先进制造技术发展趋势

9.1 概述

9.1.1 什么是先进制造技术

先进制造技术是当代信息技术、自动化技术、现代企业治理技术和通用制造技术的有机结合；是传统制造技术持续吸取机械、电子、信息、材料、能源及现代治理技术成果，将其综合应用于制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，获得理想技术经济成效的制造技术的总称。包括运算机技术、自动操纵理论、数控技术、机器人、CAD／CAM技术、CIM技术以及网络通信技术等在内的信息自动化技术的迅猛进展，为先进制造技术的进展和应用提供了日益增多的高效能手段。

先进制造技术要紧包括三个技术群：主体技术群、支撑技术群和制造技术基础设施群。其具体内容要紧有：现代设计技术、周密及超周密加工技术、周密快速成型技术、特种加工技术、制造业综合自动化、过程工业综合自动化、系统治理技术等。 1. 先进制造技术中的主体技术群

主体技术群包括面向制造的设计技术群与制造工艺技术群。

(1)设计技术群。指用于生产预备的工具群与技术群。包括产品、工艺过程和工厂设计，如运算机辅助设计(CAD)及工艺过程建模和仿真、系统工程集成技术、快速样件成型技术、并行工程技术(CE)、面向环境的设计(DFE)。

(2)制造工艺技术群。指用于产品制造的过程及设备，包括材料生产工艺、加工工艺，连接和装配、测试和检验技术。 2. 先进制造技术中的支撑技术群

支撑技术群是使主体技术群发挥作用的基础和核心，是实现先进制造系统的工具、手段和系统集成的基础技术，包括信息技术、传感器技术和操纵技术。信息技术中包括网络和数据库技术、集成平台和集成框架技术、接口和通信、基于知识的决策支持系统以及软件工程方面的技术。先进制造系统中的操纵技术将向智能操纵方面进展。智能操纵系统具有按照过程和环境模型以及传感器数据实时决策的能力。这方面具有潜力的领域是人工神经网络和模糊逻辑的研究。网络和数据库技术是先进制造技术中的关键技术。通过全球网络实现信息的快速传递和共享，使企业之间的联合成为可能。 3

先进制造技术中的制造技术基础设施群

这是指为了治理好各种适当技术群的开发，促进技术在整个国家工业企业内推广应用而采纳的各种方案和机制；是使先进的制造技术与企业组织治理体制，以及使用技术的人员和谐工作的系统工程。它要紧包括质量治理、用户／供应商交互作用、人员培训和教育、全局监督和基准评测、技术猎取和利用。

在利用先进制造技术的以后企业中，连续教育和培训已变得日益重要。以后的企业面临的是多变的市场和猛烈竞争的环境。聘用职员的关键是看他能否多专、多能地、能动地迅速适应产品变化、工作岗位变化、所需技能变化以及促进这些变化的知识能力。明显，教育和培训是抵消环境持续变化所带来的潜在打击和担忧的要素。因此，

关于企业而言，要想有效提升其竞争能力，综合教育和培训打确实是基础。

9.1.2 先进制造技术的特点

21世纪的市场竞争，确实是先进制造技术的竞争。先进制造技术贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用修理等全过程，因此，21世纪的先进制造技术应具有下列特点：

1. 以低消耗制造高效益、高劳动生产率

低消耗意味着低成本，从而能够制造高效益。降低能源的消耗和有效地利用能源成为以后制造业十分关怀的咨询题。工业生产消耗了发达国家大量能源。人们期望持续提升生活水准，但也会带来全球能源的高消耗，从而引起人们对节能的关注。改进原有生产过程能够有效地降低工业过程的能耗。例如：大范畴内实现质量操纵，不仅在其他方面受益，而且也节约了用于生产不合格产品而消耗的能源。 2. 提供有竞争力的优质可售产品

先进制造企业提出了产品终身质量保证。“质量”一词的含义已不仅仅是“零缺陷”了。由于越来越多的公司都能有效地保证产品无缺陷，因此，人们把“质量”重新定义为“零缺陷”与“用户中意”。产品的工程设计过程也不仅仅是为保证其无缺陷，而且还要从许多方面使用户中意。如此的产品才有竞争力。 3. 采纳适用、先进的工艺装备

运算机技术、自动化技术、新材料技术、传感技术、治理技术等的引入，使制造技术成为一个能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。适用、先进的工艺和装备能快速生产出产品，并保证质量。 4. 具有迅捷响应市场的能力

当前，工业正进入市场和经济因素高度分散、快速变化、不可推测的时代。企业为了求得生存就必须应付这些频繁的变化，要想在持续变化的环境中做到迅速响应，就必须重视技术与治理的结合；重视制造过程组织和治理体制的简化与合理化，使硬件、软件和人集成的大系统的组成和体系结构具备前所未有的柔性。这体现了以后制造系统的先进性。

5. 满足环境爱护和生态平稳的要求

现今，环境咨询题已成为企业运行的关键因素。随着社会对环境咨询题越来越关注，要求企业工艺系统以及设备向“环境安全型”组织转化。面对环境的日益破坏，世界范畴内环保热潮持续高涨。政府及民间组织对制造业提出更严格的要求。因此，人们提出了面向环境的设计(DFE)。美国IBM，DEC及AT&T等大公司领先采纳了DFE思想。DFE节约了材料和能源的消耗，提升产品的重新利用率，增强了企业的经济效益。

9.1.3 先进制造技术的产生背景

9.2 几种典型先进制造技术简介

9.2.1 智能制造

一、智能制造研究的背景

近年来，由于市场竞争的冲击和信息技术的推动，传统的制造产业正经历着一场重大的变革，围绕提升制造业水平这一中心的新概念、新技术层出不穷，智能制造正是在这一背景下孕育而生的。

从市场竞争方面来看，当前和以后企业面临的是一个多变的市场和猛烈竞争的环境。社会的需求正从大批量产品转向小批量、甚至单件产品上。企业要在如此的市场环境中立于不败之地，必须从产品的时刻、质量、成本和服务(TQCS)等方面提升自身的竞争力，以快速响应市场频繁的变化。企业在生产活动中的机敏性和智能就显得尤为重要。

从制造系统自身来看，它是一个信息系统。制造过程是对市场信息、开发信息、制造信息、服务信息和治理信息等猎取、加工和处理的过程。制造所得的产品实质上是物质、能量和信息三者的统一体。因此，制造水平提升的关键在于系统处理制造信息能力的提升。由于市场的竞争、产品性能的完善、结构的复杂和需求的个性化，导致现代制造过程中信息量的激增，信息种类多样化和信息质量的复杂化(残缺和冗余信息)，要求以后制造系统具有更强的信息加工能力，专门是信息的智能加工能力。 二、智能制造的含义

