全球以計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)為主導(dǎo)方向的制造業(yè)已經(jīng)進入了集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的時代，作為制造大國，中國提升制造業(yè)技術(shù)水平和競爭能力的關(guān)鍵是新技術(shù)、新工藝的推廣和應(yīng)用。特別是，先進制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造業(yè)不斷吸收機械、信息、材料的現(xiàn)代管理技術(shù)等方面的最新成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計、制造、檢測、管理及售后服務(wù)的制造全過程。

　　目前，全球以計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)為主導(dǎo)方向的制造業(yè)已經(jīng)進入了集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的時代，作為制造大國，中國提升制造業(yè)技術(shù)水平和競爭能力的關(guān)鍵是新技術(shù)、新工藝的推廣和應(yīng)用。特別是，先進制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造業(yè)不斷吸收機械、信息、材料的現(xiàn)代管理技術(shù)等方面的最新成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計、制造、檢測、管理及售后服務(wù)的制造全過程。

　　在此，選取了5項先進制造領(lǐng)域涉及面廣、應(yīng)用研究十分活躍的關(guān)鍵技術(shù)——柔性制造、虛擬制造、敏捷制造、工業(yè)機器人和綠色制造，分析介紹其最新的研究成果與應(yīng)用實例。

　　柔性制造

　　有關(guān)柔性制造的定義一直未形成統(tǒng)一的認識。不過無論如何，其主要特征是依靠有高度柔性的以計算機數(shù)控機床為主的制造設(shè)備，來實現(xiàn)多品種、小批量的生產(chǎn)。其總趨勢是：生產(chǎn)線越來越短，越來越簡潔，設(shè)備投資越來越少；中間庫存越來越少，場地利用率越來越高；生產(chǎn)周期越來越短，交貨速度越來越快；各類損耗越來越少，效率越來越高。

　　實現(xiàn)柔性制造可以大大降低生產(chǎn)成本，強化企業(yè)的競爭力。為了在殘酷的競爭中生存和發(fā)展，企業(yè)就必須研究一些低成本并且能夠快速反應(yīng)的制造方法，柔性制造就是這些方法的總稱。因此，與其說柔性制造是一種生產(chǎn)方式，不如說柔性制造是一種制造理念。

　　20世紀60年代末至70年代初，美國、日本、前蘇聯(lián)、德國等發(fā)達國家先后開展了柔性制造技術(shù)以及裝備的研制工作。1976年，日本法納科公司展出的柔性制造單元為發(fā)展柔性制造提供了設(shè)備基礎(chǔ)。1980年代，隨著柔性制造技術(shù)的成熟，柔性制造得到了迅速發(fā)展，并主要應(yīng)用于飛機、汽車制造等。

　　以汽車制造業(yè)為例，依靠計算機、加工中心和數(shù)控機床組成的柔性自動加工系統(tǒng)，使從前的單一品種大批量的生產(chǎn)方式，轉(zhuǎn)向中小批量、多品種、適應(yīng)市場要求的精益生產(chǎn)方式，使汽車生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益和管理水平有了較大提高。

　　國外汽車工業(yè)中，主要汽車廠商如通用、福特、寶馬、奔馳等公司都采用了柔性制造系統(tǒng)。例如，日本汽車業(yè)在1970年代開始大力發(fā)展柔性制造，到1987年已經(jīng)形成較大規(guī)模，擁有數(shù)控機床2萬余臺，柔性制造生產(chǎn)線21條。柔性制造為日本汽車工業(yè)生產(chǎn)率追上并超過美國創(chuàng)造了條件。

　　中國國內(nèi)汽車制造業(yè)也較早在一些工藝流程和產(chǎn)品制造中嘗試了柔性制造。如第一汽車集團在焊裝車間等使用多種機器人，在生產(chǎn)工序上機械手以及其他自動化設(shè)備不斷增多，一定程度上可實現(xiàn)多品種的混線生產(chǎn)；上海通用汽車公司的柔性化生產(chǎn)線涵蓋了各大總成及整車等制造環(huán)節(jié)，提高了產(chǎn)品換代速度。

　　隨著各類先進加工技術(shù)的相繼問世，柔性制造技術(shù)本身也在不斷完善和提高。如瑞士的一家公司采用由激光加工中心及CNC自動車床和自動磨床組成的柔性制造單元，該單元由于改用激光加工中心來代替原來的銑床，生產(chǎn)率提高了很多倍，而且產(chǎn)品精度高、質(zhì)量好。各種相關(guān)技術(shù)的不斷進步，促使柔性制造規(guī)模不斷擴大，將給制造業(yè)帶來深刻的影響。

