先進制造模式研究綜述

崔建雙　李鐵克　張文新

［摘 要］本文明確闡述了先進制造模式及其特性，分析了當(dāng)前世界各國在實施先進制造戰(zhàn)略方面的進展。針對近幾年來國內(nèi)外對敏捷制造、綠色制造、計算機集成制造、大規(guī)模定制、精益生產(chǎn)等幾種典型的先進制造模式的研究內(nèi)容和實踐效果進行綜述，并進一步探討在此研究領(lǐng)域中的未來發(fā)展趨勢。

［關(guān)鍵詞］先進制造模式；敏捷制造；綠色制造；計算機集成制造；精益生產(chǎn)

doi:10.3969/j.issn.1673-0194.2009.15.028

［中圖分類號］F403.6［文獻標識碼］A［文章編號］1673-0194（2009）15-0091-04

1 引 言

制造業(yè)是一個國家國民經(jīng)濟的支柱，是綜合國力的重要體現(xiàn)。世界各國在經(jīng)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(xiàn)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(chǎn)經(jīng)營、管理體制、組織結(jié)構(gòu)和技術(shù)系統(tǒng)等方面所表現(xiàn)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(chǎn)過程中，依據(jù)環(huán)境因素通過有效地組織各種生產(chǎn)要素來達到良好制造效果的先進生產(chǎn)方法或樣板［1］，這種樣板所蘊含的概念、哲理和結(jié)構(gòu)對其他企業(yè)具有可仿效性。先進制造模式的先進性表現(xiàn)在企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)合理、管理手段得當(dāng)、制造技術(shù)領(lǐng)先、市場反應(yīng)快、客戶滿意度高、單位產(chǎn)品成本低等諸多方面。

20世紀80年代后期以來，信息技術(shù)的進步特別是互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)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(xué)者于80年代末首次提出了“先進制造”（advanced manufacturing）的概念。專家學(xué)者先后總結(jié)出了一系列頗有成效和價值的先進制造模式，如精益生產(chǎn)、敏捷制造、計算機集成制造、現(xiàn)代集成制造、虛擬制造、高效快速重組（LAF）、分散化網(wǎng)絡(luò)制造、成組技術(shù)、綠色制造、智能制造、大規(guī)模定制等，為制造業(yè)實現(xiàn)多品種、小批量、個性化定制生產(chǎn)奠定了相關(guān)理論基礎(chǔ)。

通過對現(xiàn)代各種先進制造模式的研究分析，可以總結(jié)出它們具有如下幾個特點［1-4］。（1）綜合性：是技術(shù)、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(jié)構(gòu)，適用于不同企業(yè)，其核心思想和觀念具有普遍指導(dǎo)意義。（3）協(xié)同性：強調(diào)人-機協(xié)同、人-人協(xié)同因素的重要性［5-6］，技術(shù)和管理是兩個平行推進的車輪［7］。（4）動態(tài)性：與社會及其生產(chǎn)力發(fā)展水平相適應(yīng)的動態(tài)發(fā)展過程。

3 先進制造模式研究現(xiàn)狀分析

汪應(yīng)洛［8］深入研究了先進制造模式的內(nèi)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(xué)的分析、比較和分類研究，結(jié)合我國制造業(yè)現(xiàn)狀提出了“精益-敏捷-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(jīng)驗。

同濟大學(xué)［9］和香港理工大學(xué)的研究學(xué)者結(jié)合珠江三角洲制造業(yè)發(fā)展實際，提出了分散化網(wǎng)絡(luò)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(shù)應(yīng)用骨干人才，并總結(jié)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(xiàn)代集成制造系統(tǒng)［9-14］。

文獻［1］是關(guān)于先進制造模式研究的專著。文獻［4］對先進制造技術(shù)體系結(jié)構(gòu)及特點作了簡要歸納，指出該結(jié)構(gòu)集合了現(xiàn)代設(shè)計理論與方法、先進制造工藝、自動控制技術(shù)、信息技術(shù)與綜合自動化、管理技術(shù)等5大要素，是由主體技術(shù)群、支撐技術(shù)群、制造基礎(chǔ)設(shè)施等3大部分組成的一個完整體系結(jié)構(gòu)。文獻［15］從總體上介紹了先進制造技術(shù)的形成和發(fā)展過程，并就我國先進制造技術(shù)的發(fā)展目標提出了包括“采用新型的生產(chǎn)模式、改進生產(chǎn)組織管理、提高人員技術(shù)素質(zhì)”等4項戰(zhàn)略對策。文獻［16］分析了我國制造業(yè)的現(xiàn)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(shè)、擁有并保持關(guān)鍵資源和核心技術(shù)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(chǎn)生背景、理論基礎(chǔ)、組織結(jié)構(gòu)等多方面進行分析與比較，提出“應(yīng)提高我國制造技術(shù)和制造科學(xué)的研究水平，發(fā)展適合我國的制造模式”。在“先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢綜述”［18］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(chǎn)、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(jié)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(yīng)用在我國已經(jīng)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(lǐng)域?qū)ο冗M制造模式從概念到應(yīng)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(zhuǎn)變。下面就幾種比較流行的典型先進制造模式研究現(xiàn)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(xué)的雅柯卡(Iaccoca)研究所在1991年編寫的《21世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略》報告中提出的。敏捷制造的實質(zhì)是利用高度發(fā)達的信息技術(shù)，通過快速配置各種可用資源，響應(yīng)不斷變化的商業(yè)環(huán)境，及時調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，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(yù)測的經(jīng)營環(huán)境中的應(yīng)變能力，是企業(yè)在市場中生存能力和領(lǐng)先能力的綜合表現(xiàn)［20］。

