敏捷制造技術
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1. 引言
制造業(yè)是一個國家國民經(jīng)濟的支柱。20世紀80年代以來，隨著全球交通、通信技術的飛速發(fā)展，制造業(yè)競爭日趨激烈，新產(chǎn)品、新技術的出現(xiàn)和交替速度越來越快，用戶在追求高質(zhì)量的同時必然要求產(chǎn)生品種多、交貨期短、價格合理、售后服務好、無環(huán)境污染。如何敏捷地利用高科技知識和技術快速開發(fā)新產(chǎn)品、重組資源組織生產(chǎn)、滿足用戶“個性化產(chǎn)品”的需要，就成為企業(yè)能否贏得競爭、不斷發(fā)展的關鍵。在這樣的背景下，20世紀90年代初 ，美國通用汽車公司（GM）和李海大學（Lehigh University）的艾柯卡（lacocca）研究所共同提出了一種全新的生產(chǎn)管理模式——敏捷制造，它綜合了JIT、MRPII、及LP等先進的生產(chǎn)管理模式的優(yōu)點，能系統(tǒng)全面的地滿足高效、低成木、高質(zhì)量、多品種、迅速及時、動態(tài)適應、極高柔性等現(xiàn)在看來難以由一個統(tǒng)一生產(chǎn)系統(tǒng)來實現(xiàn)的生產(chǎn)管理目標要求，因而敏捷制造將成為21世紀的生產(chǎn)和管理戰(zhàn)略。
2. 敏捷制造的定義及內(nèi)涵
（1）敏捷制造的定義
敏捷制造的基本定義為：以柔性生產(chǎn)技術和動態(tài)聯(lián)盟結(jié)構(gòu)為特點，以高素質(zhì)、協(xié)同良好的工作人員為核心，實施企業(yè)間的網(wǎng)絡集成，形成快速響應市場的社會化制造體系。
（2）敏捷制造的內(nèi)涵
敏捷制造利用人工智能和信息技術，以先進的柔性制造技術為基礎，通過企業(yè)內(nèi)、外的多功能項目組，組建虛擬公司。這一多變的動態(tài)組織結(jié)構(gòu)可以把全球范圍內(nèi)的各種資源，包括人的資源集成在一起，實現(xiàn)技術、管理和人的集成，和人的集成，從而能在整個產(chǎn)品的生命周期中最大限度滿足用戶需求，提高企業(yè)的競爭能力。敏捷制造的目標是快速響應市場的變化，在盡可能短的時間內(nèi)向市場提供適銷對路的環(huán)保型產(chǎn)品，換取長期的經(jīng)濟效益。為了適應變化的市場和取得競爭優(yōu)勢，企業(yè)不能僅僅依靠自身的有限資源，而必須采用標準化和專業(yè)化的計算機網(wǎng)絡和信息集成基礎結(jié)構(gòu)，以分布式結(jié)構(gòu)連接各類企業(yè)，構(gòu)成虛擬制造環(huán)境；在虛擬制造環(huán)境內(nèi)動態(tài)選擇成員，組成面向任務的虛擬公司，從而合理利用各企業(yè)的資源和技術進行快速生產(chǎn)。當出現(xiàn)某種機遇，若干核心的組織者聯(lián)合迅速的參與者形成一個新型企業(yè)，市場消失后能迅速解散，參加新的重組。這樣優(yōu)化組織的企業(yè)以最快的速度從企業(yè)內(nèi)部某些部門和企業(yè)外部不同公司中選出設計、制造該產(chǎn)品的優(yōu)勢部分，企業(yè)接受的新任務不再受人力、物力等資源的限制，企業(yè)之間的優(yōu)勢互補和動態(tài)聯(lián)盟能大大節(jié)省資源，能以最低的材料和能源消耗，開發(fā)市場所需的綠色產(chǎn)品；同時獲得市場信息的企業(yè)不必顧慮企業(yè)自身的業(yè)務能力，而可以借助于聯(lián)盟以最快的速度滿足市場需求；另外，在這種競爭-合作的前提下，怎樣選擇合作伙伴、采取何種合作方式、合作伙伴是否愿意共享數(shù)據(jù)和信急等問題都經(jīng)過企業(yè)慎重考慮；同時在產(chǎn)品設計、選擇加工手段和原料時，重視環(huán)境保護項目和約束；報廢的產(chǎn)品和剩余的廢料在企業(yè)重組的過程中提高了重新利用率。因此，敏捷制造是工程技術、管理技術等綜合技術支持下的企業(yè)及企業(yè)間的動態(tài)集成，是計算機集成制造系統(tǒng)CIMS發(fā)展的延續(xù)。
