1 制造策略的變遷

1) 產品創(chuàng)新是企業(yè)的核心競爭力

20世紀，人們曾把制造業(yè)定義為：“通過加工把生產資料轉化為產品的工業(yè)”，產品的增值主要在加工過程中得以體現(xiàn)。幾十年前，生產規(guī)模無疑曾是最重要的制造策略，隨后制造成本、產品質量和市場響應能力分別在不同時期取代生產規(guī)模而成為最重要的策略，這表明制造策略是隨著時間的推移在變化的，新世紀的第一制造策略是技術創(chuàng)新，如圖1所示。

圖1 制造策略的變遷

隨著市場競爭加劇和產品更新?lián)Q代加快，產品創(chuàng)新、市場營銷和服務的增值作用明顯提高，知識和信息已經(jīng)成為重要的生產要素，制造業(yè)已經(jīng)成為同時對物質和信息進行處理的產業(yè)。這一趨勢使得產品增值曲線發(fā)生了明顯的變化，中間部分從上凸變?yōu)橄掳迹鐖D2所示。

(a)20世紀的制造業(yè) (b)21世紀的制造業(yè)
圖2 新產品開發(fā)是重要的增值源泉

換言之，產品增值的關鍵來源將是新產品的開發(fā)、市場營銷和客戶服務，是知識和信息處理的過程，而不是物質加工的過程。創(chuàng)新產品的快速實現(xiàn)就成為企業(yè)的核心競爭能力。很多企業(yè)家已經(jīng)認識到當前的競爭焦點往往不是能不能把產品制造出來，而是能不能快速開發(fā)出符合市場需求的、有競爭力的新產品。

2) 產品數(shù)字化是企業(yè)信息化的基礎

產品設計是企業(yè)活動的源頭，采用CAD/CAM技術取代圖板并不是最終目的，我們的目的是實現(xiàn)快速產品開發(fā)、縮短新產品上市周期，從而取得市場競爭優(yōu)勢，獲得較大的利潤。換句話說，要以更快的速度、更低廉的費用和更高的質量去完成傳統(tǒng)的工程設計和業(yè)務過程，更多地創(chuàng)造效益。因此，我們應該從甩圖板走向數(shù)字化和集成化。

三維實體造型為產品模型的數(shù)字化創(chuàng)造了條件，數(shù)字模型又成為產品生命全過程集成的基礎，特別是CAD/CAE/CAM/PDM一體化(C3P)為企業(yè)信息集成找到一條捷徑。在企業(yè)內聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，產品的數(shù)字模型將通過CAD/CAM技術和產品數(shù)據(jù)管理(PDM)與制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)和企業(yè)資源計劃(ERP)等管理信息系統(tǒng)集成。制造執(zhí)行系統(tǒng)包括作業(yè)計劃和調度、質量控制和工況數(shù)據(jù)采集等車間級的計算機管理，而企業(yè)資源計劃是企業(yè)從供應商到客戶的全部業(yè)務過程的計算機管理，它們都是以產品數(shù)據(jù)為基礎的。此外，通過因特網(wǎng)和企業(yè)外聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)跨企業(yè)、跨地區(qū)的產品設計協(xié)作和網(wǎng)絡聯(lián)盟制造，將進一步推動我國制造業(yè)的全面信息化，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

總之，一家企業(yè)如果從產品開發(fā)開始，以信息流為核心，充分利用網(wǎng)絡技術重構它的組織結構、采用新的管理方法、以及適應新經(jīng)濟的企業(yè)運作模式，它就可能成為新經(jīng)濟時代的制造企業(yè)。

2 數(shù)字工廠(e-Factory)

1) 通過數(shù)字工廠縮短產品上市周期

隨著技術進步和市場競爭，產品的技術含量和復雜程度在不斷增加，而產品的生命周期日益縮短，因此縮短新產品的開發(fā)和上市周期就成為形成競爭優(yōu)勢的重要因素。

數(shù)字工廠建立在用計算機完成產品整個開發(fā)和“制造”過程的構思基礎上。在計算機上建立產品模型，對模型進行分析，然后改進產品設計方案，并且在數(shù)字狀態(tài)下進行“試驗”和“制造”，然后再對設計重新進行組合或者對制造過程進行改進。數(shù)字工廠不僅著眼于新產品設計的正確性，還通過仿真避免工藝設計、設備布局、計劃和控制的失誤，優(yōu)化生產資源的利用，保證新產品投產的全過程順利進行，使新產品能以最短時間和最低的成本搶占市場。

