【正文】 S的概念及其理論基礎(chǔ)，弄清其范疇及內(nèi)涵，建立其理論體系?！　?2)基于分布式并行處理環(huán)境下的虛擬制造系統(tǒng)的開放式體系結(jié)構(gòu)(VMS—OSA)的研究?！　?3)虛擬環(huán)境下的產(chǎn)品主模型技術(shù)。主模型像一座立交橋，能以此為中心通向設(shè)計、制造、生產(chǎn)管理等各個環(huán)節(jié)并為其提供服務(wù)。主模型有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，主模型所建立的產(chǎn)品模型是虛擬產(chǎn)品模型，它是一個數(shù)字產(chǎn)品模型，具有所代表的對象所具有的各種性能和特征，虛擬產(chǎn)品在它投入生產(chǎn)以前就已存在，它具有明顯的可視性，且能并行處理設(shè)計分析、加工制造、生產(chǎn)組織與調(diào)度等各種生產(chǎn)環(huán)節(jié)所面臨的諸多問題，并能在供銷之間建立信息系統(tǒng)?！　?4)虛擬環(huán)境下分布式并行處理的分布式智能協(xié)同求解技術(shù)與系統(tǒng)?！　?5)虛擬環(huán)境下系統(tǒng)全局最優(yōu)決策理論與技術(shù)。　　(6)RMS和VMS之間的映射，虛擬設(shè)備、虛擬傳感器、虛擬單元、虛擬生產(chǎn)線、虛擬車間及虛擬工廠(公司)的建立，以及各種虛擬設(shè)備的重用性和重組性技術(shù)。　　(7)基于真實動畫感的虛擬產(chǎn)品的裝配仿真、生產(chǎn)制造過程及生產(chǎn)調(diào)度仿真、數(shù)控加工過程仿真等技術(shù)與系統(tǒng)。　　(8)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)虛擬環(huán)境及虛擬制造過程中的人機(jī)協(xié)同求解?！　?9)VMS集成開發(fā)平臺的體系結(jié)構(gòu)、構(gòu)件庫及用戶開發(fā)界面管理系統(tǒng)?！　?10)虛擬公司的組織、調(diào)度及控制策略與技術(shù)。　 先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢 制造戰(zhàn)略的變遷 21世紀(jì)對先進(jìn)制造技術(shù)的挑戰(zhàn) 先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢 制造戰(zhàn)略的變遷　　近年來，由于市場競爭的沖擊和信息技術(shù)的推動，制造企業(yè)正經(jīng)歷著一場重大變革，制造企業(yè)的戰(zhàn)略也發(fā)生了很大的變化。圖98描繪了美國制造企業(yè)的經(jīng)營戰(zhàn)略從20世紀(jì)50年代和60年代的“規(guī)模效益第一”，經(jīng)過70年代和80年代“價格競爭第一”和“質(zhì)量競爭第一”，發(fā)展到90年代的“市場響應(yīng)速度第一”。圖98　美國制造戰(zhàn)略的變遷　　今天，每一個企業(yè)都企圖以高科技含量、高質(zhì)量和快速開發(fā)能力使自己的產(chǎn)品具有競爭能力。在激烈的市場競爭中，任何一個企業(yè)要想獲勝，取得較大的市場占有率，必須具備以下4種能力：①時間競爭能力(TimeT)，產(chǎn)品上市快，生產(chǎn)周期短，交貨及時；②質(zhì)量競爭能力(QualityQ)產(chǎn)品不僅可靠，而且使用戶在各方面都滿意；③價格競爭能力(CostC)，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本低，價格適中；④創(chuàng)新競爭能力(CreationC)，產(chǎn)品有特點，生產(chǎn)有柔性，競爭有策略?！　∑渲凶钪匾哪芰κ莿?chuàng)新能力，企業(yè)創(chuàng)新不僅是指產(chǎn)品設(shè)計上的創(chuàng)新，更重要的是制造觀念的更新、組織的重構(gòu)，經(jīng)營方式的重組才能保證產(chǎn)品的創(chuàng)新得以很快地實現(xiàn)，迅速進(jìn)入市場。目前市場的特點是“瞬息萬變，很難預(yù)測”，這將是未來惟一不變的法則。一種產(chǎn)品、一種工藝方法沿用十幾年的時代已經(jīng)一去不復(fù)返了。為了適應(yīng)市場的多變，企業(yè)不僅要具備技術(shù)上的柔性，還要具備管理上的柔性以及人員和組織上的柔性?！　