2001第六期会讯

海锦涛韩新民

　　摘要对新世纪制造业发展的趋势做了分析，围绕网络制造、绿色制造和智能制造等主要内容，探讨了支持我国制造业可持续发展的制造模式和制造技术，并结合近年来的实践，提出了一些发展我国制造业的建议。

　　人类在百年工业化文明的探索和实践中，迎来了信息时代的新纪元。回溯制造业的历史,从瓦特发明蒸汽机，到福特的T型车和第一条汽车装配流水线，制造工业的迅猛发展，满足了人类日益增长的需求，为大幅度提高人类的生活水平提供了物质基础。同时也应看到，迄今为止的工业化发展过程，主要是建构在大量消耗不可再生资源基础上的，其生产与消费过程产生的大量污染，牺牲了人类生存的环境,致使制造业可持续发展的议题，成为当前关注的焦点。本文从阐明制造业发展趋势出发，结合我院的研究，探讨3种实现可持续发展的模式或途径。

　　1 未来市场和产品的特征

　　1.1 未来市场特征

　　市场是一个商品经济范畴，也是一个历史范畴，是一个与社会分工和商品生产密切相关的概念。我们认为，未来市场有如下4个基本特征：

　　(1)不确定性表现为动态多变和不可预期。分析原因,一方面是由于新技术革命，特别是计算机和信息技术的发展，已改变了并继续改变着工业革命后形成的生产方式与生活方式，出现了被称之为第3次浪潮的社会变革，主要表现为非大量化 (demassfization)、分散化(fragmentation)和个性化(individualization)以及上述变化速率的加快。另一个原因是技术更新换代速率的加快。加之市场规模越来越大，大系统中不可控制因素增多，会发生更高阶和多变量系统的混沌。

　　(2)国际化或全球化20世纪后20年，世界贸易组织应运而生，欧洲也于1998年4月启动了欧元计划，同时亚太经合组织、北美、南亚等区域经济一体化联盟不断得以发展，这些都大大地加快了国际经济一体化的进程。

　　(3)新兴产业的崛起作为知识经济产物的软件产业的兴起，作为法制经济产物的绿色产业的发展是其代表。

　　(4)商品质的短缺和非供求均衡传统的工业经济的市场调整，主要依赖价格这只无形的手，获得商品供需均衡。1936年凯恩斯发表“通论”，认为宏观经济的价格变量(包括价格水平、货币工资率和利率)至少短期内有一个以上变量具有刚性，如名义工资不能低于某些限定水平，并由此提出了非价格因素调整经济的非均衡模式，其中，数量调整成为非均衡经济学派的理论基础。未来的市场越来越依重个性化消费环境，但由于生产者与消费者对产品的认知不尽一致，使消费者对产品满意的追求成为永恒的产品主题，质的短缺将是未来市场供求关系的特点，市场的调节表现为价格、质量的权衡，依赖于新产品出现后新的价格调整。还有，虚拟市场和代理制分别是未来市场的重要形式和机制。

　　 1.2 未来产品特征

　　产品是指提供给市场并引发人们注意、获取、使用或消费，从而满足人们某种欲望或需求的一切东西。由于消费是生产的原动力，所以市场的特征影响并决定了未来产品的特征：

　　(1)未来产品内涵产品是一组满足消费需求的解决方案，它是一个系统，包括有形特征和无形特征。首先是服务,服务包括了从产品开发、销售到售后服务支持全过程。

　　(2)产品的个性化、多样化未来社会所需要的不再是现在这种强制性的标准化商品，而是前所未有的非标准化产品和服务(这里并非贬低标准化工作未来的作用)。这将导致单一的同类规格的大量消费市场，裂变为一系列满足不同需求的细分市场，细分市场又进一步强化了产品的多样化。产品制造适应多样化需求，产生了“大量顾客化(mass－customization)”或单件定制生产，前者突出了使用模块化部件加变异设计、制造的零件，组成满足不同消费偏好的产品。

　　(3)产品寿命周期趋短分析原因，除了竞争环境的压力迫使生产者快速反应市场变化，满足消费者不断萌发的需求外，企业选择创新产品竞争战略，也是重要的原因。

　　(4)智能化这是未来产品的主要技术特征。这一特征既是消费价值观转向知识经济的结果，也是智能技术日趋成熟、推广应用的必然。

　　(5)绿色这是产品的必备特征。这一特征突出了产品生产、消费过程不会给社会带来危害的社会要求，表明各国旨在响应1972年《联合国人类环境宣言》和1992年联合国环境与发展会议所提出的“可持续发展战略”，保护和改善生活环境和生态环境。当然，产品生产的全球化、产品数据环境和全寿命保障等，也将是产品的显著特征。