智能制造技术(IMT)是指在制造工业的各个环节，以一种高度柔性与高度集成的方式，通过运算机模拟人类专家的智能活动，进行分析、判定、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、储备、完善、共享、继承与进展的技术。基于IMT的制造系统(IMS)则是一种借助运算机，综合应用人工智能技术、并行工程、现代治理技术、制造技术、信息技术、自动化技术和系统工程技术，在国际标准化和互换性的基础上，使得制造系统中的经营决策、生产规划、作业调度、制造加工和质量保证等各个子系统分不智能化，成为网络集成的高度自动化制造系统。

智能制造系统的特点突出表现在：

1制造系统的自组织能力自组织能力是指IMS中的各种智能设备，能够按照工作任务的要求，自行集结成一种最合适的结构，并按照最优的方式运行。完成任务后，该结构赶忙自行解散，以备在下一个任务中集结成新的结构。自组织能力是IMS的一个重要标志。

2制造系统的自律能力IMS能按照周围环境对自身作业状况的信息进行监测和处理，并按照处理结果自行调整操纵策略，以采纳最佳行动方案。这种自律能力使整个制造系统具备抗干扰、自适应和容错等能力。

3自学习和自爱护能力IMS能以原有的专家知识为基础，在实践中持续进行学习，完善系统知识库，并删除库中有误的知识，使知识库趋向最优。同时，还能对系

统故障进行自我诊断、排除和修复。

4整个制造环境的智能集成IMS在强调各生产环节智能化的同时，更注重整个制造环境的智能集成。这是IMS与面向制造过程中的特定环节、特定咨询题的“智能化孤岛”的全然区不。IMS覆盖了产品的市场、开发、制造、服务与治理整个过程，把它们集成为一个整体，系统地加以研究，实现整体的智能化。 三、智能制造研究的支撑技术 1

人工智能技术

IMT的目标是用运算机模拟制造业人类专家的智能活动，取代或延伸人的部分脑力劳动，而这些正是人工智能技术研究的内容。因此，IMS离不开人工智能技术(专家系统、人工神经网络、模糊逻辑)。IMS智能水平的提升依靠着人工智能技术的进展。同时，人工智能技术是解决制造业人才短缺的一种有效方法。因此，由于人类大脑活动的复杂性，人们对其认识还专门片面，人工智能技术目前尚处于低级时期，现在IMS中的智能要紧是人(各领域专家)的智能。但随着人们对生命科学研究的深入，人工智能技术一定会有新的突破，最终在IMS中取代人脑进行智能活动，将IMS推向更高时期。 2

并行工程

针对制造业而言，并行工程的含义是指产品概念的形成和设计，与其生产和服务系统的实现相并行，即在制造过程的设计时期就考虑到产品全生命周期的各环节，集成并共享各环节和各方面的制造智能，并行地开展产品制造各环节的设计工作。并行工程作为一种重要的技术方法学，应用于IMS中，将最大限度地减少产品设计的盲目性和设计的重复性。 3

虚拟制造技术

虚拟制造技术是随着运算机多媒体技术的进展而进展起来的一项新兴技术。它是以运算机支持的仿真技术为前提，对设计、制造等生产过程进行统一建模，在产品设计时期，实时地、并行地以多媒体的方式模拟出产品以后制造的全过程，以及制造过程对产品设计的阻碍，并推测产品性能和产品的制造技术，即在产品设计时期就模拟出该产品的整个生命周期，从而更有效、更经济、更灵活地组织生产。同时，使工厂和车间的设计与布局更加合理。以此达到产品开发周期最短，产品成本最低，产品质量最优，生产效率最高。虚拟制造技术应用于IMS，为并行工程的实施提供了必要的保证。 4

信息网络技术

信息网络技术是制造过程的系统和各个环节“智能集成”化的支撑。信息网络是制造信息及知识流淌的通道。因此，此项技术在IMS研究和实施中占有重要地位。

四、智能制造研究的内容 1

智能制造理论和系统设计技术

智能制造概念的正式提出至今时刻还不长，其理论基础与技术体系仍在形成过程中，它的精确内涵和关键设计技术仍需进一步研究，其内容包括：智能制造的概念体系、智能制造系统的开发环境与设计方法、以及制造过程中的各种评判技术等。 2

智能制造单元技术的集成

人们在过去的工作中，以研究人工智能在制造领域中的应用为动身点，开发出了众多的面向制造过程中特定环节特定咨询题的智能单元，形成了一个个“智能化孤岛”。它们是智能制造研究的基础。为使这些“智能化孤岛”面向智能制造，使其成为智能制造的单元技术，必须研究它们在IMS中的集成，同时进一步完善和进展这些智能单元。它们包括：

(1)智能设计。应用并行工程和虚拟制造技术，实现产品的并行智能设计。 (2)生产过程的智能规划。在现有的检索式、半创成式CAPP系统的基础上，研究和开发创成式CAPP系统，使之面向IMS。 (3)生产过程的智能调度。 (4)智能监测、诊断和补偿。 (5)生产过程的智能操纵。 (6)智能质量操纵。 (7)生产与经营的智能决策。 3

智能机器的设计

智能机器是IMS中模拟人类专家智能活动的工具之一。因此，对智能机器的研究在IMS研究中占有重要的地位。IMS常用的智能机器包括智能机器人、智能加工中心、智能数控机床和自动引导小车AGV(Automated Guided Vehicle)等。 五、智能制造系统的构成及典型结构

由于IMS结构体系尚处于研究时期，在此只作简单探讨。

MIS是智能系统的差不多框架，各种具体的智能系统是在此MIS基础之上，对其扩充。具备这种框架的智能系统具有以下特点：①决策智能化；②可构成分布式并行智能系统；③具有参与集成的能力；④具有可组织性和自学习、自爱护能力。

六、智能制造研究的进展情形

“智能制造”是人们在研究“人工智能在制造业中的应用”的过程中进展起来的。

美国是“智能制造”的发祥地。Purdue大学智能制造国家工程中心(IMSERC)最早正式提出“智能制造”，并付诸实施。目前已开发出40多个机械制造方面的制造智能化单元系统。该中心今后的目标是研究各智能单元系统的集成和开发分布式智能制造系统。“智能制造”的研究正在美国多所大学蓬勃开展。

欧洲对智能制造同样重视。自1987年以来，每两年召开一届智能制造研讨会，并将论文汇编成书出版。同时，欧共体的跨国研究打算ESPRIT(欧洲信息技术研究进展战略打算)和EUREKA(欧洲高技术进展打算)中有多个项目是关于智能制造基础咨询题的研究。

日本则凭借其雄厚的技术力量涉足智能制造领域。并倡导国际合作。1989年10月，由日本当时的国际贸易和工业大臣，现任东京大学校长的Hiroyuki yoshikawa教授提出了智能制造国际合作打算。该打算于1993年2月正式实施，由日本、美国、加拿大、欧盟各国、澳大利亚参加。

