现代制造的基本哲理

6.2.1　现代制造的基本哲理

1）集成制造（CIM）

计算机集成制造CIM（Computer Integrated Manufacturing）是一种企业生产制造与生产管理进行优化的哲理。其概念首先是由美国Joseph Harrington博士于1973年在其论文《Computer Integrated Manufacturing》中提出。其基本思想有两个方面：首先是制造企业中的各个部分（即从市场分析、经营决策、工程设计、制造过程、质量控制、生产指挥到售后服务）是一个互相紧密相关的整体；其次是整个制造过程本质上可以抽象成一个信息的搜集、传递、加工和利用的过程，最终产品则是信息的物化表现。前者体现了集成的思想，它将企业决策、经营管理、生产制造、销售及售后服务有机地结合在一起；后者就是信息制造观的思想。

对CIM的定义有各自不同的认识和理解。我国“863”计划CIMS主题专家组在1998年将CIM定义为：“将信息技术、现代管理技术、制造技术相结合，并应用于企业产品全生命周期（从市场需求分析到最终报废处理）的各个阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行，达到人（组织、管理）、经营和技术三要素的集成，以改进企业新产品的开发时间T（Time）、质量Q（Quality）、成本C（Cost）、服务S（Service）、环境E（Environment），从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。”

2）并行工程（CE）

并行工程CE（Concurrent Engineering）是对产品及其相关过程进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术。1988年美国国防分析研究所IDA（Institute of Defense Analyze）完整地提出了并行工程的概念，即并行工程是集成地、并行地设计产品及执行相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。它要求产品开发人员从一开始就考虑到产品全生命周期（从概念形成到产品报废）内各阶段的因素（如功能、制造、装配、作业调度、质量、成本、维护与用户需求等），并强调各部门的协同工作。通过建立有效的信息交流与通信机制，综合考虑各相关因素的影响，使后续环节中可能出现的问题在设计的早期阶段就被发现，并得到解决。从而最大限度地减少设计反复，缩短设计、生产准备和制造时间，同时降低成本，提高产品质量。

并行工程是在CAD、CAE、CAM、CAPP、PDM等技术支持下，将原来串行推进的设计生产各阶段的工作在时间和空间上交叉、重叠，形成各阶段的并行和协同的工作方式。在网络通信技术、数据库技术等信息技术的支持下，通过产品与过程的建模，实现信息的集成与共享；并通过工作流管理，实现并行工作的有序开展。

3）准时生产（JIT）

准时生产JIT（Just In Time）是日本丰田汽车公司首创的在多品种小批量混合生产条件下实现高质量、低消耗的一种生产方式。其基本思想是“只在需要的时候，按需要的量，生产所需的产品”。即通过生产的计划和控制实现库存的最小化。

JIT生产方式以准时生产为出发点，首先暴露出生产过量和其他方面的浪费，然后对设备、人员等进行淘汰、调整，达到降低成本、简化计划和提高控制的目的。在生产现场控制技术方面，JIT的基本原则是在正确的时间，生产正确数量的零件或产品，即准时生产。它将传统生产过程中前道工序向后道工序送货，改为后道工序根据“看板”向前道工序取货，看板系统是JIT生产现场控制技术的核心。但JIT不仅仅是看板管理，JIT的目标是彻底消除无效劳动和浪费，实现生产的均衡化。使物流在各作业之间、生产线之间、工序之间、工厂之间平衡、均衡地流动。JIT以订单驱动，通过看板，采用拉动方式把供、产、销紧密地衔接起来，使物资储备、库存成本和在制品大为减少，从而提高生产效率。

4）精益生产（LP）

精益生产LP（Lean Production）是在JIT生产方式上发展和提高的产物，其中：“精”表示精良、精确、精美；“益”表示利益、效益等。精益生产就是及时制造，消灭故障，消除一切浪费，向零缺陷、零库存、零浪费进军。精益生产是通过系统结构、人员组织、运行方式和市场供求等方面的变革，使生产系统能很快适应用户需求不断变化，并能使生产过程中一切无用、多余的东西被精简，最终达到包括市场供销在内的生产各环节的最佳结果。

精益生产其核心是消除一切无效劳动和浪费，它把目标确定在尽善尽美上，通过不断地降低成本、提高质量、增强生产灵活性、实现无废品和零库存等手段确保企业在市场竞争中的优势，同时，精益生产把责任下放到组织结构的各个层次，采用小组工作法，充分调动全体职工的积极性和聪明才智，把缺陷和浪费及时地消灭在每一个岗位。

精益生产方式既是一种以最大限度地减少企业生产所占用的资源和降低企业管理与运营成本为主要目标的生产方式，又是一种理念、一种文化，实质是管理过程的精益化，包括人事组织管理的优化，大力精简中间管理层，进行组织扁平化改革，减少非直接生产人员；推行生产均衡化、同步化，实现零库存与柔性生产；推行全生产过程（包括整个供应链）的质量保证体系，实现零不良；减少和降低任何环节上的浪费，实现零浪费；最终实现拉动式准时化生产方式。

