信息技術(shù)的發(fā)展引起的革命使我們進入了信息時代。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，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）是計算機集成制造系統(tǒng)新的發(fā)展階段，在繼承計算機集成制造系統(tǒng)優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)上，它不斷吸收先進制造技術(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)進行有機的結(jié)合，通過計算機技術(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)有機集成和優(yōu)化運行，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，達到產(chǎn)品上市快、服務(wù)好、質(zhì)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，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、一致公認的定義。通過對其內(nèi)涵和特征的研究，目前共同的認識是：先進制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸收機械、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)濟效果的制造技術(shù)的總稱。它具有如下一些特點：

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。

通過對先進制造技術(shù)的定義和特點的分析我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)擁有先進制造技術(shù)的絕大部分特點，只不過先進制造技術(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，即在先進制造技術(shù)中，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)在吸收計算機集成制造系統(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行，并不斷吸收先進制造技術(shù)中的成功經(jīng)驗和先進思想，將它們進行推廣應(yīng)用，由此使現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)成為先進制造技術(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、進度計劃和用戶要求。為了達到并行的目的，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)，并吸收了當前迅速發(fā)展的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)秀成果，使其成為先進制造技術(shù)中的基礎(chǔ)。

雖然并行工程在我國進行的研究工作中屬于熱點，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，當前國內(nèi)機械行業(yè)在激烈的市場競爭中經(jīng)濟效益不好，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)、計算機技術(shù)對現(xiàn)實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，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，從而達到產(chǎn)品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，增強產(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，可用頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套進行觀察與控制，使飛機設(shè)計人員身臨其境地觀察飛機設(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中構(gòu)造虛擬原型并對此原型進行評價。

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、虛擬裝配以及機床、模具的虛擬設(shè)計實現(xiàn)等。其中清華大學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，機械科學研究院采用C語言和OpenGL進行編程初步實現(xiàn)了立體停車庫的虛擬現(xiàn)實下的參數(shù)化設(shè)計，可以直觀地進行車庫的布局、設(shè)計、分析和運動模擬。

（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；北京機床研究所、機械科學研究院、東北大學、上海交大和長沙鐵道學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)的是由上海同濟大學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，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，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)進行示范應(yīng)用，目前已經(jīng)取得了一定進展。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械主箱、印刷電路板供應(yīng)商。通過聯(lián)合彌補了單一企業(yè)資源不足的弱點，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?，F(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)達國家也紛紛成立了相應(yīng)的機構(gòu)，進行相應(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，但是從科學研究的角度看，我們認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，其目標是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、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)可以通過計算機仿真來達到目的，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：各種先進制造技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)、彼此交叉的，在先進制造技術(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)與先進制造技術(shù)關(guān)系的分析，我們認為在制定我國現(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，運用并行工程的哲理，使各種先進制造技術(shù)相互銜接、協(xié)調(diào)發(fā)展，并不斷吸收先進制造技術(shù)的成熟成果，為先進制造技術(shù)在我國的廣泛應(yīng)用起到促進的作用。

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)費緊缺，科研力量分散，科研成果難以推廣應(yīng)用，人才流失嚴重；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)方面花費過多，而且受企業(yè)人員素質(zhì)的制約，一些先進的技術(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，由于我國當前正處在改革過程中，多種機制同時運行，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，以“甩圖板”工程為契機，大力普及CAD技術(shù)，幫助企業(yè)進行人員培訓，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，并適當宣傳虛擬制造、敏捷制造等思想和技術(shù)，為企業(yè)的進一步發(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)和科研部門進行多方面、多層次的合作，加強科研成果的應(yīng)用推廣，而且應(yīng)組織多學科、跨地區(qū)的科研力量共同攻關(guān)；從宏觀上加強對現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的指導，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)，促進研究工作的進一步開展。同時，應(yīng)該參與國際合作，跟蹤國際研究動態(tài)，當然，也可以適當引進一些關(guān)鍵的、有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，進行消化和創(chuàng)新，縮短我國與世界先進水平的差距，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，仿照分散網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)的思想，利用計算機網(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)、計算機技術(shù)對現(xiàn)實研究活動中的人、物、信息及研究過程進行全面的集成，在一定時期內(nèi)為了共同的目標以最佳的人員和單位組合來開展科學研究工作，調(diào)動各方面的積極性通過協(xié)同工作達到研究工作的廣泛開展和深入進行，縮短科研周期，增強科技成果的競爭力，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標準的應(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。