　　综上所述，首先，由于市场动态多变和不可预期，商品将变成一组满足消费需求的解，加之未来市场的国际化或全球化，使得依据网络技术重组社会资源，成为可持续发展的一条有效途径。其次，由于数字化技术的发展，为人类展现了虚拟生存空间，使得知识成为未来经济的重要禀赋，知识经济初见端倪。制造业的国际化趋势推动知识产品规模经营的新分工。软件产业正是计算机、网络技术应用的必然，是信息产业的核心，也是人们思维方式、学习和生产方式以及生活方式改变的前提和结果，加之智能化制造将会显著减少制造过程物耗、能耗，显著地提升传统制造产业的水平，故探索智能化制造将是可持续发展的重要模式。还有，保护大气资源、水资源、海洋资源、土地资源、森林、牧场和野生动植物资源，防治环境污染和其它公害，如防治生产及其它活动产生的废气、废水、废渣、粉尘、恶臭气体、放射性物质以及振动、噪声、辐射污染，社会的可持续发展要求未来制造产品必须具有全寿命周期无污染、资源低耗和可回收，故我们关注绿色制造生产模式和技术，包括绿色设计、可拆卸和回收和生态工厂技术，实现可重用性的制造技术研究。

　　2 网络化制造是重组社会资源和生产系统的有效途径

　　我们先对各种新型制造哲理和概念在活动空间、柔性范畴及信息技术的应用方面作一比较，见表1。

表1 各种制造模式的比较

项目	柔性范畴	运作空间	信息技术应用
NC、FMS	设备、技术	车间	计算机控制
CIMS、IMS	技术+管理	企业	企业内部局域网
IP	技术+管理+人员	公司	企业内部局域网
AL	技术+管理+人员+组织	社会	信息高速公路
全球制造	技术+管理+人员+组织+市场经营	全球	Internet+Intranet

　　不难看出，20世纪70年代的柔性制造仅仅体现在设备和技术的柔性;80年代提出的CIMS，以及后来发展的IMS,其特征主要是集成化和智能化,集成化反映了自动化的广度,而智能化则体现了自动化的深度。技术的集成可以达到企业各个生产环节的综合自动化，包括生产管理、财务管理、人事管理等，但其柔性范畴也只涉及技术和管理；精益生产特别强调“准时化”管理和人因的发挥，努力消灭一切浪费现象以获得最好的效益，强调企业的一切活动都离不开人的参与，尊重人性、调动人的积极性、增强员工的自主精神和责任感，因此其柔性范畴扩大到人员；敏捷制造极富创造性地构建了一种企业的动态联盟 ——虚拟公司，以便能灵活快速地对市场变化作出积极的响应，使整个制造生产系统无论在技术、管理或是人员、组织上都具备充分的柔性，尤其强调了组织的柔性。全球制造的特点是制造厂和销售服务遍布全世界，企业能够在任何时刻与世界任何一个角落的用户或供应商打交道，通过网络的协调和运作，将遍布世界的制造厂和销售网点连成一体，不仅同合作伙伴甚至同竞争对手都能建立起全球范围的生产和经营联盟网络。因此其柔性范畴扩大到了市场经营和供货环节，以完全柔性的制造系统来应付不确定的市场环境。

　　网络化制造正是信息高速公路基础上的一种模式。首先，它充分利用网络环境，实现制造资源的优化配置和企业集成。以Internet和Intranet为表征的网络技术的商用化，成为未来经济发展的新引擎,也为分布式信息系统结构的广泛应用建构了基础。分布式信息系统除了价格性能比优越外，它还特别适合系统发展的要求，适合离散性制造业的固有特征，适应计算机支持的协同制造，并且增强了制造系统的可靠性。为此，利用以Internet为标志的信息高速公路，面对市场机遇，针对某一特定产品，灵活而迅速地组织社会制造资源，把分散在不同地区的现有生产设备资源、智力资源和各种核心能力，按优势互补的原则，迅速地组合成一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体——网络联盟，以便快速响应市场，快速推出高质量、低成本的新产品。这成为我们的必然选择。

