【正文】 S的概念及其理論基礎，弄清其范疇及內涵，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)的開放式體系結構(VMS—OSA)的研究?！　?3)虛擬環(huán)境下的產品主模型技術。主模型像一座立交橋，能以此為中心通向設計、制造、生產管理等各個環(huán)節(jié)并為其提供服務。主模型有統(tǒng)一的數(shù)據結構和分布式數(shù)據管理系統(tǒng)，主模型所建立的產品模型是虛擬產品模型，它是一個數(shù)字產品模型，具有所代表的對象所具有的各種性能和特征，虛擬產品在它投入生產以前就已存在，它具有明顯的可視性，且能并行處理設計分析、加工制造、生產組織與調度等各種生產環(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。　　(6)RMS和VMS之間的映射，虛擬設備、虛擬傳感器、虛擬單元、虛擬生產線、虛擬車間及虛擬工廠(公司)的建立，以及各種虛擬設備的重用性和重組性技術?！　?7)基于真實動畫感的虛擬產品的裝配仿真、生產制造過程及生產調度仿真、數(shù)控加工過程仿真等技術與系統(tǒng)?！　?8)應用虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)虛擬環(huán)境及虛擬制造過程中的人機協(xié)同求解。　　(9)VMS集成開發(fā)平臺的體系結構、構件庫及用戶開發(fā)界面管理系統(tǒng)?！　?10)虛擬公司的組織、調度及控制策略與技術?！?先進制造技術發(fā)展趨勢 制造戰(zhàn)略的變遷 21世紀對先進制造技術的挑戰(zhàn) 先進制造技術發(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的推動，制造企業(yè)正經歷著一場重大變革，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)的經營戰(zhàn)略從20世紀50年代和60年代的“規(guī)模效益第一”，經過70年代和80年代“價格競爭第一”和“質量競爭第一”，發(fā)展到90年代的“市場響應速度第一”。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、高質量和快速開發(fā)能力使自己的產品具有競爭能力。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)，產品上市快，生產周期短，交貨及時；②質量競爭能力(QualityQ)產品不僅可靠，而且使用戶在各方面都滿意；③價格競爭能力(CostC)，產品的生產成本低，價格適中；④創(chuàng)新競爭能力(CreationC)，產品有特點，生產有柔性，競爭有策略?！　∑渲凶钪匾哪芰κ莿?chuàng)新能力，企業(yè)創(chuàng)新不僅是指產品設計上的創(chuàng)新，更重要的是制造觀念的更新、組織的重構，經營方式的重組才能保證產品的創(chuàng)新得以很快地實現(xiàn)，迅速進入市場。目前市場的特點是“瞬息萬變，很難預測”，這將是未來惟一不變的法則。一種產品、一種工藝方法沿用十幾年的時代已經一去不復返了。為了適應市場的多變，企業(yè)不僅要具備技術上的柔性，還要具備管理上的柔性以及人員和組織上的柔性。　　現(xiàn)階段成功企業(yè)的制造戰(zhàn)略特征可歸納為：　　同時注意提高產品的質量、降低生產成本和及時交貨；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；與供應商建立更密切的聯(lián)系，以壓縮產品庫存，降低生產成本；為質量利益而利用先進制造技術；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過程，意識到自己與企業(yè)利益相關，命運與共，應吸收職工參與決策，分享利潤，并給予職工保障；先進制造技術系統(tǒng)的設計和運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)產品價格進一步降低?！　?2)邊際成本減少?！　?3)調整費用降低?！　?4)生產調整時間縮短?！　?5)發(fā)貨速度加快?！　　?6)更頻繁的產品改進?！　?7)產品設計成本減少?！　?8)與客戶的聯(lián)系更迅速，定單處理更快?！　?9)產品制造周期縮短。　　(10)并行工作時間增加?！　?11)調整次數(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世紀對先進制造技術的挑戰(zhàn)　　制造技術要適應21世紀社會發(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90年代已開始進入信息時代，信息產業(yè)成為21世紀全球經濟中最寵大、最具活力的產業(yè)。信息將給21世紀世界經濟和社會帶來革命性的變化?！　?1世紀的制造業(yè)正在從以機器為特征的傳統(tǒng)技術時代向著以信息為特征的系統(tǒng)技術時代邁進。制造技術的發(fā)展也必然與信息技術的發(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世紀人類的一個重要課題。綠色制造是21世紀制造技術的一個重要特征。綠色設計技術、汽車的拆卸與回收技術、生態(tài)工廠的循環(huán)式制造技術將得到迅速發(fā)展?！　?3)制造全球化和貿易自由化的挑戰(zhàn)隨著世界自由貿易體制的進一步完善以及全球交通運輸體系和通信網絡的建立，國際經濟合作與交往日趨緊密，全球產業(yè)界進入結構大調整的重要時期，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初步形成。制造技術的發(fā)展必須與此適應，新的先進制造生產模式必將是全球化的生產模式?！　?4)消費觀念變革的挑戰(zhàn)21世紀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，批量生產的產品逐漸為個性化、多樣化的產品所取代，產品的生產和服務的界限越來越模糊，市場的動態(tài)多變性迫使制造業(yè)改變策略。 先進制造技術發(fā)展趨勢　　為適應21世紀對制造技術的需要，未來先進制造技術的總趨勢是向系統(tǒng)化、集成化、智能化方向發(fā)展?！　?設計技術不斷現(xiàn)代化　　產品設計是制造業(yè)的靈魂。