛安，虚拟制造技术研究概况综述，机械制造，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 陈晓川、刘晓冰、冯辛安，分布式网络化研究中心及其体系结构，计算机辅助设计与制造，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
信息技术的发展引起的革命使我们进入了信息时代。信息革命不仅引起人们的思想观念、生活方式的变化，而且导致了生产方式和制造哲理的巨大变化，可以说近十年来提出的新的制造哲理都离不开信息技术提供的支撑，以信息化制造技术为代表的先进制造技术正使制造业处于重要的历史性变革时期。多年来，我国的综合国力不断增强，入关在即，市场竞争十分激烈，国内市场已从卖方市场转化为买方市场，而且正在迅速成为国际市场的一部分，许多大中型企业在竞争中处于不利地位，甚至破产、倒闭。本文结合我国国情，通过分析现代集成制造系统与先进制造技术的关系，论述了我国现代集成制造系统的技术构成和发展策略及途径，希望为我国制造业的发展做些有益的探索。
现代集成制造系统的含义与定位
现代集成制造系统（ContemporaryIntegratedManufacturingSystem）是计算机集成制造系统新的发展阶段，在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上，它不断吸收先进制造技术中的相关思想的精华，从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。具体地说，它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机的结合，通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行，在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。从集成的角度看，早期的计算机集成制造系统侧重于信息集成，而现代集成制造系统的集成概念在广度和深度上都有了极大的扩展，除了信息集成外还实现了企业产品全生命周期中的各种业务过程的整体优化，即过程集成，并发展到企业优势互补的企业之间的集成阶段。
现代集成制造系统的研究范围应该介于国家攀登计划和国家攻关计划之间。与攀登计划研究项目相比较，它更注重成果的应用性，尽可能将技术产业化，并推动我国制造业的现代化进程；与国家攻关计划相比较，它更注重解决我国制造业发展中的关键的共性问题、前瞻性问题和示范性问题【1】。
现代集成制造系统的技术构成
图1现代集成制造系统的技术构成
先进制造技术（AMT－AdvancedManufacturingTechnology）作为一个专有名词至今还没有一个明确的、一致公认的定义。通过对其内涵和特征的研究，目前共同的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称【3】。它具有如下一些特点：
从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要；从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥；从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节；从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量；从按照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方式转变。通过对先进制造技术的定义和特点的分析我们发现，现代集成制造系统拥有先进制造技术的绝大部分特点，只不过先进制造技术所涉及的的范围要比现代集成制造系统大，因此通过对先进制造技术的综合考察，我们提出了一个现代集成制造系统的技术构成模式。如图1所示，即在先进制造技术中，现代集成制造系统在吸收计算机集成制造系统的优秀成果的基础上，继续推动并行工程、虚拟制造、敏捷制造和动态联盟的研究工作深入进行，并不断吸收先进制造技术中的成功经验和先进思想，将它们进行推广应用，由此使现代集成制造系统成为先进制造技术的核心，具体说明如下：
1、并行工程（CE－ConcurrentEngineering）：
并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。为了达到并行的目的，必须建立高度集成的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工作；为了达到产品的一次设计成功，减少反复，它在许多部分应用了仿真技术；主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，虚拟制造技术将是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。同时，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下，将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重迭，充分利用了原有技术，并吸收了当前迅速发展的计算机技术、网络技术的优秀成果，使其成为先进制造技术中的基础。
虽然并行工程在我国进行的研究工作中属于热点，也取得了一些成果，但是目前还存在以下一些问题：
(1)研究的广度和深度不够：虽然并行工程的研究工作已经广泛开展，但是无论从研究的内容上看，还是从研究的水平上说都明显存在差距。如：并行工程在成本和质量上的应用才刚刚起步，与供应商的集成问题还没有提上日程。
(2)与并行工程有关的技术实用化不够：在实用技术研究方面，目前还没有商品化软件诞生，而国外公司已经推出商品化软件（如：PTC的Pro-Engineering、CV的CADDS5）。
(3)并行工程的实施队伍不够：由于科研力量薄弱，在研究上还不能全面开花，并行工程的实施就更是难上加难了。而且，当前国内机械行业在激烈的市场竞争中经济效益不好，CAD/CAM技术还有待普及，全面实施并行工程还缺乏基本的物质基础。
由于并行工程所处的基础性地位及我国研究工作的不足，就决定了必须将它作为现代集成制造系统的基础性研究工作不断深入地进行。
2、虚拟制造（VM－VirtualManufacturing）：
虚拟制造利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的【4】。
目前，虚拟制造技术已经在国外有所应用，例如：美国Boneing公司设计的一架VS-X虚拟飞机，可用头盔显示器和数据手套进行观察与控制，使飞机设计人员身临其境地观察飞机设计的结果，并对其外观、内部结构及使用性能进行考察；日本Matsushita公司开发的虚拟厨房设备制造系统，允许消费者在购买商品前，在虚拟的厨房环境中体验不同设备的功能，按自己的喜好评价、选择和重组这些设备，他们的选择将被存储并通过网络送至生产部门进行生产；美国CoventrySchoolofArtandDesign开发的虚拟原型制作系统，设计者在设计的初始阶段能够在计算机中构造虚拟原型并对此原型进行评价【6】。
国内的研究刚刚起步，主要集中在三个方面【7】：
（1）产品虚拟设计技术：
主要包括虚拟产品开发平台、虚拟测试、虚拟装配以及机床、模具的虚拟设计实现等。其中清华大学利用美国国家仪器公司的Labview开发平台实现了锁相电路的虚拟，机械科学研究院采用C语言和OpenGL进行编程初步实现了立体停车库的虚拟现实下的参数化设计，可以直观地进行车库的布局、设计、分析和运动模拟。
（2）产品虚拟制造技术
主要包括材料热加工工艺模拟、加工过程仿真、板材成型模拟、模具制造仿真等。北航与一汽用OPTRIS开发的板料成型软件已经基本能够模拟类似车门的中等复杂程度的汽车覆盖件和其他冲压成型件的冲压成型过程；沈阳铸造研究所开发的电渣熔铸工艺模拟软件包ESRD3D已经应用于水轮发电机变曲面过流部件生产中，其产品在刘家峡、李家峡、天生桥、太平役等7个电站中使用；合肥工业大学研制的双刀架数控车床加工过程模拟软件已经在马鞍山钢铁股份有限公司车轮轮箍厂应用，使数控程序现场调试时间由几个班缩短到几小时，并保证一次试切成功；北京机床研究所、机械科学研究院、东北大学、上海交大和长沙铁道学院等单位也研制出一些这方面的仿真软件。
（3）虚拟制造系统
主要包括虚拟制造技术的体系结构、技术支持、开发策略等。其中提出了比较成熟的思想并可能实现的是由上海同济大学教授提出的分散网络化生产系统和西安交通大学谢友柏院士组建的异地网络化研究中心。
从以上的论述中可以看到国内外研究水平差距是很大的，而且由于虚拟制造技术既是并行工程的发展方向又是敏捷制造的核心，这就决定我们必须以它作为现代集成制造系统的中心技术，以带动相关技术的研究工作的进行，并使它们协同一致顺利地发展。
3、敏捷制造（AM－AgileManufacturing）：
敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求作出快速反应，以满足用户的需要。为了达到快速应变能力，虚拟企业的建立是关键技术，其核心是虚拟制造技术，即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是现代集成制造系统从信息集成发展到企业集成的必由之路，它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平，是现代集成制造系统的发展方向。
自从1991年美国提出敏捷制造的思想后，美国政府就赞助许多研究单位开发实现敏捷制造的基础结构和工具，并鼓励在不同行业进行示范应用，目前已经取得了一定进展。例如：在遥测装置生产的敏捷制造示范项目中，它联合了加利福尼亚的圣地亚国家实验室、联合信号公司堪萨斯城分部和新墨西哥的圣地亚国家实验室以及机械主箱、印刷电路板供应商。通过联合弥补了单一企业资源不足的弱点，这一联盟的生产时间比单一企业的生产时间减少了50％，生产率提高显著。现在美国的很多大公司都参加了这一研究计划，在欧洲和日本等发达国家也纷纷成立了相应的机构，进行相应的研究和实施工作。我国专家从1993年就开始对敏捷制造进行跟踪研究，主要包括：实施敏捷制造的技术基础；虚拟公司的建立步骤及其体系结构和运行模式；虚拟公司的组织与应用等。与国外相比，这些研究工作只能算原则性的研究工作，距离实用还需要走很长的一段路。因此，在我国企业目前还不可能实现敏捷制造，但是从科学研究的角度看，我们认为需要在合适的条件下建立一个研究性的虚拟企业，加深我们对虚拟企业在实际应用中所遇难题的理解，即在实践中吸取有益的经验，为今后的发展作一定的技术储备。
4、绿色制造（GM－GreenManufacturing）：
绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期中，对环境的影响（负作用）最小，资源的使用效率最高。绿色制造的提出是人们日益重视环境保护的必然选择，发展不能以环境污染为代价，国际制造业的实践表明，通过改进整个制造工艺来减少废弃物，要比处理工厂处理已经排放的废弃物大大节省开支。绿色制造的实现可以通过计算机仿真来达到目的，即它是虚拟制造的一部分。从可持续发展战略的观点看，绿色制造是必然选择，它将成为现代集成制造系统的一个重要的组成部分。
从以上的分析中我们可以看到：各种先进制造技术是相互关联、彼此交叉的，在先进制造技术这一大厦下，现代集成制造系统成为它的核心，并随着先进制造技术的不断发展而发展，即现代集成制造系统应该是一个动态的概念。
我国现代集成制造系统的发展策略
在市场竞争的推动下，先进制造技术发展十分迅速，新思想、新概念层出不穷，通过对现代集成制造系统与先进制造技术关系的分析，我们认为在制定我国现代集成制造系统的发展策略时，应该注重以人为本的思想，运用并行工程的哲理，使各种先进制造技术相互衔接、协调发展，并不断吸收先进制造技术的成熟成果，为先进制造技术在我国的广泛应用起到促进的作用。
目前，在美国并行工程已到了推广应用阶段，在虚拟制造方面也有商品化软件投入市场，在这方面我们存在巨大的差距，主要表现在：从研究工作方面看，科研经费紧缺，科研力量分散，科研成果难以推广应用，人才流失严重；从企业方面看，企业的整体素质不高，管理工作落后，科研能力薄弱，当面临国际竞争时大多难以为继，很难在现代集成制造系统方面花费过多，而且受企业人员素质的制约，一些先进的技术还不易取得立竿见影的实际效果，这些都影响了企业应用先进制造技术的热情；从国家政策方面看，虽然国家对制造业十分重视，但是，由于我国当前正处在改革过程中，多种机制同时运行，多方利益难以协调，在资金使用上往往顾此失彼，而且国家财政困难，也难以使用重金支持现代集成制造系统的研究。针对上述实际情况，我们提出下列解决方案：
（1）以企业需求为出发点，以“甩图板”工程为契机，大力普及CAD技术，帮助企业进行人员培训，提高企业人员的素质（其中包括技术水平、劳动态度、道德水平等），不断提高企业的管理水平，在计算机集成制造系统成功示范企业中及时推广并行工程，并适当宣传虚拟制造、敏捷制造等思想和技术，为企业的进一步发展提供坚实的基础。
