二十一世纪制造业面临的挑战与对策

　　1 引言

　　制造业是所有与制造有关的企业机构的总体，是国民经济的支柱产业，它一方面创造价值、生产物质财富和新的知识，另一方面为国民经济各个部门包括国防和科学技术的进步与发展提供先进的手段和装备。在工业化国家，约有1/4的人口从事各种形式的制造活动，约有70%～80%的物质财富来自制造业。因此，很多国家，特别是美国把制定制造业发展战略列为重中之重［3］。美国认为制造业不仅是一个国家国民经济的支柱，而且对其经济和政治的领导地位也有着决定性影响。

　　2 制造业的变革与面临的挑战

　　(1)制造业世界格局的变化

　　60年代开始，日本重视科技进步、研究先进的制造技术、大力推广应用高新技术成果，加上严密的社会组织和大量高素质的人才，使经济迅速崛起，把原来美国占绝对优势的产业(如汽车、照相机、家电、机床、复印机、半导体等)变成了自己的主导产业，占领了世界包括欧美市场。加上70年代以来依靠制造业发展起来的亚洲新兴工业国家和地区(包括台湾、香港、新加坡和韩国)，使得世界制造业变成多极化的局面。

　　(2)制造业产品结构、生产模式和生产过程的变化

　　制造业产品结构正朝着先进实用、高效、节能、体积小、质量好、功能先进无冗余、环保型绿色产品方向发展。生产模式朝着多品种、小批量、单件化、柔性化、生产周期大幅度缩短等方向发展。生产过程朝着高速、精密、自动化、少切削、节能、环保型、非传统加工方法，甚至零缺陷等方向发展。

　　(3)市场竞争越来越激烈

　　随着科学技术的进步、社会生活水平的提高，人们对产品的要求越来越高。产品质量的概念不再是满足设计要求，而是用户对产品的满意度。世界经济的全球化，进一步加剧了市场的竞争。

　　(4)新思想、新技术不断涌现

　　世界制造业领域新思想、新技术层出不穷，如FMS/CIMS/IMS/LP/AM、并行工程、成组技术、鲁棒性设计、快速原型技术(RP)、虚拟制造(VM)、分散络化制造等，这些新思想、新技术都在不同时期、不同程度上推动了制造业的发展。

　　(5)21世纪制造业面临的挑战

　　在未来消费者导向的时代，如何对市场环境急剧变化作出快速反应，及时掌握用户需求，有效地生产和提供令用户满意的产品和服务，是21世纪制造业面临的挑战。

　　3 21世纪制造业的对策研究

　　由于国内外市场竞争加剧，科学技术发展迅速，产品更新换代速度加快及人们对产品多样化的需求增加，使得机械制造业向多品种小批量生产方式发展。为适应这种情况的变化，美国、日本等国开展了大量的对策研究。提出了许多新观点、新思想、新概念，先后诞生了许多先进制造技术与系统，例如FMS、CIMS、并行工程(CEConcurrentEngineering)、独立制造岛、精良生产(LPLeanProduction)、智能制造系统(IMSIntelligentManufacturingSystem)、敏捷制造系统(AMSAgileManufacturingSystem)、生物制造系统(BMSBionicManufacturingSystem)、合弄制造系统(HMSHolonomicManufacturingSystem)、全能制造系统、全球制造系统［4］、虚拟制造系统(VMSVirtualManufacturingSystem)［5］等。

　　80年代，CIMS引起了国内外的广泛关注。我国也很重视CIMS的研究与应用，将CIMS列为国家“863”高技术发展计划自动化领域中的专题之一，在四个国家CIMS实验工程的基础上，目前正在全国推广应用CIMS。然而，国内外的CIMS实践并非一帆风顺，因为：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片面强调高技术，偏离企业目标，没有获得所期望的柔性和经济效益；④在建立CIMS的过程中，实现全面集成还有很大困难，而且花费代价太大；⑤过分强调信息集成与自动化，忽略了“人”在系统中的作用。

