當(dāng)前，制造業(yè)正朝著精密化、自動(dòng)化、柔性化、信息化、集成化和智能化的方向發(fā)展，隨著這種發(fā)展趨勢(shì)，涌現(xiàn)出許多先進(jìn)制造技術(shù)，諸如計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和智能制造技術(shù)等，以提高制造業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力為目標(biāo)的科技進(jìn)步與企業(yè)改造工程的成功實(shí)施。這不僅僅是技術(shù)問(wèn)題，而是先進(jìn)的制造技術(shù)必須在與相匹配的制造模式中運(yùn)作才能收到良好效果的，因此，對(duì)先進(jìn)制造模式的研究勢(shì)在必行。
先進(jìn)的制造模式
并行工程
1988年美國(guó)國(guó)防分析研究所(IDA)的R.I.Winner提交了題為“并行工程(Concurrent Engineering簡(jiǎn)稱(chēng)CE)在武器系統(tǒng)采購(gòu)中的作用”的研究報(bào)告中提出了并行工程的概念。并行工程的定義是：集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)的各種過(guò)程(包括制造過(guò)程和支持過(guò)程)的系統(tǒng)方法。這種方法要求產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員在設(shè)計(jì)一開(kāi)始就考慮，在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中，從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢處理的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃、用戶(hù)要求等。為了了解并行工程的內(nèi)涵，要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：
(1)CE是關(guān)于設(shè)計(jì)過(guò)程的方法，它要在設(shè)計(jì)過(guò)程中全面地考慮到相關(guān)過(guò)程的各種問(wèn)題，但不包含制造過(guò)程等其它過(guò)程。相反，強(qiáng)調(diào)在生產(chǎn)前完成全部設(shè)計(jì)。
(2)CE不要求設(shè)計(jì)和生產(chǎn)并行進(jìn)行或交*地完成設(shè)計(jì)和制造任務(wù)，而是指對(duì)產(chǎn)品及其下游過(guò)程進(jìn)行并行設(shè)計(jì)，CE不能隨意消除一個(gè)完整工程過(guò)程中現(xiàn)存的、順序的、向前傳遞信息的任一必要階段。
(3)CE的技術(shù)構(gòu)思是對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的集成，它是企業(yè)集成的一個(gè)側(cè)面，不是超出企業(yè)集成的一個(gè)新概念。
(4)CE不僅是可加工性、可靠性和可維修性設(shè)計(jì)，還包括產(chǎn)品的美觀性、耐用性甚至產(chǎn)品報(bào)廢后可處理性等更多需求的設(shè)計(jì)，其目的是優(yōu)化設(shè)計(jì)。
CE改變了制造業(yè)的企業(yè)結(jié)構(gòu)和工作方式，實(shí)施CE的企業(yè)可達(dá)到以下目標(biāo)：通過(guò)縮短設(shè)計(jì)周期，減少再設(shè)計(jì)工作量，在設(shè)計(jì)階段不僅設(shè)計(jì)產(chǎn)品，同時(shí)與生產(chǎn)有關(guān)的方法、計(jì)劃等均要確定，因而能縮短產(chǎn)品的制造周期，使產(chǎn)品投入市場(chǎng)的時(shí)間縮短；CE強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和過(guò)程設(shè)計(jì)，以達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，提高產(chǎn)品質(zhì)量；CE是為了降低產(chǎn)品在整個(gè)生產(chǎn)周期中的消耗，包括設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)和維修等的消耗，因此能降低成本；CE與順序工程比較，在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)柔性和產(chǎn)品創(chuàng)新等方面均占優(yōu)勢(shì)，因此能增強(qiáng)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。
