| 一,、引 言 過去的20年,，制造業(yè)不論是在生產(chǎn)模式和制造技術(shù)方面都發(fā)生了根本性的改變，不僅從傳統(tǒng)大量生產(chǎn)方式向精益生產(chǎn)、計算機(jī)集成制造,、敏捷制造,、全球制造和分散網(wǎng)絡(luò)化制造轉(zhuǎn)變,，而且出 現(xiàn)了超精密,、超高速、激光加工,、納米技術(shù),、快速原型、快速制模等一系列新的工藝過程和設(shè)備,。這種變化趨勢仍將持續(xù)不斷和加速進(jìn)行,。 激烈的市場競爭以及新的制造技術(shù)的出現(xiàn)，必將導(dǎo)致新產(chǎn)品和新過程的產(chǎn)生,，新的企業(yè)管理和工作方式,、新的組織結(jié)構(gòu)和決策方法也將隨而形成。 21世紀(jì),，制造業(yè)仍將是創(chuàng)造物質(zhì)財富的主要產(chǎn)業(yè),，它與新興產(chǎn)業(yè)的相互滲透將進(jìn)一步推動經(jīng)濟(jì)的高速增長。各國非常重視未來制造業(yè)的遠(yuǎn)景預(yù)測和戰(zhàn)略規(guī)劃,，以迎接新的挑戰(zhàn),。只有通過遠(yuǎn)景預(yù)測和戰(zhàn)略研究，才能明確未來的制造業(yè)將會是什么樣的,，以及對實現(xiàn)遠(yuǎn)景預(yù)測將會遇到的挑戰(zhàn)和障礙有充分的理解和共識,。 美國“國家研究理事會工程與技術(shù)系統(tǒng)委員會”(Commission of Engineering and Technology System, National Research Council ) 組織了一個專門小組，對2020年制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行研究,，以便能更加合理有效地支配目前的研究投資,。遠(yuǎn)景預(yù)測研究的要點包括以下4個方面： 1) 對2020年制造業(yè)和制造企業(yè)的競爭環(huán)境本質(zhì)進(jìn)行研究和預(yù)測，明確推動制造業(yè)變革的基本動力,，描繪明天的藍(lán)圖,； 2) 為使制造業(yè)能夠適應(yīng)社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，實現(xiàn)遠(yuǎn)景規(guī)劃,，確定明天將面臨的主要挑戰(zhàn),； 3) 確定目前應(yīng)該積極著手進(jìn)行研究的、用于對付未來挑戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)； 4) 關(guān)鍵技術(shù)研究的策略和建議,，研究成果的評估方法。 遠(yuǎn)景預(yù)測的主要方法是通過各種研討會（主要是在美國的專家）和書面問卷調(diào)查（國際知名學(xué)者）進(jìn)行的,。最終形成“2020年制造業(yè)的遠(yuǎn)景預(yù)測”（Visionary Manufacturing Challenges for 2020）報告,，由美國國家科學(xué)出版社出版。 本文是在上述研究報告以及有關(guān)下一代制造的文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,，結(jié)合中國的現(xiàn)狀和作者的理解,，對2020年制造業(yè)的遠(yuǎn)景預(yù)測加以綜述。 二,、新的競爭環(huán)境 選擇20年,，而不是5年或10年作為遠(yuǎn)景規(guī)劃的時間段，是為了思考未來制造業(yè)的革命性變革,，制定全面的,、可持續(xù)發(fā)展的遠(yuǎn)景規(guī)劃，而不是在當(dāng)前的生產(chǎn)模式和制造技術(shù)基礎(chǔ)上探討局部的,、漸進(jìn)性的改善和提高,。 研究結(jié)果表明，專家們對20年后制造業(yè)的發(fā)展前景看法基本上相同,。