先進制造模式研究綜述
作者: 來源: 文字大小:[大][中][小]
1 引言
制造業(yè)是一個國家國民經濟的支柱，是綜合國力的重要體現。世界各國在經濟上的競爭主要是制造業(yè)的競爭。研究并掌握制造業(yè)的先進制造模式及其運作規(guī)律是一個重要的理論和實踐課題。本文將針對我國先進制造模式的理論研究和實踐成果的現狀進行綜述。
2 先進制造模式及其特點
制造模式是指制造企業(yè)在生產經營、管理體制、組織結構和技術系統(tǒng)等方面所表現出來的形態(tài)或運作方式。先進制造模式則是指企業(yè)在生產過程中，依據環(huán)境因素通過有效地組織各種生產要素來達到良好制造效果的先進生產方法或樣板，這種樣板所蘊含的概念、哲理和結構對其他企業(yè)具有可仿效性。先進制造模式的先進性表現在企業(yè)的組織結構合理、管理手段得當、制造技術領先、市場反應快、客戶滿意度高、單位產品成本低等諸多方面。
20世紀80年代后期以來，信息技術的進步特別是互聯網的出現對制造模式的演變起到了巨大的推動作用。各國先后提出了不同模式的制造戰(zhàn)略和研發(fā)計劃。美國學者于80年代末首次提出了“先進制造”(advanced manufacturing)的概念。專家學者先后總結出了一系列頗有成效和價值的先進制造模式，如精益生產、敏捷制造、計算機集成制造、現代集成制造、虛擬制造、高效快速重組(LAF)、分散化網絡制造、成組技術、綠色制造、智能制造、大規(guī)模定制等，為制造業(yè)實現多品種、小批量、個性化定制生產奠定了相關理論基礎。
通過對現代各種先進制造模式的研究分析，可以總結出它們具有如下幾個特點。(1)綜合性：是技術、管理方法和人的有效綜合和集成。(2)普適性：其概念、哲理和結構，適用于不同企業(yè)，其核心思想和觀念具有普遍指導意義。(3)協同性：強調人一機協同、人一人協同因素的重要性，技術和管理是兩個平行推進的車輪。(4)動態(tài)性：與社會及其生產力發(fā)展水平相適應的動態(tài)發(fā)展過程。
3 先進制造模式研究現狀分析
汪應洛深入研究了先進制造模式的內涵、特征及其演變機制，對國際上最具代表性的63種先進制造模式進行了系統(tǒng)科學的分析、比較和分類研究，結合我國制造業(yè)現狀提出了“精益一敏捷一柔性制造模式”，又稱為高效快速重組(LAF)模式，為我國企業(yè)推行先進制造模式積累了經驗。
同濟大學和香港理工大學的研究學者結合珠江三角洲制造業(yè)發(fā)展實際，提出了分散化網絡制造模式。863／CIMS主題的實施為我國制造業(yè)造就了一大批先進制造技術應用骨干人才，并總結出了一套適合國情的先進制造模式的實施方法，形成了具有中國特色的先進制造理論體系，有人稱之為現代集成制造系統(tǒng)。
文獻[1]是關于先進制造模式研究的專著。文獻[4]對先進制造技術體系結構及特點作了簡要歸納，指出該結構集合了現代設計理論與方法、先進制造工藝、自動控制技術、信息技術與綜合自動化、管理技術等5大要素，是由主體技術群、支撐技術群、制造基礎設施等3大部分組成的一個完整體系結構。文獻[15]從總體上介紹了先進制造技術的形成和發(fā)展過程，并就我國先進制造技術的發(fā)展目標提出了包括“采用新型的生產模式、改進生產組織管理、提高人員技術素質”等4項戰(zhàn)略對策。文獻[16]分析了我國制造業(yè)的現狀和國外主要發(fā)達國家制造業(yè)的發(fā)展趨勢，提出加強研發(fā)隊伍的建設、擁有并保持關鍵資源和核心技術等8項發(fā)展建議。文獻[17]對各種先進制造模式以列表的形式，從產生背景、理論基礎、組織結構等多方面進行分析與比較，提出“應提高我國制造技術和制造科學的研究水平，發(fā)展適合我國的制造模式”。在“先進制造技術的發(fā)展趨勢綜述”一文中，作者重點論述了綠色制造、敏捷制造、虛擬制造、納米制造、并行工程、精益生產、機械仿生與生物制造等先進制造模式的發(fā)展特點。文獻[19]總結了先進制造模式的4個基本特征。
