83《数字化网络化制造技术》

第1章数字化网络化制造概述我国现在已成为一个制造大国，世界各地到处可见“MADEINCHINA”，这是不争的事实。但我国还远不是制造强国，准确地说，我国目前还只是中低档商品的世界制造工厂。为了尽快提高我国制造业的整体素质，特别是竞争力，必须大力推进制造业信息化。制造业信息化离不开数字化和网络化制造技术，因为数字化网络化制造技术是制造业信息化的基础。1.1制造业现状与展望1.1.1我国制造业基本情况2001年我国制造业工业增加值为37613亿元，占国民生产总值（GDP）95933亿元的33%，制造业工业增加值（当年价）占工业总值的88%，制造业上交税金占国家税收总额的30%，2001年制造业全部从业人员8043万人，占全国全部从业人员的11%，占全国工业从业人员90%。2001年，我国制成品出口约为2398亿美元，占全国外贸出口总额的90%。我国GDP1952-1980年年均增长率为6.2%，1980-2001年年均增长率为9.97%，制造业1952-1980年年均增长率为14.4%，1980-1998年年均增长率为12.65%。由此看来，我国制造业特别是装备制造业始终以高于GDP的速度增长。当前制造业已成为我国最大的产业和国民经济主要组成部分，成为就业的重要市场和出口的主力军，目前制造业和装备制造业的工业增加值已经居世界第4位（仅次于美国、日本和德国）。1.1.2当前我国制造业存在的主要问题当前我国制造业大而不强，主要问题是：（1）劳动生产率以及工业增加值率低1999年，我国制造业的劳动生产率为4258美元/人年，约为美国的4.37%，日本的4.07%，德国的5.56%；1999年我国制造业工业增加值率为26.32%，而1994年美国为49.31%、1993年日本为38.01，而1994年德国为48.44%，分别比美国、日本和德国低22.99、11.69、22.12个百分点。总体停留在劳动密集阶段，技术含量低，附加值也低。表1.1所示中国制造业增加值率和劳动生产率与主要国家相比情况表。表1.1中国制造业增加值率和劳动生产率与主要国家对比中国（1999）美国（1994）日本（1993）德国（1994）英国（1992）法国（1994）韩国（1994）印度（1992）劳动生产率（美元/人年）425897300104730765504533059520557203350工业增加值率（%）26.3249.3138.0148.4443.5738.4942.9822.68（2）制造业设备陈旧，技术落后优质高效低耗工艺的普及率不足10%，数控机床、精密设备不足5%，90%以上高档数控机床、100%的光纤制造装备、85%的集成电路（IC）制造装备、80%的石化装备、70%的轿车工业装备依赖进口。另外，全国大中型机械工业企业中具有国际水平的设备仅占13.75%，具有国内先进水平的也只有17.33%，全国大中型机械工业企业产品中优等品率仅9.36%。机械工业不但没有起到带动和促进国民经济增长的作用，其自身在国民经济中的比重反而呈持续下降趋势。（3）低水平生产能力严重过剩，高水平生产能力不足据1995年第三次全国工业普查显示，全国主要工业产品有80%以上的生产能力利用不足或严重不足，其中机械、电子、化工、建材、轻工、冶金等行业的生产能力利用率分别为51.86%、51.45%、54.9%、64.03%、46.09%、35.55%。大量的生产能力放空，职工待岗，企业经济效益低，资产负债率高达75%以上，有些甚至资不抵债。而高技术含量和高附加价值的工业制品每年还在大量进口，有些已形成了依赖性进口。（4）技术创新能力十分薄弱装备工业技术进步与技术贡献率偏低。1998年，我国机械工业技术进步对产值增长速度的贡献率只有34%，西方国家一般都在60%以上；新产品产值率不到30%，西方国家在50%以上；机床产值数控化率，我国只有25%左右，日本已达70%；我国机械工业技术开发经费占销售收入的比重为1.78%，技术开发人员占职工比重也明显低于发达国家。