為了成功實(shí)施并行工程的生產(chǎn)模式，除了要依靠現(xiàn)有科技成果、鼓勵(lì)創(chuàng)新之外，還要加強(qiáng)基礎(chǔ)理論與技術(shù)的研究，其中CAX(CAD、CAM、CAPP、CAE等的簡(jiǎn)稱(chēng))和DFX(面向性能DFP、裝配DFA、制造DFM、分析DFE、測(cè)試DFT、質(zhì)量DFQ、成本DFC、服務(wù)DFS等的簡(jiǎn)稱(chēng))是并行工程的關(guān)鍵技術(shù)；另外，還要加強(qiáng)CE過(guò)程的建模與仿真，加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理，加強(qiáng)綜合協(xié)調(diào)技術(shù)等。目前，國(guó)內(nèi)一些有關(guān)這方面的專(zhuān)家學(xué)者基于并行工程的內(nèi)涵，開(kāi)展面向并行工程的自動(dòng)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)和并行制造方法的研究，探討并行工藝設(shè)計(jì)和并行制造實(shí)施策略。
精良生產(chǎn)
精良生產(chǎn)(Lean Production簡(jiǎn)稱(chēng)LP)是美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)于1989年和1990年出版的《美國(guó)制造業(yè)的衰退及對(duì)策——奪回生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)》和《改變世界的機(jī)器》兩本專(zhuān)著中提出LP的概念，實(shí)際上在這之前，日本在這方面已經(jīng)作了大量工作。
LP是一項(xiàng)在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的新技術(shù)，其特征是
(1)重視客戶(hù)的需求，以最快的速度和適宜的價(jià)格提供質(zhì)量?jī)?yōu)良的適銷(xiāo)產(chǎn)品去占領(lǐng)市場(chǎng)，并向客戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。
(2)重視企業(yè)職工的作用，強(qiáng)調(diào)一專(zhuān)多能，推行小組自治工作制，賦于每個(gè)職工有一定的獨(dú)立自主權(quán)，運(yùn)行企業(yè)文化。
(3)精簡(jiǎn)一切生產(chǎn)中不創(chuàng)造價(jià)值的工作，減少管理層次，精簡(jiǎn)組織機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程和生產(chǎn)過(guò)程，減少非生產(chǎn)費(fèi)用，強(qiáng)調(diào)一體化質(zhì)量保證。
(4)精益求精，持續(xù)不斷地改進(jìn)生產(chǎn)，降低成本，力求達(dá)到零廢品、零庫(kù)存和產(chǎn)品品種多樣化。
實(shí)現(xiàn)LP有四項(xiàng)基本支持技術(shù)：
(1)成組技術(shù)（Group Technology簡(jiǎn)稱(chēng)GT)是基礎(chǔ)。應(yīng)用GT方法可將原生產(chǎn)系統(tǒng)的老模式改變成流水型和單元型的新模式，可使企業(yè)工作簡(jiǎn)化和有序化。
(2)適時(shí)生產(chǎn)(Just in Time 簡(jiǎn)稱(chēng)JIT)是LP發(fā)展的核心。JIT以市場(chǎng)需求為驅(qū)動(dòng)，按質(zhì)、按量和按時(shí)提供市場(chǎng)需求產(chǎn)品，達(dá)到低成本、高質(zhì)量和高效率。
(3)全面質(zhì)量管理(Total Quality Management簡(jiǎn)稱(chēng)TQM)，LP要求企業(yè)職工重視產(chǎn)品質(zhì)量，不僅要產(chǎn)品合格，而且要求不斷提出新的改進(jìn)方案，改進(jìn)質(zhì)量，做到盡善盡美。
(4)并行工程實(shí)施對(duì)LP的作用主要反映在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。
國(guó)內(nèi)一些企業(yè)應(yīng)用精良生產(chǎn)原理，通過(guò)實(shí)踐已經(jīng)取得了良好的效果。如在上海大眾發(fā)動(dòng)機(jī)廠(chǎng)，根據(jù)該廠(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)主要零件加工，貫徹JIT原則，從根本上改變了傳統(tǒng)的管理思想和管理方法，按用戶(hù)要求，按質(zhì)、按量、按品種和按期交貨，形成零廢品、零庫(kù)存，并杜絕一切浪費(fèi)。
敏捷制造
