未来的制造企业与关键核心技术.docx

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未来的制造企业与关键核心技术

将来制造公司与核心技术

将来制造公司与核心技术

——美国“综合制造技术导向”筹划简介之三

制造公司如何应对将来新挑战？

美国导向筹划通过全面、系统分析研究，拟定了影

响美国制造公司发展并全面提高公司技术水平和迅速反映能力四大技术领域，即：

“制造信息系统”、“建模与仿真”、“制造工艺及装备”、“公司集成”。

导向筹划同步结合制造公司面临六大挑战，提出了40项优先发展核心技术。

制造信息系统技术信息技术是制造公司重要基本技术。

信息技术发展将给产品制造方式带来一场新革命。

例如，高速网络将制造公司各部门紧紧联系起来，使制造商在产品设计、生产和维护过程中获取大量信息。

顾客通过互联网直接参加产品设计与制造过程，定制自己需要产品。

在制造公司内部，通过信息系统不间断地对所需物料进行辨认、安排生产、向制造系统下达作业筹划、在线监测产品质量、安排货运以及向客户开列帐单，实现整个制造过程无缝集成。

展望将来，制造公司更需要加强制造过程与信息技术紧密结合，因素是：

①将来制造

公司将以信息技术为基本，充分共享制造知识，实当前线监测和诊断，并达到产品设计与制造一次成功。

②将来制造公司将借助信息技术，实现制造知识即时调用，更快更经济地完毕从概念设计到产品成型全过程，保证创新产品百分之百合格。

③信息技术是获取、存储和共享制造知识重要保障手段。

借助信息技术，能以新方式获取、存储和共享各种制造知识，涉及物料特性、制造工艺技术、以往成功经验和失败教训等。

1.将来制造信息系统

将来制造信息系统最后将应用于完全集成制造公司中，做到：

信息实时访问、数据

和信息即时调用、所有过程综合平衡与优化、问题预见与及时解决、发掘公司最大潜能。

信息系统全面联通将使制造公司达到如下目的：

工程、制造、销售、售后服务等全球化管理与控制；通过先进仿真与建模技术优化产品设计和制造工艺，使产品设计与制造一次成功；大大缩短产品从设计到生产所用时间；与其他公司建立团队合伙关系，共同响应客户和市场需求变化。