我国对智能制造的研究业已展开。“八五”期间，华中理工大学、清华大学、南京航空学院、西安交通大学四所高等院校在国家自然科学基金委员会的资助下，对智能制造系统基础理论、智能化单元技术、智能机器等方面进行了研究，并已取得时期性成果。

9.2.2 灵敏制造

一、灵敏制造企业的产生及其特点

目前，各方面的进展都在促使制造业中大规模生产系统的转变。随着市场竞争的加剧和用户要求持续提升，大批大量的生产方式正朝单件、多品种方向转化。因此美国于1991年提出灵敏制造的设想。大规模生产系统是通过大量生产同样产品来降低成本，而采纳新的生产系统能获得灵敏性生产用户定做的数量专门少的高质量产品，并使单件成本最低。

在灵敏制造企业中，能够迅速改变生产设备和程序，生产多品种的新型产品。在大规模生产系统中，即使提升及时生产(JIT)能力和采纳精良生产，各企业仍主张独立进行生产。企业间的竞争促使各企业不得不进行规模综合生产。而灵敏制造系统促使企业采纳较小规模的模块化生产设施，促使企业间的合作。每一个企业都将对新的生产能力做出部分奉献。在灵敏制造系统中，竞争和合作是相辅相成的。在这种系统中，竞争的优势取决于产品投放市场的速度，满足各个用户需要的能力以及对公众给予制造业的社会和环境关怀的响应能力。

灵敏制造将一些可重新编程、重新组合、连续更换的生产系统结合成一个新的、信息密集的制造系统，以使生产成本与批量无关。关于一种产品，生产10万件同一型

号产品和生产10万件不同型号的产品，其成本应无明显差异，灵敏制造企业不是采纳以固定的专业部门为基础的静态结构，而是采纳动态结构。其灵敏性是通过将技术、治理和人员三种资源集成为一个和谐的、相互关联的系统来实现。

灵敏制造企业的特点确实是多企业在信息集成的基础上的合作与竞争。信息技术是支持灵敏制造的一个有力的关键技术。因此，基于开放式运算机网络的信息集成框架是灵敏制造的重要研究内容。在运算机网络和信息集成基础结构之上构成的虚拟制造环境，按照客户需要和社会经济效益组成虚拟公司或动态联合公司。这是以后企业组织的最高形式，它完全是由市场机遇驱动而组织起来的。如此使企业的组成和体系结构具备前所未有的柔性。 二、灵敏制造的特点

与传统的大量生产方式相比，灵敏制造要紧具有以下特点：

(1)全新的企业合作关系——虚拟企业(Virtual Enterprise)或动态联盟。 什么是虚拟企业?虚拟并非没有。推出高质量、低成本的新产品的最快的方法是利用不同地区的现有资源，把它们迅速组合成为一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体——虚拟企业。虚拟企业的特点是：

1)功能的虚拟化 在虚拟制造的组织形状下，一个企业虽具有制造、装配、营销、财务等，但在企业内部却没有执行这些功能的机构，因此称之为功能虚拟。在这种情形下，企业仅具有实现其市场目标的最关键的功能，其他的功能，在有限的资源下，无法达到足以竞争的要求，因此将它虚拟化，以各种方式借助外力来进行组合和集成，以形成足够的竞争优势。这是一种分散风险的、争取时刻的灵敏制造策略，它与“大而全、小而全”策略是完全对立的。

2)组织的虚拟化 虚拟企业的另一特点是组织的虚拟化。虚拟企业是市场多变的产物，为了适应市场环境的变化，企业的组织结构也要做到能够及时反映市场的动态。企业的结构不再是固定不变的，差不多逐步倾向于分布化，讲究轻薄和柔性，呈扁平网络结构。虚拟企业能够按照目标和环境的变化进行组合，动态地调整组织结构。 3)地域的虚拟化 运用信息高速公路和全国工厂网络，把综合性工业数据库与提供服务结合起来，还能够创建地域上相距万里的虚拟企业集团，运作控股虚拟公司，排除传统的多企业合作和建立集团公司的各种障碍。

(2)大范畴的通讯基础结构。在信息交换和通讯联系方面，必须有一个能将正确的信息在正确的时刻送给正确的人“准时信息系统”(JustInTimeInformation

System)，作为灵活的治理系统的基础，通过信息高速公路与国际互联网络将全球范畴的企业相联。

(3)为订单而设计、为订单而制造的生产方式。

(4)高度柔性的、模块化的、可伸缩的生产制造系统。这种柔性生产系统往往规模

有限，但成本与批量无关，在同一系统内可生产出的产品品种是无限的。 (5)柔性化、模块化的产品设计方法。

(6)“高质量”的产品。灵敏制造的质量观念已变成整个产品生命周期内的用户中意，企业的这种质量跟踪将连续到产品报废为止。

(7)有知识、有技术的人是企业成功的关键因素。在灵敏企业中，认为解决咨询题靠的是人，不是单纯的技术，灵敏制造系统的能力将不是受限制于设备，而只受限于劳动者的想像力、制造性和技能。

(8)基于信任的雇佣关系。雇员与雇主之间将建立一种新型的“社会合同”的关系，大伙儿能意识到为了长远利益而和谐相处。

(9)基于任务的组织与治理。灵敏制造企业的基层单位是“多学科群

体”(MultiDiscipline Team)的项目组，是以任务为中心的一种动态组合，灵敏企业强调权力分散，把职权下放到项目，提倡“基于统观全局的治理”模式，要求各个项目组都能了解全局的远景，胸怀企业全局，明确工作的目标和任务的时刻要求，而完成任务的中间过程则完全能够自主。

(10)对社会的正效应。大量生产方式通常只关怀企业本身效益，不关怀对社会的阻碍，因此通常会带来不同程度的环境污染、能源白费及失业等社会咨询题。而灵敏制造则要全面排除企业生产给社会造成的不利阻碍，企业必须完全服务于社会。 三、灵敏制造研究的内容

灵敏制造被认为是21世纪的先进制造策略，目前研究的要紧内容为： (1)分布式数据库子系统。 (2)分布式群决策软件子系统。 (3)智能操纵子系统。 (4)智能传感器子系统。 (5)基于知识的人工智能研究。 (6)快速合作子系统。 (7)工厂网络子系统。 (8)企业集成子系统。 (9)用户交互子系统。

(10)人与技术接口子系统。 (11)教育培训子系统。

(12)模块化可重构的硬件子系统。 (13)仿真与建模子系统。 (14)废物处理和排除子系统。 (15)零故障方法学子系统。 (16)节能子系统。 (17)动态合作子系统。 (18)性能测量与评判子系统。

9.2.3 并行工程

一、什么是“并行工程”