　　基于网络化制造环境，1997年，“欧盟”在法国图卢兹举行工业技术讨论会，专家们认为新一代的制造工厂是一种以最终产品总装厂为中心，由若干规模小、只生产一种专门部件的独立工厂，并以功能强大的信息网络和快捷的运输系统连接组成的开放式的“虚拟工厂”。这种独立工厂精于某项技术，擅长制造加工某一产品且专业水准高超，因而能使产品设计、生产工艺、质量保证、生产效率都达到最佳状态。总装厂和部件厂是以最终产品为纽带的合同和信誉关系，类似目前的工业集团或工业网，是“虚拟”的生产工厂。部件生产工厂可分散在多个国家或地区，而且未来产品价值链正从制造加工向产品设计和售后服务转移，因此，利用网络环境，实现制造资源的优化配置和企业集成，正适合价值链规律，故是过渡到可持续发展制造的重要途径。

　　3 智能制造是能耗少、附加值高的制造模式

　　智能制造渊于人工智能的研究，一般认为智能是知识和智力的总和，前者是智能的基础，而后者是获取和运用知识求解的能力。20世纪80年代以来，人工智能的研究从一般思维规律的探讨，发展到以知识为中心的研究方向，各式各样不同功能、不同类型的专家系统纷纷应运而生，出现了“知识工程”新理念，并开始用于制造系统中。近半个世纪特别是近20年来，制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信息驱动型，这就要求制造系统不但要具备柔性，而且还要表现出智能，否则是难以处理大量而复杂的信息工作量的。其次，瞬息万变的市场需求和激烈竞争的复杂环境,也要求制造系统表现出更高的灵活、敏捷和智能。因此，智能制造愈来愈受到高度的重视。各国政府均将此列入国家发展计划，大力推动实施。1992年美国执行新技术政策，大力支持被总统称为关键重大的技术（criticaltechnology），包括信息技术和新的制造工艺，智能制造技术自在其中。加拿大制定的1994～1998年发展战略计划，认为未来知识密集型产业是驱动全球经济和加拿大经济的基础，认为发展和应用智能系统至关重要，选择的具体研究项目为智能计算机、人机界面、机械传感器、机器人控制、新装置、动态环境下的系统集成。日本1989年提出智能制造系统，且于1994年启动了先进制造国际合作研究项目，包括公司集成和全球制造、制造知识体系、分布智能系统控制、快速产品实现的分布智能系统技术等。欧洲联盟的信息技术相关研究ESPRT项目，大力资助有市场潜力的信息技术。1994年又启动了新的R＆D项目，选择了39项核心技术，其中3项（信息技术、分子生物学和先进制造技术）均突出了智能制造的位置。我国80年代末也将“智能模拟”列入国家科技发展规划的主要课题，已在专家系统、模式识别、机器人、汉语机器理解方面取得了一批成果。最近，国家科学技术部正在组织研究如何实施“工业智能工程”，作为技术创新计划中创新能力建设的重要组成部分，智能制造将是该项工程中的重要内容。由此可见，智能制造在世界范围内兴起，它既是制造技术发展，特别是制造信息技术发展的必然，也是自动化和集成技术向纵深发展的结果。

　　智能制造模式的基础是智能制造系统(intelligent manufacturing system, IMS),智能制造系统既是智能、技术集成应用的环境，也是智能制造模式展现的载体。与传统的制造相比，智能制造系统具有以下特点：①自律能力；②人机一体化；③虚拟现实技术；④自组织与超柔性；⑤学习能力与自我维护能力。由此出发，我们又说智能制造作为一种模式，是集自动化、柔性化、集成化和智能化于一身，并不断向纵深发展的高技术含量和高技术水平的先进制造系统，也是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统，它突出了在制造诸环节中，以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟的人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。同时，收集、存储、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。

　　近年来，先进制造技术研究在国内方兴未艾。我们认为，制造技术的集成体现在虚实制造空间的集成。传统制造活动中，虽然设计活动本身涉及虚拟空间活动，但其它主要制造活动，如完成铸、锻、焊、机加工和热处理制造活动，则基于实物空间范畴。近年来，数字化技术的发展带来了生产方式的变革，虚拟生存成为人类有史以来最具革命性的生存方式革命，特别是知识经济莅临，人们价值观念的变迁，知识资本成为重要的经济禀赋，智能技术将成为未来制造的主要模式。至此，一种适应这种理念的制造技术必然应运而生，我们称之为“虚拟制造”。目前，该项技术突出以3维虚拟现实和多媒体技术，实现建模、仿真及工艺过程，借以压缩或取消原型机工艺过程或原型机制造系统，缩短产品周期、降低成本。笔者认为，现实制造空间和虚拟制造空间的变换技术，应该有更多的用途，必然有更大的发展。它是真实意义上满足顾客需求，向最终消费者提供“解”的重要手段，比如，美国刚刚兴起的计算机远程服务保障系统，就是靠对物理空间的故障讯号的数字化远程处理，加之专家知识诊断来实现的。可以遐想，倘若通过“反求工程”和“虚拟制造”，就可能实现包括提供备件的产品全寿命服务。