2.核心技术

导向筹划拟定了将来制造信息系统如下10项核心技术：

信息驱动型无缝集成公司制造业公司将以动态变化知识库为基本，在从捕获市场机遇到产品生产直至报废整个生命周期，都能从知识库中获取有关数据信息。

当前功能单一且成本昂贵公司资源管理系统将被成套便宜且易用公司资源管理模块所取代。

共享知识存储系统公司所需某些信息将来自地区、国内、全球等不同共享层次知识存储系统，专业领域知识存储系统将逐渐合并到多领域综合知识存储系统中。

公司可以在这些存储系统基本上建立起最佳知识演示中心，进行共享软件工具、模型、知识测试与评估。

客户/需求驱动型制造客户亲自参加产品开发过程可以提供客户满意产品，制造公司采用客户/需求驱动制造方式，使产品开发一次成功，同步缩短周期、减少成本。

一体化产品与过程开发在集成开发环境下，可以综合考虑产品生产速度、质量、成本效益，权衡利弊，同步依照下游工序选取最佳设计方案。

全面互联扩展型公司在技术完备和互操作能力强信息基本设施基本上，实现不同地区、不同文化背景制造公司之间紧密合伙，构成全面互联扩展型公司。

不同公司工作过程与系统有关功能模块互相沟通和自动互操作，可以在更广范畴内建立起动态业务联系。

同步保证合伙伙伴私有信息拥有权。

即插即用互操作系统组件用原则化软件模块实现制造信息系统各项功能，取代老式昂贵顾客系统。

所有公司都可以建立“系统中系统”，依照业务环境和技术条件变化进行相应配备。

设计与运营征询系统基于信息技术征询系统将协助公司在产品各个阶段作出对的决策。

系统强大迅速仿真能力以及丰富知识支持，将对公司面临问题、争论和也许解决途径提供明确答案。

自修正、自适应运营系统基于智能化模块制造公司信息系统将对运营中发生问题或意外状况自动采用对的修正办法。

例如，为平衡公司不同功能规定，不断地修正和调节制造执行筹划。

自学习系统柔性和适应性信息系统需要公司知识仓库支持，需要拥有全面、最新知识，需要系统自我调节、自我学习以更新信息。

这些系统能监测系统内外部数据源，获取有关信息，并积极将其添加到公司知识仓库中去。

跨领域设计集成在信息驱动型一体化产品与过程开发环境下，机械、电子、化工等领域设计者可以依照同一产品模型协同工作，消除不同设计领域长期隔绝状态。

并且随着信息技术应用，设计者将使用一套统一科学化设计工具，以真正并行方式从事设计与生产，避免各领域重复交*。

建模与仿真技术

建模与仿真将是21世纪制造公司一项核心支撑技术，在改进产品与工艺、缩短市场响应时间、减少产品成本方面具备其他技术无法比拟重要作用。

建模与仿真通过在虚拟环境下对产品制造过程可*预测与优化，大大增进产品与工艺设计、过程运营、公司管理水平提高。

此前产品与工艺开发完全通过产品实验完毕，这种实验-分析-修改过程占用了大量时间，也增长了不必要成本。

“波音”777飞机是第一架用三维建模技术进行设计喷气式客机，采用了数字化预装配和并行工程技术，不用制作全尺寸样机模型，大大减少了设计更改和错误量，保证了产品质量。

汽车工业应用建模与仿真技术使新车设计到投产时间从此前3年缩短为14个月左右。

联合袭击机（JSF）通过先进建模与仿真技术减少开发成本50%左右。

1.将来建模与仿真技术

将来制造公司产品与过程设计都将采用建模与仿真技术。

其特点是：

①逼真产品与过程模型与所有有关制造信息及公司信息动态相连；②基于模型智能化、自修正学习系统实时响应外界变化；③过程模型将控制和自动调节整个生产过程，提高适应性；④公司总体模型将实现公司部门和业务过程集成，迅速响应业务活动变化；⑤通过公司信息系统

实现所有系统和过程无阻碍互操作。

将来完善信息基本设施将对将来建模与仿真系统提供强大支持，分析工具同步在后台运营，智能化计算机征询系统作出最佳决策，这样，建立起全公司控制系统。

当前台式PC机和信息报告系统将被“虚拟现场”系统所取代，操作、管理、设计人员将处在公司模型不同层面上互相作用，协调工作。

这种“虚拟现场”系统具备如下长处：

①即时、对的掌握各类人员工作状况；②迅速分析和评估，作出最佳决策；③迅速传送修改和变化信息，自动更新公司模型。

将来建模与仿真系统和工具还具备如如下长处：

①对形势、机遇和风险迅速分析评价，并可*预测公司预期行为；②迅速优化新产品设计、生产工艺与设备以及业务运营过程，

减少挥霍，获取最大生产效率和收益；③实时或近实时自动分析产品可生产性、经济可

承受性以及其他因素，作出智能化决策支持，优化产品和过程；④发掘更多产品与过程

设计方案；⑤建及时插即用模型、仿真与支持工具综合性全球知识仓库，协助公司大幅度

减少建模与仿真成本。

2.核心技术

导向筹划拟定了建模与仿真如下10项核心技术：

从微观到宏观持续建模当前产品与过程建模与仿真普通只针对某些特定参数，不合用于更大范畴。

将来模型将没有大小限制，可控范畴都可建模，甚至外延至整个世界，模型仍将保持精准性。

与可更新知识库集成科学化模型将来仿真模型将依照现实世界实践，吸取模型顾客知识和经验教训自行学习和调节，尽量逼真地模仿现实世界。

建模与仿真通用化建模与仿真技术将从专门工具发展成为一项通用技术，广泛支持制造公司运营过程。

公司主管、基层管理人员、监督人员和生产一线工人通过与公司模型相连虚拟界面实时得到关于信息，从而控制公司运营。

随着仿真技术及智能建模软件不断发展，建模工具将越来越普及。

智能设计与分析征询系统智能化征询系统在产品生产每一阶段向开发人员提供有力协助，协助设计人员克服障碍、避免误设计并不断优化设计方案。

实时公司控制器随着建模与仿真普及，建立整个公司实时、精准仿真模型。

最后通过公司模型控制公司各项功能，实时监控运营状况，掌握运营状态。

同步运用公司模型预计预期行为效果，保证公司不断地对需求和外界条件变化作出响应。

智能自学习模型下一代模型与仿真技术将学会依照自身需要、目的和外界需求不断改进自己。

例如，产品模型将不断进行自身优化，即在实时掌握各类信息（例如零件和原料可用性、车间生产能力、加工设备和单元工作能力等）基本上，使模型在环境合用性和可生产性等方面得到优化。