3. 敏捷制造技術的特點
與其他先進制造模式（如準時生產(chǎn)、
精益生產(chǎn)等）相比較，敏捷制造的主要特征為：
以滿足敏捷性用戶需求，獲得利潤為目標。
以競爭能力和信譽為依據(jù)，選擇組成動態(tài)聯(lián)盟的合作伙伴。敏捷制造系統(tǒng)促使企業(yè)采用較小規(guī)模的模塊化生產(chǎn)設施，促使企業(yè)間的合作。每一個企業(yè)都將對新的生產(chǎn)能力作出部分貢獻。在動態(tài)聯(lián)盟中，競爭和合作是相輔相成的。
基于合作間的相互信任、分工協(xié)作、共同目標來有力地增強整體實力。
信息技術有力地支持敏捷制造，基于開放式計算機網(wǎng)絡的信息集成框架是敏捷制造的重要內(nèi)容。根據(jù)客戶需要和社會經(jīng)濟效益組成了未來企業(yè)組織的最高形式——虛擬企業(yè)。參與虛擬企業(yè)的各個企業(yè)的組成和體系結(jié)構(gòu)具有前所未有的柔性。
把知識、技藝、信息投人最底層生產(chǎn)線。
（2）與傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式相比
與傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式相比，敏捷制造的主要特征為：
全新的企業(yè)合作關系—虛擬企業(yè)或動態(tài)聯(lián)盟。
高度柔性的、模塊化的、可伸縮的生產(chǎn)制造系統(tǒng)。這種柔性生產(chǎn)系統(tǒng)雖然規(guī)模不大，但生產(chǎn)成本與批量無關，在同一系統(tǒng)內(nèi)可生產(chǎn)出的產(chǎn)品種類卻是無限的。
為訂單而設計，為訂單而制造的生產(chǎn)方式。
大范圍的通信基礎結(jié)構(gòu)。在信息交換及通信聯(lián)系方面，在敏捷制造中具有一個能將正確的信息、在正確的時間送給正確的人的“準時信息系統(tǒng)”，作為靈活的管理系統(tǒng)的基礎，通過信息高速公路與國際互聯(lián)網(wǎng)絡將全球范圍內(nèi)的企業(yè)相聯(lián)通。
柔性化、模塊化的產(chǎn)品設計方法。
“高質(zhì)量”的產(chǎn)品。敏捷制造的質(zhì)量觀念已變成使整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)的用戶滿意，企業(yè)將把產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)跟蹤到產(chǎn)品報廢為止。
具有高素質(zhì)的勞動者。在敏捷制造中，解決問題靠的是人，不是單純的技術，敏捷制造系統(tǒng)的能力將不受限于設備，而只受限于勞動者的想象力、創(chuàng)造力及技能。
基于信任的雇傭關系。雇主與雇員之間建立了一種新型的“社會合同”的關系，大家都能意識到為了長遠利益而和睦相處。每個員工都具有一定的敏捷性，都愿意并善于與別人合作。
基于任務的組織與管理。敏捷制造企業(yè)的基層單位是“多學科群體”的項目組，是以任務為中心的一種動態(tài)組合。敏捷制造強調(diào)權(quán)力分散，把職權(quán)下放到項目組，提倡一種“基于統(tǒng)觀全局”的管理模式。要求各個項目組都能了解全局的遠景，胸懷企業(yè)全局，明確工作的目標和任務的時間要求，而完成任務的中間過程則完全可以自主。為此，企業(yè)能夠最大限度地調(diào)動、發(fā)揮人的作用，并使員工的素質(zhì)及創(chuàng)新能力不斷提高。