　　但需要指出的是，近30年的實踐證明，盡管柔性制造生產(chǎn)模式大大推動了制造業(yè)的發(fā)展，但由于受到各方因素的制約，它的實際效果距人們的期望值還相差甚遠。

　　虛擬制造

　　虛擬制造又稱擬實制造，是1980年代后期美國首先提出來的一種新思想，它是利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計算機技術(shù)等對現(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，使得產(chǎn)品一次性制造成功，以達到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、增強企業(yè)競爭力的目的。

　　在虛擬制造中，產(chǎn)品從初始外形設(shè)計、生產(chǎn)過程的建模、模型裝配到檢驗，整個生產(chǎn)周期都是在計算機上進行模擬和仿真的，不需要實際生產(chǎn)出產(chǎn)品來檢驗?zāi)＞咴O(shè)計的合理性，因而可以減少前期設(shè)計給后期加工制造帶來的麻煩，更可以避免模具報廢的情況出現(xiàn)，從而達到提高產(chǎn)品開發(fā)的一次成品率、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低企業(yè)制造成本的目的。

　　虛擬制造從提出到現(xiàn)在已歷經(jīng)了20多年，技術(shù)上得到了很大發(fā)展，應(yīng)用方面也得到了廣泛的擴展。許多學校、研究所、科研單位、大型企業(yè)等都在不斷研究和應(yīng)用虛擬制造技術(shù)。近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已較多應(yīng)用到汽車開發(fā)工作中，并初步形成一種集專業(yè)理論、工程設(shè)計、科學試驗等為一身的較為完整的應(yīng)用體系。

　　例如，美國福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開發(fā)中已經(jīng)應(yīng)用了虛擬制造技術(shù)，大大縮短了產(chǎn)品的發(fā)布時間；日本幾家大型汽車公司如三菱、豐田、本田，都在應(yīng)用虛擬制造方面取得了較大的成果；法國雷諾汽車公司應(yīng)用的全息技術(shù)的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，具有很好的可視化水平，把虛擬技術(shù)在汽車模具中的應(yīng)用推向了一個新的臺階。此外，波音公司設(shè)計的777大型客機是世界上首架以三維無紙化方式設(shè)計出的飛機.它的設(shè)計成功已經(jīng)成為虛擬制造從理論研究轉(zhuǎn)向?qū)嵱没�的一個里程碑。

　　與國外研究相比，中國在虛擬制造方面的研究多數(shù)還停留在系統(tǒng)框架和總體技術(shù)上，實質(zhì)性的面向應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)還有待提高。一些高校聯(lián)合研究所和企業(yè)在虛擬制造理論方面進行了大量的研究，也開發(fā)出許多適合中國企業(yè)的技術(shù)。如同濟大學與香港理工大學聯(lián)合機械科學研究院研究的分散網(wǎng)絡(luò)化制造、異地設(shè)計與制造等技術(shù)已經(jīng)取得了不少進展；武漢理工大學智能設(shè)計與制造研究所與上海振華港機股份有限公司合作，開發(fā)出“集裝箱裝卸橋計算機輔助設(shè)計和仿真系統(tǒng)”；清華大學在虛擬設(shè)計環(huán)境軟件、虛擬現(xiàn)實、虛擬機床、虛擬汽車訓練系統(tǒng)等方面的研究也取得很大的進展。但是，由于受到CAD/CAM/CAE/CAPP等基礎(chǔ)軟件、仿真軟件、建模技術(shù)的制約，中國虛擬制造技術(shù)的研究多為虛擬制造的一些單元技術(shù)，研究的內(nèi)容基本上為虛擬產(chǎn)品的裝配、機床總體方案設(shè)計、虛擬測試以及虛擬企業(yè)等。

　　當前中國企業(yè)的虛擬制造主要是應(yīng)用于生成可信度高的產(chǎn)品虛擬樣機，在產(chǎn)品設(shè)計階段能夠以較高的置信度預(yù)測所設(shè)計產(chǎn)品的最終性能和可制造性。在對產(chǎn)品性能具有高科技含量要求的行業(yè)中，如航空航天、軍事、精密機床、微電子等領(lǐng)域，隨著研究的不斷深入和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，虛擬制造必將得到日益廣泛的應(yīng)用。

