信息技術(shù)的發(fā)展引起的革命使我們進(jìn)入了信息時代。信息革命不僅引起人們的思想觀念、生活方式的變化，而且導(dǎo)致了生產(chǎn)方式和制造哲理的巨大變化，可以說近十年來提出的新的制造哲理都離不開信息技術(shù)提供的支撐，以信息化制造技術(shù)為代表的先進(jìn)制造技術(shù)正使制造業(yè)處于重要的歷史性變革時期。多年來，我國的綜合國力不斷增強(qiáng)，入關(guān)在即，市場競爭十分激烈，國內(nèi)市場已從賣方市場轉(zhuǎn)化為買方市場，而且正在迅速成為國際市場的一部分，許多大中型企業(yè)在競爭中處于不利地位，甚至破產(chǎn)、倒閉。本文結(jié)合我國國情，通過分析現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)與先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系，論述了我國現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成和發(fā)展策略及途徑，希望為我國制造業(yè)的發(fā)展做些有益的探索。

現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的含義與定位
　

現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（Contemporary Integrated Manufacturing System）是計算機(jī)集成制造系統(tǒng)新的發(fā)展階段，在繼承計算機(jī)集成制造系統(tǒng)優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)上，它不斷吸收先進(jìn)制造技術(shù)中的相關(guān)思想的精華，從信息集成、過程集成向企業(yè)集成方向迅速發(fā)展，在先進(jìn)制造技術(shù)中處于核心地位。具體地說，它將傳統(tǒng)的制造技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)、管理技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，通過計算機(jī)技術(shù)使企業(yè)產(chǎn)品在全生命周期中有關(guān)的組織、經(jīng)營、管理和技術(shù)有機(jī)集成和優(yōu)化運(yùn)行，在企業(yè)產(chǎn)品全生命周期中實現(xiàn)信息化、智能化、集成優(yōu)化，達(dá)到產(chǎn)品上市快、服務(wù)好、質(zhì)量優(yōu)、成本低的目的，進(jìn)而提高企業(yè)的柔性、健壯性和敏捷性，使企業(yè)在激烈的市場競爭中立于不敗之地。從集成的角度看，早期的計算機(jī)集成制造系統(tǒng)側(cè)重于信息集成，而現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的集成概念在廣度和深度上都有了極大的擴(kuò)展，除了信息集成外還實現(xiàn)了企業(yè)產(chǎn)品全生命周期中的各種業(yè)務(wù)過程的整體優(yōu)化，即過程集成，并發(fā)展到企業(yè)優(yōu)勢互補(bǔ)的企業(yè)之間的集成階段。

現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的研究范圍應(yīng)該介于國家攀登計劃和國家攻關(guān)計劃之間。與攀登計劃研究項目相比較，它更注重成果的應(yīng)用性，盡可能將技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，并推動我國制造業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程；與國家攻關(guān)計劃相比較，它更注重解決我國制造業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵的共性問題、前瞻性問題和示范性問題。
現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成
先進(jìn)制造技術(shù)（AMT－Advanced Manufacturing Technology）作為一個專有名詞至今還沒有一個明確的、一致公認(rèn)的定義。通過對其內(nèi)涵和特征的研究，目前共同的認(rèn)識是：先進(jìn)制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，并取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱。它具有如下一些特點(diǎn)：

從以技術(shù)為中心向以人為中心轉(zhuǎn)變，使技術(shù)的發(fā)展更加符合人類社會的需要；

從強(qiáng)調(diào)專業(yè)化分工向模糊分工、一專多能轉(zhuǎn)變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發(fā)揮；

從金字塔的多層管理結(jié)構(gòu)向扁平的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，減少層次和中間環(huán)節(jié)；

從傳統(tǒng)的順序工作方式向并行工作方式轉(zhuǎn)變，縮短工作周期，提高工作質(zhì)量；

從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態(tài)的自主管理的小組工作方式轉(zhuǎn)變。