一致認(rèn)為,，以下幾點是對未來制造業(yè)發(fā)展有重大影響的技術(shù)、政策和經(jīng)濟(jì)的因素： 1) 由通信技術(shù)的發(fā)展和知識共享,，增強(qiáng)了競爭的氣氛,，企業(yè)必須對市場作出快速響應(yīng)，駕馭和適應(yīng)不斷變化的市場環(huán)境,； 2) 在許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中,，挑剔的客戶對大量生產(chǎn)的產(chǎn)品不感興趣，要求大量定制產(chǎn)品,，以滿足他們對產(chǎn)品個性化的要求,； 3) 不僅是新產(chǎn)品，制造企業(yè)全方位的創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力將是最重要的競爭優(yōu)勢,，質(zhì)量和價格因素將退居次要地位,。創(chuàng)新過程及其技術(shù)的發(fā)展將改變制造業(yè)的活動范圍和內(nèi)容； 4) 環(huán)境保護(hù)實質(zhì)上是由于人口增長和工業(yè)經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)而引起的全球生態(tài)系統(tǒng)惡化,，已經(jīng)嚴(yán)重影響人類的生存和生活水準(zhǔn)的進(jìn)一步提高,，各國政府將聯(lián)合制定更加嚴(yán)格的有關(guān)國際法規(guī)； 5) 如何有效和迅速獲得和應(yīng)用加速制造過程決策,、促進(jìn)創(chuàng)新和快速響應(yīng)市場的各種信息和知識,，將成為企業(yè) 成敗的關(guān)鍵； 6) 壟斷石油、化工 和鋼鐵生產(chǎn)的時代已經(jīng)成為過去,，新的,、有競爭性的生產(chǎn)資源（包括熟練勞動力）將分布在世界各地，不再集中在某個地區(qū),，這將成為促使制造企業(yè)組織變革的一個關(guān)鍵因素,。 三、新的企業(yè)特征 2020年的制造企業(yè)不僅是生產(chǎn)組織,，也是一個學(xué)習(xí)組織,，它將迅速有效地把新的思想和改革觀念引入生產(chǎn)過程。個人和組織都要不斷地,、快速地學(xué)習(xí)和掌握新技術(shù),，基于計算機(jī)的通信技術(shù)和基于網(wǎng)絡(luò)傳播的新知識將遍布于整個聯(lián)盟企業(yè)，加強(qiáng)了人與機(jī)器的通信,，改善了處理業(yè)務(wù)的過程和聯(lián)合的外部環(huán)境,。聯(lián)盟企業(yè)要不斷發(fā)展合作伙伴，以便能夠從高度分散的制造能力快速集成必需的資源,，響應(yīng)市場的機(jī)遇,。當(dāng)市場機(jī)會一旦消失時，聯(lián)盟企業(yè)又能夠快速解散,。 2020年的制造業(yè)繼續(xù)是人掌管的企業(yè),，它將產(chǎn)品的概念從原材料（或再生材料）轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實產(chǎn)品。今天所知道的企業(yè)功能（研究與開發(fā),、設(shè)計,、工藝、制造,、營銷和客戶支持）將被高度地集成,，通過網(wǎng)絡(luò)把客戶、供應(yīng)商與新產(chǎn)品開發(fā)連成一個整體運(yùn)行,。公司的組織形式和特性將徹底改變,，隨著響應(yīng)動態(tài)市場而結(jié)合與解體的虛擬結(jié)構(gòu)將獲得普遍的認(rèn)同和采用。 未來近20年將出現(xiàn)新的制造業(yè)合作體系,，它將由兩部分構(gòu)成,，一部分制造企業(yè)是把原材料（再生材料）轉(zhuǎn)換成各種零部件或新材料的“新材料和零部件”企業(yè)，另一部分是把新材料和零部件轉(zhuǎn)換成最終產(chǎn)品的“產(chǎn)品配置”企業(yè),。盡管生產(chǎn)資源可能分布于全球各地,，但只有少數(shù)“新材料和零部件”企業(yè)與當(dāng)?shù)厥袌鲇嘘P(guān)，而“產(chǎn)品配置”企業(yè)卻應(yīng)該定位在當(dāng)?shù)厥袌�,、服�?wù)于當(dāng)?shù)厥袌�,，盡管該企業(yè)可能是跨國大公司的成員,，卻在當(dāng)?shù)鬲毩⒆灾鹘?jīng)營。 新的世紀(jì)將會出現(xiàn)能夠綜合或形成新材料和產(chǎn)品的極小規(guī)模的生產(chǎn)過程模塊,，如只有幾個人的“實驗室企業(yè)”或在幾平方米內(nèi)的微型工廠,。這是因為，納米制造過程將從實驗室里的珍品變?yōu)樯a(chǎn)過程,。令人興奮的,、新的生物工程應(yīng)用，將導(dǎo)致新的生物合成過程的和基于生物的制造過程的出現(xiàn),。 