（2）在政府方面，应发挥政府的协调职能，组织企业和科研部门进行多方面、多层次的合作，加强科研成果的应用推广，而且应组织多学科、跨地区的科研力量共同攻关；从宏观上加强对现代集成制造系统的指导，集中大家的智慧制定出符合我国国情的发展计划，并将计划的执行落到实处。
（3）在技术的先进性方面，不要过度追求世界领先，应该根据企业实际要求，解决实际问题，力争尽快创造效益，以此取得企业的支持并获得资金上的帮助，以便形成良性循环，促进研究工作的进一步开展。同时，应该参与国际合作，跟踪国际研究动态，当然，也可以适当引进一些关键的、有发展潜力的技术，进行消化和创新，缩短我国与世界先进水平的差距，保持一定的技术领先性。
（4）针对我国科研力量分散的弱点，仿照分散网络化生产的思想，利用计算机网络，开展合作研究，建立分布式网络化研究中心，协调一致进行科技攻关。所谓分布式网络化研究中心就是利用信息技术、网络技术、计算机技术对现实研究活动中的人、物、信息及研究过程进行全面的集成，在一定时期内为了共同的目标以最佳的人员和单位组合来开展科学研究工作，调动各方面的积极性通过协同工作达到研究工作的广泛开展和深入进行，缩短科研周期，增强科技成果的竞争力，也可以说分布式网络化研究中心是将现实的研究机构的职能在网络中的映射，是一种“虚拟”的工作模式【9】。
综上所述，发展我国的现代集成制造系统应该以企业的需求为动力，通过政府的政策和计划的协调，继续深入开展并行工程、虚拟制造、敏捷制造和绿色制造的研究与应用，并利用分布式网络化研究中心，组织各地区的科研力量集中突破与现代集成制造系统密切相关的如STEP标准的应用、CORBA规范的推广、企业过程重构理论的研究等具有重大战略意义的理论研究工作，逐步使现代集成制造系统成为我国制造业的灵魂。
参考文献
李伯虎等，现代集成制造系统的发展与863/CIMS主题的实施策略，CIMS,1998,10:7～15吴澄，李伯虎，从计算机集成制造系统到现代集成制造系统，CIMS,1998,10:1～6李敏贤，面向21世纪的先进制造技术，机械工业自动化，1998,20(4):1～3虚拟制造技术研讨与演示会论文集，机械科学研究院，1998，9WiensG.J.:OverviewofVirtualManufacturing,Proceedingsof2ndAgileManufacturingConference:Albuquerque,NewMexico,USA,March16～17,1995王宏典、张友良，虚拟制造技术及其应用，机械科学与技术，1998,17（3）:477～479陈晓川、张暴暴、刘晓冰、冯辛安，虚拟制造技术研究概况综述，机械制造，1998,12:8～10IKimuraF.:ProductandProcessModelingasaKernelforVirtualManufacturingEnvironment.AnnalsoftheCIRP,1993,42(1):147～150陈晓川、刘晓冰、冯辛安，分布式网络化研究中心及其体系结构，计算机辅助设计与制造，1998，12TheStrategyandFrameofContemporaryIntegratedManufacturingSystem
ChenXiao-Chuan,LiuXiao-Bing
作者简介：周佳军(1989-)，男，湖北黄冈人，博士研究生，研究方向：计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机集成制造系统等
0引言
制造业是中国经济增长的主体和支柱，是综合国力的重要体现。当前我国制造业的总体情况依然落后，从资源与环境的角度看，我国制造业对能源和资源消耗巨大，环境污染严重；从技术与创新水平的角度看，我国制造产业的技术创新能力薄弱，科技含量低，技术水平落后，有自主知识产权的产品少，产品的附加值较低[1]；从产业内部价值链的角度看，我国传统制造业处在价值链上(研发、制造、营销)价值创造能力最低的环节，在研发和营销领域，科技创新能力弱、品牌建设不足；从市场环境的角度看，知识经济时代的市场竞争日趋激烈，消费更加个性化，传统的以追求生产效率为目的而进行的品种单一、大批量以及标准化的产品制造模式，很难适应现代市场中客户的个性化和多样化需求。
先进制造技术(AdvancedManufacturingTechnology，AMT)注重经济效益和技术的融合性，通过柔性生产、灵活生产、产品差异化、注重效率和质量等方式增强企业对市场的反应能力、提高自主创新能力，为客户提供更加人性化的服务，具有产品质量精良、技术含量高、资源消耗低、环境污染少、经济效益好等特性，通过发展AMT和战略性新兴产业改造提升传统的资源密集型和劳动密集型工业，以开辟一条科技含量高、资源消耗低和环境污染少的新型工业化道路，已成为提高我国高新技术发展、推动经济发展和满足人民日益增长需求的主要技术支撑。
2012年以来，新工业革命成为各国讨论的热点，以物联网(Internetofthings)和大数据(bigdata)为代表的信息技术、以绿色能源为代表的新能源技术、以3D打印技术为代表的数字化智能制造等技术系统协同创新，将柔性化、智能化、敏捷化、精益化、全球化和人性化融为一体，将改变制造业的生产模式和全球经济系统，引领人们的生活走向智能化时代。工业西方发达国家纷纷提出“再工业化战略”，试图实现从“产业空心化”到“再工业化”的回归，提出的再工业化战略并不是恢复传统制造业的生产能力，而是通过加快突破和应用AMT抢占新一轮科技和产业竞争的制高点，占领产业链的高端。为了保证我国制造业的持续发展，必须尽快完成制造业的转型升级，实现由制造大国向制造强国的转变。
1先进制造技术
AMT自20世纪80年代提出以来，世界各国都十分重视其理论和应用实践研究。AMT既包括先进加工技术(AdvancedProcessingTechnology，APT)(主要指材料加工工艺及方法)，又包括对先进装备、人的智慧等有机构成的现代集成制造系统的智能控制和组织管理的先进制造模式(AdvancedManufacturingMode，AMM)，主要指制造模式及系统。美国联邦科学、工程和技术协调委员会(FederalCoordinatingCouncilorScienceEngineeringandTechnology，FCCSET)下属的工业和技术委员会AMT工作组提出其主要包括三个技术群[2]：主体技术群(AMT的关键支撑，如计算机辅助设计、加工工艺规划、增材制造技术、并行工程，以及材料生产工艺、加工工艺、加工和测试技术等)、支撑技术群(如计算机技术、自动化技术、检测与转换技术、标准和框架等)和管理技术群(如质量管理、基础设施、人员培训、全局监督等)。虽然先进制造模式和AMT密不可分，实践中也常将二者混为一谈，但是它们是两个不同的概念。AMT注重制造单元功能效用的发挥(偏重技术)，AMM注重组织方式，强调的是人、组织结构和技术三者的协同。两者的关系如图1所示。
从社会技术系统的观点看，任何制造系统都有两个尺度，即技术系统和伴随技术系统的社会系统，社会技术系统强调系统中技术系统与社会系统两类因素的相互作用，技术影响社会系统投入的种类、转换过程的性质和系统的产出。然而，社会系统决定着技术利用的有效性和效率，如果孤立地试图使其中一个系统最优化，则可能使系统的总效能降低。AMT是各个单项技术在先进制造哲理下的有机集成，从最初关注技术和工程科学等自然科学的集成，慢慢过渡为重视在AMT应用过程中科学技术、组织结构以及人的智慧等的深度融合，尤其注重自然科学与社会科学的集成、系统体系观念和整体全局优化，最终目的是使整个制造系统能对外部市场环境的变化产生及时、高效、敏捷的反应。
1.1先进制造技术的概念、内涵及主要内容
制造指对原材料进行加工或再加工，以及对零部件装配过程的总称。AMT的概念起源于美国[3]，早期其定义是以计算机和信息技术为基础的制造技术群，主要包括计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助工程、机器人及柔性制造技术、自动控制系统、数控技术及装备等[4-5]，从研究的角度看，先进制造技术在不同时代具有不同的含义，当前各种新出现的、先进的机械加工技术(纳米加工、激光切割、增材制造等)、精益生产、并行工程、柔性制造、虚拟制造、敏捷制造和现代集成制造模式等，都属于AMT的研究之列。
我国学者在对国外学者有关AMT定义的归纳和研究中，更为系统地对AMT进行了定义，认为AMT是一个多学科体系，包括从市场需求、产品设计、工艺规划到制造过程与市场反馈的人—机—物系统工程[6-7]。AMT本质上是自然科学(自动控制技术、工艺规划技术等)和社会科学(组织管理和经济学等)的有机融合体，是通过生产方式的智能化和柔性化来提高企业的核心竞争力和对市场环境的反应能力。
从制造系统的观点看，AMT是一个三层次的技术群，如图2所示：第一个层次(内层)为基础制造技术，主要指优质、高效、低耗、清洁的通用共性技术，对应AMT中的支撑技术(如图1)；第二层(中层)是新型制造单元技术，由制造技术与信息技术、新型材料加工技术、清洁能源、环境科学等结合而成，涉及多学科交叉、集成与融合，对应于先进制造技术中的主体技术和管理技术；第三层(外层)为先进制造模式/系统(集成技术)，是由先进制造单元技术和组织管理等融合而成的现代集成制造模式，强调技术系统和社会系统的协同与融合，对应于图1的先进制造模式，是人、技术、组织和管理等要素的集成，也是人机物协同制造系统。
1.1.1基础制造技术
优质、高效、低耗、清洁的基础制造技术，主要指传统的制造工艺技术(如毛坯测量下料、铸造/塑性成形、锻压、焊接、热处理、材料强韧化、表面保护、机械加工、优质高效连接技术、功能性防护涂层及各种与设计制造等)经过优化和改进后形成的基础制造工艺，是先进制造技术的核心组成部分。
1.1.2新型制造单元技术
新型制造单元技术由制造技术与互联网信息技术、人工智能、新型材料加工技术、清洁能源、环境科学等结合而成，涉及多学科交叉、集成与融合，主要包括以下内容：
(1)新型材料、纳米技术和激光加工传统材料的研制过程通过基本材料的组合反复试验配制获得，整个过程非常缓慢。2011年6月，美国先进制造业伙伴关系(AdvancedManufacturingPartnership，AMP)计划之一的“材料基因组计划”[8]，从分子结构的角度分析材料，通过原子排列找出相—显微组织—性能—环境参数—使用寿命的关系，建立了原子、分子的结构与材料性能的关系，极大地提高了研发、生产和应用先进材料的速度。纳米技术和激光加工引发了机械技术与电子技术在毫微米水平上的融合。
(2)增材制造与精密成型技术增材制造(如3D打印[9])是材料技术、粘结技术和打印技术的融合创新，由原材料直接制造成精密工件的材料近净成型技术(Near-netShapeForming，NSF)制作的零件不需要加工或少量加工即可投入使用，极大地改造了传统的毛坯成型技术[10]。
(3)机器人、自动化及智能化技术工业机器人在生产加工中可以完成某些过程复杂、费时耗力的标准化生产流程[11]；自动化促使机器或生产过程从自动控制发展到自学习、自组织、自维护和自修复等；智能化技术综合了信息技术、模糊算法、神经网络控制等智能优化算法，使机器在没有人工干预的情况下进行生产，具有人机一体化、自律能力强、自组织与超柔性、自学习与自我维护等特点。
(4)先进电子技术装备先进电子装备，如平板电脑、智能手机、穿戴设备等普适人机交互设备和移动终端会越来越普及，使人与物理世界的交互方式更加普适化、虚拟化、智能化和个性化，实现任何地点、任何时间、任何人都能访问任何信息的交互，传感器和嵌入式设备将会感知和采集各种环境和监测对象信息，并对这些信息进行处理，用户能够利用自然普适智能的方式无缝地实现资源共享和服务的获取。
(5)分子生物学和生物制造通过学习生物系统的结构、功能及其控制机制，解决制造过程中的一系列难题。强调生命科学的应用，方法包括基因算法、进化算法、强化学习和神经网络等。
(6)供应链管理制造过程是物质流、信息流在控制流的协调下实现从原料到产品的转换，供应链管理以整体效益最优化为目标，以系统化的观点综合考虑对人、技术、管理、设备、物料、信息等系统构成要素的优化组合，实现产品生命全周期经济效益、社会效益和生态效益的协调统一。
(7)清洁生产技术、绿色可持续制造清洁生产和绿色制造主要表现在以下几个方面：1绿色设计，设计阶段就充分考虑对资源和环境的影响；2绿色选材，将环境因素融入材料的选择过程中；3绿色制造，采用物料和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的制造方法；4回收和循环再制造，实现资源―产品―废弃物―再生资源或再生产品的反馈式循环模式[12]。