綜上所述，先進制造模式的研究和應用在我國已經形成了一定的熱度。這些研究從不同的角度和不同的專業(yè)領域對先進制造模式從概念到應用進行了有益的探討。針對這些問題的研究將有助于我國制造業(yè)從大國模式向強國模式的轉變。下面就幾種比較流行的典型先進制造模式研究現狀進行簡要評述。
3.1 敏捷制造
敏捷制造(Agile Manufacturing)的概念是由美國里海(Lehigh)大學的雅柯卡(Iaccoca)研究所在1991年編寫的《2l世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略》報告中提出的。敏捷制造的實質是利用高度發(fā)達的信息技術，通過快速配置各種可用資源，響應不斷變化的商業(yè)環(huán)境，及時調整產品結構，以最大限度地滿足用戶多元化的需求。企業(yè)的敏捷性表明企業(yè)在不斷變化、不可預測的經營環(huán)境中的應變能力，是企業(yè)在市場中生存能力和領先能力的綜合表現。
3.2 綠色制造
綠色制造(Green Manufacturing)又稱為面向環(huán)境的制造或環(huán)境意識制造，它主要包括綠色設計、綠色材料選擇、綠色工藝、綠色包裝、綠色處理等涉及產品生命周期各個階段的“五綠”內容。綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使得產品從設計、生產、包裝、運輸、使用到報廢的整個生命周期中對環(huán)境的負面影響最小、資源的使用效率最高，從而保證企業(yè)經濟效益和社會效益獲得協調發(fā)展。
比較系統(tǒng)地提出綠色制造概念的文獻是美國制造工程師學會(SME)于1996年發(fā)表的關于綠色制造的專門藍皮書。1998年SME又在互聯網上發(fā)表了綠色制造的發(fā)展趨勢主題報告，對綠色制造研究的重要性和有關問題作了進一步的介紹。ISO 14000環(huán)境管理體系標準引起了我國眾多企業(yè)的重視，根據最新統(tǒng)計，目前我國通過1SO 14000標準認證的企業(yè)已達到上千家。
3.3 現代集成制造系統(tǒng)
現代集成制造系統(tǒng)(Contemporary Integrated Manufacturing System)最早是由國家863／CIMS主體成員結合國際先進制造模式發(fā)展趨勢和我國實際狀況提出的，被認為是對早期計算機集成制造系統(tǒng)CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)的新發(fā)展，因此有人將其稱為新一代CIMS。現代CIMS的概念在繼承早期CIMS優(yōu)秀成果的基礎上，吸收先進制造模式中的精華，從信息集成優(yōu)化、過程集成優(yōu)化轉向企業(yè)集成優(yōu)化。其核心要點是：把現代信息技術、管理技術和先進制造技術相結合，應用于產品生命周期各個階段，通過信息集成、過程優(yōu)化及資源優(yōu)化，實現物流、信息流、價值流的集成優(yōu)化運行，達到產品上市快、服務好、質量優(yōu)、成本低的目的，進而提高企業(yè)的柔性、健壯性和敏捷性。現代CIMS的觀點指出未來CIMS的發(fā)展方向應該是集成化、網絡化、數字(虛擬)化、柔性化、智能化和綠色化。現代CIMS中的關鍵技術包括并行工程、虛擬制造、先進制造中的使能技術、基于網絡的敏捷制造以及綠色制造等相關內容。有人稱現代集成制造是具有中國特色的先進制造模式。