　　面对这种情况，CIMS应在实践的基础上，认真总结经验，不断吸收新思想、新观点、新技术，从而产生新一代CIMS。同时，各主要工业发达国家都在谋求对策，调整科技政策，各自制定了适合本国国情的制造业自动化发展计划。如美国的SoN计划。SoN是由美国国家标准与技术研究所(NIST)提出的一个面向中小企业的综合自动化计划(SoNShopsofthe90’s)，其主要内容是：

　　(1)对企业的现状进行诊断和评估找出症结所生。对生产设备逐台进行分析，建立档案，作出可继续使用、需要改装或应予以报废的结论。主张仅在关键工序上采用数控机床，不盲目追求物流自动化；

　　(2)建立一个由微机组成的计算机络。主要包括CAD/CAPP/CAM/DNC、计划调度、工具管理、定货管理和成本核算。

　　(3)大力提高人员素质。对所有人员进行轮流为期6个月的培训。实践表明，随着人员素质的提高，特别是观念的更新，劳动生产率和工作效率有了明显提高。

　　在CIMS探索和实践的基础上，人们逐渐认识到必须在信息集成的基础上，从全局优化的观点出发，在CIMS的各功能子系统之间实现双向的信息交换和共享，以达到各功能间的相互协调与优化，实现产品开发过程的功能集成。

　　美国为夺回其制造业的世界霸主地位，加大投资力度，促进制造业策略的研究，使美国制造技术不断翻新，新思想层出不穷。80年代认为CIMS将不可逆转地成为21世纪占主导地位的新型生产方式，CIM是美国夺回业已失去的市场并取得竞争成功的关键。时隔几年，又提出了CE，使CE在90年代初成为工厂自动化方面的一个热点。接着又掀起了LP和AM的热潮。认为：LP会真正改变世界的生产和经济形式，对人类社会产生深远的影响。AM将使美国在2006年以前重新恢复其在制造业的领导地位，还将在21世纪的竞争中占主导地位［6］。

　　日本也提出了IMS的概念与智能制造计划，目前该计划已成为制造领域最大的国际合作研究计划。

　　目前，制造业正在向全球制造方向发展，VMS也成为又一研究热点。

　　4 21世纪制造业的特征

　　21世纪制造业将具有“哪些特点、将会怎样”引起了人们的广泛关注，有人认为21世纪制造业追求“更快、更净、更精”，21世纪制造业将采用灵快、精简、柔性的生产系统。

　　21世纪制造业将具有以下主要特征：

　　(1)产品开发周期显著缩短，上市时间更快，这是21世纪市场环境和用户消费观所要求的，也是赢得竞争的关键所在。这一点从美国制造业策略的变化可以看出。美国制造业的策略从50年代的“规模效益第一”，经过70年代和80年代的“价格竞争第一”和“质量竞争第一”，发展到90年代的“市场速度第一”，时间因素被提到了首要位置。

　　(2)具备赢得竞争、提高市场占有率的四种基本能力：①时间竞争能力(Time)，产品上市快、生产周期短、交货及时；②质量竞争能力(Quality)，产品不仅可靠性高，而且使用户在各方面都满意；③价格竞争能力(Cost)，产品生产成本低，销售价格适中；④创新竞争能力(Creation)，产品有特色、生产有柔性、竞争有策略。

　　这四种能力可以比喻为椅子的四条腿，缺少任何一条，就无法在市场中站稳脚跟。其中最重要的能力是创新能力，企业的创新不仅指产品设计和生产工艺上的创新，还要包括制造观念的更新、组织的重构、经营的重组。历史证明，综合创新能力是推动企业发展的动力和最强大的竞争武器。

　　(3)柔性更加提高，以响应“瞬息万变、无法预测”的市场。企业不仅要具备技术上的柔性，还要具备管理上的柔性，以及人员和组织上的柔性。21世纪制造业将通过快速改造或重组来捕捉不可预见的机会。它们将利用标准的机器、软件以及可以简单地插接到生产系统中去的生产过程，争取在很短的时间内构成一个新的生产系统。