　　同时也应看到，智能制造也是一个人机一体化智能系统，只要不单纯去追求人工智能，努力追求人的智能和机器智能的有效结合，这样的系统就有可能实现。当然,这种实现也有一个从初级到高级的发展过程。因此，应坚持抓应用、促发展、见效益的方针，将其变为现实生产力。最后须强调指出，随着知识经济莅临，知识将作为主要的经济禀赋，智能产品价值日益攀升，特别是分布式数据库技术、智能代理技术和网络技术等发展，将突出知识在制造活动中的价值地位。知识经济是继工业经济后的主体经济形式，所以智能制造将成为未来制造业的重要生产模式。

　　4 绿色制造支撑可持续发展目标

　　工业文明在创造人类空前满意消费的同时，也将不可再生资源的匮乏和环境污染带给人类。近年来，在反思传统工业发展模式和工艺技术系统对消耗资源和破坏生态的认识上，有识之士认同了制造技术应是一项与环境协调的技术，它应该是一项遵循“可持续发展(sustainabledevelopment)”原则的技术。事实上，环境协调和满足个性消费是辩证统一的2个侧面。毋庸置疑，为了使消费者充分享受制造业提供的满意程度，政府和协会应该注意个性需求的共性基础，减少产品生产和使用造成的环境危害。

　　近年来，各国政府纷纷通过法律和经济手段，干预微观企业的制造、市场销售环节，保护消费者权益。除了立法以外，支持可持续发展的关键是要变革传统的使用原材料、能源和生产的方式，将环境保护管理从“事后”转移为“事前”，为此，世界各国投入大量财力发展“绿色制造技术”，其中的绿色设计技术，突出了在产品设计阶段就考虑到产品生命周期全过程的无污染，资源低耗、回收和对环境的适应性。还有，不可再生材料的替代技术、节能技术、清洁生产工艺、产品可拆卸与回收技术、生态工厂循环制造技术均发展迅猛，聚成了先进制造技术的新的一族。

　　研究认为，工艺、设备和工厂的可重构性、规模可变和成本经济性，将是未来制造业企业装备的显著特点。随着知识成为产品价值的主要成份，领先的制造工艺，可重用的智能软件和自动化设备，构成未来企业竞争的硬件资源。另一方面，个性需求和不确定市场环境，要求克服设备资源造成的沉陷成本(sunkcost)风险，制造资源的可重构性必将成为企业装备的显著特点。

　　5 几点建议

　　5.1 充分利用网络技术发展提供的机遇，提升传统制造业水平

　　我国制造业正处在传统制造业向新制造业过渡的关键时期，不但存在技术改造、技术升级的艰巨任务，还面临机构改革、组织重构的重大变革，利用网络技术发展提供的机遇，有可能平化企业组织，减少大企业重组带来的巨大成本和风险。换言之，在尽量减少企业产权调整的前提下，通过组建动态联盟，实现网络组织，盘活国有制造资源，实现提升制造业生产力的目标。

　　5.2 启动工业智能工程，争夺新经济的制高点

　　我国是一个尚处于工业化过程的国家，设备的数控化率低，人力资源基础薄，这些，制约和决定了我们实现制造业信息化、智能化的进程。我们认为，若能认真组织力量，及时获取工业化过程的经验、知识，实施基于知识的智能工程，追求人的智能和机器智能的有效结合，从智能软件研发切入，抓应用，促发展，使企业收到绩效，将对提升传统产业，支持软件产业发展，争夺新经济的制高点是十分有益的。

　　5.3大力发展绿色制造技术，提高产品出口创汇能力

　　应大力研究开发绿色制造技术、不可再生材料的替代技术、节能技术、清洁生产工艺、产品拆卸与回收技术、生态工厂循环制造技术。为了促进上述技术的产业化，建议国家出台一些财政、金融和税赋政策，支持绿色制造产品的生产和消费。此外，绿色产品标准已是发达国家实施非价格关税壁垒，保护其国内市场的重要手段，为了适应WTO，积极开发、制造绿色产品，也是出口创汇对我国制造业提出的要求。

　　海锦涛，机械科学研究院院长，研究员级高级工程师，国家有突出贡献的中青年专家，中国机械工程学会副秘书长。主要研究方向为塑性变形、金属超塑性加工。