并行工程CE(Concurrent Engineerimg)，是近年来国际制造业中兴起的一种新型企业组织治理哲理，旨在提升产品质量，降低产品成本和缩短开发周期。目前，人们普遍采纳R.I. Winner在国防分析研究所(IDA)R—338研究报告中的定义：“并行工程是对产品及其有关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行，一体化设计的一种系统化的工作模式。这种工作模式力图使开发者们从一开始就考虑到产品全生命周期(从概念形成到产品报废)中的所有因素，包括质量、成本、进度与用户要求。”CE包括四方面的内容，称为CE的四“C”性：并行性、约束性、和谐性和一致性。 并从全局优化的角度动身，对集成过程进行治理与操纵，同时对已有产品开发过程进行持续的改进与提升，以克服传统串行产品开发过程大反馈造成的长周期与高成本等缺点，增强企业产品的竞争能力。从经营方面考虑，并行工程意味着产品开发过程重组(Reengineering)，以便并行地组织作业。 二、并行工程的特点

与传统设计方法相比，并行工程要紧特点为：设计的动身点是产品的整个生命周期的技术要求；并行设计组织是一个包括设计、制造、装配、市场销售、安装及修理等各方面专业人员在内的多功能设计组，其设计手段是一套具有CAD，CAM，仿真、测试功能的运算机系统，它既能实现信息集成，又能实现功能集成，可在运算机系统内建立一个统一的模型来实现以上功能。并行设计能与用户保持紧密的对话，能够充分满足用户要求，可缩短新产品投放市场的周期，实现最优的产品质量、成本和可靠性。

图9-2 传统序列化研制过程

传统的工程设计是按时期顺序进行的，对一个新产品的开发大多采纳所谓“抛过墙式”的序列化设计开发过程，见图9-2。产品从上一部门递交给下一部门(例如，设计开发部→工艺部→制造加工部→总装测试部等)，各部门都按自己的需求修改，专门少考虑到下一部门的需求(可制造性、可装配性、可测试性、可修理性等)。即使有所考虑(如专门有体会的设计人员)，也不可能把下一个后续过程的要求详尽地反映出来。由于这种传统的序列化研制过程不能在设计的早期反映产品在整个生命周期内的各种需求，使所制造的产品存在较多的缺陷，也就导致从概念设计到工艺过程设计的多次修改，而且在不同的环节重复这一过程，造成了对原设计的大量改动，甚至是产品的返工，延长了产品的开发周期。据统计，产品成本的70%是在概念设计时期确定的，但概念设计的修改费用占总费用的比例专门小，而产品序列化研制过程的设计修改费用将大大增加，详细设计修改的费用是概念设计修改的10倍；生产工艺制造时期修改的费用是详细设计修改的10倍，因此序列化研制方法难以适应猛烈的市场竞争。 并行工程是一种用来综合、和谐产品的设计及其有关过程——包括制造和保证过程——的系统化方法。这种方法使研制人员从一开始就考虑从方案设计直到产品报废整个周期的所有要素。这种设计开发过程承诺不同的研制时期并行进行，且有一段搭接时刻，见图9-3。

图9-3 并行研制过程

其特点是：

(1)在每一后续时期开始时，前一时期尚未终止。

(2)在后续时期刚开始时，绝大多数信息是单向传输的(由上向下流淌)，但通过一段时刻后就变成双向的了，亦即在两个时期的人员之间有了信息交流。

(3)当后续时期发觉往常的时期存在咨询题时，可及时反馈信息，以便对上一时期的设计进行修改。同时，前一时期应将现行方案提交给后一时期的工作人员，以便观看是否会产生矛盾和不和谐的咨询题。

因此，采纳并行的研制过程必须要求不同研制时期的所有成员都能了解所研制产品的总目标和技术要求。

并行工程同CIM一样，是一种经营哲理、一种工作模式。这不仅体现在产品开发的技术方面，也体现在治理方面。CE对信息治理技术提出了更高要求，不仅要求对产品信息进行统一治理与操纵，而且要求能支持多学科领域专家群体的协同工作

(Teamwork)，并要求把产品信息与开发过程有机地集成起来，做到把正确的信息在正确的时刻以正确的方式传递给正确的人。

并行工程的基础技术研究目前要紧集中在以下6方面： (1)面向并行工程的组织机构研究。 (2)面向并行工程的治理决策支持系统。 (3)面向并行工程的新设计学科。

(4)面向并行工程机理的CAD／CAPP／CAM／CAE。 (5)建模与仿真技术。

(6)基于运算机的知识信息、工具集成技术。 三、并行工程(CE)的理论基础与运行机理 1

CE的理论基础

从本质上讲，CE是一种以空间换取时刻、处理系统复杂的系统化方法(Systematic Approach)，它以信息论、操纵论和系统论为理论基础，在数据共享、人机交互等工具及集成上述工具的智能技术支持下，按多学科、多层次协同(Synergy)一致的组织方式工作。与传统串行工作模式相比，它大大地扩大了系统状态空间，大大地缩短了复杂咨询题交互式求解进程的迭代次数，促使最终目标一次成功(Do Right First)，以非线性的治理机制和整体性(Holism)思想，赢得集成附加的协同效益。 2

CE的运行机理

(1)“并行工程”法与“串行工程”法的比较

“串行工程”法的特点是：方案设计与制造过程设计两大进程的集合性、序列性和反复性。这种方法的不足之处在于方案设计过程中不能及早考虑制造过程以及质量保证等咨询题，必定造成设计与制造脱节。若开发的产品不能满足需求，必定要求再设计，使整个产品开发过程变成设计、加工、测试、评判、修改的大循环，而且可能多次重复这一过程，从而使设计改动量大，产品开发周期长、开发成本高。图9-4为“串行工程”产品开发流程的一个例子。

图9-4 “串行工程”的产品开发流程实例

“并行工程”法的特点在于其集成性、并行性和交互性。在并行工程中，产品设计与制造两大过程不再脱节。产品生命周期中的所有因素在产品开发过程中均加以考虑。例如，初始设计方案可赶忙作为生产过程设计的依据；而制造可行性论证结果又可返回至产品设计时期，使设计方案和设计图纸及时得到修正。因而可大大缩短产品开发周期，提升产品质量，降低成本，减少返工率及废品率。“并行工程”产品开发流程见图9-5。

图9-5“并行工程”产品开发流程实例

(2)CE的运行机理

CE不是某种现成的系统或结构，不能像软件或硬件产品一样买来安装即可运行。它是一种自顶向下进行规划、自底向上进行实施的哲理。

企业在CE环境中进行产品开发设计、分析、制造等一系列活动，这些活动的完成由CE目标和CE原则来进行操纵。

那个地点CE的目标为：提升全过程中全面的质量；降低产品生命周期中的成本；缩短产品的研制开发周期。为实现CE目标，需遵循CE规则，即：有效的领导方法；持续地进行过程的改善；开发并治理信息和知识财宝；通过长期打算和决策来获得效益。