1988年美國(guó)通用汽車(chē)公司(GM)與里海(Lehigh)大學(xué)共同提出了一種新的制造企業(yè)戰(zhàn)略——敏捷制造(Agile Manufacturing 簡(jiǎn)稱(chēng)AM)。目前世界各國(guó)都有人在研究AM，尚沒(méi)有公認(rèn)的定義。在美國(guó)敏捷制造的提出者認(rèn)為：AM被定義為能在不可預(yù)測(cè)的持續(xù)變化的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中使企業(yè)繁榮和成長(zhǎng)，并具有面對(duì)由顧客需求的產(chǎn)品和服務(wù)驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)作出迅速響應(yīng)的能力。一個(gè)AM企業(yè)要具有多種能力，包括企業(yè)間聯(lián)作集成、高度制造柔性、快速制造和人力資源最優(yōu)使用等。
AM的特征是：
(1)企業(yè)間聯(lián)作集成 充分發(fā)揮各企業(yè)的長(zhǎng)處，針對(duì)限定市場(chǎng)的目標(biāo)要求，共同合作完成任務(wù)，任務(wù)完成后聯(lián)作解體，再依需求組織新的聯(lián)作。參與聯(lián)作的企業(yè)能實(shí)施信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)而在建成信息高速公路的前提下，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造技術(shù)及數(shù)據(jù)共享，才能更好的聯(lián)作開(kāi)發(fā)、聯(lián)作設(shè)計(jì)及聯(lián)作制造。
(2)具有高度的制造柔性 制造柔性是指制造企業(yè)對(duì)市場(chǎng)要求迅速轉(zhuǎn)產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多品種變批量的快速制造?？焖僦圃觳粌H涉及工藝及裝備，也涉及生產(chǎn)組織及管理，需要繼續(xù)加大研究開(kāi)發(fā)力度。
(3)充分發(fā)揮企業(yè)職工的作用 不斷提高企業(yè)職工的素質(zhì)和教育水平，優(yōu)化人機(jī)功能分配是企業(yè)取勝和成功實(shí)現(xiàn)AM的必要條件。
目前國(guó)內(nèi)有關(guān)這方面的專(zhuān)家學(xué)者，應(yīng)用AM的機(jī)理提出了“敏捷制造模式下的單元化制造”、“敏捷企業(yè)組織設(shè)計(jì)研究”等來(lái)充實(shí)和完善AM理論，走適合我國(guó)國(guó)情的AM道路。
敏捷制造思想提出不久，目前尚未發(fā)現(xiàn)成熟的稱(chēng)為“敏捷制造”的企業(yè)，但AM的機(jī)理是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造企業(yè)的模式之一，前景看好。
虛擬制造
當(dāng)今制造業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，根據(jù)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的需要，在強(qiáng)調(diào)快速和柔性的前提下，于80年代提出了虛擬制造(Virtual Manufacturing簡(jiǎn)稱(chēng)VM)的概念，90年代得到重視和發(fā)展。
虛擬不等于虛幻、虛無(wú)，虛擬是對(duì)真實(shí)制造過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬。VM是一種新的制造技術(shù)，它以信息技術(shù)、仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支持，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造實(shí)現(xiàn)之前，就能使人感到未來(lái)產(chǎn)品的性能或制造過(guò)程狀態(tài)，從而可以提前作出決策與優(yōu)化實(shí)施方案。 虛擬制造是一個(gè)處在發(fā)展中的新概念，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的定義。根據(jù)研究不同側(cè)重點(diǎn)可將VM分成：
(1)以設(shè)計(jì)與制造為中心的VM，其目的是通過(guò)“制造仿真”來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝過(guò)程的。
(2)以生產(chǎn)為中心的VM，其目的是方便快捷評(píng)價(jià)生產(chǎn)計(jì)劃、檢驗(yàn)工藝流程和資源狀況等，從而優(yōu)化制造環(huán)境配置和生產(chǎn)供給計(jì)劃。