因此，數(shù)字工廠不僅對產品進行設計和工程分析，驗證產品的功能和特性，還要進行制造過程的仿真，并且將其與生產計劃和資源管理集成在一起，是一個集成化的產品、過程、計劃和資源仿真系統(tǒng)。

輸入工藝過程和工序時間、設備的類型和布局、生產批量和工人數(shù)等，通過運行該仿真系統(tǒng)，可以獲得零件的通過時間、設備利用率、廢品數(shù)、加工成本等統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。

2) 虛擬現(xiàn)實技術的應用

在產品開發(fā)的早期階段，例如在概念設計時，不必進行詳細的分析。這一階段所考慮的重點是外觀、總體布置以及一些諸如運動約束、可接近性等特征。這樣，基于傳統(tǒng)CAD/CAM的數(shù)字原型就不能滿足要求了。

虛擬原型是利用虛擬現(xiàn)實在可視化方面的強大優(yōu)勢以及可交互地探索虛擬物體的功能，對產品進行幾何、功能、制造等方面交互的建模與分析。它是在三維CAD模型的基礎上，使虛擬技術與仿真方法相結合，為原型的建立提供的新的方法。虛擬原型可用來快速評價不同的設計方案，與物理原型相比較，虛擬原型生成的速度快，生成的原型可被直接操縱與修改，且數(shù)據(jù)可被重新利用。運用虛擬原型技術，可以減少甚至取消物理原型的制作，從而加速新產品的開發(fā)進程。

虛擬原型必須能夠反映物理原型的特性，包括外觀、空間關系以及運動學、動力學等方面。用戶應能從不同的角度，以不同的比例觀察虛擬原型，還能夠通過操縱原型對產品的功能進行定性的判斷。因而，要使虛擬原型發(fā)揮作用，必須將虛擬現(xiàn)實、建模、仿真等技術結合起來，形成一個集成的、能提供所需信息及實時交互性的虛擬原型開發(fā)環(huán)境。

虛擬原型不是要替換CAD系統(tǒng)，而是在CAD數(shù)據(jù)的基礎上進行工作，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)給所設計的物體提供了附加的功能信息。例如，在概念設計階段，虛擬原型的形狀能夠直觀、方便地被改變。也就是說數(shù)據(jù)模型在實時反饋的作用下可被交互改變。這一功能的原理源于“陶塑”的思想，通過數(shù)據(jù)手套，用戶可指向模型上需要改進的地方，實時的碰撞跟蹤功能按照手部的運動改變模型的形狀。

3 快速原型制造

快速原型技術是一種基于離散和堆積原理的嶄新制造技術。它將零件的CAD模型按一定方式離散，成為可加工的離散面、離散線和離散點。而后采用多種物理或化學手段，將這些離散的面、線段和點堆積而形成零件的整體形狀。具體的方法是，依據(jù)零件的三維CAD模型，經(jīng)過格式轉換后，對其進行分層切片，得到各層截面的兩維輪廓形狀。按照這些輪廓形狀，用激光束選擇性地固化一層層的液態(tài)光敏樹脂，或切割一層層的紙或金屬薄片，或燒結一層層的粉末材料，以及用噴射源選擇性地噴射一層層的粘結劑或熱熔性材料，形成各截面的平面輪廓形狀，再逐步疊加成三維立體零件。

快速原型制造技術與數(shù)字工廠一起被稱為創(chuàng)新產品快速開發(fā)的兩大支柱。由于快速原型制造技術的優(yōu)越性和明顯效益，它將在下列領域得到廣泛應用。

設計驗證 使用快速原型技術快速制作產品的物理模型，以驗證設計人員的構思，發(fā)現(xiàn)產品設計中存在的問題。與傳統(tǒng)方法相比，可節(jié)省大量時間和費用。

功能驗證 使用快速原型技術制作的原型可直接進行裝配檢驗、干涉檢查和模擬產品真實工作情況的一些功能試驗，如運動分析、應力分析、流體和空氣動力學分析等，從而迅速完善產品、相應工藝及所需工模具的設計。