开放、共享存储系统和验证中心随着通用物料、过程和零部件等科学化建模与仿真工作大量开展，原则化模型与仿真仓库不断充实，并由不同行业制造商所共享，大大减少各种业务和制造过程仿真建模成本及时间。

面向所有应用集成产品与过程模型建模与仿真将从少数几种领域发展到支持制造公司运作方方面面。

制造过程模型和业务过程模型有相似性，将模型集成为覆盖整个公司宏观模型，这样使顾客精确预测环境变化对整个公司影响，并对设计方案作出决策。

模型全面无缝互操作将来仿真模型有极好兼容性，可通过自定义接口即插即用。

例如，新组件无需人工协助就能有机地嵌入系统中。

实时交互模型为了保证模型精确和实时，将来仿真模型通过公司信息系统与所有有关数据实时链接，以适应业务不断变化。

制造工艺与装备技术

制造工艺与装备是制造公司核心。

除了某些实力雄厚公司以外，先进但成本昂贵

制造装备与系统使诸多公司，特别是中小公司望而却步。

1.将来制造工艺与装备

为了满足将来低成本、环保及日益增长客户需求，公司制造工艺与装备必要进行根

本性变革。

产品从概念到最后送到顾客手，完全采用集成制造系统。

制造工艺将更加精密

化、柔性化，适应性更强。

将来制造工艺与装备技术特点是：

①通过对材料和工艺关系

进一步研究与掌握，建立全面、科学过程模型；②建立基于知识专家系统，给出加工过程所有制造信息，涉及工艺参数、工装设计及控制数据等；③通过将信息直接送到柔性

加工设备上，在闭环环境中加工产品；④优化解决物料准备和工件传送，提供产品最佳工

艺路线；⑤更换和改进对环境有害工艺，解决环保问题；⑥各个层次制造过程实现智能

控制。

将来控制工具采用模块化设计和开放性构造，真正做到即插即用；⑦模块化设计将

缩短制造装备配备时间，减少采购和维护成本，并合用于各种制造公司。

2.核心技术

导向筹划拟定了制造工艺与装备如下10项核心技术：

产品生命周期零挥霍消除挥霍是将来制造公司发展强大推动力。

不但减少产品制造

挥霍，并且扩展到产品整个生命周期，涉及产品回收运用及零部件再制造，同步使一家企

业废料成为另一公司生产原料。

产品开发一次成功制造公司现行逐次逼近设计法耗费大、耗时多。

制造与材料科学、

建模与仿真、工程工具、柔性与智能制造工艺与装备以及信息技术发展，将使虚拟设计

原型直接变成合格产品，大大减少产品开发时间和成本，并树立新经营原则。

智能控制系统控制和传感技术发展预示着智能控制系统时代来临，使制造公司快

速响应材料、产品设计、装备状态及其他因素变化，提高公司效率和客户满意度。

这些控

制系统不但有效控制加工工艺与设备，还能预测问题，具备自学习、自调节和自恢复功能。

创新突破性工艺随着如纳米技术、生物加工技术等先进技术发展，许多老式生

产工艺将被更新，推动建立崭新工业。

科学化制造通过构建基于科学材料、工艺和装备分析模型，使公司生产决策更加正

确和科学化。

智能设计与加工征询系统基于计算机征询系统在产品与工艺设计、工装选取、工序

安排与控制、材料管理及其他方面发挥巨大辅助作用，提高公司分析和解决问题能力。

知识存储系统和验证中心将来制造公司高效运营所需知识验证不是单个公司力所

能及。

共享知识存储系统和验证中心将收集、分析、传播各方面知识。

验证中心将提供

公正验证平台。

扩展型公司分布式控制21世纪制造业一种重要标志是公司内外部制造工艺

与装备集成。

工艺与装备不但连接到单个公司内信息系统，并且也连接到与公司关于

所有合伙伙伴。

这些连接将扩展型公司所有功能有效集成，并依照当前运营状况作出决

策和进行性能优化调节。

材料与表面工程随着材料与表面加工技术发展，公司可依照客户材料和表面特性

规定设计制造出低费效比合格产品，甚至虽然定制数量只有一件。