現(xiàn)代設計技術的主要發(fā)展趨勢是：　　(1)設計方法和手段的現(xiàn)代化，它突出反映在數(shù)值仿真或虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，以及現(xiàn)代產品建模理論的發(fā)展上?！　?2)新的設計思想和方法不斷出現(xiàn)，如并行設計，面向“X”的設計DFX(Design For X)，健壯設計(Robust Design)；優(yōu)化設計(Optimal Design)，反求工程技術(Reverse Engineering)?！　?3)由簡單的、具體的、細節(jié)的設計轉向復雜的總體設計和決策，要通盤考慮包括設計、制造、檢測、銷售、使用、維修、報廢等階段的產品的整個生命周期?！　?4)由單純考慮技術因素轉向綜合考慮技術、經濟和社會因素。設計時不單純追求某項性能指標的先進和高低，而注意考慮市場、價格、安全、美學、資源、環(huán)境等方面影響?！　?成形制造技術向精密成形或稱凈成形的方向發(fā)展　　成形制造技術是鑄造、塑性加工、連接、熱處理、粉末冶金等單元技術的總稱。展望21世紀，成形制造技術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是：　　(1)精密鑄造技術?！　?2)精密塑性成形技術?！　?3)精密連接技術?！　?加工制造技術向著超精密、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　　一般認為加工精度為3～03 μm的加工稱為精密加工，加工精度達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)展市場競爭和新產品、新技術、新材料的發(fā)展推動著新型加工設備的研究與開發(fā)，其中典型的例子是“并聯(lián)桁架結構式數(shù)控機床”(或俗稱“六腿”機床)的發(fā)展。它突破了傳統(tǒng)機床結構方案，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。　　4制造技術專業(yè)、學科的界限逐步淡化、消失，新型制造技術不斷得到發(fā)展先進制造技術的不斷發(fā)展　　在制造技術內部，冷熱加工之間，加工、檢測、物流、裝配過程之間，設計、材料應用、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)技術的產生，是近20年制造領域的一個重大突破，它可以自動而迅速地將設計思想物化為具有一定結構的功能的原型或直接制造零件，淡化了設計、制造的界限。RP技術突破了傳統(tǒng)加工技術采用材料“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)，對紙進行逐層切割并粘接而成形；選擇性激光燒結(SLS)；熔化沉積制造(FDM)，采用蠟絲等材料逐層噴射并凝固成形。　　5虛擬現(xiàn)實技術在制造業(yè)中獲得越來越多的應用　　虛擬現(xiàn)實技術(Virtual Reality Technology)是20世紀90年代才提出的新概念，虛擬現(xiàn)實技術已開始在制造業(yè)中得到應用，主要包括虛擬制造技術和虛擬企業(yè)兩個部分?！　√摂M制造技術將在產品真正制造出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產品原型(Softprototype)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品(Hardprototype)進行試驗，對其性能和可制造性進行預測和評價，從而縮短產品的設計與制造周期，降低產品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應市場變化能力?！　√摂M企業(yè)、動態(tài)聯(lián)盟、虛擬組織機構或虛擬公司(Virtual Company)是相同的概念。其含義是：為了快速響應某一市場需求，通過信息高速公路，將產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、靠計算機網絡聯(lián)系、統(tǒng)一指揮的合作經濟實體?！　∧壳罢谥纸M織的“分散網絡化制造”(DNM)，就是虛擬企業(yè)的一種模式，它的目標是在中國內地和香港的2 000家制造企業(yè)之間，采用國際互聯(lián)網建立制造資源信息網絡實施敏捷制造。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、管理技術與工藝技術緊密結合，先進制造生產模式獲得不斷發(fā)展　　先進的制造技術必須在與之相匹配的制造模式里才能充分發(fā)揮作用。21世紀先進制造技術發(fā)展的重要趨勢是先進制造生產模式獲得不斷發(fā)展?！　≈圃鞓I(yè)在經歷了少品種小批量—少品種大批量—多品種小批量生產模式的過渡后，20世紀七八十年代開始了以采用計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)進行制造的柔性生產模式。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，它強調的不僅是信息集成，而是人的集成問題。預計21世紀的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(LP)是1990年提出的制造生產模式。它的基本原則是“消滅一切浪費”和“不斷改善”，其主要支柱是準時制作業(yè)(JIT)、全面質量管理(TQC)、成組技術(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?！　∶艚葜圃?AM)是1991年提出的，1992年美國政府將其作為“21世紀制造企業(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世紀制造企業(yè)的主導模式。　　上述種種先進制造生產模式的進展，其特點主要是體現(xiàn)了以下5個轉變：　　(1)從以技術為中心向以人為中心轉變?！　?2)從金字塔式的多層次生產結構向扁平的網絡結構轉變?！　?3)從傳統(tǒng)的順序工作方式向并行工作方式轉變?！　?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變?！　?5)從質量第一的競爭策略向快速響應市場的競爭策略轉變?！?9 / 29