‖F(xiàn)階段成功企業(yè)的制造戰(zhàn)略特征可歸納為：　　同時注意提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和及時交貨；與消費者保持密切的聯(lián)系，及時獲得市場信息，對市場作出快速響應(yīng)；與供應(yīng)商建立更密切的聯(lián)系，以壓縮產(chǎn)品庫存，降低生產(chǎn)成本；為質(zhì)量利益而利用先進(jìn)制造技術(shù)；在組織上縱向減少層次，橫向減少部門；新的人力資源政策，要讓工人理解全部生產(chǎn)過程，意識到自己與企業(yè)利益相關(guān)，命運(yùn)與共，應(yīng)吸收職工參與決策，分享利潤，并給予職工保障；先進(jìn)制造技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計和運(yùn)行充分考慮到了人的特點，從而使企業(yè)中各類人員都有機(jī)會充分展示自己的才華?！　∥磥砥髽I(yè)制造戰(zhàn)略的發(fā)展趨勢，主要將從下面一些方面表現(xiàn)出來：　　(1)產(chǎn)品價格進(jìn)一步降低?！　?2)邊際成本減少?！　?3)調(diào)整費用降低?！　?4)生產(chǎn)調(diào)整時間縮短?！　?5)發(fā)貨速度加快?！　　?6)更頻繁的產(chǎn)品改進(jìn)?！　?7)產(chǎn)品設(shè)計成本減少?！　?8)與客戶的聯(lián)系更迅速，定單處理更快。　　(9)產(chǎn)品制造周期縮短。　　(10)并行工作時間增加?！　?11)調(diào)整次數(shù)增加，批量減少，成本和在制品庫存水平降低，待發(fā)貨定單減少。 21世紀(jì)對先進(jìn)制造技術(shù)的挑戰(zhàn)　　制造技術(shù)要適應(yīng)21世紀(jì)社會發(fā)展的需求，面臨以下挑戰(zhàn)：　　(1)信息時代的挑戰(zhàn)人類社會自20世紀(jì)90年代已開始進(jìn)入信息時代，信息產(chǎn)業(yè)成為21世紀(jì)全球經(jīng)濟(jì)中最寵大、最具活力的產(chǎn)業(yè)。信息將給21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)和社會帶來革命性的變化?！　?1世紀(jì)的制造業(yè)正在從以機(jī)器為特征的傳統(tǒng)技術(shù)時代向著以信息為特征的系統(tǒng)技術(shù)時代邁進(jìn)。制造技術(shù)的發(fā)展也必然與信息技術(shù)的發(fā)展密不可分?！　?2)有限的資源與日益增長的環(huán)保壓力的挑戰(zhàn)地球作為宇宙中的一個村落已日益變得更小，環(huán)境污染正威脅著人類的生存，而有限的資源正威脅著人類的繼續(xù)發(fā)展。因而如何實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展已是21世紀(jì)人類的一個重要課題。綠色制造是21世紀(jì)制造技術(shù)的一個重要特征。綠色設(shè)計技術(shù)、汽車的拆卸與回收技術(shù)、生態(tài)工廠的循環(huán)式制造技術(shù)將得到迅速發(fā)展?！　?3)制造全球化和貿(mào)易自由化的挑戰(zhàn)隨著世界自由貿(mào)易體制的進(jìn)一步完善以及全球交通運(yùn)輸體系和通信網(wǎng)絡(luò)的建立，國際經(jīng)濟(jì)合作與交往日趨緊密，全球產(chǎn)業(yè)界進(jìn)入結(jié)構(gòu)大調(diào)整的重要時期，世界正在形成一個統(tǒng)一的大市場。制造業(yè)的全球化與一體化的格局已經(jīng)初步形成。制造技術(shù)的發(fā)展必須與此適應(yīng)，新的先進(jìn)制造生產(chǎn)模式必將是全球化的生產(chǎn)模式?！　?4)消費觀念變革的挑戰(zhàn)21世紀(jì)消費者的行為更加具有選擇性，“客戶化、小批量、快速交貨”的要求不斷增加，批量生產(chǎn)的產(chǎn)品逐漸為個性化、多樣化的產(chǎn)品所取代，產(chǎn)品的生產(chǎn)和服務(wù)的界限越來越模糊，市場的動態(tài)多變性迫使制造業(yè)改變策略。 先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢　　為適應(yīng)21世紀(jì)對制造技術(shù)的需要，未來先進(jìn)制造技術(shù)的總趨勢是向系統(tǒng)化、集成化、智能化方向發(fā)展?！　?設(shè)計技術(shù)不斷現(xiàn)代化　　產(chǎn)品設(shè)計是制造業(yè)的靈魂?