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數碼侃一侃發布時間：18-05-0215:08制造業 是 “ 永遠不 落的太陽 ” , 是 現 代文明的支柱之一 ; 它既 占有基礎地位 , 又處 于前 沿 關鍵 , 既古老 , 又年輕 ; 它是工業 的主體 , 是 國 民經濟持續發展 的基礎 ; 它是生產工具 、 生活 資料 、 科技手段 、 國防裝備等及其進步的依托 , 是現代化 的動力源之一 。 值得特別提 出的是機械制造業 , 尤 其是裝備制 造業 。 馬克思在 《資本論》 有一段名言 , 至今仍熠 熠生輝 : “ 大工業 必 須掌握這特有 的生 產資料 , 即 機器的本身 , 必 須用機器生 產機器 。 這樣 , 大工業 才建立起與 自己相 應 的技術基礎 , 才得 以 自立 。 ” 生產機器 的機器 , 我國稱為機床；制造業 , 裝備制造業 , 決不 是 “ 夕陽產 業 ” , 但是 , 制造技術中確有 “ 夕 陽技術 ” , 這是 同信息 化大潮格格不入 的技術 , 這是同高科技發展 不相應 的技術 , 這是缺乏市場競爭力的技術 , 甚至還可能 是危害可 持續發展的技術 。 我們所謂的 “ 先進制造 技術 ” , 其實就 是 “ 制造技術 ” 加 “ 信息技術 ” 加 “ 管理科學 ” , 再 加上有關的科學 技術交融而 形成 的制造技術 。 “ 先進 制造技術 ” 就是這么 一個交融 的技術 , 它生 氣勃勃地適應 一 與占領現代制造 業市 場 。1 現代制造業 的基本特征現代的制造業市場大致有如下 五大特征 : 第 一 是買方市場 。 這是科學技術與生產力發展的必然結 果 , “ 賣方市場 ” 已成為過去 。 第 二是 多變性市場 。 由于科技發展快 , 技術更新快 , 產品換代快 , 如微 電子產 品半年到兩年就得更 新 , 從而產 品非大量 化 、 分散化 、 個性化的生產越來越強 , 市場越來越 大 , 競爭 日趨激烈 , 不確定因素猛增 , 市場變化很快。2 先進制造技術發展趨勢與科學技術和市場經濟的發展相應 , 先進制造 技術 , 特別是先進機械制造技術有如下八 方面 的發 展趨勢與特色 : “ 數 ” 是核心 , “ 精” 是關鍵 , “ 極 ” 是焦 點 , “ 自” 是條件 , “ 集 ” 是方法 , “ 網 ” 是道 路 , “ 智 ” 是前景 , “ 綠 ” 是必然 。 （1）‘’數 ” 就是 “ 數字化 ” 。 “ 數字化 ” , 數字地球 , 數字城市 , 數字工廠 , 數字制造 , 數字裝備…… , 狂瀾 巨浪 , 勢不可擋 。 “ 數字化 ” 不 僅是 “ 信息化 ” 發展的核心 , 而且 也是先進制造技術發展的核心 。 信息的 “ 數字化 ” 處理同 “ 模擬化 ” 處 理相比 , 有 著三個不可比擬的優點 : 信息精確 , 信息安全 , 信 J息容量大囚 。 數字化制造就是指制造領域的數字化 。 它是制 造技術 、 計算機技術 、 網絡技術與管理科學的交叉 、 融和 、 發展與應用的結果 , 也是制造企業 、 制造系 統與生產過程 、 生產系統不斷實現數字化的必然趨 勢 。 它包含 了三大部分 : 以設計為中心的數字制造 , 以控制為中心 的數字制造和以管理為中心的數字制造。對制造設備而言 , 其控制參數均為數字化信號 。 對制造 企業而言 , 各種信息(如 圖形 、 數據 、 知 識 和 技能等 )均 以數字形式 , 通過 網絡 , 在企業 內傳 遞 , 以便根據市場信息迅速收集資料信息 , 在虛擬 現實 、 快速原型 、 數據庫和多媒體等多種數字化技 術的支持下 , 對產品信息 、 工藝信息與資源信息進 行分析 、 規劃與重組 , 實現對產 品設計和產品功能 的仿真 , 對加 工過程與生產組織過程的仿真 , 或完 成 原型制造 , 從而 實現生產過程的快速重組 與對市 場的快速響應 , 以滿足客戶化要求 。 對全球制造業 而言 , 用戶借助 網絡發布信息 , 各類企業通過網絡 , 根據需求 , 應用電子 商務 , 實現優勢互補 , 形成動 態聯盟 , 迅速協 同 設計 并制造 出相應 的產 品 。 