(8)物联网、大数据、云计算(cloudcomputing)等新一代信息技术IBM公司基于新一代信息技术提出的智慧地球(smartplanet)掀起了物联网研究的，引起了国内外学者和政府的广泛关注[13]。物联网是利用无线射频识别(RadioFrequencyIDentification，RFID)、嵌入式系统、传感器等技术获取现实世界信息，使物体与物体之间通过网络相互连接并进行信息交互，以实现智能化识别、跟踪、监控和管理的一种网络[14]。物联网技术融入产品的全生命周期及制造过程的各个阶段，将形成新的制造模式———制造物联。随着物联网时代的到来，社交网络、电子商务、信息物理系统、移动终端等迅速发展，数据量尤其是半结构化、非结构化数据呈爆发式增长，据著名咨询公司IDC的研究报告，2011年网络大数据总量为1.8ZB，预计到2020年，总量将达到35ZB，大数据时代正在来临[15]。一般意义上，大数据指无法在一定时间内用常规机器和软硬件工具对其进行感知、获取、管理、处理和服务的数据集合[16]，具有大量、高速、多样、价值密度低的特点。对于制造业而言，数据积累和数据的广度还不够，数据应用大多针对传统企业内的结构化数据，有效整合大数据，包括微博、论坛、网站等数据源，分析发掘这些数据蕴藏的潜在价值，有助于快速预测市场趋势和客户的个性化需求，细分客户并提供量身定制的合适服务，及时了解整个供应链的供需变化等。此外，制造系统中包括大量的物料、人员、生产设备状态及加工过程等数据，研究制造系统中产生的大量不同来源的数据的动态演变过程，搜索、比较、聚类、分析、处理与融合制造过程的数据，可以支持制造过程的优化决策，优化生产流程和改进产品质量，有效提升制造企业的经营管理效率和市场竞争力。大数据分析需要高效的数据处理平台，目前制造业已经进入大数据时代，而大数据具有数据体量巨大、数据类型繁多、查询分析复杂等特点，超越了现有企业的IT架构和基础设施的承载能力，因此需要高性能的计算机和网络基础设施，必须依托云计算的分布式架构、分布式处理、分布式数据库和云存储、虚拟化技术等。云计算[17]是能够提供动态资源池、虚拟化和高可用性的下一代计算平台，通过按需使用的方式为用户提供可配置的资源(包括网络、服务器、存储、IT基础设施、软件、服务等)。云计算融合物联网、面向服务、高性能计算和智能科学等技术形成云制造[18]，将各类制造资源或能力虚拟化、服务化，通过网络和云平台为用户提供可高效便捷、按需使用、优质廉价的制造全生命周期服务。
1.1.3先进制造模式/系统
制造模式是制造业为了提高产品质量、市场竞争力、生产规模和生产速度，以完成特定的生产任务而采取的一种有效的生产方式和一定的生产组织形式。先进制造模式是以计算机信息技术和智能技术为代表的高新技术为支撑技术，在先进制造思想的指导下，用扁平化、网络化组织结构方式组织制造活动，追求社会整体效益、顾客体验和企业盈利，是最优化的柔性、智能化生产系统。按照历史唯物主义的观点，社会存在决定社会意识，从制造业的发展进程来看，不同社会发展时期决定了不同的制造思想、生产组织方式和管理理念，它们相互作用、共同决定了特定时期的制造模式。如图3所示，按照制造技术的发展水平、生产组织方式和管理理念，将制造模式的发展历程归纳为手工作坊式生产、机器生产、批量生产、低成本大批量生产、高质量生产、网络化制造、面向服务的制造、智能制造8个阶段。
工业革命以前，产品主要以手工作坊式和单件小批量模式生产为主，产品质量主要依赖手工匠的技艺，其成本较高、生产批量小，零部件的质量可控性和兼容性比较差，供不应求成为制造业进一步发展必须解决的问题。产业革命后，新的生产技术和管理思想大量涌现，这一阶段的早期，制造技术的改进重点是规模化大批量生产和提高生产效率，流水线式生产方式使得专业分工和标准化规模生产从技术方法上成为可能，科学组织管理理念等又从组织、结构和方式上保障了流水线式生产的实现，使得大规模制造成为可能。然而，大规模、批量化生产方式的精细化分工和高度标准化形成了一种刚性的资源配置系统，在买方市场下，市场环境瞬息万变，这种生产模式会给企业带来巨大损失，20世纪90年代，随着先进制造理念、先进生产技术以及先进管理方式的不断成熟与发展，各种新的制造理念、先进制造新模式得到了迅猛发展，理论界相继出现了高质量生产、网络化制造、面向服务的制造、智能制造等一系列新概念，各种先进制造模式之间的关系如图4所示。
(1)高质量生产
并行工程、柔性制造、精益生产[19-20]这三类制造模式是基础的生产管理方法，是虚拟制造、敏捷制造、现代集成制造的基础技术；虚拟制造[21]是实现敏捷制造[22-23]的重要手段；生物制造[24]和绿色制造[25-26]是考虑环境影响和资源利用率的制造模式，相关文献已有介绍，不再赘述。
(2)网络化制造
网络化制造是指在产品全生命周期制造活动中，以信息技术和网络技术等为基础，实现快速响应市场需求和提高企业竞争力的制造技术/系统的总称。比较典型的应用模式有制造网格(MGrid)[27]、应用服务提供商(ApplicationServiceProvider，ASP)[28]。制造网格是运用网格技术对制造资源进行服务化封装和集成，屏蔽资源的异构性和地理上的分布性，以透明的方式为用户提供服务，从而实现面向产品全生命周期的资源共享、集成和协同工作；ASP是企业将其部分或全部流程业务委托给服务提供商进行管理的一种外包式服务，以优化资源配置、提高生产和管理效率。企业用户可以直接租用ASP平台提供的各类软件进行自己的业务管理，如产品生命周期管理(ProductLifecycleManagement，PLM)、企业资源规划(EnterpriseResourcePlanning，ERP)等，不必购买整个软件和在本地机器上安装该软件，从而节省了IT产品技术的购买和运行费用，降低了客户企业的应用成本，特别适用于中小型企业。
(3)面向服务的制造
制造的价值链正不断延伸和拓展，制造和服务逐渐融合，制造企业更加倾向于为顾客提品服务及其应用解决方案。面向服务的制造是为实现制造价值链的增值，通过产品和服务融合、客户全程参与、提供生产型服务或服务型生产，实现分散的制造资源整合和各自核心竞争力的高效协同，达到高效创新的一种制造模式[29]。面向服务的制造的典型应用有众包生产(CrowdSourcing，C-Sourcing)、工业产品服务系统(IndustrialProductServiceSystem，IPSS)等。众包生产源于众包，众包一词最早出现在2006年，由美国《连线》杂志一位名叫杰夫·豪的记者首次提出[30]。众包是一种分布式的问题解决和生产模式，它将工作任务通过互联网以公开、自由自愿的方式分发给非特定的大众。众包生产就是网络化社会生产，让更多产品和服务用户参与到产品的创新活动中来，打破企业创新来源的界限，聚集大众智慧，增加公众的参与度，并通过“用户创造内容”的形式生产出符合消费者需求的个性化产品[31]。众包生产对构建创新型制造企业非常重要，它具有开放式生产、组织构成的动态性、物理范围的分布性、参与者的主动性等特点，能够突破传统生产模式，通过外部资源的整合实现产品开发任务；另外，它还可以通过激励机制代替合约机制，以极低的成本聚集外部的零散个体用户和群体资源，为客户提品及其应用解决方案。面对多样化的个性需求和不断变化的市场环境，众包生产能够灵活、高效、低成本地进行资源的重新分配和整合，有效降低产品制造成本，减少企业风险，提高适应个性化需求的灵活性，它的出现给企业的研发、生产、销售、管理和售后服务带来了巨大影响。产品服务系统(ProductServiceSystem，PSS)通过系统地集成产品和服务，为用户提品功能而不是产品本身来满足用户需求，从而实现产品全生命周期内的价值增值和生产与消费的可持续性[32]。IPSS[33]是在PSS的基础上提出的。IPSS是工业产品及其相关服务的集成，它将产品与服务作为一个集成化的整体提供给用户，这里的产品既可以是用户所有，也可以是IPSS的提供者所有，不但关注产品本身质量而且考虑顾客体验，通过用户的参与来提高产品服务创新能力；服务则是覆盖整个产品全生命周期内的所有活动(设计、制造、运输、销售、使用、维护、售后服务等)，通过专业的服务共享降低用户的成本投入，从而集中更多的精力关注其核心竞争力。IPSS的核心是提供工业产品的工作能力，这依赖于提供者的知识水平和经验丰富程度，因此它具有知识服务和生产型服务的特点。
(4)智能制造
基于新一代信息技术和IBM智慧地球的研究框架，制造系统的集成协同越来越关注人的发展和周围环境的融合，研究的关注点从之前侧重信息技术和工程科学的集成，逐步转变为技术体系、组织结构、人及环境的深度融合与无缝集成，实现优势互补与可持续制造。此类制造包括云制造、制造物联、基于信息物理系统(Cyber-PhysicalSystem，CPS)的智能制造乃至智慧制造。德国政府于2013年4月举办的汉诺威工业博览会上正式推出了工业4.0战略，在该战略下提出的智能制造是面向产品全生命周期，实现泛在感知条件下的信息化制造。智能制造技术是在新一代信息技术、云计算、大数据、物联网技术、纳米技术、传感技术和人工智能等基础上，通过感知、人机交互、决策、执行和反馈，实现产品设计、制造、物流、管理、维护和服务的智能化，是信息技术与制造技术的集成协同与深度融合。在产品加工过程中，智能制造将传感器及智能诊断和决策软件集成到装备，由程序控制的装备上升到智能控制，能自适应反馈被加工工件在过程中的状况[34]。例如，基于CPS的智能制造生产过程与传统的数控加工技术相比，能感知温度、环境、加工材料的属性变化，并作出相应调整，不会死板地执行预定程序，能够保证加工出的产品精度。基于云计算、物联网、面向服务和智能科学等技术的云制造也是一种智能化的制造模式[35]，它利用网络和云制造服务平台，按需组织网上制造资源(制造云)，为用户提供可随时获取的、动态的、敏捷的制造全生命周期服务[36-38]。云制造能促进制造资源/能力的物联化、虚拟化、服务化、协同化和智能化。与传统的网络化制造相比，云制造具有更好的资源动态性、敏捷性以及产品和服务解决方案的灵活性，同时能更好地解决ASP模式的客户端智能性和数据安全性的不足问题，以实现更大范围的推广和应用；与制造网格相比，云制造在“分散资源集中使用”思想的基础上，还体现了“集中资源分散服务”的思想。制造物联[39]是基于互联网、嵌入式系统、RFID、传感网、智能技术等构建的现代制造物联网络，是以中间件、海量信息融合和系统集成技术为基础，基于物联网系统开发服务平台和应用系统，解决产品设计、制造、维护、管理、服务等过程中的信息感知、可靠传输与智能处理，增加制造的服务化与智能化水平的制造新模式。制造物联在制造系统中的应用能够有效地管理制造资源、监控制造过程、匹配制造需求等，将传统的产品制造从市场调研、研发设计、供应链、生产过程、销售、物流运输与售后服务融为一体，协同制造过程中物料流、能量流、信息流、价值流的优化运行，以支持产品智能化、生产过程自动化、供应链与物流的准时化和精益化、企业经营管理辅助决策等应用，极大地提高了制造企业的核心竞争力。
基于语义Web、务联网(InternetofService，IoS)、社会性网络服务(SocialNetworkService，SNS)等，智能制造/云制造的进一步发展将会诞生智慧制造(WisdomManufacturing，WM)[40-41]。WM将机器智能、普适智能和人的经验、知识与智慧结合在一起，形成以客户需求为中心、以人为本、面向服务、基于知识运用、人机物协同的制造模式。
综上所述，先进制造模式是以所追求的目标和生产开展方式的转变为基础而产生及发展的，体现的是消费者的个性化需求、科学技术发展水平和市场竞争形势，是由先进制造哲理、先进组织管理方式、先进制造技术及人的相互融合发展、相互协同作用的产物。这是一个系统灵活性不断增大、组织结构和过程不断优化的进程，将形成人机物协同制造系统，使制造资源得到最佳利用、生产效率得到极大提高，能够对市场变化和内部变化作出迅速响应。
1.2先进制造技术对产品生产活动的影响
从生产流程来看，AMT与传统制造技术对制造过程的影响如图5所示。传统制造是利用制造资源将原材料转换为产品的过程，仅为生产过程的一部分，一般包括产品的加工和装配两大内容，制造商自行生产或者从供应商购买零件，将其组装成产品并检验以符合要求。制造过程中输入的是原材料、能量、信息、人力资源等，输出的是符合要求的产品。传统的制造系统设计、制造与销售各部分之间信息的传递与反馈不畅，各部门按功能分解任务，容易只考虑本部门的利益，对系统的优化考虑较少，造成设计与制造部门间难以协调、矛盾突出。
AMT主要从材料设计、制造流程改造、产品服务融合的集成解决方案和循环利用四个方面拓展传统制造技术的内容：
(1)材料设计新型材料的成型和加工技术愈发重要，对材料分子层或原子层的定向改造极大地提高了产品性能，超硬材料、功能梯度复合材料的某些新的成形、加工技术将不断涌现，如超导材料成形加工等。
(2)制造流程改造传统制造是面向批处理、时间上和空间上分离的分布式加工，先进制造超效能加工和自动化技术能够促使连续流制造，减少零件库存。
(3)产品服务融合先进制造强调涵盖从产品研发直至客户应用的全过程，提品、软件和服务于一体的产品解决方案和端对端的服务。知识资本、人力资本和技术资本的高度聚合，使制造活动摆脱了传统制造低技术含量、低附加值的模式，通过产品设计、管理咨询等活动，技术和知识在生产过程中被实际运用，将技术进步转化为生产能力和竞争力，为企业产生更高的附加价值。
(4)循环利用[42]先进制造注重材料的回收利用，不但对环境友好而且节约原材料成本。传统的产品制造模式是一个开环系统，即原料工业生产产品使用报废弃入环境，是以大量消耗资源和破坏环境为代价的制造方式；而循环生产是一个闭环系统，整个生命周期考虑生态环境和资源效率，从单纯的产品功能设计扩展到生命周期设计，强调所有资源应该实现在经济体系内的循环利用。