(3)以控制為中心的VM，是將仿真能力增加到控制模型中，提供對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程仿真的環(huán)境。其目的是優(yōu)化制造過(guò)程，改進(jìn)制造系統(tǒng)。虛擬制造技術(shù)實(shí)際上是一種軟件技術(shù)，是在計(jì)算機(jī)上制造數(shù)字化產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)模擬仿真對(duì)產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)、加工及裝配過(guò)程仿真，在此基礎(chǔ)上再制造出真實(shí)產(chǎn)品。虛擬制造技術(shù)可以虛擬產(chǎn)品制造環(huán)境、虛擬生產(chǎn)過(guò)程、虛擬生產(chǎn)產(chǎn)品以及虛擬制造企業(yè)。
虛擬企業(yè)是敏捷制造的動(dòng)態(tài)組織形式，當(dāng)市場(chǎng)有新的機(jī)遇出現(xiàn)時(shí)，圍繞新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，通過(guò)選用不同的公司，不同地點(diǎn)的工廠(chǎng)，重新組織一個(gè)新公司。該公司在運(yùn)行之前，必須分析組合是否最優(yōu)，能否協(xié)調(diào)運(yùn)行，以及對(duì)投產(chǎn)后的效益及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。這種聯(lián)作公司稱(chēng)為虛擬公司，或者稱(chēng)為動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，它實(shí)質(zhì)是不同企業(yè)間的動(dòng)態(tài)集成，隨市場(chǎng)機(jī)遇的存亡而聚散。虛擬公司成員可以共享各種技術(shù)信息和產(chǎn)品數(shù)據(jù)，通過(guò)信息高速公路選取有關(guān)技術(shù)信息。
VM的關(guān)鍵技術(shù)可分為兩個(gè)方面：一方面偏重于計(jì)算機(jī)科學(xué)以及虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality簡(jiǎn)稱(chēng)VR)技術(shù)，另一方面偏重于制造應(yīng)用技術(shù)，主要是建模、仿真和可制造性評(píng)價(jià)。
現(xiàn)代制造過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，影響因素很多，以計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬制造技術(shù)是加速新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的有效手段，因此它是面向21世紀(jì)的先進(jìn)制造模式之一。
智能制造
智能制造(Intelligent Manufacturing 簡(jiǎn)稱(chēng)IM)是一種由智能機(jī)器和人類(lèi)專(zhuān)家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過(guò)程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過(guò)人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類(lèi)專(zhuān)家在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)。IM是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊控制技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用于制造業(yè)，使制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)智能化；它將信息技術(shù)集成進(jìn)行分析、判斷并具有規(guī)劃自身形為的能力，即自組織能力，因此集成是智能的基礎(chǔ)，人工智能是智能制造的高級(jí)階段。目前，智能制造系統(tǒng)是人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，是采取以人為中心，人與機(jī)械一體的技術(shù)路線(xiàn)，二者處在平等地位，組成一個(gè)系統(tǒng)，各自執(zhí)行自己擅長(zhǎng)的工作，共同認(rèn)識(shí)、共同感知、共同決策和共同工作。
人的思維可劃分為抽象思維、形象思維和靈感思維三種方式。人們對(duì)抽象思維計(jì)算機(jī)化做得較多，而對(duì)其它兩種思維則做得較少，甚至沒(méi)做。人的思維是上述三種思維的綜合物，思維的物化一定要基于對(duì)思維本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。因此，在對(duì)人的思維本質(zhì)了解甚少的今天，要想以人工智能系統(tǒng)全面取代制造過(guò)程中專(zhuān)家的智能去獨(dú)立承擔(dān)分析、判斷和決策的任務(wù)是十分困難的。