這 樣 , 在數字制造環境下 , 在廣 泛領域乃 至跨地區 、 跨 國 界形 成 一個數字化組 成的網 , 企 業 、 車 間 、 設備 、 員 工 、 經銷 商乃至有 關市場均可 成為 網 仁 的 一 個 “ 結點 ” ; 在研究 、 設計 、 制造 、 銷售和 服 務的過程 中 , 彼此 交互 , 圍繞產 品所賦 予 的數字 信 息 , 成 為驅動制造業活動 的最活躍 的因素 。 在 此 還 應著重指 出 , 制造 知識 (包括技 能 、 經驗 )的獲取 、 表達 、 存儲 、 推理乃 至 系統化 、 公理 化等 , 這是使制造 技術發展 到制造 科學的關鍵 , 而 這 又與數字化不 可分開 。( 2 )“ 精 ” 是 發展 的關鍵 “ 精 ” 是 “ 精密化 ” 。 它一方面是指對產 品 、 零件的精度要求越來越高 , 一 方面 是指對產品 、 零 件的加工精度要求越來越高 。 顯然 , 這兩方面是一 回事 ; 有了前者 , 才要 求有后者 ; 有 了后者 , 才促 使前者得 以發展 。 “ 精 ” 可 以說 , 是指加工精度及 其發展 , 精密 加工 , 細微加工 , 納米加工等 。（3）“ 極 ” 是發展 的焦點 “ 極 ” 就 是極端條件 , 就是 指在極端條件下工 作的或者有極端要求的產品 , 從而也是指這類產 品 的制造技術有 “ 極 ” 的要求 。 在高溫 、 高壓 、 高濕 、 強磁場 和強腐蝕等條件下 工作的 , 或有高硬度 、 大 彈性等要求的 , 或在幾何形 體上極大 、 極小 、 極厚 、 極薄 、 奇形怪狀的 。 顯然 , 這些產品都是科技前沿 的產 品 。 其中之一 就是 “ 微機電系統 (M EM ) S ” , 這是工 業發達國家與有關國家所高度關注的一項前 沿 科技 。 甚至可以說 , “ 極 ” 是前沿科 技或前沿科 技產 品發展 的一個焦點 。 例如 , 在信息領域中 , 分 子存儲器 、 原子存儲器 、 量子阱光電子器件、 芯片加 工設備 ; 生命領域中 , 克隆技術 、 基 因操作系統 、 蛋 白質追蹤系統 , 小生理器官處理技術 、 分子組件 裝配技術 : 軍 事武器中 , 精確制導技術 , 精確打擊 技術 , 微型慣性平臺 , 微光學設備 ; 航空航天領域 中 , 微型飛機 , 微型衛 星 , “ 納米 ” 衛星 ( 0 . 1 kg 以 內) ; 微型機器人領域中 , 腦科手術 , 清除腦血栓 , 管道 內操作 , 竊聽 與收集情報 , 發現并殺死癌 細胞 ; 微型測 試儀器 , 微傳感器 , 微顯微鏡 , 微溫度計 , 微儀器等 。 M E M S 可 以完成特種動作與實現特種 功能 , 乃至 可 以溝通微觀世界 與宏觀世界 , 其深遠 意義難 于估量 。 2 002 年 , 美國伯克利大學不僅制 造 了直徑為 3 0 0 林m 的鏡頭 , 配以微米級 探針 的微 米級顯微鏡 , 可深 入植物細胞內觀察 , 而 且正在開 發鏡頭直徑為 50 0 n m 的納米級顯 微鏡 。 2 0 0 2 年美 國康納 爾大學還宣布研制出原子 級納米 “ 晶體管 ” , 可 以說 , 由單個原子輸送電流的 “ 晶體管 ” 還是首 次 , 這項 成果被我 國科技專家評為 2 0 0 2 年世 界 卜 大科技新聞之一 。( 4 )“ 自” 是發展 的條件 “ 自” 就是 自動化 。 它就是減輕人的勞動 , 強化、 延伸 、 取代人的有關勞動的技術或手段 。 顯然 , 自動化是重要的 , 自動化總是 伴隨有關機械或工具 來實現 的。 可 以說 , 機械是一 切技術的載體 , 也是 自動化技術的載體 。 第一次工 業革 命 , 以機械化這 種形式的 自動化來減輕 、 延伸或取代人 的有 關體力 勞動 。 第二 次工業革命 , 電氣化進一 步促進 了 自動 化的發展 。 據統計 , 從 1 8 7 0 年至 1 9 8 0 年 , ) J[l工 過 程的效率提高為 20 倍 , 即體力勞動得到 了有效的 解放 ; 但管理 效率只提高了 1 . 8一.2 2 倍 , 設 計效率 也只提高了 1. 2 倍 , 這表明 自動化為體力勞動所帶 來的效果是非常明顯 的 。 