　　(4)全生命周期内的质量保证。产品质量的完整概念是顾客的满意度，可靠性仅是质量的一个指标，但它不再能赋予产品以足够的竞争优势。在用户看来，产品可靠、具有一定的使用寿命是理所当然的。对产品质量更全面的理解是：用户占有、使用产品的一种综合主观反映，包括可用、实用、耐用、好用。21世纪制造业提供给用户的，应该是整个产品生命周期内的产品、服务和信息的动态组合，以逐步代替单纯的产品买卖和有限担保关系。

　　(5)企业的组织形式将是跨地区、跨国家的虚拟公司或动态联盟。Internet国际为虚拟公司或动态联盟的实现提供了一定的基础。

　　(6)生产过程更加精良。产品开发、生产、销售、维护过程更加简化，生产工序更加简单，从而降低成本、提高劳动生产率、缩短上市时间。

　　(7)人员素质更加提高。21世纪制造业要求全体职员具有更高的技术、管理和协作素质，每个人都应掌握多种技术、胜任多种工作，对企业状况和市场环境有一定的了解，员工之间要有高度的信任和协作精神，充分发挥企业的群体优势。

　　(8)智能化程度更高。在产品设计和制造过程中广泛应用人工智能技术，各种设备的智能化程度大大提高。

　　(9)更加注重环境问题。环境问题是人类社会所面临的共同问题，是关系到人类生存的问题，也是社会能否持续发展的重要问题，因此引起了人们的广泛关注。

　　(10)分布、并行、集成并存。分布性更强、分布范围更广，是全球范围的分布；并行化程度更高，许多作业可以跨地区、跨部门分布式并行实施；集成化程度更高，不仅包括信息、技术的集成，而且包括管理、人因和环境的集成。21世纪制造业的四个关键因素是技术、管理、人因和环境。

　　5 21世纪制造业的发展趋势

　　21世纪制造业的研究重点和发展趋势是“智能化、集成化、柔性化、络化、全球化、精密化、信息化、知识化”，具体体现在以下17个方面。

　　①设计技术的现代化；②成形制造技术向精密成形或净成形方向发展；③加工制造技术向超精密、超高速以及新一代制造装备方向发展；④新型加工方法以及复合工艺不断发展；⑤专业学科的界限逐渐淡化、消失；⑥工艺由技艺发展为工程学科——工艺模拟技术得到迅速发展；⑦虚拟技术在制造业中将得到广泛应用；⑧信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，先进制造生产模式不断发展；⑨绿色制造将成为21世纪制造业的重要标志；⑩以提高对市场快速反应能力为目标的制造技术得到超速发展和应用，如CE、RP等；零部件制造业发展迅速，“中场产业”崛起；企业间从竞争走向既竞争、又结盟之路，政府鼓励企业联合开发；技术创新将成为21世纪制造业竞争的焦点；重视生产技术的开发与应用；企业视质量为生命，质量管理持之以恒；以人为本，高度重视激发员工的积极性与创造性；制造业的信息化。

　　6 我国制造业面临的困难与对策

　　目前，我国制造业承受着国内外市场竞争和产品品质的压力，同时受到资源、环境、策略和人员素质的制约。面临的主要困难是：

　　①产品开发设计方法和技术手段落后；②小而全、大而全的庄园式企业严重制约了制造业的发展；③管理落后；④产品质量有待于进一步提高；⑤制造工艺与技术装备陈旧落后。

　　解决我国制造业目前的困难，应注重以下几个方面的问题：

　　①领导统一认识、高度重视、全面规划；②产学研结合、企业作为主体、重点抓应用；③加强人员培养和培训工作；④从企业实际出发，采用滚雪球战术；⑤抓管理技术、少硬件投资、向管理要效益；⑥参与国际合作、 国际研究动态、引进、消化、创新先进技术；⑦制定合理政策、促进民族工业发展；⑧扶持中小企业，增加知识投入；⑨促进学科交叉，加强基础研究。

　　我国发展、推动、振兴制造业的出路在于有效地集成企业体制和机制的改革，生产合理化的改组，以及生产现代化的改造，充分利用并集成分散的、有限的制造资源，集成技术创新，并以技术创新和管理创新激活我国制造业存在的巨大潜力，这是我国制造业的必然选择。

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