　　敏捷制造

　　1991年，美國里海大學的幾位教授在美國國會和國防部的支持下，會同美國眾多工業(yè)界的主要決策人在向美國國會提交的《美國21世紀制造戰(zhàn)略報告》中，第一次提出推行敏捷制造。這是一種面向21世紀的新型制造模式，是為了提高企業(yè)的競爭能力，在“競爭—合作/協(xié)同”機制作用下，實現(xiàn)對市場需求做出靈活快速反應(yīng)。

　　企業(yè)要在激烈的市場競爭中求得生存和發(fā)展，必須具有敏捷性，即具有在瞬息萬變中把握各種機遇，并通過不斷技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新來領(lǐng)導(dǎo)市場潮流的能力。敏捷制造作為現(xiàn)代生產(chǎn)管理模式之一，是一種以柔性生產(chǎn)技術(shù)和動態(tài)組織為特點，以高素質(zhì)與協(xié)同良好的工作人員為核心，采用企業(yè)間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而形成快速適應(yīng)市場的社會化制造體系。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式相比，它是高度柔性化、無庫存的生產(chǎn)組織方式，是以動態(tài)聯(lián)盟為基礎(chǔ)的生產(chǎn)組織模式，具有對市場需求反應(yīng)敏捷、產(chǎn)品服務(wù)可以全程面向用戶、達到充分的資源共享、充分調(diào)動和發(fā)揮“人”的作用的優(yōu)勢。

　　敏捷制造的戰(zhàn)略著眼點是基于對產(chǎn)品和市場的綜合分析，快速響應(yīng)市場和用戶的需求。因此，一方面要求企業(yè)在實施敏捷制造時必須不斷提高企業(yè)應(yīng)變能力，實現(xiàn)技術(shù)、管理和人員的全面、協(xié)調(diào)地集成，使產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)等各項工作并行地進行；另一方面，要求企業(yè)必須不斷提高新產(chǎn)品的研制開發(fā)能力，從而達到不斷改進老產(chǎn)品，迅速設(shè)計和制造出高質(zhì)量的新產(chǎn)品，以滿足市場和用戶不斷提高的要求。

　　企業(yè)的敏捷制造實施方案主要包括市場分析與評估、敏捷化設(shè)計、敏捷化銷售與服務(wù)合作等功能。方案實施是復(fù)雜的過程，需要領(lǐng)導(dǎo)推動，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，選擇適當?shù)募夹g(shù)支持；需要對實施方案進行空間上、時間上、邏輯上的細化；需要經(jīng)過方案設(shè)計、方案實施、運行與評價、方案改進、再實施的循環(huán)提高過程，逐步實施，不斷改進。

　　1998年，時任長安汽車公司總裁尹家緒決定在長安實施“以實現(xiàn)敏捷管理為目標的信息化建設(shè)”，全面提升管理水平。長安汽車公司通過業(yè)務(wù)流程再造，計算機網(wǎng)絡(luò)化管理、柔性制造技術(shù)等先進的管理技術(shù)或方法，在公司的財務(wù)、計劃、生產(chǎn)、營銷、產(chǎn)品研發(fā)等方面實現(xiàn)了以信息集成為核心的敏捷管理，從而提高了企業(yè)的競爭能力。

　　此外，寶鋼集團研發(fā)的“客戶驅(qū)動的寶鋼敏捷制造系統(tǒng)”，獲得了2004年度上海市科技進步一等獎。馬鋼、漣鋼、攀鋼等鋼鐵企業(yè)推廣應(yīng)用這一技術(shù)成果后，不僅實現(xiàn)了網(wǎng)上訂貨作業(yè)，還利用電子商務(wù)平臺降低了上下游企業(yè)之間的過程管理成本，利用集成制造系統(tǒng)共享管理信息和設(shè)備數(shù)據(jù)提高了管理水平。該成果自推廣應(yīng)用以來，共創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益約15億元。

　　雖然中國對敏捷制造研究的時間很短，完整的理論體系尚未形成，具體的實施方法、手段和途徑有待于進一步深入探索，但敏捷制造的基本思想和方法可以應(yīng)用于絕大多數(shù)類型的企業(yè)，特別是制造加工企業(yè)，實現(xiàn)國內(nèi)企業(yè)間的優(yōu)勢互補，強強聯(lián)合應(yīng)該是完全可行的。