基础制造技术、新型制造单元技术和现代先进集成制造技术对制造业的发展产生了重要影响。基础制造技术通过改进、整合形成新型制造单元技术，进而影响整个制造过程。诸如网络化制造、面向服务制造和智能制造等先进集成制造技术已在前文说明，这里着重探讨新型制造单元技术对制造过程的影响。具体来讲，新型制造单元技术(图2中第二层)对传统制造流程的改造如图6所示，增材/精准制造用于对加工阶段的改造；机器人/自动化技术用于组装和生产流程的自动化；先进电子技术用于产品和服务的融合以及加工过程的控制；供应链设计以整体效益最优化为目标，以系统化的观点综合考虑人、技术、管理、设备、物料、信息等系统构成要素的优化组合，在满足产品或服务供给要求的同时，达到成本最低；清洁生产技术主要用于材料的循环利用、回收等环节；分子生物学和生物制造用于材料设计及制造流程的改进；纳米材料技术用于合成与加工功能梯度材料、复合材料等；物联网、云计算和大数据用于对产品全生命周期制造过程进行全方位跟踪、分析、优化和控制，实现多维度、透明化的泛在感知，确保制造过程的高效、敏捷、可持续和智能化。
需要指出的是，AMT对传统制造流程的改造，不但使原有制造和装配工艺等制造中期阶段产生了质的变化，而且涵盖了市场信息分析、产品决策、产品设计、生产准备等生产前阶段，以及质量监测、销售使用、售前售后服务、产品报废的处理和回收再生产等后阶段，覆盖了产品生命周期的制造全过程，可提供集产品、软件和服务于一体的整体解决方案，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产。
1.3各国先进制造技术发展情况和研究进展
近年来，美国、日本、德国等发达国家先后针对AMT的研发提出了国家层面的发展战略计划。美国在2009年12月颁布了《AFrameworkforRevitalizingAmericanManufacturing》(重振美国制造业框架)[43]；2011年6月宣布了《TheAdvancedManufacturingPartnership》(先进制造伙伴计划)[44]；2012年2月了《ANationalStrategicPlanForAdvancedManufacturing》(先进制造业国家战略)[45]，提出通过加强研究和试验税收减免、扩大和优化政府投资、建设智能制造技术平台，以加快智能制造的技术创新。
日本在1989年就发起“智能制造系统”计划，推动本国AMT的研究和发展；2010年5月公布了《产业结构蓝图》，同年6月通过《新增长战略》法案，规划了日本经济2011年~2020年的十年发展战略，其中包括对先进制造业的支持策略，通过大力调整制造业结构，加快发展机器人、无人化工厂、3D打印技术等尖端领域，提升制造业的国际竞争力[46]。
德国作为工业强国，为保持其制造业的竞争优势，采取积极有效的行动，将大量人力和物力投入到AMT中，推动AMT的发展，并制订了相关的计划[47]，特别是2010年7月制订了《高技术战略2020》，以支持制造领域新型革命性技术的研究与创新。其中“工业4.0”项目[48]是《高技术战略2020》确定的十大未来技术项目之一，用以支持工业技术领域新一代关键技术的研发和创新，该项目成为2013年汉诺威自动化展最热门的话题。工业4.0旨在通过互联网、物联网、CPS、IoS等技术提升制造系统的智能化水平，它包括两大主题：1智能工厂，重点研究智能化生产系统和过程，以及网络化分布式生产设施的实现；2智能生产，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。欧盟于1998年~2007年相继公布了第五框架计划(1998~2002)、第六框架计划(2002~2006)和第七框架计划(2007~2013)，于2009年颁布了《欧盟共同关键使能技术发展战略》，次年3月颁布了《欧洲2020战略》[49]。发达国家希望以高新技术为依托大力发展节能环保产品、清洁能源、新材料等新兴产业，构筑新的优势，消除不利因素，创造有利环境及符合自身优势的新兴市场，规避在传统制造领域与中国等发展中国家相比的竞争劣势，以树立其AMT的持续竞争优势，提高其先进制造业的竞争力。
我国也十分重视AMT的发展，国家863计划在清华大学建立了CIMS工程研究中心。先进制造技术作为一个主题在国家科技部领导下取得重大进展，如数字化制造与工业工程[50]、网络协同设计[51]、网络制造、仿生制造[52]、绿色制造与区域网络制造[53]、供应链、网络化制造、大批量定制和仿生制造[54-55]等。特别是国家“十二五”制造业信息化科技工程规划中，明确提出了大力发展新一代集成协同技术、制造服务技术和制造物联技术，该规划的实施将促进互联网、云计算、物联网等新一代信息技术与制造技术相融合，为加速制造业结构调整和转型升级、发展高端制造业等战略性新兴产业发挥极其重要的作用。制造业信息化工程的实施使我国在AMT领域取得了大批具有先进水平的研究成果，促进了制造业向精益化、全球化、协同化、服务化、绿色化、智能化的方向发展，为传统产业的升级改造和高技术产业的发展做出了贡献。
2新工业革命
工业革命是生产技术的变革，同时也是一场深刻的社会关系变革。新科技群的协同效应和深度融合将导致生产组织方式和制造模式发生重大变化，从而引发新的工业革命。目前正在出现一种新工业革命，但仍是一个十分模糊的概念，不同研究者对新工业革命的概念有各自的理解，主要有5种不同的观点：
(1)杰里米·里夫金[56]认为，历史上重要的工业革命都是在新通讯方式和新能源结合之际产生的，当前正由互联网和新能源结合引发新的经济和社会变革，即包括五大支柱的新工业革命，如图7所示，其中：1能源转型，向可再生能源转型，利用风和阳光等，不再消耗石化产品；2分散式生产，互联网信息技术等基础设施的建设大大减小了时间、空间对人们的经济活动交流的制约，基于知识的共享、创新和发展的扁平式、分散化、合作性的生产组织结构更加符合现代商业的需求；3存储，充分利用社会基础设施存储间歇式可再生能源；4构建能源互联网，利用互联网技术将电网转变为能源共享网，通过一种网格式的智能分布式电力系统和他人共享；5交通工具转变，将汽车、卡车、火车等运输工具转向插电式或者燃料电池等以可再生能源为动力的交通工具，电动车需要的电可在充电站购买。这五大支柱协同发展实现了1+1+1+1+1>5的整合效应，树立起一个新经济发展范例，带领世界进入新纪元。
(2)克里斯·安德森[57]认为，新型材料的应用和增材制造技术等数字化制造方式将引发新工业革命，采用新型材料、3D打印技术和基于网络的协同制造服务等智能化与数字化制造方法，能够迅速和精准地将计算机中的虚拟设计模型转化为真实物体，甚至直接打印出零件或模具，基于网络的新型数字化设计及制造的创新提供给网络用户以创造真实物体的能力，将制造延伸至范围更广的生产人群中，这些制造过程蕴藏着由普通人完成的无限可能，众多个人制造联合推动全面创造，将直接加快向新型工业化趋势发展的步伐，从而引领新工业革命。
(3)英国彼得·马什[58]在《新工业革命：消费者、全球化以及大规模生产的终结》一书中，将工业革命划分为五次，如表1所示，而将始于2005年的第五次工业革命称为新工业革命。
(4)保罗·麦基利的三次革命说[49，59]认为，以制造业数字化为核心的第三次工业革命(新工业革命)即将到来，互联网、智能软件、新能源、新材料、机器人、新的制造方法和以网络为基础的商业服务模式将使技术要素和市场配置要素发生革命性变革，产生改变社会发展历程的巨大能量。而制造业的数字化进程正从智能计算机软件、新材料、更灵巧的机器人、基于网络的制造业服务化、新的制造方法5个方面向前推进。
(5)德国政府于2013年4月举办的汉诺威工业博览会上，正式推出了工业4.0第四次工业革命[48]项目，目的是支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。工业4.0强调在工业生产过程中，以信息物理融合系统为核心，将众多智能体聚集在信息平台上，形成一种高度协同的互联互通关系，从而构建智能化的新型生产模式与产业结构。工业4.0正引领新一轮的工业革命，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域、商业模式和合作形式，将导致工业结构、经济结构和社会结构从垂直向扁平转变，从集中向分散转变。
这些研究预言了新的工业革命即将来临，勾勒出了先进制造业的影响，描绘了未来制造业的走向。从上述观点可以看出，工业革命的实质是制造方式与模式的革命：保罗·麦基利认为生产工具发生很大变化将导致新工业革命；杰里米·里夫金认为生产动力的变革将引发新工业革命；彼得·马什认为新工业革命主要集中在材料、动力、加工工艺、制造模式等方面的变革；克里斯·安德森的新工业革命观点主要体现在生产方式的革新；德国工业4.0体现在在工业生产过程中，基于CPS建立了一种高度协同的产品与服务的生产模式。其实，任何一项单一的技术都不足以引发新一轮工业革命，判断工业革命的依据关键为是否有新科技群协同效应以及是否带来人类生产、生活方式的重大变革。因此，新工业革命是基于新能源、智能制造、数字化制造、机器人技术、新一代信息网络技术等先进技术综合系统协同创新及突破性的发展，融合信息、计算机、数字化、互联网技术创新变革，使工业生产方式与制造模式发生巨大变化，从而使交易方式与人们的生活方式发生重大变化。传统的自上而下、集中规模化的生产模式将逐步被新工业革命的分散、扁平和协作的模式取代，定制化、个性化、智能化、分散化和合作化是新工业革命的主要特征。
3先进制造技术与新工业革命之间关系
从主导技术和新兴产业的角度来看，以生产方式变革为主线的AMT的群体涌现、协同融合将导致新的工业革命，各种技术之间产生的耦合效应推动了工业革命的进程。新工业革命不是依赖单一学科或某几类技术，而应该是全方位的多学科、多技术层次、宽领域的协同效应和深度融合。人类制造模式的演变从原始手工生产模式到现代先进制造模式的演变过程中，经历了3次大的革命性变革。图8所示为由市场变化与技术发展推动的先进制造模式的变革。
图中：第一次工业革命中，由于蒸汽机、电气技术、内燃机的发明与改进，机器取代手工成为主导生产方式，制造业进入机械化制造时代，成为近代工业化大生产时代的开端。第二次工业革命中，大规模制造成为主导生产方式，20世纪20年代，随着电子技术、信息技术的发展，以流水线为典型代表的大规模制造模式在组织结构上追求纵向一体化与大规模，内部分工仔细，专业化程度高，简单熟练的操作提高了生产效率，使制造成本随规模递减，同时质量的稳定性也得到提高，制造模式进入批量大规模制造阶段。新工业革命是现代先进制造模式集成协同创新的结果，进入20世纪90年代后期，随着网络信息技术、智能控制技术研究的深入和以知识为基础的经济时代的到来，制造业的市场环境与技术变革发生了根本性的改变。大规模制造系统的刚性与市场的个性化需求以及环境快速变化所要求的响应速度之间的矛盾日益尖锐，正是在此背景下，各种新制造模式研究探索与试验如雨后春笋般迅速兴起，现代AMT融合自然科学和社会科学的最新进展，以绿色、低碳、可持续为发展理念，带来了产业组织模式的转变，对转变经济增长方式、政府管理模式和社会组织形态都有巨大的推动作用，使全球技术要素和市场要素配置方式发生了革命性变化。
AMT的发展将在新工业革命中发挥重要作用。如前所述，工业革命的实质是制造业生产方式与制造模式发生重大变化，它必然也是始于制造技术突破性的发展。AMT是制造业产生变革的根本力量，新一代信息技术(云计算、大数据、物联网、务联网、云平台等)、新能源(再生能源、清洁能源等)、新材料(复合材料、纳米材料等)技术等将为新工业革命创造强大的新基础设施；分散式制造(网络化制造、制造物联、云制造、智能制造)、众包生产、集群效应、利基思维等使生产方式产生变革，将整个工业生产体系提升到一个新的水平，工业生产、经济体系和社会结构将从垂直转向扁平、从集中转向分散；以智能制造为代表的新一代先进制造模式，必将使商业模式、管理模式、服务模式、企业组织结构和人才资源需求发生巨大变化，给工业领域、生产价值链、业务模式乃至生活方式带来根本性变革，进而推进和实现新的工业革命。
制造模式的演进与新工业革命的出现由市场发展、社会变革、技术突破、管理创新多种动因的综合作用决定。对新工业革命的内涵的理解必须通过与社会科学(如经济学和管理学)等跨学科的对话和交流，适当突破自然科学和工程技术学科的理论范畴。工业发展历程表明，新的生产模式的出现均为与特定的社会制度、组织结构和经济因素等相互作用的产物，而新的制造模式又会对既有社会制度和管理方式提出新的要求，从而推进企业管理模式、社会制度环境的变革[60]。综上所述，在市场、技术、社会经济环境变化与全球一体化趋势的推动下，制造业正在经历着一场革命，一场以实施先进制造技术和经营方式彻底变革为主要内容的先进制造模式的革命，涉及制造理念、制造战略、制造技术、制造组织与管理各个领域的全面变革。
4新一代先进制造技术的应用案例
产品制造的智能化变革绝不仅是优化现有的制造业，而是将制造延伸至范围更广的生产人群中———既有现存的制造商又有正成为创业者的普通民众。随着社会化网络的发展，通过充分开发大众的智慧、力量和资源，以用户创造内容(Usergeneratedcontent)为代表的社会化生产模式更能形成突破性创新，彰显出巨大的能量和商业价值。以思科(Cisco)为例[31]，2007年秋，思科借助Brightidea公司的创意网络平台，为其一个十亿美元的新业务寻找创意，通过征集创意—进行筛选—提炼创意三个阶段，最后从104个国家的2500多名参与者提交的约1200个创意中，成功筛选出最佳创意；再如美国越野赛车LocalMotors公司通过社会化生产方式，将越野赛车的个性化设计与制造分包给不同的社区，在社区内的微型工厂实现了快速小批量设计与生产；波音公司联合全球40多个国家和地区企业，通过网络协同和制造服务外包的形式协同研发制造了波音787，将研发周期缩短至原来的30%，成本也减少了50%[18]。如此一来，创意新阶层得以进入生产领域，将自己的设计产品模型转变成产品，却无需自行建立工厂或公司，制造变成了另外一种可由网络浏览器获取的云服务，实现了低成本的高技术，保持了小型化与全球化并存的能力。借助物联网、云服务、大数据等技术，用户参与不再局限于创意征集阶段，而向设计研发、制造、实验、检测、营销等纵深发展，向产品全生命周期拓展，这些生产方式将为开发出成功的产品、降低生产成本、提高效率作出巨大贡献。