對社會的正效應。敏捷制造不但關心企業(yè)本身的效益，而且非常關心社會間題，例如，環(huán)境污染，能源浪費及失業(yè)等。敏捷制造要全面消除企業(yè)生產(chǎn)給社會造成的負面影響，企業(yè)必須完全服務于社會。
4. 敏捷制造的關鍵技術
在敏捷制造系統(tǒng)中，人、組織和技術是三個最基木的要素。敏捷制造模式的構(gòu)筑和實施需要多種技術支持，制造模式要和先進技術相匹配才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。因此要解決關鍵問題首先要有關鍵技術作為基礎，敏捷制造中主要有如下關鍵技術：
（1）并行工程（CE）技術
強調(diào)工作流程的并行進行，并非常見的串行反饋循環(huán)工作方式；強調(diào)團隊工作精神，要求與工作項目有關的各方面專家共同協(xié)調(diào)，解決問題，求得各方面都滿意的最佳方案。產(chǎn)品的設計過程、生產(chǎn)準備過程甚至加工過程可以同步進行，不僅可縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，還可以及早發(fā)現(xiàn)并修改設計方案存在的問題，從而有效降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
（2）虛擬制造（VM）技術
基木思想是將制造企業(yè)的一切活動，如設計過程、加工過程、裝配過程、生產(chǎn)管理、企業(yè)管理等建立與現(xiàn)實系統(tǒng)完全相同的計算機模型，然后利用該模型模擬運行整個企業(yè)的一切活動并進行參數(shù)的調(diào)整，在求得最佳運行參數(shù)后再進行實際制造活動，以確保整個運行都在最佳狀態(tài)。與快速原型制造技術RPM相比較，虛擬制造對提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，縮短設計制造周期，改進設計運行狀態(tài)都起著十分重要的作用。
（3）網(wǎng)絡技術
實現(xiàn)敏捷制造，企業(yè)需要有通信連通性，按照企業(yè)網(wǎng)——全國網(wǎng)——全球網(wǎng)的步驟實施企業(yè)的網(wǎng)絡技術。利用企業(yè)網(wǎng)實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部工作小組之間的交流和并行工作，利用全國網(wǎng)、全球網(wǎng)共享資源，實現(xiàn)異地設計和異地制造，及時地、最優(yōu)地建立動態(tài)聯(lián)?；诰W(wǎng)絡的企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)和商品供應鏈系統(tǒng)也為敏捷制造的實施提供必需的信息。
（4）模塊化技術
主要有組織機構(gòu)的模塊化、工藝系統(tǒng)的模塊化、產(chǎn)品的模塊化。組織機構(gòu)的模塊化通過多功能小組來實現(xiàn)。根據(jù)市場的需求的不同，企業(yè)能夠動態(tài)的重構(gòu)其組織結(jié)構(gòu)，用多功能小組動態(tài)的、快速的重新組織設計隊伍、生產(chǎn)隊伍和管理機構(gòu)，從而實現(xiàn)組織機構(gòu)的敏捷化。工藝系統(tǒng)的模塊化是利用模塊化部件構(gòu)造企業(yè)的工藝裝備，可以根據(jù)生產(chǎn)需求的變化重新使用這些模塊化部件，將生產(chǎn)系統(tǒng)升級或重新配置加工機器。預先對產(chǎn)品進行模塊化設計，用戶就可以根據(jù)自己的喜好提出諸如色彩、造型和功能等方面的要求，而制造企業(yè)可以選用合適的模塊迅速地組裝產(chǎn)品并交付用戶。
（5）系統(tǒng)集成技術