即使在美國 , 19 8 4 年 , CA D 在福特 公司 的應用只 占 4 0 % , 通用公 司 占 3 4 % , C h卿s le r 為 6 7% 〔 2 ] , 此后 , e A D 發展極為迅速 。 今 天在我 國 , C A D 已十分 普及 。 信息化 、 計算機化 與網絡化 , 不但極大地解放 了人的體力勞動 , 而 且 更 為關鍵的 是 有效地 提高了腦力 勞動 自動化的水 平 , 解放 了人的部分腦力勞動 。 “ 自動化 ” 從 自動控制 、 自動調 節 、 自動補償 和 自動辨識等發展到 自學習 、 自組織 、 自維護和 自 修復等更高的自動化水平 ; 而 且今天 自動控制的內 涵 與水平 已是今非昔 比 , 從控制理 論(如 多 A g e n t 系統的理論與方法 、 基于 網絡的控制理論 、 復雜系 統 的控制理論… … ) 、 控制技術(如智能化檢測 、 多 媒體信息檢測… … ) 、 系統 (如網絡控制系統 、 復雜 系統 … … ) 、 控 制元件(如具有生 物特征 的傳感元 件…… ), 都有著極大的發展 。 自動化是先進制造技術發展的前提條件 。( 5 )“ 集 ” 是發 展的方法 “ 集 ” 就是集成化 。 它 有三個方面 : 技術的集 成 , 管理的集成 , 技術與管理的集成 。 歸根結底 , 其本質就是知識的集成 , 當然亦即知 識表現形式的集成。 己如前述 , 先進制造技術就是制造技術 、 信 息技術 、 管理科學與有關科學技術的集成 。 “ 集成 ” 就是 “ 交叉 ” , 就是 “ 雜交 ” , 就是取人之長 , 補己 之短 , 這是 發展的一大方法 。 目前 , “ 集 ” 主 要指 : ① 現代技術的集成 , 機電一 體化 是個典型 , 它是 高技術裝備的基礎 , 如微 電子 制造裝備 , 信息化 、 網絡化產品及配套設備 , 儀器 、 儀表 、 醫療 、 生物 和環 保等高技術設備 。 顯然 , 在機 電一體化技術中 , 關鍵往往是 : a ( )檢測傳感技術 。 ( b )信息處理 技術 。 c ( ) 自動 控制技術 。 d ( )伺服傳動技術 。 ( e )精密機械 技術 。 (O系統總體技術 。 而這些技術又 同許多學科 有關 , 又是 一 個 “ 集 ” 。 ② 加工技術的集成 , 特種 加 工 技術及其裝備是 個典型 , 如增材制造(即快速 原型 ) 、 激光加工 、 高能束加工和 電加工 等 ; 當然 , 加 工 技術的集成只 是 現代技術集成 的一 個特殊部 分 。 ③ 企業集成 , 即管理的集成 , 包括生產信息 、 功能 、 過 程的集成 ; 包 括生 產過程的集成 、 全壽命 周期過程的集成 ; 也包括企業內部的集成 , 企業外 部 的集成 。 如并 行工 程 、 敏捷制造 、 精益生 產和c I M S 等都是 “ 集 ” 的典型表現 。 當然 , 管理的集 成不 可 能不包含管理與技術的集成 。 從長遠看 , 還有一點很值得注意 , 即 由生物技 術與制造技術集成的 “ 微制造的生 物方法 ” , 或所 謂 的 “ 生物制造 ” ; 即依據生物是 由內部 生長 而成 的 “ 器件 ” , 而 非同一 般制造技術那樣 由外加作用 以增減材料而成 “ 器件 ” 。 可 以預期 , 這是一個嶄 新的充滿著活 力的領域 , 作用難 以估量 , 道路也將 是漫 長 的。(6 ) “ 網” 是發 展的道路 “ 網 ” 就是網絡化 。 應該講 , 制造技術 的網絡 化是先進制造技術發展的必 由之路 , 使制造業走 向整體化、 有序化 , 這 同人類社會發展是 同步的 。 制 造技術的網絡化是 由兩個因 素決定的 : 一是生產組 織變革的需要 , 二 是生產技術發展的可能 。 這是因 為制造業在市場競爭中 , 面臨多方的壓力 , 如采購 成本不斷提高 , 產品更新速度加快 , 市場需求不斷 變化 , 客戶定 單生產方式迅速發展 , 全球制造所帶 來的沖擊 日益加強等 : 企業要避免傳統生產組織所 帶來的一系列問題 , 必須在生產組織上實行某種深 刻的變革 。 