以大数据、物联网/CPS、云计算等新一代信息技术为基础的先进制造技术将促进制造系统向服务化、智慧化、个性化、社会化的方向发展，智慧制造应运而生[40-41]。智慧制造将制造系统分为社会系统、信息系统和物理系统三个子系统，其中社会系统强调群体智慧和人的主观能动性，尤其是人及其隐性知识的集成，是基于人际网(Internetofpeople)所形成的社会化网络，注重客户参与的互动性、个性化和创新性；物理系统通过物联网实现物理实体的互联互通，利用RFID、嵌入在资源或产品内的感知器等获得资源状态和环境的数据信息；信息系统通过大数据技术对业务对象的属性、位置和状态等信息进行整合，从海量数据中抽取出所需的信息、知识和智慧，为需求分析、设计、生产、营销和回收等制造全生命周期过程提供知识支持。物联网获取的数据与知识的价值是通过服务的形式来体现的，通过云计算和“一切皆为服务”的理念，为用户提供按需即取的服务方式，将服务资源延伸到物理世界，最终得以在物理系统中实现产品生产。
新工业革命将促进社会制造/智慧制造理念的实现。社会制造将使传统的企业转变为能够主动感知并响应客户大规模个性化定制需求的智慧型企业，其核心就是主动、实时地将社会需求与社会制造能力有机地结合起来，从而高效、实时动态地满足客户需求。Shapeways公司就是一个典型的例子[61]，该公司于2007年创立于荷兰，后将总部移至美国曼哈顿，是一家利用3D打印技术为客户定制各种产品和服务的公司，至今已获数千万美元的风险投资支持，截止2012年6月20日，其生产产品已经超过100万款，产量超过60亿件。2012年10月19日，该公司位于纽约皇后区的“未来工厂”正式投入运营。该工厂占地2.5×104m2，可以容纳50台工业打印机，每年可按照消费者的需求生产上千万件产品。Shapeways的市场运营模式如下：通过Facebook和Twitter等社会媒体接受客户关于各种产品的3D设计方案，将顾客的需求发送给Shapeways工厂，由工作人员确定是否可行，评估并制定方案，并在数天内完成产品的打印生产，然后寄送给客户。同时，该公司还为商家和设计者设立平台，使他们可以利用公司的3D打印机生产并销售自己设计或收集的产品，用户提交他们的产品创意，如果有足够多的人喜欢(如通过Twitter，Facebook等独特社区)，则产品开发团队将制作产品原型，用户可在线对其进行投票、评分、提意见或建议，参与产品的设计开发、改进、预售和营销等，即通过聚集大众智慧的方式，让社区参与产品开发的整个过程。如果产品获得预期成功，则发明者和其他协作者可分享一定的产品销售收入。在过去的2014年，其月均订单已超过18.1万件，成为目前全球第一的在线3D打印社区。该案例成功地利用社会性网络、群体智慧和3D打印等技术实现了个性化产品的生产，涉及社会系统、信息系统及物理系统的各个层次，大批3D打印机形成制造网络，并与互联网、物联网、务联网和人际网(社会性网络)无缝连接，形成复杂的社会制造网络系统，从而将社会需求、虚拟设计与实物制造有机地衔接起来，在一定程度上为智慧制造/社会制造提供了例证。
5我国制造业发展的思考
新工业革命将对全球产业结构、生产资料、劳动者素质等生产力要素和人类生产生活方式、思想观念产生巨大影响，企业组织结构、管理方式、社会制度政策环境等因素决定了先进制造技术在制造业领域应用的广度和深度。我国应基于国情把握好新工业革命的发展机遇，高度重视AMT的发展动态，大力发展战略新兴产业，为新工业革命创造良好的环境条件，从而促进我国经济社会快速发展[62]。自2009年以来，我国密集部署未来新兴产业的重点发展方向和主要任务，提出积极发展新能源、新一代信息技术、新材料等七大战略性新兴产业，努力抓住“新工业革命”这一难得的发展机遇，发展知识技术密集、资源消耗小、成长潜力巨大、综合效益好的产业，增强自主发展能力。我国先进制造业目前主要由两大部分构成(如图9)：1由融合先进制造技术的传统制造业改造而成的先进制造业，如数控机床、海洋工程设备、航空航天装备等；2科技重大突破创新的成果落地应用后形成的新产业，如增量制造(3D打印)、生物制造、微纳制造等。
(1)信息化和工业化深度融合
新工业革命的兴起为我国探索资源消耗低、环境污染少的工业新类型和生产新方法带来了契机，新一代智能化技术、新能源、新材料等新科技正快速形成产业规模市场，该市场有利于发展循环生产和循环经济，实现经济效益与环境效益、社会效益的均衡发展。新工业革命以智能化微制造科技为关键科技支撑体系、以深层次循环式生产为主导，促使生产力和生产方式向更深层次和更广范围拓展。我国未来的现代产业体系应该更多地建立在新的工业生产方式、新的生产组织方式和新的生产制造模式基础上。
(2)发展战略新兴产业
战略性新兴产业[63]以重大科学技术突破性发展为基础，对社会发展具有重大引导带动作用，而且知识密集、资源消耗小、发展潜力巨大并且综合效益好，能增强我国的自主创新和可持续发展能力，更深入地参与国际竞争。发展战略新兴产业目前面临知识科技创新、组织管理创新、体制政策创新三大重要创新任务。我国十分重视战略新兴产业，2010年10月18日颁布了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，准备用20年左右时间，使节能环保能源产业、新一代电子信息技术、高端装备制造业等七大战略性新兴产业的创新能力和发展水平达到世界领先；在《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中提出了七大战略性新兴产业的发展方向和任务，以重大技术突破和重大发展需求为基础，将知识技术密集型、引领作用强、发展潜力好和综合效益大的新兴产业作为发展重点，建立战略性新兴产业重点领域产业联盟，大力发展可再生新能源、生物技术、智慧物联网、云计算、普适人机交互等新技术，并且注重智力资源的开发、新能源和互联网的应用，将创新放在关键的位置。
(3)为新工业革命创造环境条件
新工业革命创造环境条件包括至关重要的制度改革、政策环境和商业模式等，新工业革命带来的不是个别政策的微量调整，而是系统化大规模变革问题。首先建立创新激励机制和知识产权保护，集聚大量的高端创新人才，将技术和管理、软科学和硬科学结合在一起协同创新，增强市场化导向和创新激励机制；其次加强政策引导企业技术创新及技术改造，鼓励企业和科研院所建立各种模式的创新联盟，促进产业集聚和资源整合；最后通过法律强制、财政资金支持、税收优惠等措施引导和支持企业突破核心关键技术，支持新技术新产品的推广应用。与新的制造技术相适应的企业管理方式和社会制度基础决定了其在制造业领域应用的广度和深度，同时也在一定程度上决定了AMT能在多大程度上转化为制造业的产业竞争力。
关键词： 三维CAD技术；机械设计；影响；分析
Key words： 3D CAD technology；mechanical design；impact；analysis
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）19-0051-02
0 引言
机械设计是一种古老的拥有几百年历史的技术工作，随着世界经济的发展变化，科学技术的更新换代，机械设计领域也获得了新生。而三维CAD技术也在不断发展，对于机械设计而言，它是一个用处极大的技术，能够促进机械设计的良好发展。故本文就三维CAD技术在机械设计中的应用及其对于机械设计的影响进行了简要的分析，希望我国机械制造业能够同三维CAD技术一起得到良好的发展。
1 机械设计和三维CAD技术的含义
1.1 机械设计的含义 机械设计顾名思义也就是指设计机械产品的工作领域，具体说来就是依据机械的使用要求，设想、分析并计算机械的运转原理、整体构造、运转模式、能量传递方式、每一个零件的尺寸、材质和形状等等各种方面，并且将它们转化成为具体的能够作为制造依据的描述。
1.2 三维CAD技术的含义 新兴的三维CAD技术是先进制造技术的重要组成部分，其中CAD是指计算机辅助设计，而三维CAD技术则为一种更加深层次的先进的计算机辅助设计技术。三维CAD技术包括软件和硬件两个方面，软件系统是三维CAD技术的核心，对于三维CAD技术所具有的功能起到决定性作用；而硬件则是指三维CAD技术的物质基础。
2 三维CAD技术的发展状况
就目前而言，我国的三维CAD技术发展较为良好，硬件方面已经达到了较高的水准，在进行设计的时候，基本不会出现差错，软件方面也较为适应现阶段的发展状况。现在广泛应用中的软件包括Pro/E、I-DEAS、UG、Solid-Works、Solid-Edge、CADAM、CADDS等等，大多数软件不仅能够完成三维造型，还具有CAM、CAE等功能，远远超过了二维CAD技术。现在计算机的质量、性能不断提高，信息处理趋向智能化，多媒体技术也逐渐被广泛应用，三维CAD技术也正往集成化、开放化、智能化的方向不断发展。然而社会经济仍在持续快速发展，客户对于三维CAD技术的要求也不断变化、标准越来越高，并且同一些更加先进的科技发达国家相比，我国的三维CAD技术还有一定的进步空间，所以我们需要正确地把握三维CAD技术的发展趋势，更加深入地研究三维CAD技术，使其应用更加广泛，技术水平越来越高。
3 三维CAD技术在机械设计中的应用及影响
3.1 三维CAD技术在机械设计中的应用 三维CAD技术在机械设计中，主要应用于三维实体建模、模具的集成制造、工程分析（如结构分析中的应力/应变计算、动态特性、热传导特性分析等）、设计审查与评价（如公差分配审查、干涉检查、运动仿真等）、计算机辅助绘图、工程数据库的建立及操作、工程设计信息的处理、检索和交换等方面。
3.2 三维CAD技术对于机械设计的影响 三维CAD技术对于机械设计的影响主要包含以下几个方面：
3.2.1 方便机械零件的设计 通过三维CAD技术软件来设计新的机械零件，可以提高完成速度，并且能够提高零件之间相互配合的精确度，防止因为单个零件出现问题而导致装配失败。
3.2.2 能够缩短机械设计的周期 采用三维CAD技术来进行机械设计，可以利用相邻零件的形状和位置来设计新的机械零件，以提高零件设计的效率。在对新机械进行设计开发的时候，工作人员仅仅需要对其中的部分零部件进行重新设计、制作，其他大部分的零件设计都可以直接使用之前的信息；三维CAD系统还有一种高度变型设计的功能，能够采用快速重构的方式获得一个全新的机械产品。这些功能能够将机械设计的计划时间缩短近三分之一，大大地提高了机械设计的速度以及机械产品的生产效率。比如在装配环境中，依据箱体的外形以及其余搭配要求就能够迅速精准地设计出相对应的箱盖。
3.2.3 方便直观地装配零件 在装配机械零件的过程中， 资源查找器中的装配路径查找器将零件之间的装配关系都记录起来了，倘若产生干涉状况或是没有正确地进行装配，就会及时地在资源查找器中显示出来，并且对零件的装配实施静干涉检查，然后就可以及时地对零件进行重新装配，从而能够保证设计的正确性；并且，还可以隐藏机械零件，在将外部零件隐藏之后，就使工作人员能够清楚地看到内部的装配结构，从而检验装配是否达到要求；另外，当某个零部件或者整个机械产品完成装配的时候还可以进行运动仿真，完整清晰地观察到机械运动的过程，从而在整体上对其进行检验。
3.2.4 方便直观地修改零件 在完成机械零件造型的同时，零件环境中的资源查找器也将完成该零件的所有指令都列出来了，点击这些指令就能够清晰全面地获取制成此零件每个步骤的信息。当零件需要修改时，也只需点击资源查找器中相对应的指令就可以简单地完成，这种操作即使是在装配环境中也可以进行的，只要点击需要修改的零件就可以进入零件环境去完成零件的修改。
3.2.5 有利于提高机械设计的技术水平和产品质量
在机械设计的过程中，将机械产品与信息技术结合起来，并采取CAD设计方法和CIMS对产品进行生产制造，使机械产品设计和制造都能够有良好的发展。三维CAD技术采用先进的设计方法保证产品的设计水平，大型企业数控完善的加工手段则保证了产品的质量。
3.2.6 有利于加强机械设计者的现代化设计意识 三维CAD技术将设计模式进行了彻底的更新，是一种基于高科技背景的高端的设计技术。所以面对这种先进的现代化的技术，从事机械设计的工作人员既要拥有丰富的理论知识、实践经验及最新的相关信息等机械设计的基本要素，也需要具备现代化的先进的设计思维，能够及时更新机械设计的相关技术和方法等，从而使机械设计工作与时俱进。
4 结束语
我国的机械设计随着我国制造业不断发展而发展，而新兴的、摆脱了传统设计模式束缚的、引进了现代设计观念和手段的三维CAD技术在机械设计领域的引入，是促进机械制造业发展良好的重要因素。所以为了充分实现从中国制造到中国创造的实质转变，我们需要对三维CAD技术进行更深入的研究，使其在机械设计中得到更好得应用，为机械设计提供强而有力的技术支撑，从而使机械产品设计、制造的水平得到进一步的提升。
参考文献：
[1]张立荣.三维CAD技术在机械设计中的应用[J].煤炭技术，2011（02）.