3.4 大規(guī)模定制
大規(guī)模定制(Mass Customization)是指制造企業(yè)以大規(guī)模生產的成本和時間，實現每個顧客的個性化定制，提供滿足客戶特定需求的產品和服務。其特征是：動態(tài)的制造需求、柔性的制造資源、產品多樣性的后延設計、產品族結構和柔性的制造過程路徑。文獻[26]是關于大規(guī)模定制研究和應用的系統(tǒng)總結，包括大規(guī)模定制的基本理論、相關問題和產業(yè)對策，并就需要進一步研究的內容提出了建議。
文獻[27]指出：“大規(guī)模定制的首要目標是具有柔性和快速響應能力，這一目標的實現以低成本和滿足質量要求為約束條件”。文獻[28]強調了制造企業(yè)的柔性能力在大規(guī)模定制中的重要作用，指出制造企業(yè)的柔性表現為機床柔性、過程柔性、路徑柔性、產量柔性、擴展柔性、工序柔性和生產柔性，并對企業(yè)重組過程中如何進行柔性改造和柔性度量進行了探討。文獻[29]分析了大規(guī)模定制模式下需求建模的特點。
3.5 精益生產
精益生產(Lean Production)是在日本豐田汽車公司創(chuàng)造的準時制(JIT)生產的基礎上發(fā)展起來的，它以最大限度地減少企業(yè)生產所占用的資源、減少企業(yè)管理和運營成本為主要目標，強調以精簡生產過程為手段、以產品零缺陷為目標。精益生產在其理論發(fā)展過程中出現了多種名稱，如豐田制造系統(tǒng)、看板系統(tǒng)、零庫存生產方式、世界級制造、連續(xù)流制造(IBM公司)、準時制制造等。1990年美國麻省理工大學James等人將其概括為精益生產，1994年提出了精益企業(yè)的概念，并于1996年將這一系列的方法和理論總結為精益思想。德國人也曾在精益生產基礎上總結出精益管理的理論。精益生產模式被認為是日本制造業(yè)崛起的主要因素。以JIT命名的日本生產制造管理模式包含了眾多的管理方法和管理技術，如質量環(huán)、全面質量控制、焦點工廠、全面節(jié)約的維護、縮短準備時間、成組技術、平衡負載、多功能員工、看板、準時購買等。
4 先進制造模式研究展望
隨著我國制造業(yè)的發(fā)展和轉型，許多新的制造模式不斷涌現。據不完全統(tǒng)計，國內外明確提出的先進制造模式已經多達60多種。這些制造模式的相當一部分具有相同的或相近的核心內容，許多模式只是名稱上有所不同。依據它們的共同特征，可以概括為4種典型的制造哲理：基于網絡的敏捷制造、智能集成制造、社會化制造、精益生產。未來針對這些先進制造模式的研究將可能主要集中在下列幾個方面：(1)理論體系、地位和作用。研究的思路是將管理學和經濟學成熟的理論應用于先進制造模式。(2)分類：從中發(fā)現新的領域并為企業(yè)推廣先進制造模式時組織結構的設計提供幫助。(3)比較：從概念上、哲理上、應用效果上對不同的先進制造模式進行比較。(4)集成：縱向集成研究在應用某種先進制造模式時各項因素之間的作用與協同問題；橫向集成研究不同制造模式之間的相互關系、地位和作用，在各種先進制造模式同時應用時的效應問題。(5)實證分析：通過調查統(tǒng)計分析，獲取研究數據、應用狀況，總結經驗教訓。探討如何通過先進制造模式的應用，來培育、扶持企業(yè)的核心競爭能力。(6)跟蹤：跟蹤制造業(yè)發(fā)達國家最新進展，繼續(xù)引進成功的先進制造模式，采用拿來主義，吸收長處，消化創(chuàng)新。(7)創(chuàng)新機制：應用創(chuàng)新理論，通過自主、模仿、合作、產品、工藝、組織、市場的研究，探討適應中國企業(yè)的先進制造模式和推廣應用機制。