通過對先進(jìn)制造技術(shù)的定義和特點(diǎn)的分析我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)擁有先進(jìn)制造技術(shù)的絕大部分特點(diǎn)，只不過先進(jìn)制造技術(shù)所涉及的的范圍要比現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)大，因此通過對先進(jìn)制造技術(shù)的綜合考察，我們提出了一個現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成模式。如圖1所示，即在先進(jìn)制造技術(shù)中，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)在吸收計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)上，繼續(xù)推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態(tài)聯(lián)盟的研究工作深入進(jìn)行，并不斷吸收先進(jìn)制造技術(shù)中的成功經(jīng)驗和先進(jìn)思想，將它們進(jìn)行推廣應(yīng)用，由此使現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)成為先進(jìn)制造技術(shù)的核心，具體說明如下：

1、并行工程（CE－Concurrent Engineering）：

并行工程是集成地、并行地設(shè)計產(chǎn)品及其相關(guān)過程（包括制造過程和支持過程）的系統(tǒng)方法。它要求產(chǎn)品開發(fā)人員在一開始就考慮產(chǎn)品整個生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報廢的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計劃和用戶要求。為了達(dá)到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實現(xiàn)不同部門人員的協(xié)同工作；為了達(dá)到產(chǎn)品的一次設(shè)計成功，減少反復(fù)，它在許多部分應(yīng)用了仿真技術(shù)；主模型的建立、局部仿真的應(yīng)用等都包含在虛擬制造技術(shù)中，可以說并行工程的發(fā)展為虛擬制造技術(shù)的誕生創(chuàng)造了條件，虛擬制造技術(shù)將是以并行工程為基礎(chǔ)的，并行工程的進(jìn)一步發(fā)展就是虛擬制造技術(shù)。同時，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術(shù)支持下，將原來分別進(jìn)行的工作在時間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術(shù)，并吸收了當(dāng)前迅速發(fā)展的計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)秀成果，使其成為先進(jìn)制造技術(shù)中的基礎(chǔ)。

雖然并行工程在我國進(jìn)行的研究工作中屬于熱點(diǎn)，也取得了一些成果，但是目前還存在以下一些問題：

(1)研究的廣度和深度不夠：雖然并行工程的研究工作已經(jīng)廣泛開展，但是無論從研究的內(nèi)容上看，還是從研究的水平上說都明顯存在差距。如：并行工程在成本和質(zhì)量上的應(yīng)用才剛剛起步，與供應(yīng)商的集成問題還沒有提上日程。

(2)與并行工程有關(guān)的技術(shù)實用化不夠：在實用技術(shù)研究方面，目前還沒有商品化軟件誕生，而國外公司已經(jīng)推出商品化軟件（如：PTC的Pro-Engineering、CV的CADDS5）。

(3)并行工程的實施隊伍不夠：由于科研力量薄弱，在研究上還不能全面開花，并行工程的實施就更是難上加難了。而且，當(dāng)前國內(nèi)機(jī)械行業(yè)在激烈的市場競爭中經(jīng)濟(jì)效益不好，CAD/CAM技術(shù)還有待普及，全面實施并行工程還缺乏基本的物質(zhì)基礎(chǔ)。

由于并行工程所處的基礎(chǔ)性地位及我國研究工作的不足，就決定了必須將它作為現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)性研究工作不斷深入地進(jìn)行。

2、虛擬制造（VM－Virtual Manufacturing）：

虛擬制造利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)實制造活動中的人、物、信息及制造過程進(jìn)行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題，在產(chǎn)品實際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而達(dá)到產(chǎn)品一次性制造成功，來達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力的目的。