将CE思想贯穿于产品开发过程中，需要治理、设计、制造、支持等知识源的有机和谐。它不仅依靠各知识源之间有效的通信，同时要求有良好的决策支持结构，其运行机理的要点为：①突出人的作用、强调人的协同工作；②一体化、并行地进行产品及其有关过程的设计，其中，专门要注意早期概念设计时期的并行和谐；③重视满足客户的要求；④连续地改善产品有关的过程，CE的工程模式中要注意连续、尽早地交换、和谐、完善关于产品有关的制造／支持等各种过程的约定和定义，从而有助于CE三个目标的实现；⑤注意CE中信息与知识财宝的开发与治理；⑥注重目标的不变性；⑦5个“不”：CE不是不费劲就能成功的“魔术方法”，CE不能省去产品串行工程中

的任一环节，CE不是使设计与生产重叠或同时进行，CE不同于“保守设计”，CE不需保守测试策略。 四、并行工程的工程实现

采纳CE后取得的成效要通过工程实现来体现。实施CE必须要有合适的CE环境与条件、实施策略与步骤、实施框架及相应的工具与技术。 1

CE环境

在产品的整个生命周期中，专门是关于产品的设计，CE环境要紧包括： (1)统一的产品模型。保证了产品信息的惟一性，并必须有统一的企业知识库，使小组人员能以同一种“语言”进行协同工作。

(2)一套高性能的运算机网络。小组人员能在各自的工作站或微机上进行仿真，或利用各自的CAD，CAM，CAPP系统。

(3)一个交互式的、良好的用户界面，实现CAD，CAM，CAE的系统集成，有统一的数据库和知识库，使小组人员能同时以不同角度参与或解决各自的设计咨询题。 在CE环境中，企业要采纳运算机仿真技术模拟生产过程，实现优化设计，省去了传统的从设计到制作样品的过程，既缩短了时刻，降低了成本，又保证了设计质量。 2

实施CE的必要条件与步骤

实施CE必须具备下列条件：①上层治理部门的切实支持；②建立多学科小组；③运算机技术的支持；④应用工具的支持。

CE实施过程可分为三个时期，即：①规划时期，对集成CE的信息系统进行自顶向下的分析；②开发时期，采集和开发由现有的设计、开发和生产方法到CE方法所需的技术和手段；③实施时期，包括采购和安装所需的硬件，调整相应业务系统以适应新的设计方法和治理，训练人员以适应新的岗位。 3

CE的实施框架

当企业具备实施CE的必备条件后，为实现CE目标，要构成一个能和谐地支持企业中治理、设计、制造、技术等活动的、由人、方法、工具等组成的、完整的一体化系统框架——“CE实施框架”。框架实质上是对CE实施过程中所涉及诸要素的一种结构化描述。

(1)框架的要紧性能能及时、尽早、完整、连续地把握客户的要求与优先考虑的咨询题；并行、一体化地将要求转化成最优的产品定义制造过程及支持过程；连续地评判和完善产品过程和支持。这些性能通过下面的三个子框架和谐完成。

(2)以人为主导的组织治理子框架该子框架包括：组成一个一体化的、分层次的行政指挥系统；建立多学科、多功能小组／小组群；企业组织和文化作相应改变。 (3)运算机辅助工具子框架该子框架可分为7类：①信息治理类，包括信息猎取、信息表示、信息操作和信息源治理系统；②集成技术类，包括CE集成支持环境、工程设计与特性的描述语言、网络技术、数据库集成技术、知识处理技术、软件工程技术；③建模／仿真／实验分析类，包括建模技术、仿真技术、实验分析技术；④设计技术类，包括公理化设计、面向制造的设计(DFM)、设计科学概念、面向装配的设计(DFA)、制造工艺设计规则、成组技术、故障模式与效应分析、价值工程等；⑤运算机辅助生产制造技术类，包括运算机辅助工艺设计、测试、检测、车间／单元操纵治理、数据库、机器人、柔性制造单元／系统、CAD／CAPP／CAM集成技术等技术工具；⑥全面质量治理／操纵技术类，要紧包括建立CE使用的质量模型，质量系统与其他过程子系统的集成与协助操纵等；⑦决策支持技术类，CE过程中存在大量半结构／非结构的决策、多目标综合平稳、突发事件决策和群决策等，其中，冲突处理是一个难点，组成以人为中心的智能辅助决策系统是一个重要的研究课题。

(4)方法集子框架该子框架用于协助解决CE实施中遇到的下列三项任务：①了解客户要求。②建立过程操纵。③改进过程。

企业在具备实施CE的必备条件后，可利用CE实施框架，按CE实施步骤，构成CE环境，从而实现高质量、低成本、周期短的CE目标。

9.2.4 虚拟制造系统

一、虚拟制造技术(Virtual Manufacturing Technology)

虚拟制造技术(VMT)能够通俗而形象地明白得为：在运算机上模拟产品的制造和装配全过程。换句话讲，借助建模和仿真技术，在产品设计时，就能够把产品的制造过程、工艺设计、作业打算、生产调度、库存治理以及成本核算和零部件采购等生产活动在运算机屏幕上显示出来，以便全面确定产品设计和生产过程的合理性。 虚拟制造技术是一种软件技术，它填补了CAD／CAM技术与生产过程和企业治理之间的技术鸿沟，把企业的生产和治理活动在产品投入生产之前就在运算机屏幕上加以显示和评判，使工程师能够预见可能发生的咨询题和后果。

采纳虚拟制造技术能够给企业带来下列效益：①提供关键的设计和治理决策对生产成本、周期和能力的阻碍信息，以便正确处理产品性能与制造成本、生产进度和风险之间的平稳，做出正确的决策；②提升生产过程开发的效率，能够按照产品的特点优化生产系统的设计；③通过生产打算的仿真，优化资源的利用，缩短生产周期，实现柔性制造和灵敏制造；④能够按照用户的要求修改产品设计，及时作出报价和保证交货期。

引入虚拟制造技术应该是一个渐进的过程，它的首要前提是差不多把握CAD／CAM技术并积存了一定的体会。其次是差不多初步建立了企业的治理信息系统，基础数据

齐全，工时定额和成本核算比较科学，在运算机治理方面具有较好的基础和条件。 二、虚拟制造系统(Virtual Manufacturing System)

虚拟制造系统(VMS)是基于虚拟制造技术(VMT)实现的制造系统，是现实制造系统RMS(Real Manufacturing System)在虚拟环境下的映射，而现实制造系统是物质流、信息流、能量流在操纵机的和谐与操纵下在各个层次上进行相应的决策，实现从投入到输出的有效的转变，而其中物质流及信息流和谐工作是其主体。为简化起见可将现实制造系统划分为两个子系统：现实信息系统RIS(Real Information System)和现实物理系统RPS(Real Physical System)。