四、面臨的新挑戰(zhàn) 新的挑戰(zhàn)意味著當(dāng)前的制造業(yè)現(xiàn)狀和2020年遠(yuǎn)景預(yù)測之間的差距,。主要有6個方面重大挑戰(zhàn),，現(xiàn)分別簡明扼要地加以說明。 挑戰(zhàn)1 并行制造的實施技術(shù)和能力,；對付這類挑戰(zhàn)的主要技術(shù)有： 1) 企業(yè)建模和仿真,； 2) 信息技術(shù)； 3) 新的產(chǎn)品設(shè)計方法,； 4) 支持合作的軟件系統(tǒng),； 5) 教育和培訓(xùn)。 挑戰(zhàn)2 人力和技術(shù)資源的集成,，以提高工作效果和滿意度,；對付這類挑戰(zhàn)的主要技術(shù)有： 1) 人機(jī)界面的改善； 2) 適應(yīng)性強(qiáng)和可重構(gòu)的制造系統(tǒng),； 3) 企業(yè)建模和仿真,； 4) 信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 挑戰(zhàn)3 及時地把廣泛分散收集的信息資源轉(zhuǎn)換成有用的知識，以便作出有效的決策,；對付這類挑戰(zhàn)的主要技術(shù)有： 1) 信息技術(shù) 2) 企業(yè)建模和仿真,； 3) 人機(jī)界面的改善； 4) 教育和培訓(xùn) 挑戰(zhàn)4 減少生產(chǎn)浪費,，把產(chǎn)品和過程對環(huán)境的破壞減到“接近零”,；對付這類挑戰(zhàn)的主要技術(shù)有： 1) 沒有廢料的生產(chǎn)過程； 2) 新材料和新工藝（例如,，亞微米和納米制造）,； 3) 制造的生物技術(shù)； 4) 新的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),。 挑戰(zhàn)5 快速重構(gòu)制造企業(yè),，響應(yīng)市場變化的需求和機(jī)遇；對付這類挑戰(zhàn)的主要技術(shù)有： 1) 適應(yīng)性強(qiáng)和可重構(gòu)的制造系統(tǒng),； 2) 企業(yè)建模和仿真,； 3) 信息技術(shù) 4) 新的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù) 5) 人機(jī)界面的改善； 6) 教育和培訓(xùn) 7) 支持合作的軟件系統(tǒng)； 挑戰(zhàn)6 發(fā)展高度集中的,、占空間小和具有創(chuàng)新性的制造過程和產(chǎn)品,；對付這類挑戰(zhàn)的主要技術(shù)有： 1) 新材料和新工藝（例如，亞微米和納米制造）,； 2) 制造的生物技術(shù),； 3) 適應(yīng)性強(qiáng)和可重構(gòu)的制造系統(tǒng)； 4) 新的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),。 五,、對付挑戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù) 一、關(guān)鍵技術(shù)的定義 所謂關(guān)鍵技術(shù)是經(jīng)過多次篩選,，認(rèn)為能夠用于對付重大挑戰(zhàn),、并具有以下特征的技術(shù)領(lǐng)域： 1) 該技術(shù)是大多數(shù)專家一致認(rèn)為的應(yīng)該優(yōu)先發(fā)展技術(shù)； 2) 該技術(shù)是能夠?qū)Ω吨卮筇魬?zhàn)的主要技術(shù),； 3) 該技術(shù)對制造業(yè)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義,； 4) 該技術(shù)不止支持對付一項重大挑戰(zhàn)； 5) 該技術(shù)代表長遠(yuǎn)的機(jī)遇（在短期內(nèi)不易獲得的技術(shù)）,。 二,、關(guān)鍵技術(shù)重要性的排序 根據(jù)關(guān)鍵技術(shù)的定義，從眾多目前認(rèn)為可以用于對付重大挑戰(zhàn)的技術(shù)中挑選10項關(guān)鍵技術(shù),，并且按照它的重要性進(jìn)行排序,。 