中图分类号：TP391 文献标识码：A
21世纪以来，以计算机网络技术为代表的信息技术获得了空前的发展，世界经济进入了网络化经济时代。这对于各个行业来讲都是一次巨大的变革，尤其给制造业带来了更多的挑战，传统的制造思想已经不再能满足现代“动态多变”市场需求了。在这种背景下，敏捷制造、网络化制造和面向服务的制造等一系列先进的制造模式应运而生。近年来，随着云计算等信息技术的快速发展，在敏捷制造、网络化制造和面向服务制造的基础上，又出现了一种更新的制造模式――云制造。作为一种崭新的制造理念，云制造的内涵是什么，它与其他先进制造模式有什么区别与联系？这将成为本文接下来要探讨的主要内容。
一、相关先进制造模式介绍
（一）敏捷制造。
敏捷制造一词最早出现于1991年由美国里海大学（Lehigh Uniersity）雅可卡（Lacocca）研究所联合通用汽车公司（GM）、波音公司、IBM等15家大公司共同研究编写的《21世纪制造业发展战略报告》。作为一种新的制造模式，敏捷制造一经提出，便迅速得到了美国社会各界人士广泛关注，并很快成为理论研究的热点。然而，对于“敏捷制造”的内涵不同的研究者有不同的理解，其中颇具代表性的主要有：Booth R，Cheng K等认为敏捷制造是为了使组织和设备更富有弹性和灵活性，将包括人员、技术和组织在内的所有可用资源整合到自然协调的独立系统中，从而缩短产品开发周期，并对任何突现的市场机会做出快速响应；Huang， Yusuf等认为敏捷制造是一种新的生产管理哲学，企业在全球化市场的竞争压力和利益驱动下，通过对可重构资源和最佳实践的集成提供用户需求的产品（包括服务），从而在迅速变化的市场环境中获取竞争优势。
虚拟企业（或称虚拟组织、动态联盟等）是敏捷制造的主要应用模式。对于虚拟企业的内涵，国内外研究者并没有达成共识。综合国内外学者的主要观点，本文认为虚拟企业是一种企业间的暂时性联盟形式，是指当市场出现新机遇时，不同企业各自发挥自己的竞争优势，共同开发一种或几种产品，并最终推向市场，期间各个加盟企业共担成本、利润和风险， 虚拟企业的生命周期取决于产品市场机遇，机遇一旦消失，联盟即行解体。
协作网络作为虚拟企业的进一步发展和敏捷制造新阶段的典型代表，是由在不同工作环境、文化背景下，具有不同目标的组织和人构成的 ，成员之间通过网络进行信息的交互，并最终通过协作来实现共同目标。
（二）网络化制造。
网络化制造曾被认为是敏捷制造模式的延续和发展，但是近年来，随着信息技术与网络技术的快速发展，特别是Web技术的出现，使得网络化制造相比敏捷制造又多了一些新的含义。目前，对于网络化制造的概念并没有明确、统一的定义，一般可以从狭义和广义两个角度来理解。狭义的网络化制造是指利用计算机网络技术实现分布制造资源的信息共享与整合以及制造过程的网络化，这里的制造是“小制造”的概念。而广义的网络化制造是指企业为快速响应市场需求和提高竞争力，以信息技术和网络技术为基础，在产品全生命周期各个阶段中涉及制造技术和制造系统的总称。这里的制造则是“大制造”的概念，涉及产品全生命周期各阶段的制造活动及企业经营的全过程。
制造网格和应用服务提供商（ASP）是网络化制造的典型应用模式。网格技术的出现为通过网络实现分散计算资源的共享与优化配置提供了可能，同时也促进了制造业向网络化、服务化的方向发展。ASP是IT外包服务的发展。网络化制造模式在实际应用中，制造企业在利用公共ASP服务平台提供的各类应用软件的同时，围绕企业自身业务开展一系列支持企业信息化的应用，如企业资源计划（ERP）系统、供应链管理（SCM）、客户关系管理（CRM）等，优化了企业的资源配置，提高了企业的生产管理效率。
（三）面向服务的制造。
近年来，为满足用户对高技术产品全生命周期服务的需求以及企业获得增值服务的需要，面向服务的制造作为一种新的制造理念迅速发展，并涌现了一批相近的提法，如产品服务化、服务型制造等，其中最具代表性的是工业产品服务系统（IPSS）和众包生产。
IPSS是在产品服务系统（PSS）的基础上提出的，它主要是针对商业领域的应用，目的是实现相互依赖、相互作用的产品和相关技术服务的高度集成，把产品与相关技术服务作为一个集成化的整体提供给用户，实现产品服务提供者和使用者的“双赢”。
众包生产作为一种新的生产组织模式，是Jeff Howe于2006年6月首次提出的。Howe指出众包是一种分布式的问题解决和生产模式，问题或任务通过互联网以公开的方式分发给未知的解决方案提供者。事实上，众包模式是外包、开源代码等商业模式的延续和发展，是对传统企业生产方式颠覆性的变革，它把传统上由企业员工或外部机构完成的工作，通过外包的方式分配给一个大的群体或社区来完成，能够充分利用群体的智慧和创造力。
二、云制造与相关先进制造模式的比较分析
敏捷制造、网络化制造与面向服务的制造体现的是制造理念和制造思想；而虚拟企业、协作网络、制造网格、应用服务提供商（ASP）、工业产品服务系统（IPSS）和众包生产等则是上述理念的应用模式。下面就分别从制造理念和应用模式角度，分析云制造与敏捷制造、网络化制造和面向服务的制造之间的区别与联系。
（一）云制造与敏捷制造。
敏捷制造所强调的敏捷化理念是云制造所追求的目标之一，云制造利用云计算等最新的信息技术，为实现敏捷化提供了新的手段。在理念上，云制造还综合了敏捷化、智能化、绿色化和服务化等思想。从应用模式角度来说，云制造与敏捷制造相比也有一定的差异。
虚拟企业与协作网络是敏捷制造的两种主要的应用模式，它们的核心思想是“联盟”，即通过构建企业内或企业间的“协作联盟”，来快速响应外界的需求，从而达到提高企业敏捷化的目标。其中虚拟企业强调“联盟”的临时性和动态性，协作网络侧重协作网络组织的相对稳定，并强调用户参与其中。而云制造则以制造资源和制造能力的按需使用为核心，通过搭建支持海量资源统一管理及具有弹性架构的云平台，能够实现松耦合、紧耦合等不同形式的协作方式、构建不同形式的联盟。云制造模式与前面两者的差别主要体现在以下两个方面：
1、平台开放性与动态适应性 敏捷制造理念下的虚拟企业和协作网络的进入约束条件较多，如企业规模、地理位置等，故其开放性较低。而在云制造模式下，云平台是高度开放的，所有企业都能够通过提供资源或能力自由出入。另外，与虚拟企业和协作网络相比，云制造可以根据协作过程中出现的变化因素灵活的变更联盟中的参与企业，增加联盟的动态适应性和应变能力。
2、联盟范围与资源种类、数量 由于云制造平台的高度开放性，协作联盟的范围得以扩大，参与企业可以根据业务的需求而自由增加。另外，云制造采用了物联网等先进的资源感知接入技术，使得平台中资源种类及数量得到极大的丰富。
（二）云制造与网络化制造。
就制造理念而言，云制造与网络化制造基本上一致，因为云制造也是建立在网络的基础之上，从某种意义上讲，云制造是网络化制造的一种新的形态。但由于融合了云计算、物联网、高性能计算等新技术，与制造网格、ASP等传统的网络化制造模式相比，有其鲜明的特点和优势。制造网格强调网格技术与先进制造技术结合，通过构建统一资源共享平台实现分散资源的共享，但主要还是特定领域内的设计、仿真等软件资源的共享。与云制造相比，制造网格尚未涉及生产加工等核心制造业务，并且缺乏有效的商业运营模式。此外，制造网格和云制造在平台的构建和运行支撑技术方面也有很大的区别，制造网格资源共享平台主要是以网格技术为支撑搭建的，平台拓扑结构较为单一，缺乏灵活性，而云制造服务平台则以云计算技术为主要支撑，其平台和系统架构更加灵活，扩展性更强。
与ASP相比，云制造是主要以云计算为核心基础架构的，而传统的ASP在技术层面上与云计算有明显的区别。ASP主要是通过网络来实现应用服务（即软件资源）的托管或租赁等功能。虽然云计算中软件即服务（SaaS）提供的主要也是以软件资源为主，但二者在资源的提供方式和使用方式等方面有很大的差异，由于篇幅限制，此处不作详细论述。另外，云制造在服务种类、服务模式和相关使能技术等方面与ASP也是有差异的。以服务种类为例，云制造除了基本的软件为服务（SaaS）以外，还包括了论证为服务（AaaS）、生产加工为服务（FaaS）、设计为服务（DaaS）集成为服务（InaaS）、经营管理为服务（MaaS）等。
（三）云制造与面向服务的制造。
云制造本身就是面向服务的，是面向服务制造理念的一种具体体现。与面向服务的制造相比，云制造理念的内涵更加丰富，如强调了制造能力的服务化和资源的按需使用等。IPSS与众包生产作为面向服务的制造的代表性应用模式，其侧重点有所不同，IPSS主要是从生产系统的角度出发，强调工业产品与服务的高度集成；众包则是从资源组织方式的角度出发，强调通过更广泛的社会化服务实现社会生产。
云制不仅造融合了上述面向服务制造模式的先进思想，同时也为IPSS和众包生产等面向服务制造模式的实现提供了更加丰富的技术手段和强有力的平台支撑，可从以下几个方面分析：
1、从服务集成的角度 在IPSS应用过程中，云制造模式为企业实现向用户提供高质量的产品和专业化的服务提供了平台支持，比如在产品论证和设计过程中，可以利用云制造平台中丰富的仿真服务，对用户使用产品的过程进行充分仿真与模拟，并以此来调整产品的生产制造过程及零配件的选用，从而提高产品服务的增值能力。
2、从服务使用的角度 云制造使得专业化服务的提供和使用更加便捷。基于云制造服务平台，用户能够按需使用各类服务，并通过网络对产品使用过程中的各种状态进行实时监控。
3、从制造能力服务化的角度 云制造模式将加快“通过网络实现社会生产”这一众包理念的实现。云制造模式不仅强调了制造资源的按需使用，还包含了制造能力的服务化，这使得更多形态的资源（服务）进入到云制造平台，为实现涉及更广泛业务、更复杂任务的众包生产提供了资源基础。
三、结语
我国著名的云制造研究专家李伯虎院士把云制造定义为：一种面向服务、高效低耗和基于知识的网络化、敏捷化制造新模式和技术手段，它将促进制造的敏捷化、服务化、绿色化和智能化。可见，云制造是以实现敏捷化、服务化、智能化和绿色化为重要目标，是网络化制造的新发展，是面向服务制造理念的具体体现。云制造借鉴了已有先进制造模式的成果，并在理念、模式、技术架构等多方面进行了拓展。但目前关于云制造的相关研究仍处于起步阶段，在模式、应用和技术等方面，都还有许多有待深入探讨的空间，同时云制造是一个战略性的系统工程，需要政、产、学、研的共同努力。（作者单位：浙江师范大学经管学院）
参考文献：
[1]李伯虎，张霖，陶飞等.云制造――面向服务的网络化制造新模式.计算机集成制造系统，2010，16（1）.