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(shè)計、綠色材料選擇、綠色工藝、綠色包裝、綠色處理等涉及產(chǎn)品生命周期各個階段的“五綠”內(nèi)容。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、生產(chǎn)、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(jīng)濟效益和社會效益獲得協(xié)調(diào)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(xué)會(SME)于1996年發(fā)表的關(guān)于綠色制造的專門藍皮書［21］。1998年SME又在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)表了綠色制造的發(fā)展趨勢主題報告［22］，對綠色制造研究的重要性和有關(guān)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(jù)最新統(tǒng)計，目前我國通過ISO 14000標準認證的企業(yè)已達到上千家。

3.3 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)

現(xiàn)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(jié)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［12］。現(xiàn)代CIMS的概念在繼承早期CIMS優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)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(zhuǎn)向企業(yè)集成優(yōu)化［9］。其核心要點是：把現(xiàn)代信息技術(shù)、管理技術(shù)和先進制造技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于產(chǎn)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(xiàn)物流、信息流、價值流的集成優(yōu)化運行，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。現(xiàn)代CIMS的觀點指出未來CIMS的發(fā)展方向應(yīng)該是集成化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字（虛擬）化、柔性化、智能化和綠色化［10］。現(xiàn)代CIMS中的關(guān)鍵技術(shù)包括并行工程、虛擬制造［23］、先進制造中的使能技術(shù)［24］、基于網(wǎng)絡(luò)的敏捷制造以及綠色制造等相關(guān)內(nèi)容。有人稱現(xiàn)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(chǎn)的成本和時間，實現(xiàn)每個顧客的個性化定制，提供滿足客戶特定需求的產(chǎn)品和服務(wù)。其特征是：動態(tài)的制造需求、柔性的制造資源、產(chǎn)品多樣性的后延設(shè)計、產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)和柔性的制造過程路徑［25］。文獻［26］是關(guān)于大規(guī)模定制研究和應(yīng)用的系統(tǒng)總結(jié)，包括大規(guī)模定制的基本理論、相關(guān)問題和產(chǎn)業(yè)對策，并就需要進一步研究的內(nèi)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(yīng)能力，這一目標的實現(xiàn)以低成本和滿足質(zhì)量要求為約束條件”。文獻［28］強調(diào)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(xiàn)為機床柔性、過程柔性、路徑柔性、產(chǎn)量柔性、擴展柔性、工序柔性和生產(chǎn)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(chǎn)

精益生產(chǎn)（Lean Production）是在日本豐田汽車公司創(chuàng)造的準時制（JIT）生產(chǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它以最大限度地減少企業(yè)生產(chǎn)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(diào)以精簡生產(chǎn)過程為手段、以產(chǎn)品零缺陷為目標［30］。精益生產(chǎn)在其理論發(fā)展過程中出現(xiàn)了多種名稱，如豐田制造系統(tǒng)、看板系統(tǒng)、零庫存生產(chǎn)方式、世界級制造、連續(xù)流制造（IBM公司）、準時制制造等［31］。1990年美國麻省理工大學(xué)James等人將其概括為精益生產(chǎn)，1994年提出了精益企業(yè)的概念［32］，并于1996年將這一系列的方法和理論總結(jié)為精益思想［33］。德國人也曾在精益生產(chǎn)基礎(chǔ)上總結(jié)出精益管理的理論［34］。精益生產(chǎn)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(chǎn)制造管理模式包含了眾多的管理方法和管理技術(shù)，如質(zhì)量環(huán)、全面質(zhì)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(shù)、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(zhuǎn)型，許多新的制造模式不斷涌現(xiàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)外明確提出的先進制造模式已經(jīng)多達60多種。這些制造模式的相當(dāng)一部分具有相同的或相近的核心內(nèi)容，許多模式只是名稱上有所不同。依據(jù)它們的共同特征，可以概括為4種典型的制造哲理［35］：基于網(wǎng)絡(luò)的敏捷制造、智能集成制造、社會化制造、精益生產(chǎn)。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(xué)和經(jīng)濟學(xué)成熟的理論應(yīng)用于先進制造模式。（2）分類：從中發(fā)現(xiàn)新的領(lǐng)域并為企業(yè)推廣先進制造模式時組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供幫助。（3）比較：從概念上、哲理上、應(yīng)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(yīng)用某種先進制造模式時各項因素之間的作用與協(xié)同問題；橫向集成研究不同制造模式之間的相互關(guān)系、地位和作用，在各種先進制造模式同時應(yīng)用時的效應(yīng)問題。（5）實證分析：通過調(diào)查統(tǒng)計分析，獲取研究數(shù)據(jù)、應(yīng)用狀況，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)。探討如何通過先進制造模式的應(yīng)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(yīng)用創(chuàng)新理論，通過自主、模仿、合作、產(chǎn)品、工藝、組織、市場的研究，探討適應(yīng)中國企業(yè)的先進制造模式和推廣應(yīng)用機制。

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A Summary of the Advanced Manufacturing Mode Research

CUI Jian-shuang, LI Tie-ke, ZHANG Wen-xin

（Beijing University of Science and Technology, Beijing 100083, P. R. China）

Abstract: The basic approach for our enterprises to win competition predominance in the world is to widely use of Advanced Manufacturing Mode (AMM). So it is very important to have a deeply research in AMM theories and practices. This paper will explain the basic AMM idea and its special features at first, then will have a simply analysis about manufacturing strategy evolving in different countries. Then will have a summarization about agile manufacturing, green manufacturing, computer integrated manufacturing, lean production and mass customization mode in recent years. It will discuss the trend for future research on AMM in the conclusion.

Key words: Advanced Manufacturing Mode; CIMS; Lean Production