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敏捷制造原理与应用摘要 在分析制造生产模式演变的基础上，讨论了生产模式演变的根据和趋势，认为敏捷制造是应关注和利用的生产模式，简要介绍敏捷制造内涵及现状等，并探索了利用敏捷制造思想提高我国制造业敏捷性和竞争力的实施方法。关键词 生产模式; 敏捷制造; 敏捷性;Abstract This paper analyzes the evolution of manufacturing production mode, discusses the causes and trend of the evolution, and argues agile manufacturing is a desirable mode, then introduces agile manufacturing briefly, studies how to enhance national enterprisesagility and competition by using agile manufacturing.Key words Production Mode; Agile Manufacturing; Agility;1. 敏捷制造1.1 敏捷制造起源与内涵 1991年，由美国国防制造技术计划秘书办公室资助，由里海（Lehigh）大学的亚柯卡（Iacocca）研究所主持了一项关于21世纪发展战略的研究，形成了21世纪制造企业发展战略的著名报告，这份报告通过总结经济发展现状和展示未来而提出了一种先进制造技术敏捷制造（Agile Manufacturing），提出敏捷制造的直接原因是市场的需求，同时，技术的发展又使其成为可能。敏捷制造是为了实现企业生产制造的敏捷性，采用现代计算机和通信手段，通过快速配置各种资源，以有效和协调方式响应用户需求的一种企业发展战略。它强调把动态灵活的虚拟组织，先进的拟实制造技术和高素质的人员进行有机的结合，使企业在快速变化的市场环境中取得长期效益。为了适应变化的市场和取得竞争优势，企业不能仅仅依靠自身的有限资源，而必须采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成基础结构，以分布式结构连接各类企业，构成虚拟制造环境，在虚拟制造环境内动态选择成员，组成面向任务的虚拟公司，从而合理利用各企业的资源和技术进行快速生产。实际上，敏捷制造是工程技术、管理技术等综合技术支持下的企业及企业间的动态集成，是计算机集成制造系统发展的延续。1.2 敏捷制造的概念所谓敏捷制造是指制造业采用现代通信手段，通过快速配置各种资源（包括技术、管理和人），以有效、协调的方式响应用户的需求，实现制造的敏捷性。其核心是企业在不断变化、不可预测的经营环境中的快速重构能力，具体表现为多个企业的核心制造能力构成的动态联盟虚拟企业。当然，单个企业也能进行敏捷制造。 敏捷是企业在竞争中取得成功的核心能力。首先表现为企业面对变幻莫测的市场需求能迅速做出判断和反应；其次表现为企业具有有效、迅速的整合各方面资源并进行生产的条件和能力。 1.3敏捷制造基本原理必须采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成基础结构，以分布式结构连接各企业，构成虚拟制造环境。以竞争合作为原则，在虚拟制造环境中动态选择、择优录用成员，组成面向任务的虚拟企业，进行快速生产。必须采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成基础结构，以分布式结构连接各企业，构成虚拟制造环境。以竞争合作为原则，在虚拟制造环境中动态选择、择优录用成员，组成面向任务的虚拟企业，进行快速生产。1.3.1 敏捷制造的出发点是快速响应市场/用户的需求由于市场/用户需求日益多样化和个性化，企业要想要想在全球化市场中竞争取胜，就需要能够快速响应市场/用户的需求，这就是敏捷制造思想的出发点。为了对市场/用户需求做出快速响应，企业必须首先考虑：市场/用户是谁市场/用户需求是什么？企业对市场做出的快速响应是否值得？