目前，虛擬制造技術(shù)已經(jīng)在國外有所應(yīng)用，例如：美國Boneing公司設(shè)計的一架VS-X虛擬飛機(jī)，可用頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套進(jìn)行觀察與控制，使飛機(jī)設(shè)計人員身臨其境地觀察飛機(jī)設(shè)計的結(jié)果，并對其外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使用性能進(jìn)行考察；日本Matsushita公司開發(fā)的虛擬廚房設(shè)備制造系統(tǒng)，允許消費(fèi)者在購買商品前，在虛擬的廚房環(huán)境中體驗不同設(shè)備的功能，按自己的喜好評價、選擇和重組這些設(shè)備，他們的選擇將被存儲并通過網(wǎng)絡(luò)送至生產(chǎn)部門進(jìn)行生產(chǎn)；美國Coventry School of Art and Design開發(fā)的虛擬原型制作系統(tǒng)，設(shè)計者在設(shè)計的初始階段能夠在計算機(jī)中構(gòu)造虛擬原型并對此原型進(jìn)行評價。

國內(nèi)的研究剛剛起步，主要集中在三個方面：

（1）產(chǎn)品虛擬設(shè)計技術(shù)：

主要包括虛擬產(chǎn)品開發(fā)平臺、虛擬測試、虛擬裝配以及機(jī)床、模具的虛擬設(shè)計實現(xiàn)等。其中清華大學(xué)利用美國國家儀器公司的Labview開發(fā)平臺實現(xiàn)了鎖相電路的虛擬，機(jī)械科學(xué)研究院采用C語言和OpenGL進(jìn)行編程初步實現(xiàn)了立體停車庫的虛擬現(xiàn)實下的參數(shù)化設(shè)計，可以直觀地進(jìn)行車庫的布局、設(shè)計、分析和運(yùn)動模擬。

（2）產(chǎn)品虛擬制造技術(shù)

主要包括材料熱加工工藝模擬、加工過程仿真、板材成型模擬、模具制造仿真等。北航與一汽用OPTRIS開發(fā)的板料成型軟件已經(jīng)基本能夠模擬類似車門的中等復(fù)雜程度的汽車覆蓋件和其他沖壓成型件的沖壓成型過程；沈陽鑄造研究所開發(fā)的電渣熔鑄工藝模擬軟件包ESRD3D已經(jīng)應(yīng)用于水輪發(fā)電機(jī)變曲面過流部件生產(chǎn)中，其產(chǎn)品在劉家峽、李家峽、天生橋、太平役等7個電站中使用；合肥工業(yè)大學(xué)研制的雙刀架數(shù)控車床加工過程模擬軟件已經(jīng)在馬鞍山鋼鐵股份有限公司車輪輪箍廠應(yīng)用，使數(shù)控程序現(xiàn)場調(diào)試時間由幾個班縮短到幾小時，并保證一次試切成功；北京機(jī)床研究所、機(jī)械科學(xué)研究院、東北大學(xué)、上海交大和長沙鐵道學(xué)院等單位也研制出一些這方面的仿真軟件。

（3）虛擬制造系統(tǒng)

主要包括虛擬制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)、技術(shù)支持、開發(fā)策略等。其中提出了比較成熟的思想并可能實現(xiàn)的是由上海同濟(jì)大學(xué)張曙教授提出的分散網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)系統(tǒng)和西安交通大學(xué)謝友柏院士組建的異地網(wǎng)絡(luò)化研究中心。

從以上的論述中可以看到國內(nèi)外研究水平差距是很大的，而且由于虛擬制造技術(shù)既是并行工程的發(fā)展方向又是敏捷制造的核心，這就決定我們必須以它作為現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的中心技術(shù)，以帶動相關(guān)技術(shù)的研究工作的進(jìn)行，并使它們協(xié)同一致順利地發(fā)展。

3、敏捷制造（AM－Agile Manufacturing）：

敏捷制造是以競爭力和信譽(yù)度為基礎(chǔ)，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標(biāo)共同努力來增強(qiáng)整體競爭能力，對用戶需求作出快速反應(yīng)，以滿足用戶的需要。為了達(dá)到快速應(yīng)變能力，虛擬企業(yè)的建立是關(guān)鍵技術(shù)，其核心是虛擬制造技術(shù)，即敏捷制造是以虛擬制造技術(shù)為基礎(chǔ)的。敏捷制造是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)從信息集成發(fā)展到企業(yè)集成的必由之路，它的發(fā)展水平代表了現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的發(fā)展水平，是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的發(fā)展方向。