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是：　　(1)設(shè)計方法和手段的現(xiàn)代化，它突出反映在數(shù)值仿真或虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代產(chǎn)品建模理論的發(fā)展上?！　?2)新的設(shè)計思想和方法不斷出現(xiàn)，如并行設(shè)計，面向“X”的設(shè)計DFX(Design For X)，健壯設(shè)計(Robust Design)；優(yōu)化設(shè)計(Optimal Design)，反求工程技術(shù)(Reverse Engineering)?！　?3)由簡單的、具體的、細(xì)節(jié)的設(shè)計轉(zhuǎn)向復(fù)雜的總體設(shè)計和決策，要通盤考慮包括設(shè)計、制造、檢測、銷售、使用、維修、報廢等階段的產(chǎn)品的整個生命周期?！　?4)由單純考慮技術(shù)因素轉(zhuǎn)向綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會因素。設(shè)計時不單純追求某項性能指標(biāo)的先進(jìn)和高低，而注意考慮市場、價格、安全、美學(xué)、資源、環(huán)境等方面影響?！　?成形制造技術(shù)向精密成形或稱凈成形的方向發(fā)展　　成形制造技術(shù)是鑄造、塑性加工、連接、熱處理、粉末冶金等單元技術(shù)的總稱。展望21世紀(jì)，成形制造技術(shù)正在從接近零件形狀(Near Net Shape Process)向直接制成工件即精密成形或稱凈成形(Net Shape Process)的方向發(fā)展。有代表性的精密成形制造技術(shù)是：　　(1)精密鑄造技術(shù)?！　?2)精密塑性成形技術(shù)?！　?3)精密連接技術(shù)。　　3加工制造技術(shù)向著超精密、超高速以及發(fā)展新一代制造裝備的方向發(fā)展　　(1)超精密加工技術(shù)　　一般認(rèn)為加工精度為3～03 μm的加工稱為精密加工，加工精度達(dá)03～003 μm時就稱為超精密加工，而加精度高于003 μm(30納米)稱之為納米加工?！　?2)超高速切削目前認(rèn)為超高速切削的范圍是：車削速度700～7 000 m/min；銑削為300～6 000 m/min；磨削為5 000～10 000 m/min。　　(3)新一代制造裝備的發(fā)展市場競爭和新產(chǎn)品、新技術(shù)、新材料的發(fā)展推動著新型加工設(shè)備的研究與開發(fā)，其中典型的例子是“并聯(lián)桁架結(jié)構(gòu)式數(shù)控機(jī)床”(或俗稱“六腿”機(jī)床)的發(fā)展。它突破了傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)方案，采用6個軸長短的變化以實現(xiàn)刀具相對于工件的加工位置的變化?！　?制造技術(shù)專業(yè)、學(xué)科的界限逐步淡化、消失，新型制造技術(shù)不斷得到發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展　　在制造技術(shù)內(nèi)部，冷熱加工之間，加工、檢測、物流、裝配過程之間，設(shè)計、材料應(yīng)用、加工制造之間，其界限均逐步淡化、逐步走向一體化。如CAD，CAPP，CAM的出現(xiàn)，使設(shè)計、制造成為一體?！　∫粋€典型的例子是快速原型／零件制造(RP)技術(shù)的產(chǎn)生，是近20年制造領(lǐng)域的一個重大突破，它可以自動而迅速地將設(shè)計思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)的功能的原型或直接制造零件，淡化了設(shè)計、制造的界限。RP技術(shù)突破了傳統(tǒng)加工技術(shù)采用材料“去除的”原則，而采用“添加、累積”的原理。目前的主要方法有：立體印刷(SLA)，采用紫外線光源逐層對光敏樹脂掃描而成形；分層實體制造(LOM)，對紙進(jìn)行逐層切割并粘接而成形；選擇性激光燒結(jié)(SLS)；熔化沉積制造(FDM)，采用蠟絲等材料逐層噴射并凝固成形?！　?虛擬現(xiàn)實技術(shù)在制造業(yè)中獲得越來越多的應(yīng)用　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality Technology)是20世紀(jì)90年代才提出的新概念，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已開始在制造業(yè)中得到應(yīng)用，主要包括虛擬制造技術(shù)和虛擬企業(yè)兩個部分。　　