未來(lái)的制造業(yè)必然是以高度集成化、信息化、柔性化、精密化和智能化為特征的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，盡管智能化制造技術(shù)還在探索、研究和開(kāi)發(fā)階段，但我們可以斷定智能制造技術(shù)將是21世紀(jì)機(jī)械科學(xué)的發(fā)展方向。
我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的先進(jìn)制造模式
獨(dú)立制造島(AMI)
獨(dú)立制造島是上海同濟(jì)大學(xué)張曙教授根據(jù)在引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，必須改革生產(chǎn)組織的角度于1988年提出的先進(jìn)制造模式。獨(dú)立制造島的技術(shù)構(gòu)思是：以成組技術(shù)(GT)為基礎(chǔ)，以NC機(jī)床為核心，強(qiáng)調(diào)信息流的自動(dòng)化和以人為中心的生產(chǎn)模式，要求組織、人員和技術(shù)三者有機(jī)地集成，面向車(chē)間權(quán)力下放，綜合治理，并以獲經(jīng)濟(jì)效益為主要目的。
獨(dú)立制造島大膽改革了傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，應(yīng)用成組技術(shù)，調(diào)整機(jī)床布局，以開(kāi)發(fā)軟件彌補(bǔ)硬件不足，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)自動(dòng)化管理，共同構(gòu)成以人為中心，以信息自動(dòng)化為先導(dǎo)，相對(duì)自主的單元化生產(chǎn)系統(tǒng)，投資少，見(jiàn)效快。
這項(xiàng)先進(jìn)制造模式已在我國(guó)的上海、南京和北京的一些企業(yè)試點(diǎn)。如北京第二機(jī)床廠(chǎng)的“箱體零件獨(dú)立制造島”，通過(guò)運(yùn)行提高工藝編制效率8倍，提高機(jī)床群效率3倍。又如南京機(jī)床廠(chǎng)的“高精度圓柱齒輪獨(dú)立制造島”，通過(guò)運(yùn)行節(jié)省工時(shí)五分之一，精簡(jiǎn)人員四分之一。
這項(xiàng)研究在國(guó)際上得到高度評(píng)價(jià)。德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)已同同濟(jì)大學(xué)開(kāi)展合作研究。
QLRF制造模式
北京清華大學(xué)張伯鵬教授和國(guó)家自然科學(xué)基金委雷源忠高工等人于1995年出版的“機(jī)械工程科學(xué)技術(shù)前沿”一書(shū)中提出了面向21世紀(jì)的制造模式——QLRF制造模式。
該模式的特征是：面向客戶(hù)，依靠科技進(jìn)步，以?xún)?yōu)質(zhì)(Qualified)、精良(Lean)、快速(Rapid)、柔性(Flexible)完成制造。它是以1T2G3J4Z的方式運(yùn)行的，其含意是：1T——一次制造成功；2G——成組技術(shù)與分組作業(yè)；3J——按質(zhì)、按量、按時(shí)；4Z——零廢品、零庫(kù)存、零污染、零故障。QLRF是以效益為目標(biāo)，采用計(jì)算機(jī)控制和決策，應(yīng)用NC技術(shù)把先進(jìn)的制造技術(shù)與高素質(zhì)的職工和精良生產(chǎn)管理體制結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)高度集成。柔性制造是QLRF的關(guān)鍵，要保證產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和制造階段就要高度注意，爭(zhēng)創(chuàng)名牌產(chǎn)品；注意客戶(hù)的需求和市場(chǎng)走向，提供優(yōu)質(zhì)銷(xiāo)售和售后服務(wù)，及時(shí)反饋客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的反映；推行精良生產(chǎn)，去掉生產(chǎn)中一切多余環(huán)節(jié)，優(yōu)化生產(chǎn)管理體制；重視人的作用，同時(shí)采用并行工程，制造過(guò)程中采用NC、MC機(jī)床，建立全面質(zhì)量保證體系，按質(zhì)、按量、按時(shí)和一次制造成功的方式進(jìn)行生產(chǎn)。
該制造模式綜合了幾種先進(jìn)制造模式的優(yōu)點(diǎn)，也可以把它看成在我國(guó)現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)和企業(yè)環(huán)境的條件下，先進(jìn)制造模式的通用公式，是我國(guó)面向21世紀(jì)的制造模式。