RPS由存在于现实中的物质实体组成，这些物质实体能够是材料、零部件、产品、机床、夹具、机器人、传感器、操纵器等。当制造系统运行时，这些实体有特定的行为和相互作用，如运动、变换、传递等，制造系统本身也与环境以物质和能量的方式发生作用。

RIS由许多信息、信息处理和决策活动组成，如设计、规划、调度、操纵、评估信息，它不仅包括设计制造过程的静态信息，而且还包括制造过程的动态信息。 假设有一个运算机系统能够同意来自RIS的信息和操纵命令，执行所同意的操纵命令，并将执行状态返回到RIS。如果所返回的状态报告与RPS返回的状态报告一致，那么，这种模拟RPS响应的运算机系统称为虚拟物理系统VPS(Virtual Physical System)。VPS是RPS在虚拟空间的映射，组成VPS的虚拟实体是RPS中的真实实体在虚拟空间的映射，是RPS中真实实体的抽象模型。这些抽象模型与真实实体一一对应，并具有与真实实体相同的性能、行为和功能。

同样，如果一个运算机系统能模拟RIS的功能，那RPS中的机器就不能区分操纵命令是来自RIS依旧来自运算机系统。这种能够模拟RIS并为RPS产生操纵命令的运算机系统就称为虚拟信息系统VIS(Virtual Information System)。

由VPS和VIS构成的制造系统称为虚拟制造系统VMS。VMS不消耗现实资源和能量，所生产的产品是可视的虚拟产品，具有真实产品所必须具有的特点，它是一个数字产品。 三、VMS的功能及其体系结构虚拟制造系统是在虚拟制造思想指导下的一种基于运算机技术的集成的、虚拟的制造系统

系统的全面集成。在信息集成的基础上，通过组织治理、技术、资源和人机集成实现产品开发过程的集成。在整个产品开发过程中，在基于虚拟现实、科学可视化和多媒体等技术的虚拟使用环境、虚拟性能测试环境以及虚拟制造环境等虚拟环境下，在各种人工智能技术和方法的支持下，通过集成地应用各种建模、仿真分析技术和工具，实现集成的、并行的产品和过程开发，以及对产品设计、制造过程、生产规划、调度和治理的测试，利用分布式协同求解，以提升制造企业内各级决策和操纵能力，使企业能够实现自我调剂、自我完善、自我改造和自我进展，达到提升整体的动作效能、实现全局最优决策和提升市场竞争力的目的。基于虚拟制造系统的全面集成如图96所示。虚拟制造系统提供以下功能：

(1)通过虚拟制造系统实现制造企业产品开发过程的集成。按照制造企业策略，基于虚拟制造系统，在信息集成和功能集成的基础上，实现产品开发过程的集成。通过对整个产品开发过程的建模、治理、操纵和和谐，对企业资源、技术、人员进行合理组织和配置，面向产品整个生命周期，实现制造企业策略与企业经营、工程设计和生产活动的集成(纵向集成)以及在产品开发的各个时期分布式并行处理虚拟环境下多学科小组的协同工作(横向集成)，快速适应市场和用户需求的变化，以最快的速度向市场和用户提供优质低价产品。

图9-6 基于虚拟制造

(2)实现虚拟产品设计／虚拟制造仿真闭环产品开发模式。

各种建模、仿真和分析技术和工具的大量使用，使产品开发从过去的体会方法跨到推测方法，实现虚拟产品设计／虚拟制造仿真闭环产品开发模式。虚拟制造系统能够在产品开发的各个时期，按照用户对产品的要求，对虚拟产品原型的结构、功能、性能、加工、装配制造过程以及生产过程在虚拟环境下进行仿真，并按照产品评判体系提供的方法、规范和指标，为设计修改和优化提供指导和依据。由于以上开发过程差不多上在虚拟环境下针对虚拟产品原型进行的，因此大大缩短了开发时刻，节约了研制经费，并能在产品开发的早期时期发觉可能存在的咨询题，使其在成为事实之前予以解决。又由于开发进程的加快，能够实现对多个解决方案的比较和选择。 (3)提升产品开发过程中的决策和操纵能力。

(4)提升企业自我调剂、自我完善、自我改造和自我进展的能力。

基于企业建模的虚拟制造系统，通过信息集成、组织治理集成、智能集成、资源集成、技术集成、串并行工作机制集成、过程集成和人机集成等，实现企业的全面集成，为使其能够按照复杂多变的竞争环境，持续调整组织结构，优化运营过程，合理配置人、财、物力资源，革新技术和提升人员素养等提供了一种系统的方法和途径，

使企业的自我调剂、自我完善、自我改造和自我进展的能力大为提升。

按照对虚拟制造系统功能的讨论，我们提出了一种虚拟制造系统体系结构，如图9-7所示。

图9-7虚拟制造系统体系结构

四、VMS的要求

VMS是RMS在虚拟环境下的映射，是RMS模型化、形式化和运算机化的抽象描述

和表示。VMS和RMS有相似的功能，其区不要紧是VMS生产数字产品，而不生产真实产品。

实现VMS的要紧要求有：

(1)功能一致性VMS的功能应该与相应的RMS是一致的，VIS产生并发送的信息和操纵命令在功能上应与相应的RIS一致，VPS响应操纵命令并返回状态报告在功能上应与相应的RPS一致，在VIS内部、VIS与其他VIS／RIS之间，以及VIS与VPS／RPS之间的信息通讯与交换应能正常进行。

(2)结构相似性VMS的结构应与相应的RMS在结构上是相似的，结构相似性可提供给用户一种直观方式进行定义、组织和修改等。

(3)组织的柔性VMS是面向以后制造系统的，是面向市场、面向用户需求的，因此

VMS的组织与实现应具有专门高的柔性。在建立制造系统的各种抽象模型时，应采纳模块化方法或面向对象技术，注重各种模型与模块的重用性和重组性，注重各种模块之间的组合能力。

(4)集成化VMS涉及的内容专门多，应注意采纳系统工程、知识工程、并行工程、人机工程等多学科先进技术，实现“全集成”，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成和人机集成。

(5)智能化实现虚拟制造系统中各个环节的智能化，着重实现虚拟环境下分布式并行处理的智能协同求解和虚拟环境下系统全局的最优决策。

五、VMS的开发环境

由于产品、制造环境和工厂业务活动的不同，制造活动的总体结构可能是不同的，

因此，为适应不同的情形，必须提供能够灵活、方便地建立、组织、装配VMS的开发环境。开发环境分为三个层次：目标系统层、虚拟制造模型层和模型构造层。 (1)模型构造层 提供用于描述制造活动及其对象的差不多建模结构。有两种通用模型：产品／过程模型和活动模型。活动模型描述人和系统的各种活动。