1) 可重構(gòu)制造系統(tǒng) 易于集成的設(shè)備和過程，以及能迅速重組的制造系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟企業(yè),； 2) 綠色制造 具有最小浪費和能耗的,、以及環(huán)境污染最小的制造過程； 3) 技術(shù)創(chuàng)新工程 設(shè)計和制造新材料和新元件的創(chuàng)新過程,，包括方法和工具,； 4) 用于制造的生物技術(shù) 采用生物過程制造具有生物特征和形狀的原材料和元件； 5) 建模和仿真 對所有的制造過程和企業(yè)運(yùn)作,，進(jìn)行系統(tǒng)合成,、建模、仿真,，通過數(shù)字原型和虛擬現(xiàn)實,，提高預(yù)見性，減少失誤,； 6) 知識工程 把學(xué)習(xí),、經(jīng)驗和信息轉(zhuǎn)換成有用知識的技術(shù)和工具，迅速作出有效的決策,； 7) 產(chǎn)品和過程設(shè)計的新方法 滿足廣泛市場需求的產(chǎn)品和過程的快速實現(xiàn)方法,； 8) 改善人—機(jī)界面 人與設(shè)備的交互方式將多樣化,，使整個生產(chǎn)系統(tǒng)成為一個和諧整體； 9) 新的教育體系和方法 能夠快速獲取和消化知識的新的教育和訓(xùn)練方法,； 10) 智能化軟件 能夠支持人與人合作,、提高人機(jī)交互能力的知識為本工程化軟件。 六,、研究工作的建議 一,、以人為本 為了加速關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，必須對今后若干年的制造科學(xué)技術(shù)研究的內(nèi)容和方法進(jìn)行討論,。 首先應(yīng)該建立明確的概念,，技術(shù)雖然是生產(chǎn)系統(tǒng)的一個最活躍的組成要素，但是如何通過價值觀和工業(yè)文化提高企業(yè)的競爭力卻是最根本的措施,。由于知識傳播加速,，技術(shù)的競爭力強(qiáng)度是較低的，能夠維持的時間較短,；而人員素質(zhì)的競爭力強(qiáng)度較高，被模仿的可能性較小,，具有可持續(xù)發(fā)展和相對穩(wěn)定的特點. 二,、重視學(xué)科交叉 打破部門隔閡，支持跨學(xué)科的研究與開發(fā)項目,，建立大學(xué)內(nèi)部和跨越產(chǎn)學(xué)研邊界的多學(xué)科獨立法人機(jī)構(gòu)或公司,。同時在需要應(yīng)付重大挑戰(zhàn)的重要學(xué)科領(lǐng)域，建立研究共同體之間的聯(lián)盟,，包括工程,、數(shù)學(xué)、物理學(xué),、化學(xué),、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理科學(xué),、計算機(jī)科學(xué),、哲學(xué)、生物學(xué),、心理學(xué),、認(rèn)識論和人類學(xué)等。因為在新一代制造過程的設(shè)計,、計劃和運(yùn)作中,，要了解人類心理學(xué)和社會科學(xué)對做生產(chǎn)決策的影響； 為了應(yīng)付重大挑戰(zhàn),，應(yīng)該把長期的研究重點放在關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新和開發(fā)能力上,。研究工作應(yīng)該集中在橫向?qū)W科交叉領(lǐng)域,，它們能夠用于支持若干關(guān)鍵技術(shù)。例如,，適用性強(qiáng)和可重構(gòu)的制造系統(tǒng),、信息和通信技術(shù)、建模和仿真都是特別重要的,，因為對于提高許多產(chǎn)業(yè)的制造能力來說,，都是關(guān)鍵技術(shù)。 三,、關(guān)注突破性技術(shù) 確立焦點放在突破性技術(shù)的基礎(chǔ)研究,，：亞微米和納米制造以及整個企業(yè)的建模和仿真（包括虛擬現(xiàn)實技術(shù)）兩個重要的突破性技術(shù)值得特別重視，因為這將加速處理重大挑戰(zhàn)的進(jìn)程,，支持新一代創(chuàng)新產(chǎn)品和制造過程,。例如，在整個企業(yè)的建模和仿真的基礎(chǔ)上,，實現(xiàn)制造業(yè)與信息技術(shù)的集成,，通過專門的研究與開發(fā)，建立適用性強(qiáng),、易于集成到分散網(wǎng)絡(luò)化制造協(xié)作系統(tǒng)和模型中的信息技術(shù),，目的在于使網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟企業(yè)的組成伙伴（包括單位和個人）能夠加速和改善決策的過程和方法。 