[2]李伯虎，张霖，柴旭东等.再论云制造.计算机集成制造系统，2011，17（3）.
1.1对工业工程技术的认识
工业工程是一门通过对人、原材料、机器设备组成的系统的设计和改进，从而提高生产率并降低成本的技术。也就是指把工业专业知识和系统工程有机地结合起来，去研究如何使生产要素组成生产力更高和更有效运行的系统，以实现提高生产率为目标，为管理提供科学依据；其学科特点是强调系统观念与工程意识，侧重于从技术角度去研究解决生产过程中的合理化效率、效益问题，使管理与技术密切结合；其任务和目标是研究将人员、物料、设备、能源、信息等要素进行有效合理的组合与配置，并不断改善，实现更有效运行，为管理活动提供技术上的支持与保证，以达到系统效益与生产率的实现和提高[2]。
工业工程技术包括并行工程、成组技术、虚拟制造、快速原型制造、准时制生产、精益生产、敏捷制造以及工作研究等等。国内外实践证明，在企业广泛推行“工作研究”，可以大大提高生产效率和产品质量，减少物质和劳动消耗，降低成本。这种既能改善生产环境又能减轻工人劳动强度的技术，正是企业孜孜以求的挖潜降耗、科学实行以岗定人和按产定员的有效途径[3]。因此，工作研究作为工业工程体系中最重要的基础技术，是以提高生产率和整体效益为目标的，是从方法、设备、工具和材料四者入手，以达到“最佳的方法、最好的动作和最大效率”的技术[4]。
1.2产品与过程集成的内涵
产品与过程集成不像制造业近20年中不断出现的许多新理论、新学说、新技术、新方法，不是又一种新的制造模式或新技术，它体现于诸多特定的技术和理论之中[5]。产品与过程集成代表了一种理念、原则、方法论和思维方式，是一种从实践中来又回到实践中去的指导思想，一种组织制造业生产活动的基本观念，它超越具体的制造模式或技术。也可以说，集成产品技术与过程技术植根于诸多的技术和理论，又高于这些技术和理论。
产品与过程集成的深层次内涵是超越产品与过程本身，而着眼于全面的系统集成。事实上，产品与过程集成的概念已经不限于狭义的技术，而是涵盖更广阔的领域。多层面的产品与过程集成包括产品与过程技术的集成、产品规划与过程规划的集成、产品设计与过程设计的集成、产品系统与过程系统的集成、产品管理与过程管理的集成、产品组织与过程组织的集成等[5]。另外，产品与过程集成的概念同样可以扩展到制造活动与销售、供应、分包等活动的集成关系。例如，在整机厂和配套厂的关系中，产品与过程集成的原则可以体现在早期参与和同步工程两个方面，使得主要为配合整机厂产品技术而开发过程技术的配套厂能够发挥更积极主动的作用，从而提高合作的深度和有效性。产品与过程集成所代表的超越制造模式或技术、全面的系统集成内涵正是工业工程技术的核心内容和实质所在。
1.3典型工业工程技术实施产品与过程集成层出不穷的各种面向下游的设计技术中，有许多是过程导向的设计技术，如为制造而设计、为装配而设计、为回收而设计、为检测而设计、为维护而设计等，都是推进产品与过程集成的基础技术。其核心思想是设计和制造的有机结合，例如：尽早建立设计—制造团队、确定符合制造过程及技术的设计要求、共同评估成本和有风险的环节、制造工程师从概念设计开始参与设计各阶段的评估、共同决定需要通过模型或模拟来确定的设计环节等[6]。
1.3.1并行工程（ConcurrentEngineering）
并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法（1988年美国国家防御分析研究所提出）。目标：提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间。具体做法：在产品开发初期，组织多种职能协同工作的项目组，使有关人员从一开始就获得对新产品需求的要求和信息，积极研究涉及本部门的工作业务，并将所需要求提供给设计人员，使许多问题在开发早期就得到解决，从而保证设计的质量，避免大量的返工浪费[7]。所以，并行工程强调面向过程，强调系统集成与整体优化。并行工程是工业工程的重要技术之一，它出色地实现和体现了产品与过程的集成。有的文献因此直接把并行工程解释为“集成产品与过程开发”（IntegratedProduct-ProcessDevelopment，IPPD）；有的把过程再造、制造竞争力、系统工程、生命周期管理等都理解为集成产品开发的两个同步工程转轮上的组成辐条[8]。
1.3.2成组技术（GroupTechnology）
成组技术是指建立在以相似性原理基础上合理组织生产技术准备和产品生产过程的一种方法。成组技术也称群组技术，它将企业的多种产品、部件和零件，按照一定的相似性准则（如形状、结构、加工工艺等相似）分类编组，合理地组织生产[9]。成组技术的核心是成组工艺，它不以单一产品为生产对象，而是将成组哲理用于设计、制造和管理等整个生产系统，按照若干产品零件结构和加工工艺的相似性进行处理。实施步骤：零件分类成组、制订零件的成组加工工艺、设计成组工艺装备、组织成组加工生产线，从而扩大批量、减少品种，改变多品种小批量生产方式，便于采用高效方法、提高劳动生产率，以获得最大的经济效益。在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的基础。成组技术同样是产品与过程集成的完整体现。以产品技术与过程技术的集成为指导思想的成组生产布局，能够将产品技术和过程技术最好地结合起来，在相对独立的工作单元中，做到最大限度的灵活、快捷、高效率，既适用于多品种生产，也适合于一定数量的成批生产[10]。成组技术将是今后一段时期内现代工厂布局的主要发展方向。
1.3.3虚拟制造（VirtualManufacturing）
虚拟制造又叫拟实制造，是20世纪80年代后期美国首先提出来的一种新思想，它是利用信息技术、仿真技术、计算机技术等对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，并及时地、并行地、模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等，从而更加有效地、经济地、柔性地组织生产，增强决策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化[11]。
基于虚拟现实技术的虚拟制造技术是在一个统一模型之下对设计和制造等过程进行集成，这里很难区分产品设计阶段和过程设计阶段、设计主导阶段或是生产主导阶段[12]。虚拟制造将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上，以高度综合的特征融合了各种先进制造技术、组织和理念，使产品与过程的集成得到了完美的体现。因此，信息技术、虚拟技术等为完美实施产品与过程的集成创造了前所未有的理想环境。另外，快速原型制造技术、准时制生产、制造资源管理、精益生产、敏捷制造等都以产品与过程的集成为重要原则和基础，为产品与过程的集成创造了先进的新手段，对生产过程、制造系统整体优化、改进企业组织管理工作提供了重要生产方法。
2产品与过程集成是制药装备产业创新发展的必然方向
2.1产品与过程集成是制造业发展的必然方向纵观制造业发展的历程，在手工制造时代，“做什么”和“怎么做”是一体化的，考虑这两个问题的主体是统一的。后来经过采用机器、发展大规模生产、建造流水线、实施专业化，设计者与制造者脱离。这样，在分工提高效率的同时，也带来了许多新问题，而且随着产品的复杂化、多样化，产生了越来越多的矛盾、脱节和对立。于是人们开始致力于弥补这些缺陷，实施协同配合、及时调度、同步交叉、加强反馈。事实上，当今发展的先进制造模式都是以集成的思路来处理这一矛盾的。
回顾制造业发展轨迹，不难发现，从“一体”经过“分离”，再走向“集成”，是螺旋式上升的发展[13]。产品与过程集成，是当今受到普遍重视的方向。虽然在提法上有时用的是设计和工艺、设计和制造、设计和过程、产品和制造的集成等，其实质和确切含义都是产品与过程集成。产品与过程集成不是简单的叠加，其目的不只是缩短周期，而是体现三大作用：（1）协调配合———相互沟通、减少矛盾、减少差错和返工；（2）缩短周期———早期介入、强化反馈、及早准备、提前完成；
（3）相互提高———互相支撑和加强、了解并充分发挥自身及对方的长处和优势[13]。因此，产品与过程集成是系统优化的能力倍增，是质的升级，是制造业发展的必然方向。
2.2产品与过程集成提高制药装备企业素质和增强企业竞争力
在国家产业结构调整时期，狠抓内部管理，苦练基本功，已成为许多企业扭亏增效的突破口。但现在问题的关键是如何抓管理、如何练内功？尽管有些企业在这方面已积累了不少经验，并取得了可观的成效，但总体来看，企业管理上仍然存在一些较严重的问题：如产品合格率低、成本上升、技术优势弱等[14]。出现这些问题的根源是企业的管理松懈以及随意性管理。为了解决上述问题，达到提高企业素质和增强企业竞争力的目的，我国制药装备企业必须要有一套科学的方法体系作保证，这就是工业工程技术所推进的产品与过程的集成。科学技术是第一生产力，是企业核心竞争力的重要表现。企业发展空间有多大，取决于它的科技实力，所以我国制药装备企业必须十分注重科技开发，在思想观念上要牢牢树立科技生存观、科技发展观；坚持把发展科学技术这个“第一生产力”作为企业生存和发展的大计；坚持把科技人才作为企业最重要的资源来爱护；确保企业装备、技术、人才的科技含量[15]。工业工程作为一门边缘交叉学科，是综合性的应用知识体系。我国制药装备企业应通过实施以产品与过程集成为重要原则和基础的并行工程、成组技术、虚拟制造、快速原型制造、精益生产等技术，通过实施现场管理，优化生产流程、改进操作方法、重新组合生产要素（人、机、料、方法、环境、检测、能源和信息等），不断改进和有效运行质量体系，生产出顾客满意的制药机械产品或提供顾客满意的服务，追求生产系统整体效益，降低成本、提高质量和生产率，从而达到增强市场竞争力的目的。
2.3产品与过程集成提高制药装备企业研发与创新能力
主导产业结构优化从国家层面，地区层面的研究的比较多，但是以县级为单位进行产业结构优化系统研究还不多，县级产业结构的调整和优化表现出与国家和地区层面不同的特点和侧重，从国家层面讲主要是一二三产业之间合理配置及内部的优化，但是像浙江嵊州市这样在长三角处于制造业县级中心城市地位，产业结构的优化虽然大体也要符合这个原理，但更主要体现为制造业产业之间以及内部的整合和升级，因为一方面县级产业结构规划不可能面面俱到。另一方面县级也要从全球化。县级政府只有紧紧把握产业全球化发展和演进的脉搏，并大力推进当地产业全球化及全球化发展中的结构优化，才能在走向经济全球化的过程中和区域一体化过程中实现自己的竞争优势。
一、县级主导产业结构的特点
1、产业层次不高
县级主导产业基本上处于国际分工的低端，主要产业以低水平加工业为主，众多低层次出口产品主要集中在传统出口市场展开低价竞争，新兴产业尚在发展当中，具体到嵊州（见表1）主要是以领带、针织、服装等劳动密集型产业和电声零配件、电机、普通造纸等低附加值产业为主，高新技术和高加工度产业的规模明显偏小，比重不大，嵊市的电声行业是一股独大，产值超亿元企业只是天乐集团，3000万元以上也只有8家，虽然有几个专业区块以同类产品集聚为主，但缺乏带动作用强的骨干企业。极大多数企业以家庭作坊式生产，生产设备简陋。