虛擬制造技術(shù)將在產(chǎn)品真正制造出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型(Softprototype)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品(Hardprototype)進(jìn)行試驗，對其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測和評價，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場變化能力。　　虛擬企業(yè)、動態(tài)聯(lián)盟、虛擬組織機(jī)構(gòu)或虛擬公司(Virtual Company)是相同的概念。其含義是：為了快速響應(yīng)某一市場需求，通過信息高速公路，將產(chǎn)品涉及到不同公司臨時組建成為一個沒有圍墻、超越空間的約束、靠計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、統(tǒng)一指揮的合作經(jīng)濟(jì)實體。　　目前正在著手組織的“分散網(wǎng)絡(luò)化制造”(DNM)，就是虛擬企業(yè)的一種模式，它的目標(biāo)是在中國內(nèi)地和香港的2 000家制造企業(yè)之間，采用國際互聯(lián)網(wǎng)建立制造資源信息網(wǎng)絡(luò)實施敏捷制造。DNM既比較符合我國國情，又比籠統(tǒng)地稱虛擬企業(yè)更加切合實際，為人們理解和接受。6信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合，先進(jìn)制造生產(chǎn)模式獲得不斷發(fā)展　　先進(jìn)的制造技術(shù)必須在與之相匹配的制造模式里才能充分發(fā)揮作用。21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的重要趨勢是先進(jìn)制造生產(chǎn)模式獲得不斷發(fā)展?！　≈圃鞓I(yè)在經(jīng)歷了少品種小批量—少品種大批量—多品種小批量生產(chǎn)模式的過渡后，20世紀(jì)七八十年代開始了以采用計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)進(jìn)行制造的柔性生產(chǎn)模式。初期的CIMS以較高的自動化程度為特征，在實驗過程遇到困難。CIMS的第二階段是并行工程，它強(qiáng)調(diào)的不僅是信息集成，而是人的集成問題。預(yù)計21世紀(jì)的CIMS將是智能制造系統(tǒng)，它體現(xiàn)了制造系統(tǒng)化、自動化、智能化綜合發(fā)展。　　精益生產(chǎn)(LP)是1990年提出的制造生產(chǎn)模式。它的基本原則是“消滅一切浪費”和“不斷改善”，其主要支柱是準(zhǔn)時制作業(yè)(JIT)、全面質(zhì)量管理(TQC)、成組技術(shù)(GT)、彈性作業(yè)人數(shù)和尊重人性。日本豐田公司采用這種方式，使自動化程度不高的工廠取得了良好的效益。　　敏捷制造(AM)是1991年提出的，1992年美國政府將其作為“21世紀(jì)制造企業(yè)的戰(zhàn)略”。敏捷制造通過虛擬公司予以實現(xiàn)。敏捷制造將成為21世紀(jì)制造企業(yè)的主導(dǎo)模式?！　∩鲜龇N種先進(jìn)制造生產(chǎn)模式的進(jìn)展，其特點主要是體現(xiàn)了以下5個轉(zhuǎn)變：　　(1)從以技術(shù)為中心向以人為中心轉(zhuǎn)變?！　?2)從金字塔式的多層次生產(chǎn)結(jié)構(gòu)向扁平的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?！　?3)從傳統(tǒng)的順序工作方式向并行工作方式轉(zhuǎn)變?！　?4)從按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組織形式轉(zhuǎn)變?！　?5)從質(zhì)量第一的競爭策略向快速響應(yīng)市場的競爭策略轉(zhuǎn)變?！?9 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