（5）军工制造业不适应现代化战争的需要军工制造业难以实现均衡生产，工艺（生产技术）难以稳定和提高，技术储备不足，难以适应现代化武器发展需要，不具备现代化战争需要的快速响应能力和批量生产能力。军工制造业与民用产业的融合不够，从产业组织结构来看“大而全”的问题比较突出，没有充分利用民用制造业提供零部件、元器件、中间材料及其他配套件的能力。（6）能耗高、污染大我国制造业的平均能耗是工业发达国家制造业平均能耗的一倍，我国制造业所产生的平均污染是工业发达国家制造业平均污染的二倍。（7）装备工业的市场竞争力不强“八五”以来，机械工业中的电气机械及器材制造业、交通运输设备制造业的发展一直保持着较高速度，普通机械制造业、专用设备制造业的发展速度低于制造业的平均水平，进入“九五”时期以后的发展速度尚不及“八五”时期的一半，在机械工业中所占比重一直呈下降态势。装备制造业发展滞后，使得我国重点建设项目主要设备依赖进口。1994年至1998年我国共进口各类设备2121.7亿美元。其中投资类机械产品进口1972.7亿美元，年均近400亿美元。在国际市场上，我国出口的机电产品数量是大幅度增长的，但是多数为中低档产品，不能弥补大量进口导致的巨额逆差（1995年至1998年投资类机械产品年均进出口逆差超过100亿美元），反映出国际竞争力仍然较弱。（8）产业组织结构不合理管理体制、管理技术落后。产业组织结构不合理。机械工业是竞争性产业，整体产业集中度较高。我国机械工业在改革以来出现了分散化趋势，没有形成具有国际竞争力的大型企业与大型企业集团，中小企业与大型企业进行专业化协作的产业组织结构还没有形成。1.1.3工业发达国家制造业的发展趋势在美国自1992年提出建设信息高速公路计划后，工业发达国家立即投入制造业的数字化、网络化、信息化的研究和应用，以产生巨大的经济效应，提高综合国力。随着新世纪的来临和科学技术的迅速发展，人类社会正开始走向知识经济的新时代，制造业将进入一个崭新的发展阶段。以因特网为代表的信息技术的广泛应用，将导致制造企业的管理体制和生产模式的根本性变革。美国60%的小企业、80%的中型企业、90%以上的大企业实现了电子商务；韩国2000年完成了钢铁、船舶、电子、汽车、机械、电力、纤维、生物工程和流通等9个重点行业的电子商务；日本B2B交易规模为1626亿美元，B2C交易达81亿美元。1.国际先进制造技术现状企业成功的关键因素是：上市时间T、质量Q、产品成本C、服务S、环境E、灵活性F。所以，当今国际先进制造企业都是从企业利益驱动转向用户利益和社会利益驱动，即从以企业利润为目标转向以用户的价格、质量、交货期、售后服务等为目标，甚至以用户的个性化、参与式需求为目标，提升企业在市场的竞争力。现在不是“大”吃“小”，而是“快”吃“慢”，产品研发时间每增加10%，其年收入将损失25%——30%。2.现代制造系统的模式所有的制造系统模式均与生产管理模式相结合。许多系统已经是制造—管理一体化的系统，有的甚至是设计—制造—服务—管理一体化的系统。提高制造系统的生产率已经从注重设备自动化转向注重生产过程的科学管理。图1.1所示现代制造系统的模式，反映了现代制造系统中出现的一些新哲理，例如：成组技术、CIM、并行工程、JIT制造、智能制造系统、敏捷制造、精益生产、CIPE、业务过程重组BPR、电子商务EC、网络化制造等都是以上市时间T、质量Q、产品成本C、服务S、环境E、灵活性F为目标形成的生产管理模式。TQCSEF„成组技术„CIM（集成）„并行工程（同步）„JIT（准确）制造„智能制造系统（智能）„敏捷制造（灵活）„精益生产（简化）„CIPE（重组、标准化）„业务过程重组BPR（重组）„大批量定制生产MC（简化、灵活）„电子商务EC„网络化制造图1.1现代制造系统的模式现代制造企业更多地注重网络合作，使分散的中、小企业组成大规模的生产联盟，达到短周期、快响应、大规模、低成本生产的目的。