2、技术创新能力差
县级主导产业在科研方面的意识不强，研究开发投入占销售收入偏低，难以形成明显的核心竞争力（见表2）。一般来讲国际竞争性公司的研究发用占销售收入的5%。
3、县级主导产业脆弱性较大
嵊州市由于工业结构的特点：嵊州主导轻工业占比达68%，主要以纺织、服装、印染、造纸为主，而又是劳动密集性产业，由于这种行业发展的成熟，其脆弱性总问题更为严重。具体来讲，嵊州主导产业面临的系统性脆弱性问题主要有：一是劳动成本的提高，在完善民工制度的形势下，企业在劳动成本上需化较高的支出；二是出口受限、退税下调、人民币升值的情况下，导致整个行业竞争加剧，企业只能以损失自己的部分利益来维持目前的生存；三是原材料市场的不稳定，在原材料供应极其缺乏的背景下，企业需要更为强势的嗅觉来洞悉市场行情，而一些企业在这方面又比较缺乏，因此受其影响比较大。四是产品影响力不大，市场单一，没有自主品牌和核心竞争力，就会导致行业内恶性竞争相互残杀，因此差别生产和提升自主品牌和核心竞争力显得更为必要。因此加快产业调整，尽快找到新的路子，转入新的创新型、持续发展的产业尤为显得重要。
面临的特定脆弱性问题主要有：一是企业对国际标准和技术性贸易壁垒影响较大产品标准化是产品国际竞争的基础因素，在很大程度上决定着产品贸易的走向，从更广泛的意义上讲决定主导产业产品在世界市场上的地位。另外，随着电子元件产品大量进入国际市场，在知识产权纠纷、反倾销调查和技术贸易壁垒等方面，将会面临新的问题，而我市的电声企业明显准备不足。二是行业协会的作用还没有发挥。我国东部县的主导产业主要是制造行业，这些企业的出口业务往往占了很大比重，目前大部分行业协会仅对国内外贸法规和政策关注较多，对国际贸易协定和外国贸易法规较少关注。当行业直接卷入国际贸易摩擦，遭遇国外反倾销、反补贴、知识产权调查等贸易大棒时，这些行业协会就发现知识储备不够，就是在国内同类产业竞争中，也难以发挥应有的作用。整个行业内没有形成产业专业化分工，每个企业遵循小而全的生产模式，对未来的产业资源整合带来了很大难度。
4、县级主导产业与区域内其他县市的融合性差
第一，原来不同的产业，分别对应不同的产业体系，现在这些产业体系之间可以实现兼容和通用，第二，原来不同产业之间分工发生了模糊以到消灭，原有产业中具有较大产业影响力的代表性企业，或者是产业中的多数企业，开始由原来的单一经营转为融合意义上的多元经营，也就是说这些企业向融合的另一方产业扩展了自己的经营范围，降低了专业化程度，原来不同产业的企业之间的分工，转化了同一产业内的企业之间的分工以及企业内的分工，第三，原来不同产业的企业在融合时发生业务交叉和市场竞争，事实上，竞争不仅仅是融合的结果，竞争本身是融合的标志，竞争还促进了融合，第四，在已经实现融合后的产业内仍然存在分工，目前，对东部县级主导产业来说，产业融合最大的问题是区域之间的同构和本区域内自身产业的分工合作问题，这种同构和自身产业的分工不足激化了县级主导产业的竞争，在一定程度上不利于主导产业的发展。对嵊州来说，在浙江省政府做出了打造浙江先进制造业基地的战略决策以来，杭州、绍兴、温州、台州等地区纷纷行动。由于各地也同样具有建设先进制造业基地的强烈愿望和实际行动，为了各地的经济增长、社会就业和地方利益，行政区域间的竞争程度将远远超过相互协作的程度，竞争不仅仅表现为争夺相对有限的市场份额和资源份额，而且还上升到地区间支柱行业的竞争和引进外资的竞争，构成发展竞争的新局面。嵊州制造业与周边县市比较，产业结构趋同（见表3），最明显的是纺织、机械业都是各县市的主导产业和优势产业，是打造先进制造业基地的首选产业，因此，嵊州打造以纺织、机械业为方向的先进制造业基地面临较大的竞争。
对于嵊州市平讲主导产业来说还没有形成有效的分工合作体系，企业生产加工成本较高。企业生产组织方式普遍存在“大而全，小而全”现象，产业目前尚未形成有效的分工合作体系。
二、县级主导产业的优化对策
1、产品结构调整
传统的产品结构调整是指产业根据市场需求及其结构的变化要求，对产品的品种、规格、样式、比例及其相互间的组合关系进行改变和优化的行为和过程。从内容上看，产品结构调整包括产品的品种结构调整、产品的规格结构调整、产品的样式结构调整、产品的质量结构调整等。
2、产业的技术结构调整
其含义包括三个方面：一是对产业现有技术存量的重新协调、选择与整合；二是对产业现有技术的使用、发挥状况进行改进；三是对产业潜在可用技术的选择、开发、吸收与引进。从系统的观点看，衰退产业的技术结构调整是对衰退产业技术系统内诸技术元素间的质的组合和量的比例关系的重新选择、协调与整合的过程。该过程的实现有两条途径：一是产业技术存量的调整，意指上述含义的前两个方面；二是产业的技术增量调整。县级主导产业必须以传统产业高新化和高新技术产业化，引领产业结构调整的未来技术的调整也可从产品类型上进行分析，从产品类型上分，创新可大致分为原始创新、消化吸收再创新和集成创新三种。嵊州市企业在产品创新上大多属于后两种，尤其是消化吸收创新方面，很多企业把眼光瞄准了国外的先进技术与设备，通过技术攻关和工艺改进，研制出自己的拳头产品。比如为了提升产品档次，嵊州美多电器有限公司投资200多万元，购进先进的激光切割机和激光焊接机，对设备进行了投入和技术改造，加快新产品的开发，提高产品工艺质量水平，使他们企业生产的厨具能够跟国外产品进行接轨。在集成创新方面，天乐集团的集五大功能为一体的家庭影院产品和“福威重工”的多功能农用机械都是成功的例子。但集成创新和消化吸收创新门槛相对较低，适合企业在技术和产品上的改良和提升。
3、产业的组织结构调整
产业的组织结构调整是指产业为了达到较高的市场绩效，在有关政策指导下，结合自身的产品结构调整和资产结构调整，通过相关企业合并、兼并、破产、退出、出售、拍卖、收购与重组等方式对企业的外部市场结构，如市场的集中度和市场进入退出壁垒等以及企业的内部结构，如企业产权结构、企业组织结构等进行改变和优化的行为和过程。总体而言，嵊州市企业离科学规范管理的标准还有很远，这也意味着组织结构调整依然艰苦。目前嵊州已经加对对领带服装、绢丝针织、厨房用具、电机、机械、电子电声、生物医药、汽摩托车配件和造纸十大特色工业行业进行了整合，重点培育领带服装/电器厨具/机械电机融合而成三大主体产业集群，从而推动产业结构的融合提升。领带产业面临加快产业的整合与升级，拉长产业链的压力。
4、产业的空间区位调整
所谓产业的空间区位调整，就是指产业根据外部环境变化和自身发展的需要，通过生产单元、销售单元、控制（决策）单元等产业基本功能单元的主动空间迁移而对产业的生产区位、市场区位和决策区位进行全部或部分的空间重构的行为与过程。产业的空间区位调整的实质就是产业的空间转移。从概念上看，衰退产业空间区位调整包括生产区位调整、市场区位调整和决策区位调整三个内容。其中，具有重要意义的是产业生产区位的调整。通常讲的产业空间区位调整就是指产业的生产区位调整。
【参考文献】
[1] 江世银：区域产业结构调整与主导产业选择研究[M].上海人民出版社，2004.
［关键词］世界工厂制造业自主创新
一、“世界工厂”的演进历程
1.“世界工厂”的含义
（1）“世界工厂”的定义
什么叫“世界工厂”？简言之，“世界工厂”就是为世界市场大规模提供工业品的生产制造基地。“世界工厂”不仅是某些工业制成品的全球主要供应者，而且是一系列对经济发展起关键性拉动作用的主导产业和主导产品的全球主要生产商。
（2）“世界工厂”在经济全球化下新的内涵
经济全球化是指世界各国的经济活动和经济过程都被纳入一个以通信技术和网络技术联接起来的全球性网络，在全球范围内寻求资源的最佳配置。
2.英国：自由竞争时代的“世界工厂”
从17世纪到19世纪末，随着市场机制的形成及其运作，特别是资本主义生产方式率先在英国取得统治地位，反对国家干预经济活动，强调自由经营、自由竞争和自由贸易的经济自由主义思想及其政策，强化了市场机制对经济活动的自发调节作用，支持并促进了这一时期英国的工业化发展。英国成为“世界工厂”主要有三个因素：
（1）工业革命使英国成为世界工业生产第一大国
工业革命完成后，机器的使用进一步普及，更使经济蓬勃发展，工业生产保持世界首位，从而形成了强大的物质基础。在纺织业，纺纱机和织布机的问世使产品的质和量得到极大提高，而以蒸汽作动力更是解决了人力纺织的困难。
（2）他国的工业革命为英国提供了产品市场和原料产地，19世纪中期，欧洲大陆各国和美国正处于工业革命时期，他们急需各种机器设备、先进技术和大量资金，这为英国的工业产品出口创造了极大的需求，从而促进了英国工业的急剧发展。
（3）自由贸易政策进一步增强了英国工业产品的竞争力
过去严格的保护关税制严重阻碍了英国经济的发展，而且成本低廉的英国工业品无须关税保护。通过取消保护关税政策，英国成为世界上第一个实行自由贸易的国家。
3.美国：市场自由竞争走向政府干预时代的“世界工厂”
在19世纪末20世纪初，各主要资本主义国家发展不平衡加剧，英国作为老牌的资本主义国家发展的步伐缓慢下来，并逐渐丧失了“世界工厂”的地位，而美国的工业出现跳跃式发展。在市场作用的基础上，政府加强了对经济的宏观干预，使美国作为新的“世界工厂”脱颖而出。美国成为“世界工厂”主要受三方面因素的影响：
（1）产业革命促进了美国工业的发展
（2）两次世界大战极大刺激了美国工业的发展
（3）政府的投资使美国具备了一系列领先的新兴工业
二、中国“世界工厂”化的基本发展战略
1.以我为主，自主创新
由于通过引进方式只能获得一般意义上的边缘技术，核心技术的取得是无捷径可走的，但核心技术又决定着制造业发展的总体方向，因此中国要成为真正意义上的“世界工厂”，必须拥有自己的关键性核心技术作支撑。主要是要以我为主，自主创新，充分发挥政府的政策诱导作用，积极调动企业自主开发的积极性。
2.加强技术装备，推广先进制造技术
先进的技术装备是一国科学技术进步的物化形式和集中体现，没有自己先进的技术装备，就不可能有现代化工业，也不可能出现真正意义上的“世界工厂”。另外，先进制造技术是支撑现代制造业的骨架和核心，在信息科技革命浪潮影响着人类一切经济活动时，传统制造技术必然受到冲击，先进制造技术就是传统制造技术与信息科学技术和现代管理相结合的产物。
3.加强自主知识产权的创造和保护
企业是技术自主创新的主体，作为产业层面的制造业的国际竞争力，其实最终还是体现在企业的竞争力上。激励企业进行自主创新活动是提升我国制造业整体竞争力的关键，是自主创新制度安排的核心问题。
4.制定配套的产业引导政策和金融财税政策
适当的产业政策和金融财税政策对提高企业自主创新能力也有很大的帮助。如政府可以制定产业政策，鼓励对技术含量较高的产业或项目投资，对那些高消耗、高污染的项目叫停等。由于研发创新活动都具有较高的不确定性，对于企业来说就面临较大风险，国家可以制定适当的金融政策，如财政拨款、优惠贷款、补贴以及担保等，来分散创新者的风险，激励企业的研发创新活动。对于由研发创新结果得到的收益，可以在税收上给予优惠等。
参考文献：
[1]葛丰：从“世界加工厂”到“世界工厂”[J].2006，(43)
[2]弓正：“世界工厂”的落日余晖[J].现代班组，2009，(11)
[3]韩云霞：浅谈中国制造业“世界工厂”的发展策略[J].中国高新技术企业，2009，(16)