5）大批量定制（MC）

大批量定制MC（Mass Customization）是为了适应日益多样化的市场环境，满足个性化的客户需求而发展起来的一种新的生产方式。它以类似于大规模生产的成本和时间，提供客户特定需求的产品和服务。大批量定制的基本思路是基于产品族零部件和产品结构的相似性、通用性，利用标准化、模块化等方法降低产品的内部多样性，增加顾客可感知的外部多样性。通过产品和过程重组将产品定制生产转化或部分转化为零部件的批量生产，从而迅速向顾客提供低成本、高质量的定制产品。

大批量定制生产模式的特点是：产品设计模块化、产品制造专业化、生产组织和管理网络化、企业间的合作关系柔性化。产品结构和功能的模块化、通用化和标准化，是企业快速更新产品的基础，产品模块化便于按不同的用户要求快速重组，满足用户的个性化需求；产品的制造则按成组技术原理将产品零部件分类集中，通过不同的专业化生产企业进行大批量生产，为总装企业提供所需的模块或中间产品；在生产组织上通过信息网络组成供应链，形成柔性化的企业联盟。

6）敏捷制造（AM）

随着IT技术的飞速发展，制造业的商务环境发生了很大的变化，客户/供应商的全球化、产品/需求的多元化、交货/服务的即时化，对制造业提出了新的严峻挑战。

1991年以美国里海（Lehigh）大学的Dr.Roger和Dr.Rick Dove为首的百余名专家在美国国防部及13家著名企业的支持下，向国会提交了“21世纪制造企业战略”（21st Century Manufacturing Enterprise Strategy）的报告，首次提出了敏捷制造AM（Agile Manufacturing）这一概念。其基本的思想是通过把动态的虚拟组织联盟（Virtual Organization）、先进的柔性制造技术和高素质的人员进行全面的集成，从而使企业能够从容应付市场的变化，快速响应不可预测的市场需求。将不同企业的核心竞争力通过信息网络组合起来，形成虚拟企业，从而实现企业价值的最大化。虚拟企业是指在各联盟企业进行专业化生产的基础上，按产品的要求形成由企业群构成的暂时性的动态联盟，这些企业借助计算机网络技术、通信技术、数据库技术结合在一起，相互协作，彼此共享核心技术以及企业资源，对市场提供快速、柔性的响应，提供高质量、低成本的产品。这一新的理念得到美国政府的大力支持，成为政府公开倡导和投资支持的制造业战略。

敏捷制造意味着快速灵活地应对客户的变化；快速高效地进行产品生产；快速畅通的供应链渠道；快速柔性的生产过程调整；快速优化的企业资源配置。从而达到缩短周期、降低成本、提高质量、增强企业的开拓和创新能力的目的。

7）智能制造（IM）

智能制造IM（Intelligent Manufacturing）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统。它在制造过程中通过计算机模拟人类专家的智能活动，进行分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现制造、管理、决策等生产经营活动的自动化和优化，它把制造自动化的概念扩展到柔性化、智能化和高度集成化。

智能制造技术是由制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能技术相结合的产物，以机器智能化辅助人类的智力工作，实现设计、制造、管理、决策过程的自动化。机器智能化可以通过基于规则推理的专家系统或基于神经网络、模糊控制等技术建立计算机系统在数据库的支持下得以实现。知识以数据信息的形式通过数据库进行组织和管理，知识的挖掘、积累和管理是实现制造智能化的基础。

8）虚拟制造（VM）

虚拟制造VM（Virtual Manufacturing）是基于虚拟现实技术（Virtual Reality）的一种对产品和制造过程进行模拟和分析的新型技术。虚拟现实技术是使用感官组织仿真设备和真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实，使人能够凭借直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境。虚拟制造技术则是通过虚拟现实在一个统一模型之下对设计和制造等过程进行模拟，它将与产品及制造相关的各种过程集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时地、并行地模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等。从而，更加有效地、经济地、柔性地组织生产，增强决策与控制水平，有效地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量最优化、生产效率最大化。

虚拟制造技术将从根本上改变设计→试制→修改设计→规模生产的传统制造模式。在产品真正制造出之前，首先在虚拟制造环境中生成软产品原型（Soft Prototype）代替传统的硬样品（Hard Prototype）进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高系统快速响应市场变化的能力。

9）绿色制造（GM）

绿色制造GM（Green Manufacturing）是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式，其目的是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响（副作用）最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。绿色制造这种现代化制造模式，是人类可持续发展战略在现代制造业中的体现。

绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造技术。它使产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化，符合环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，节约资源和能源，使资源利用率最高、能源消耗最低。也就是说要在产品整个生命周期内，以系统集成的观点考虑产品环境属性，改变了原来末端处理的环境保护办法，对环境保护从源头抓起，并考虑产品的基本属性，使产品在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的基本性能、使用寿命和质量等。