产品／过程模型按自然规律描述可实现每一物品及其特点，如物体的干涉、重力的阻碍等。 产品模型描述显现在制造过程中的每一物品，不仅包括目标产品，而且包括制造资源，如机床、材料等。过程模型描述产品属性、功能及每一制造工艺的执行，过程模型包括像牛顿动力学这种专门有规律的过程也包括像金属切削、成形这种专门复杂的工艺过程。

(2)虚拟制造模型层 通过使用产品／过程模型和活动模型定义有关制造活动与过程的各种模型，这些模型包括各种工程活动，如产品设计、生产设备、生产治理、生产过程以及相应的目标产品、材料、半成品、工具和其他制造资源。这些模型应该按照产品类型、工业和国家的不同而不同，然而通过使用低层的模型构造层容易实现各种模型的建立与扩展。任务组织与治理模型用来实现制造活动的灵活组织与治理，以便构造各种VMS。

(3)目标系统层按照市场变化、用户需求，通过低层的虚拟制造模型层来组成各种专用的VMS。

六、VMS研究内容

VMT和VMS是国际上20世纪90年代初提出的概念，其理论基础与体系尚未完全

形成，正处在研究探究时期。研究工作所面对的是多学科的交叉、多种高新技术的融合，需要研究和解决的咨询题专门多。我们认为，应充分利用国内外CIMS和IMS的研究成果，按照VMS的特点，重点研究VMS基础理论与其关键技术。要紧内容有： (1)虚拟制造系统的理论体系。VMS是一个全新的概念，其理论体系尚未形成，其范畴与内涵还不十分清晰，因此，首要任务是必须搞清VM，VMT，VMS的概念及其理论

基础，弄清其范畴及内涵，建立其理论体系。

(2)基于分布式并行处理环境下的虚拟制造系统的开放式体系结构(VMS—OSA)的研究。

(3)虚拟环境下的产品主模型技术。主模型像一座立交桥，能以此为中心通向设计、制造、生产治理等各个环节并为其提供服务。主模型有统一的数据结构和分布式数据治理系统，主模型所建立的产品模型是虚拟产品模型，它是一个数字产品模型，具有所代表的对象所具有的各种性能和特点，虚拟产品在它投入生产往常就已存在，它具有明显的可视性，且能并行处理设计分析、加工制造、生产组织与调度等各种生产环节所面临的诸多咨询题，并能在供销之间建立信息系统。

(4)虚拟环境下分布式并行处理的分布式智能协同求解技术与系统。 (5)虚拟环境下系统全局最优决策理论与技术。

(6)RMS和VMS之间的映射，虚拟设备、虚拟传感器、虚拟单元、虚拟生产线、虚拟车间及虚拟工厂(公司)的建立，以及各种虚拟设备的重用性和重组性技术。 (7)基于真实动画感的虚拟产品的装配仿真、生产制造过程及生产调度仿真、数控加工过程仿真等技术与系统。

(8)应用虚拟现实技术实现虚拟环境及虚拟制造过程中的人机协同求解。 (9)VMS集成开发平台的体系结构、构件库及用户开发界面治理系统。 (10)虚拟公司的组织、调度及操纵策略与技术。

9.3 先进制造技术进展趋势

9.3.1 制造战略的变迁

近年来，由于市场竞争的冲击和信息技术的推动，制造企业正经历着一场重大变革，制造企业的战略也发生了专门大的变化。图9-8描画了美国制造企业的经营战略从20世纪50年代和60年代的“规模效益第一”，通过70年代和80年代“价格竞争第一”和“质量竞争第一”，进展到90年代的“市场响应速度第一”。

图9-8 美国制造战略的变迁

今天，每一个企业都妄图以高科技含量、高质量和快速开发能力使自己的产品具有竞争能力。在猛烈的市场竞争中，任何一个企业要想获胜，取得较大的市场占有率，必须具备以下4种能力：①时刻竞争能力(TimeT)，产品上市快，生产周期短，交货及时；②质量竞争能力(QualityQ)产品不仅可靠，而且使用户在各方面都中意；③价格竞争能力(CostC)，产品的生产成本低，价格适中；④创新竞争能力(CreationC)，产品有特点，生产有柔性，竞争有策略。

其中最重要的能力是创新能力，企业创新不仅是指产品设计上的创新，更重要的是制造观念的更新、组织的重构，经营方式的重组才能保证产品的创新得以专门快地实现，迅速进入市场。目前市场的特点是“瞬息万变，专门难推测”，这将是以后惟一不变的法则。一种产品、一种工艺方法沿用十几年的时代差不多一去不复返了。为了适应市场的多变，企业不仅要具备技术上的柔性，还要具备治理上的柔性以及人员和组织上的柔性。

现时期成功企业的制造战略特点可归纳为：

同时注意提升产品的质量、降低生产成本和及时交货；与消费者保持紧密的联系，及时获得市场信息，对市场作出快速响应；与供应商建立更紧密的联系，以压缩产品库存，降低生产成本；为质量利益而利用先进制造技术；在组织上纵向减少层次，横向减少部门；新的人力资源政策，要让工人明白得全部生产过程，意识到自己与企业利益有关，命运与共，应吸取职工参与决策，分享利润，并给予职工保证；先进制造技术系统的设计和运行充分考虑到了人的特点，从而使企业中各类人员都有机会充分展现自己的才华。

以后企业制造战略的进展趋势，要紧将从下面一些方面表现出来：

(1)产品价格进一步降低。 (2)边际成本减少。 (3)调整费用降低。 (4)生产调整时刻缩短。 (5)发货速度加快。 (6)更频繁的产品改进。 (7)产品设计成本减少。

(8)与客户的联系更迅速，定单处理更快。 (9)产品制造周期缩短。 (10)并行工作时刻增加。

(11)调整次数增加，批量减少，成本和在制品库存水平降低，待发货定单减少。

9.3.2 21世纪对先进制造技术的挑战

制造技术要适应21世纪社会进展的需求，面临以下挑战：

(1)信息时代的挑战人类社会自20世纪90年代已开始进入信息时代，信息产业成为21世纪全球经济中最宠大、最具活力的产业。信息将给21世纪世界经济和社会带来革命性的变化。

21世纪的制造业正在从以机器为特点的传统技术时代向着以信息为特点的系统技术时代迈进。制造技术的进展也必定与信息技术的进展密不可分。

(2)有限的资源与日益增长的环保压力的挑战地球作为宇宙中的一个村落已日益变得更小，环境污染正威逼着人类的生存，而有限的资源正威逼着人类的连续进展。因而如何实现可连续进展已是21世纪人类的一个重要课题。绿色制造是21世纪制造技术的一个重要特点。绿色设计技术、汽车的拆卸与回收技术、生态工厂的循环式制造技术将得到迅速进展。