這個變革體現在兩方面 : 一 方面利用網 絡 , 在產品設計 、 制造與生產管理等活動乃 至企業整個業務流程中充分享用有關資源 , 即快速調集 、 有機整合與高效利用有關制造資源 ; 與此同時 , 這 必然 導致制造過程與組織 的分散化 網絡化 , 企業要 拋棄傳統 的 “ 小而 全 ” 與 “ 大而 全 ” 這類 “ 夕陽技 術 ” , 而 集中力量在 自己最有競爭力的核心 業務上 。 一個企業有無 自己最有競爭力的核心 業務 , 這是關 鍵 , “ 山不在高 , 有仙則名 ; 水不在深 , 有龍則靈 。 ”(7 )“ 智 ” 是發展的前景 “ 智 ” 就是智能化 。 制造技術的智能化是制造 技術發展的前景 。 近 2 0 年來 , 制造系統正在 由原 先的能量驅動型轉變為信息驅動型 , 這就要求制造 系統不 但要 具備柔性 , 而 且還要表現 出某種智能 , 以便應對大量復雜信息的處理 、 瞬息萬變 的市場需 求和激烈競爭的復雜環境 , 因 此 , 智能制造越來越 受到高度的重視，智能化制造模式的基礎是智能制造系統 , 智能 制造系統 既是智能和 技術 的集成 而形 成 的應 用環 境 , 也是智能制造模式的載體 。 與傳統的制造相比 , 智能制造系統具有 以下特點 : ①人機一體化 。 ② 自 律能力 。 ③自組織與超柔性 。 ④學習能力與 自我維 護能力 。 ⑤在未來 , 具有更高級 的類人思維的能力 。 由此出發 , 可以說智能制造作為一種模式 , 是集 自動化、集成化和智能化于一身 , 并具有不斷向縱深 發展 的高技術含量和高技術水平 的先 進制造系統 , 也是 一種由智能機器和人類專家共同組成 的人機 一 體化系統 。 它突出了在制造諸環節 中 , 以一種高度 柔性與集成的方式 , 借助計算機模擬的人類專 家的 智能活動 , 進行分析 、 判斷 、 推理 、 構思和 決策 , 取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動 。 同 時 , 收集 、 存儲 、 處理 、 完善、 共享 、 繼 承和發展人類 專家的制造智能 ; 當然 , 目前還只 能算初步 , 但潛 力極大 , 前景廣 闊。 隨著知 識經濟時代的初露端倪 , 知識將作為發 展生 產力主 要的源泉 , 并導致以知識生產率取代勞 動生 產率 , 從而智能化制造的價值 日益攀升 。 目前 , 特別是分布式數據庫技術、 智能代理技術和 網絡技 術等發展 , 將突出知識在制造活動中的價值地位 。 知識經濟是繼工 業經濟后的 主體經濟形 。 盡 管智 能化制造道路還很漫長 , 但是必將成為未來制造業 的主 要生產模式之一 。 (8 ) “ 綠 ” 是發展的必然 “ 綠 ” 就是 “ 綠色 ” , “ 綠色 ” 是從環 境保護領 域中引用來的 。 人類社會的發展必將走 向人類社會與 自然界 的 和 諧 , 就是 走向 “ 天人合一 ” 。 人 與人類社會本質 上 也是 自然世 界的一個部分 , 部分不 能脫離整體 , 更不 能對抗與破環整體 。 《老子》 講 的 “ 無為 ” 就 是這個意思 , 即不 去 “ 為” 違背客觀規律之 “ 為 ” 。 人類必須從各方面促使人與人類社會同 自然界和 諧 一致 , 制造技術也 不能例外 。 江澤民同志講得好 , 保護環境 , 就是保護生產力 ; 改善環 境 , 就是發展 生產力 。 制造業的產品從構思開 始 , 到設計階段 、 制造 階段 、 銷售階段 、 使用與維修階段 , 直到回收階段 、 再制造各階段 , 都必 須充分 計及環 境保護 。 所謂 環 境保護是 廣 一 義 的 , 不 僅要保護 自然環境 , 還要 保護 社會環境 、 生產環 境 , 還要保護生產者的身心健康 〕 在此前提與內涵下 , 還必須制造出價廉 、 物美 、 供 貨期短 、 售后服務好的產品 。 作為 “ 綠色 ” 制造 , 產品還必須在一 定程度上 是藝術品 , 以與用戶的生產、 工作 、 生活環 境相適應 , 給人以高尚的精神享受 , 體現著物質文 明、 精神文 明與環境文 明的高度交融。每發展與采用一 項新技術時 , 應站 在哲學高 度 , 慎思 “ 塞翁得馬 , 安知非禍 ” , 即必須充分 考 慮可持續發展 , 計及 環境文明 。 制造必然要走向 “ 綠 色 ” 制造 。

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