突破性技術(shù)還可能來自制造部門之外有重大投資或社會效益的應(yīng)用型研究開發(fā)項目,。例如,，新的生物和合成材料、能源的再生和儲存,、環(huán)境保護(hù)技術(shù),。 四、創(chuàng)新管理和知識工程 創(chuàng)新是未來企業(yè)核心競爭力,。創(chuàng)新及其管理已經(jīng)發(fā)展成為系統(tǒng)科學(xué),，使創(chuàng)新不僅取決于個人的創(chuàng)造力，而成為可持續(xù)發(fā)展和可管理的過程,。每個企業(yè)都必須像管理生產(chǎn)過程一樣管理創(chuàng)新,，有激化、記錄和評價技術(shù)創(chuàng)新業(yè)績的方法和手段,，并且使企業(yè)的日常運(yùn)作也能基于創(chuàng)新過程去完成,，作出更為合理和有效的決策。 企業(yè)的創(chuàng)新能力在某種程度上更多地依賴于集體創(chuàng)新過程,，而不僅僅是創(chuàng)新者個人的創(chuàng)造力,。和諧的創(chuàng)新環(huán)境將使不同領(lǐng)域的專家融合成一個團(tuán)隊化的工作小組，利用高效率的信息網(wǎng)絡(luò)和知識供應(yīng)鏈,，促進(jìn)創(chuàng)新過程的發(fā)展,。提倡團(tuán)隊精神和相互合作,，特別是信息和知識資源的正確和及時傳輸，以及被有效利用和共享,，將大大提高企業(yè)的創(chuàng)新能力,。 管理和使用信息，從大量可選的信息中作出智慧的抉擇,，使其成為有用的,、可以共享的知識將是重要的研究對象。 五,、企業(yè)的組織形態(tài) 市場多變和大量定制迫使企業(yè)形態(tài)的變革,，未來企業(yè)必須能夠快速調(diào)整和重組制造過程，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的生產(chǎn),。經(jīng)常調(diào)整和重組制造企業(yè)使得企業(yè)之間形成綜合聯(lián)盟,；分散網(wǎng)絡(luò)化制造和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟企業(yè)的概念將獲得日益廣泛的應(yīng)用。 網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟企業(yè)將研究開發(fā)合作和并行工程所須的各種工具,。在概念設(shè)計,、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品生產(chǎn)和縮短上市時間和提高質(zhì)量的服務(wù)方面,，都將促進(jìn)交叉學(xué)科和企業(yè)的廣泛聯(lián)合,，包括發(fā)展新的教育和訓(xùn)練技術(shù)，交互式的遠(yuǎn)距離網(wǎng)上學(xué)習(xí),。 企業(yè)將成為學(xué)習(xí)型組織，利用人工智能來完備新技術(shù)的應(yīng)用與實現(xiàn),，了解新技術(shù)對制造勞動力,、工作環(huán)境、周圍環(huán)境的作用,。 制造過程的全球化還必須開發(fā)透明的商務(wù)和工程工具,，幫助理解在技術(shù)、教育,、語言,、跨國與組織邊界的文化方面的差異。 七,、結(jié) 論 我們無法預(yù)見20年后可能發(fā)生的所有事情,，但是不斷監(jiān)視技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程，及時調(diào)整研究方向,，可以避免重大的失誤,，駕馭變革，加速發(fā)展,，取得領(lǐng)先地位,。建議在每個技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)建立總體性的長期目標(biāo),，然后在五年規(guī)劃中確立詳細(xì)的發(fā)展路線和項目。這種方法將會對技術(shù)的孵化期提供一個合理的時間框架,，用每年的回顧來監(jiān)視技術(shù)進(jìn)展,。這種方法將引導(dǎo)制造領(lǐng)域的研究朝向革命性進(jìn)展的正確方向，而對低水平重復(fù)的,、模仿性的研究不加以考慮,。 |
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