自從1991年美國提出敏捷制造的思想后，美國政府就贊助許多研究單位開發(fā)實現(xiàn)敏捷制造的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和工具，并鼓勵在不同行業(yè)進(jìn)行示范應(yīng)用，目前已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。例如：在遙測裝置生產(chǎn)的敏捷制造示范項目中，它聯(lián)合了加利福尼亞的圣地亞國家實驗室、聯(lián)合信號公司堪薩斯城分部和新墨西哥的圣地亞國家實驗室以及機(jī)械主箱、印刷電路板供應(yīng)商。通過聯(lián)合彌補(bǔ)了單一企業(yè)資源不足的弱點(diǎn)，這一聯(lián)盟的生產(chǎn)時間比單一企業(yè)的生產(chǎn)時間減少了50％，生產(chǎn)率提高顯著。現(xiàn)在美國的很多大公司都參加了這一研究計劃，在歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家也紛紛成立了相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，進(jìn)行相應(yīng)的研究和實施工作。我國專家從1993年就開始對敏捷制造進(jìn)行跟蹤研究，主要包括：實施敏捷制造的技術(shù)基礎(chǔ)；虛擬公司的建立步驟及其體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式；虛擬公司的組織與應(yīng)用等。與國外相比，這些研究工作只能算原則性的研究工作，距離實用還需要走很長的一段路。因此，在我國企業(yè)目前還不可能實現(xiàn)敏捷制造，但是從科學(xué)研究的角度看，我們認(rèn)為需要在合適的條件下建立一個研究性的虛擬企業(yè)，加深我們對虛擬企業(yè)在實際應(yīng)用中所遇難題的理解，即在實踐中吸取有益的經(jīng)驗，為今后的發(fā)展作一定的技術(shù)儲備。

4、綠色制造（GM－Green Manufacturing）：

綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報廢的整個產(chǎn)品生命周期中，對環(huán)境的影響（負(fù)作用）最小，資源的使用效率最高。綠色制造的提出是人們?nèi)找嬷匾暛h(huán)境保護(hù)的必然選擇，發(fā)展不能以環(huán)境污染為代價，國際制造業(yè)的實踐表明，通過改進(jìn)整個制造工藝來減少廢棄物，要比處理工廠處理已經(jīng)排放的廢棄物大大節(jié)省開支。綠色制造的實現(xiàn)可以通過計算機(jī)仿真來達(dá)到目的，即它是虛擬制造的一部分。從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的觀點(diǎn)看，綠色制造是必然選擇，它將成為現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的一個重要的組成部分。

從以上的分析中我們可以看到：各種先進(jìn)制造技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)、彼此交叉的，在先進(jìn)制造技術(shù)這一大廈下，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)成為它的核心，并隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展，即現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)應(yīng)該是一個動態(tài)的概念。

我國現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的發(fā)展策略
　
在市場競爭的推動下，先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展十分迅速，新思想、新概念層出不窮，通過對現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)與先進(jìn)制造技術(shù)關(guān)系的分析，我們認(rèn)為在制定我國現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的發(fā)展策略時，應(yīng)該注重以人為本的思想，運(yùn)用并行工程的哲理，使各種先進(jìn)制造技術(shù)相互銜接、協(xié)調(diào)發(fā)展，并不斷吸收先進(jìn)制造技術(shù)的成熟成果，為先進(jìn)制造技術(shù)在我國的廣泛應(yīng)用起到促進(jìn)的作用。