自由成形制造自由成形制造技术能生产老式工艺与装备无法生产零件，复杂三维零

件无需采用特殊加工办法和工装直接从设计模型投入生产，并保证小批量生产经济性。

公司集成技术

公司集成技术将人、加工过程、系统和技术紧密连接，保证对的人在对的时间和过

程使用对的资源和信息。

运用公司集成技术，公司或扩展型公司在不可预测动态市场中

对所浮现市场机会和问题进行迅速、精确决策。

在当今许多先进制造公司中，有诸多技术已作为要素集成到产品生产与经营系统中，

如公司资源筹划和计算机辅助设计系统，前者包括许多业务功能，但缺少产品生产过程详

尽数据；后者涉及产品和加工工艺仿真及规划功能，但缺少特定分析和信息集成能力。

企

业集成技术可以有效解决上述问题。

1.将来公司集成技术

将来制造公司将所有功能和活动无缝互联，当新机遇来暂时，不同合伙者迅速联

合，提高运营效率和响应速度。

并行工程和集成产品与过程设计概念和支撑工具发展，将产品生命周期所需所有过

程和工具集成为一种优化系统，明显提高公司集成生产产品能力。

完全互联通信与信

息基本构造使异地合伙伙伴协同工作，运用公司集成技术使公司经济有效地管理自身运营和

供应链。

2.核心技术

导向筹划拟定了公司集成如下10项核心技术：

公司经营和生产结合通过经营和制造生产业务功能集成，彼此迅速响应，从整个

公司范畴作出最佳决策和行动，明显提高整体效率。

供应链无缝集成与互操作技术进步和公司分工细化规定公司有效提高供应链管理

能力。

将来创新过程与系统实现即插即用，所有集成接口由系统自动辨认并管理，公司在

选取合伙伙伴时只考虑能力和利润因素，不用考虑供应商和经销商用是何种业务或工程系

统，供应商也不必紧张所用系统互操作能力。

集成产品生产随着启动工具发展，并行工程和集成产品与过程开发技术趋向成熟。

这些工具将从产品概念设计到交付过程所有功能集成起来，持续不断地对产品和过程设计、

制造筹划进行综合平衡与优化，满足顾客需求。

全面集成产品生命周期管理对全球环境和自然资源注重，规定制造公司改进产品

与工艺过程，消除对环境负面影响，更多地实现绿色制造。

生命周期集成管理不但减少

产品成本，并且使产品与过程更安全可*、更容易支持和维护。

系统和过程自集成原则化是一种大趋势，但耗费巨大。

开发自集成系统和过程是唯

一途径。

自集成就是依照特定性能规定，对自身能力、输入输出状况进行分析，并与整个企

业系统其他某些自动互相集成。

通过集成运作，公司抓住稍瞬即逝机会，创造价值并提

高投资回报率。

基于Web制造因特网浮现使全球集成制导致为也许。

在Web环境中，每个个体

均有恰当信息访问、使用和发送权利。

老式产品和过程开发环境中复杂数据管理功能被

简便、“透明”方式所代替。

扩展型公司无缝知识管理Web技术使公司随时将知识库中有关知识传递给任何

人。

同步某些私有信息和竞争敏感性信息只有通过恰当访问权限才干调用。

强大搜索引

擎能迅速检索和获取所需信息，支持公司决策。

成熟电子商务电子商务应用范畴日益扩展，实现商业公司、生产公司、政府部门、

金融机构和顾客之间迅速精确往来资金决算。

将来10年电子商务将迅速持续发展，保证交

易安全性和可*性，减少对纸基记录依赖，完毕远程合同谈判、履行和管理。

技术武装员工人重要作用是无法取代，必要不断用新技术武装员工，提高员工

能力，用更强大功能工具把她们从重复性劳动中解放出来，投入新工作中去，充分发

挥她们创造性和主观能动性。

工作积极、受过良好培训员工是公司真正实现集成“粘

合剂”。

响应客户开发概念产品开发始终要以顾客满意为目的。

信息技术和建模与仿真工具

发展让客户一开始就参加到产品设计中来，通过不断修改设计，使产品在成本、质量、

性能、可*性、功能性、易用性和产品支持等方面均达到最佳效果。