(3)制造全球化和贸易自由化的挑战随着世界自由贸易体制的进一步完善以及全球交通运输体系和通信网络的建立，国际经济合作与交往日趋紧密，全球产业界进入结构大调整的重要时期，世界正在形成一个统一的大市场。制造业的全球化与一体化的格局差不多初步形成。制造技术的进展必须与此适应，新的先进制造生产模式必将是全球化的生产模式。

(4)消费观念变革的挑战21世纪消费者的行为更加具有选择性，“客户化、小批

量、快速交货”的要求持续增加，批量生产的产品逐步为个性化、多样化的产品所取代，产品的生产和服务的界限越来越模糊，市场的动态多变性迫使制造业改变策略。

9.3.3 先进制造技术进展趋势

为适应21世纪对制造技术的需要，以后先进制造技术的总趋势是向系统化、集成化、智能化方向进展。 1

设计技术持续现代化

产品设计是制造业的灵魂。现代设计技术的要紧进展趋势是：

(1)设计方法和手段的现代化，它突出反映在数值仿真或虚拟现实技术的进展，以及现代产品建模理论的进展上。

(2)新的设计思想和方法持续显现，如并行设计，面向“X”的设计DFX(Design For X)，健壮设计(Robust Design)；优化设计(Optimal Design)，反求工程技术(Reverse Engineering)。

(3)由简单的、具体的、细节的设计转向复杂的总体设计和决策，要通盘考虑包括设计、制造、检测、销售、使用、修理、报废等时期的产品的整个生命周期。 (4)由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素。设计时不单纯追求某项性能指标的先进和高低，而注意考虑市场、价格、安全、美学、资源、环境等方面阻碍。 2

成形制造技术向周密成形或称净成形的方向进展

成形制造技术是铸造、塑性加工、连接、热处理、粉末冶金等单元技术的总称。展望21世纪，成形制造技术正在从接近零件形状(Near Net Shape Process)向直截了当制成工件即周密成形或称净成形(Net Shape Process)的方向进展。有代表性的周密成形制造技术是： (1)周密铸造技术。 (2)周密塑性成形技术。 (3)周密连接技术。 3

加工制造技术向着超周密、超高速以及进展新一代制造装备的方向进展

(1)超周密加工技术 一样认为加工精度为3～03 μm的加工称为周密加工，加工精度达03～003 μm时就称为超周密加工，而加精度高于003 μm(30纳米)称之为纳米加工。

(2)超高速切削目前认为超高速切削的范畴是：车削速度700～7 000 m/min；铣削为300～6 000 m/min；磨削为5 000～10 000 m/min。

(3)新一代制造装备的进展市场竞争和新产品、新技术、新材料的进展推动着新型加工设备的研究与开发，其中典型的例子是“并联桁架结构式数控机床”(或俗称“六腿”机床)的进展。它突破了传统机床结构方案，采纳6个轴长短的变化以实现刀具有关于工件的加工位置的变化。

4制造技术专业、学科的界限逐步淡化、消逝，新型制造技术持续得到进展先进制造技术的持续进展

在制造技术内部，冷热加工之间，加工、检测、物流、装配过程之间，设计、材料应用、加工制造之间，其界限均逐步淡化、逐步走向一体化。如CAD，CAPP，CAM的显现，使设计、制造成为一体。

一个典型的例子是快速原型／零件制造(RP)技术的产生，是近20年制造领域的一个重大突破，它能够自动而迅速地将设计思想物化为具有一定结构的功能的原型或直截了当制造零件，淡化了设计、制造的界限。RP技术突破了传统加工技术采纳材料“去除的”原则，而采纳“添加、累积”的原理。目前的要紧方法有：立体印刷(SLA)，采纳紫外线光源逐层对光敏树脂扫描而成形；分层实体制造(LOM)，对纸进行逐层切割并粘接而成形；选择性激光烧结(SLS)；熔化沉积制造(FDM)，采纳蜡丝等材料逐层喷射并凝固成形。 5

虚拟现实技术在制造业中获得越来越多的应用

虚拟现实技术(Virtual Reality Technology)是20世纪90年代才提出的新概念，虚拟现实技术已开始在制造业中得到应用，要紧包括虚拟制造技术和虚拟企业两个部分。

虚拟制造技术将在产品真正制造出之前，第一在虚拟制造环境中生成软产品原型(Softprototype)代替传统的硬样品(Hardprototype)进行试验，对其性能和可制造性进行推测和评判，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提升系统快速响应市场变化能力。

虚拟企业、动态联盟、虚拟组织机构或虚拟公司(Virtual Company)是相同的概念。其含义是：为了快速响应某一市场需求，通过信息高速公路，将产品涉及到不同公司临时组建成为一个没有围墙、超越空间的约束、靠运算机网络联系、统一指挥的合作经济实体。

目前正在着手组织的“分散网络化制造”(DNM)，确实是虚拟企业的一种模式，它的目标是在中国内地和香港的2 000家制造企业之间，采纳国际互联网建立制造资源信息网络实施灵敏制造。DNM既比较符合我国国情，又比笼统地称虚拟企业更加切合实际，为人们明白得和同意。

6信息技术、治理技术与工艺技术紧密结合，先进制造生产模式获得持续进展

先进的制造技术必须在与之相匹配的制造模式里才能充分发挥作用。21世纪先进制造技术进展的重要趋势是先进制造生产模式获得持续进展。

制造业在经历了少品种小批量—少品种大批量—多品种小批量生产模式的过渡后，20世纪七八十年代开始了以采纳运算机集成制造系统(CIMS)进行制造的柔性生产模式。初期的CIMS以较高的自动化程度为特点，在实验过程遇到困难。CIMS的第二时期是并行工程，它强调的不仅是信息集成，而是人的集成咨询题。估量21世纪的CIMS将是智能制造系统，它体现了制造系统化、自动化、智能化综合进展。 精益生产(LP)是1990年提出的制造生产模式。它的差不多原则是“消灭一切白费”和“持续改善”，其要紧支柱是准时制作业(JIT)、全面质量治理(TQC)、成组技术(GT)、弹性作业人数和尊重人性。日本丰田公司采纳这种方式，使自动化程度不高的工厂取得了良好的效益。

灵敏制造(AM)是1991年提出的，1992年美国政府将其作为“21世纪制造企业的战略”。灵敏制造通过虚拟公司予以实现。灵敏制造将成为21世纪制造企业的主导模式。

上述种种先进制造生产模式的进展，其特点要紧是体现了以下5个转变： (1)从以技术为中心向以人为中心转变。

(2)从金字塔式的多层次生产结构向扁平的网络结构转变。 (3)从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变。

(4)从按功能划分部门的固定组织形式向动态的、自主治理的小组工作组织形式转变。

(5)从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变。