目前，在美國并行工程已到了推廣應(yīng)用階段，在虛擬制造方面也有商品化軟件投入市場，在這方面我們存在巨大的差距，主要表現(xiàn)在：從研究工作方面看，科研經(jīng)費(fèi)緊缺，科研力量分散，科研成果難以推廣應(yīng)用，人才流失嚴(yán)重；從企業(yè)方面看，企業(yè)的整體素質(zhì)不高，管理工作落后，科研能力薄弱，當(dāng)面臨國際競爭時大多難以為繼，很難在現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)方面花費(fèi)過多，而且受企業(yè)人員素質(zhì)的制約，一些先進(jìn)的技術(shù)還不易取得立竿見影的實際效果，這些都影響了企業(yè)應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)的熱情；從國家政策方面看，雖然國家對制造業(yè)十分重視，但是，由于我國當(dāng)前正處在改革過程中，多種機(jī)制同時運(yùn)行，多方利益難以協(xié)調(diào)，在資金使用上往往顧此失彼，而且國家財政困難，也難以使用重金支持現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的研究。針對上述實際情況，我們提出下列解決方案：

（1）以企業(yè)需求為出發(fā)點(diǎn)，以“甩圖板”工程為契機(jī)，大力普及CAD技術(shù)，幫助企業(yè)進(jìn)行人員培訓(xùn)，提高企業(yè)人員的素質(zhì)（其中包括技術(shù)水平、勞動態(tài)度、道德水平等），不斷提高企業(yè)的管理水平，在計算機(jī)集成制造系統(tǒng)成功示范企業(yè)中及時推廣并行工程，并適當(dāng)宣傳虛擬制造、敏捷制造等思想和技術(shù)，為企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)。

（2）在政府方面，應(yīng)發(fā)揮政府的協(xié)調(diào)職能，組織企業(yè)和科研部門進(jìn)行多方面、多層次的合作，加強(qiáng)科研成果的應(yīng)用推廣，而且應(yīng)組織多學(xué)科、跨地區(qū)的科研力量共同攻關(guān)；從宏觀上加強(qiáng)對現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的指導(dǎo)，集中大家的智慧制定出符合我國國情的發(fā)展計劃，并將計劃的執(zhí)行落到實處。

（3）在技術(shù)的先進(jìn)性方面，不要過度追求世界領(lǐng)先，應(yīng)該根據(jù)企業(yè)實際要求，解決實際問題，力爭盡快創(chuàng)造效益，以此取得企業(yè)的支持并獲得資金上的幫助，以便形成良性循環(huán)，促進(jìn)研究工作的進(jìn)一步開展。同時，應(yīng)該參與國際合作，跟蹤國際研究動態(tài)，當(dāng)然，也可以適當(dāng)引進(jìn)一些關(guān)鍵的、有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，進(jìn)行消化和創(chuàng)新，縮短我國與世界先進(jìn)水平的差距，保持一定的技術(shù)領(lǐng)先性。

（4）針對我國科研力量分散的弱點(diǎn)，仿照分散網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)的思想，利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，開展合作研究，建立分布式網(wǎng)絡(luò)化研究中心，協(xié)調(diào)一致進(jìn)行科技攻關(guān)。所謂分布式網(wǎng)絡(luò)化研究中心就是利用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)實研究活動中的人、物、信息及研究過程進(jìn)行全面的集成，在一定時期內(nèi)為了共同的目標(biāo)以最佳的人員和單位組合來開展科學(xué)研究工作，調(diào)動各方面的積極性通過協(xié)同工作達(dá)到研究工作的廣泛開展和深入進(jìn)行，縮短科研周期，增強(qiáng)科技成果的競爭力，也可以說分布式網(wǎng)絡(luò)化研究中心是將現(xiàn)實的研究機(jī)構(gòu)的職能在網(wǎng)絡(luò)中的映射，是一種“虛擬”的工作模式。

綜上所述，發(fā)展我國的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)應(yīng)該以企業(yè)的需求為動力，通過政府的政策和計劃的協(xié)調(diào)，繼續(xù)深入開展并行工程、虛擬制造、敏捷制造和綠色制造的研究與應(yīng)用，并利用分布式網(wǎng)絡(luò)化研究中心，組織各地區(qū)的科研力量集中突破與現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)密切相關(guān)的如STEP標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用、CORBA規(guī)范的推廣、企業(yè)過程重構(gòu)理論的研究等具有重大戰(zhàn)略意義的理論研究工作，逐步使現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)成為我國制造業(yè)的靈魂。