可制造性、可裝配性檢驗 快速原型技術是面向裝配和制造設計的配套技術，對新產品開發(fā)，尤其是空間有限的復雜產品(如汽車、飛機、衛(wèi)星、導彈)，其部件的可制造性和可裝配性的事先檢驗尤為重要。

非功能性樣品制作 在新產品正式投產之前或按照訂單制造時，需要制作產品的展覽樣品或攝制產品樣本照片，采用快速原型是理想的方法。當客戶詢問產品情況時，能夠提供物理原型的效果是顯而易見的。

快速制模技術 在許多情況下客戶希望快速原型與最終零件具有相同的物理機械特性。因此，需要用各種轉換技術將快速原型轉換為最終零件。例如，利用硅膠模、環(huán)氧樹脂與精密鑄造等工藝結合制造模具，經(jīng)過一次或多次轉換制造最終產品。或者將快速原型得到的制件直接用作產品的試制模具。或者將此制件當作母模，制作生產用模具，加快模具的制造過程。

4 網(wǎng)絡聯(lián)盟企業(yè)

我國告別了短缺經(jīng)濟，但又面臨生產能力過剩的困惑。制造業(yè)開工不足、設備利用率低、缺乏適銷對路的產品已經(jīng)成為普遍的現(xiàn)象。一個企業(yè)沒有足夠的能力突破困境，應采取聯(lián)合起來去競爭的辦法，可以找到一條新的出路。分散網(wǎng)絡化制造通過以因特網(wǎng)為代表的網(wǎng)絡技術，使企業(yè)能夠利用不同地區(qū)的現(xiàn)有資源，快速地以合理的成本將新產品從設計轉入生產，以適應市場多變和客戶的需求。

網(wǎng)絡聯(lián)盟企業(yè)是由加入這一集團的若干企業(yè)、機構和個人組成，所有成員可以根據(jù)市場需要和產品特點，通過網(wǎng)絡相互連接。它的支撐技術是寬帶數(shù)字通訊網(wǎng)、因特網(wǎng)、企業(yè)內聯(lián)網(wǎng)和外聯(lián)網(wǎng)，借以實現(xiàn)信息流的自動化，它的運作空間可以是全社會的，甚至是跨國界的和全球性的。此外，它同時具有更廣泛的技術、管理、人員、組織和市場經(jīng)營的柔性。它具有以下三個特征：快速地、并行地組織不同的部門或集團成員將產品從設計轉入生產；快速地將產品制造廠家和零部件供應廠家組合成一條高效的供應鏈；在產品的實現(xiàn)過程中，各成員能夠就用戶需求、計劃、設計、模型、生產進度、質量以及其他數(shù)據(jù)進行實時交換和通訊。

網(wǎng)絡聯(lián)盟企業(yè)有三種不同的類型：

一主多從型 主要是復雜產品的生產，主導企業(yè)僅從事產品的裝配。例如，汽車的生產，大量的汽車零部件是由成千上百個分散在不同地點的企業(yè)供應的，由總裝廠裝配成最終產品。

專有技術型 在設計、開發(fā)和制造高新技術產品的過程中，往往需要某些專有技術和特種設備，例如：復雜構件的強度和應力分析、熱變形分析，復雜過程的仿真、快速原型制造，超精密加工等。這種具備專有技術的小公司是知識型和智力型的，他們雖然不具有大型生產設備和能力，但卻掌握關鍵的高新技術。

動態(tài)聯(lián)盟型 隨著經(jīng)營機遇和產品、經(jīng)營過程和合作伙伴、經(jīng)營目標和核心資源、產品供應鏈以及風險和利益等關系的變化，分散網(wǎng)絡化生產系統(tǒng)的主導企業(yè)可能發(fā)生變化，“盟主”地位是動態(tài)的、輪換的，資源的利用更加合理。

這種分散網(wǎng)絡化的生產模式可以推動我國傳統(tǒng)企業(yè)的改造和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的現(xiàn)代化，以有限的投入獲得最大的產出、經(jīng)濟效益和社會效益，將是21世紀我國企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。

5 結束語

創(chuàng)新產品的快速開發(fā)和實現(xiàn)是我國制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)，也是我國制造業(yè)與發(fā)達國家的差距所在，必須認真對待。采用諸如三維設計、數(shù)字工廠、快速原型等新技術有助于新產品的快速開發(fā)。通過網(wǎng)絡聯(lián)盟企業(yè)可以加快新產品的實現(xiàn)。