在生产管理方面，注重从基于劳动与资本的管理转向基于信息和知识的管理，更加注意发挥人在生产中的创新作用。制造系统从面向技术为主转向面向发挥人的创新能力为主。表1.2所示企业战略的转变过程。表1.2企业战略的转变竞争核心利润市场份额有竞争优势的产品市场规模产品发展战略较低的成本产品上市时间产品创新技术方面的重点生产力数据共享知识管理过程方面的重点串行的设计过程并行工程企业间合作组织方面的重点面向部门面向过程虚拟企业1980199020003.当前发达国家推行的先进制造理念（1）精益制造（LeanManufacturfing）精益制造是丰田公司开创的一种先进制造理念，主要是为了降低生产成本、最大限度减小浪费而推出的，它的主要内容是恰时生产（Just-in-time）、零库存等制造模式，该模式已经逐步成为世界先进制造的典范。该模式主要思想是以人为中心，简化企业的组织结构（扁平化），简化产品开发过程，简化零部件的制造过程，简化产品结构，通过全面质量管理（TQC）实现零质量问题控制、通过准时制造（JIT）实现零库存控制，通过全员设备维护确保制造资源的充分利用和准时交货，通过工厂自动化实现柔性和效率的统一。（2）智能制造（IntellingManufacturing）现代制造系统使制造成为自学习、自适应、自组织的智能系统，与计算机科学与技术的前沿研究相结合，形成了新一代智能计算机发展动力和应用对象。现代制造系统所依赖的基础制造技术是：各种快速制造技术、精密制造技术、特种加工技术、传感与检测技术、数控技术、自动变成技术、成组技术、CAD/CAPP/CAM技术、机电自动化技术、机器人技术、信息传输、处理、集成、共享技术、各种精密成型技术、自动、精密装配技术等等。其中绝大部分都是传统的制造技术，但都是以现代高新技术改造了的传统制造技术。现代制造系统经过了以上传统制造技术的变革，形成了智能化的制造系统，例如：全球制造集成技术、下一代制造（分形制造、分布式制造、仿生制造）、全能制造、基于知识的制造、自适应的物流系统、产品快速开发技术、人机共享系统的组织、模具计算机设计系统、智能复合产品、全球分布式企业建模及其模拟环境、面向产品全生命周期的传感器、高效可重构的制造系统、产品和过程的数据模型等系统。（3）制造全球化经济的全球化、市场的国际化、贸易和投资的自由化，以及服务的世界化，促进了竞争，鼓励了革新，加快了经济增长速度。使得制造产业、制造技术和产品逐步走向国际化，导致制造业在全球范围内重新分布和组合。世界制造业正面临着一个不确定性的、急剧变化的、竞争日趋激烈的国际化市场，制造业所处环境已经发生了重大变化。正是这种国际化的市场竞争促进了整个制造业的变革和发展。“哪里有市场，就在哪里生产产品”，降低产品制造成本、贴近市场减少关税、分散汇率的风险，是现代制造业取得市场胜利的关键。（4）绿色生产现代制造系统对环境更加关注。制造过程的废物不得污染环境，环境保护是建立企业的先决条件。现代制造系统组建推出了绿色工程、绿色加工等理念。所有的制造系统都充分的考虑到对资源的有效利用，资源的回收、再生，有的还进一步考虑到资源的更新。1.1.3在我国实施制造业信息化工程制造业信息化工程（ManufacturingInformationEngineering）是将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，带动产品设计方法和工具的创新、企业管理模式的创新、企业间协作关系的创新，实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数控化以及咨询服务的网络化，全面提升我国制造业的竞争力。（1）指导思想科技部在十五期间组织了制造业信息化工程专项，围绕“抓应用、促发展、见效益”，专项的指导思想可以概括为：一个中心，两个重点、四个转移。一个中心：以信息化带动工业化，以工业化促进信息化为中心。两个重点：研究开发制造业信息化关键技术与软硬件系统；用信息化改造、提升制造业，提高制造业竞争力。四个转移：从