信息及其交換的標準化和開放式體系結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)系統(tǒng)整體集成的關鍵。敏捷制造的系統(tǒng)集成所要面對的是連續(xù)變化的動態(tài)系統(tǒng)，在系統(tǒng)集成運行的條件下，保證系統(tǒng)各部分功能的獨立性，旨在不影響系統(tǒng)其它部分運行的情況下，獨立進行系統(tǒng)的改進和升級。
（6）動態(tài)聯(lián)盟
它是面向產(chǎn)品經(jīng)營過程的一種動態(tài)組織結(jié)構(gòu)和企業(yè)群體集成方式。作為實現(xiàn)敏捷制造的重要組織手段，其實質(zhì)是綜合社會各方而的優(yōu)勢，實現(xiàn)企業(yè)間的動態(tài)集成。它使企業(yè)新
產(chǎn)品開發(fā)能力大大提高，能充分發(fā)揮出企業(yè)不同部門的最佳水平，減少資源的浪費。
（7）產(chǎn)品數(shù)據(jù)管
PDM技術
各種商業(yè)信急、制造信急、研究信息等要有相應的合適的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行管理，使企業(yè)管理更完善、更符合全球化的發(fā)展和競爭機制。PDM是一種從數(shù)據(jù)庫基礎上發(fā)展起來的信息集成技術，能管理所有與產(chǎn)品相關的信息和所有與產(chǎn)品相關的過程。從廣義上講，它可以覆蓋整個企業(yè)從產(chǎn)品的市場需求、研究與開發(fā)、產(chǎn)品設計、工程制造、銷售、服務與維護等各個領域、全生命周期中的產(chǎn)品信息。
5. 敏捷制造發(fā)展趨勢
（1）開發(fā)并完善敏捷制造參考模型
為了幫助企業(yè)認識敏捷制造哲理，給準備實施敏捷化工程的企業(yè)一個參考，敏捷化工程模型正逐步受到重視。這一模型包含了一個實施敏捷化工程的結(jié)構(gòu)框架，其中每項活動都有一些簡單的實例和文獻索引，其目的在于指出那些尚未引起工業(yè)界足夠重視，而又對企業(yè)的競爭能力有重要意義的問題。
（2）進一步開發(fā)支持實施敏捷制造的各種技術和工具
在參考敏捷化工程模型的基礎上，還將進一步加強經(jīng)營決策工具和實驗性實施設計策略開發(fā)工作，以便能包含更豐富的信急和形成史成熟的標準。美國的ARPA和NSF支持的敏捷制造項目安排了使能技術的開發(fā)和演示。敏捷制造使能技術是指支持敏捷制造實施的必要技術和工具，包括決策支持系統(tǒng)、集成產(chǎn)品設計工具、先進的建模與仿真技術、集成制造計劃和控制系統(tǒng)以及敏捷車間控制系統(tǒng)、先進的智能閉環(huán)加工能力、制造和企業(yè)系統(tǒng)集成工具等。
（3）敏捷制造實際應用的探索
由于現(xiàn)有的大批量生產(chǎn)模式與變批量、多品種生產(chǎn)模式之間存在很大的差距，現(xiàn)有的生產(chǎn)過程又不具備足夠的柔性等各種限制因素的存在，敏捷制造示范項目仍有待于探索和改進。企業(yè)一方面需要充分利用現(xiàn)有的制造能力和技術經(jīng)驗有效地改進生產(chǎn)過程配置，一方面需要建立企業(yè)信息網(wǎng)，完善各種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，同時開發(fā)先進的并行基礎結(jié)構(gòu)，提供協(xié)同工作中人員、工具和產(chǎn)品實現(xiàn)環(huán)境的三維集成，以促進企業(yè)集成的實現(xiàn)，這樣才能盡快地完成從當前生產(chǎn)方式向敏捷生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。深入研究敏捷的概念、內(nèi)涵以及實踐，更好地應用于中小企業(yè)。由于敏捷制造具有資源、技術等集成優(yōu)勢，美國敏捷化協(xié)會的專家認為受資源限制的中小企業(yè)，將成為應用敏捷制造的重要力量。今后敏捷的概念、內(nèi)涵以及實踐都將得到更深入的研究和進一步的發(fā)展，以便更好地應用于中小企業(yè)。