对于这些问题的明确回答依赖于信息技术和企业信息网。在明确以上问题的基础上企业才能对市场/用户的需求做出快速响应，迅速设计和制造低成本、高质量的产品，满足市场/用户的需求。1.3.2 敏捷制造要求不断提高企业能力为了对市场/用户的需求做出快速响应，企业必须不断提高能力。企业能力是企业在市场中生存的综合能力表现，对企业能力的衡量要综合考虑企业对市场/用户的响应速度以及企业产品的质量和成本，为了提高企业能力，企业必须采用先进制造系统技术，并依靠信息技术建设企业信息网，在此基础上企业还要实现技术、管理和人员的全面集成。1.3.3 敏捷制造强调采用动态组织为了能够以最少的投资、最快的反应速度对市场/用户的需求做出响应，敏捷制造要求改变过去以职能部门为基础的静态组织，采用灵活多变的动态组织。动态组织是为了以最少的投资、最快的反应速度对市场/用户的需求做出响应，有两个或两个以上的成员组成的一种有时限的相互依赖、信任和合作的组织、成员可以是来自企业内部的某些部门，也可以是企业外部的公司，这些成员为了共同的利益组织在一起，每个成员只做自己擅长的工作，一旦成品或者项目任务完成组织即自行解体，各成员可立即转入其他产品或项目。动态组织发展的最高阶段是虚拟组织或者虚拟企业，这是一种对市场/用户需求做出快速反应的企业组织形式，它是有两个或两个以上的而且也成员组成的在有限的时间和范围内进行合作的而相互依赖和相互信任的组织。1.4 敏捷制造的组成敏捷制造由基础结构和虚拟企业两部分组成，是不断循环动态结合的过程。基础机构为虚拟企业提供环境和条件，虚拟企业实现对市场变化的快速响应，它的创建与解散依市场机遇而定。 虚拟企业有四种形式： （1）根据一个市场机会而形成的集合体，通常是一个实体（企业）作为组织者，按照需要补充的核心条件，创造性地选择其他伙伴。 （2）为寻找机会而形成的集合体，即一些具有市场竞争力的公司集合共同寻找市场机会。 （3）各市场主体按照供应链形式，敏捷地响应市场需求。 （4）用投标财团的形式，依照协定的经营关系形成一个虚拟企业，以共同的能力敏捷响应市场需求。1.5 实施敏捷制造的意义 敏捷制造是全球范围内企业和市场的集成，目标是将企业、商业、用户、学校、行政部门、金融等行业都用网络连通，形成一个与生产、制造、服务等密切相关的网络，制造企业不再拘泥于固定的形式和组织结构，实现面对网络的设计、制造、销售和服务。网络广泛的行业覆盖面和企业高度灵活的组织形式，不仅增强了企业的经济效益，也带来了强大的社会效益。当出现某种机遇，若干核心的组织者联合迅速的参与者形成一个新型企业，市场消失后能迅速解散，参加新的重组。这样的企业能以最快的速度从企业内部某些部门和企业外部不同公司中选出设计、制造该产品的优势部分，企业接受新任务就不再受人力、物力等资源的限制。企业之间的这种优势互补和动态联盟能大大节省资源，能以最低的材料和能源消耗，开发市场所需的绿色产品，同时获得市场信息的企业不必顾虑企业自身的业务能力，而可以借助于联盟以最快的速度满足市场需求。另外，这种来源广泛的强强联合能够很好地重视环保，提高资源的重新利用率。 2. 敏捷制造技术应用2.1 敏捷制造的应用类型（1）个性化生产。大规模生产强调的是接近和了解消费者，而敏捷制造突出的是为顾客创造价值，按订单组织生产，以合适的价格生产顾客的订制产品或顾客个性化产品。这种方式取代了单一品种的生产模式，满足顾客多样化和个性化的需求。可以说是手工生产和大批量生产的完美结合，既继承手工生产满足不同顾客需求的优点，又保留大批量生产的速度。 （2）柔性生产。大批量生产方式效率高，但比较刚性。这种生产方式要求产品部件化、部件标准化、加工工序规范化，应用泰勒的管理思想，把工人固定在以一定节奏运转的生产线旁，从事几项简单的、极易熟练的加工工序。而现在生产潮流由大批量生产转向小批量多品种的方式，因此，刚性生产模式也要改成敏捷化生产模式，即通过可重组的、模块化的加工单元，实现快速生产新产品及各种各样的变型产品，达到生产的柔性化。 （3）建立虚拟企业。由于消费者对产品需求出现复杂性、多元性和紧迫性，单独的企业往往不可能快速经济地承担开发制造和销售的全过程。敏捷制造型企业不强调全能，而强调企业间的动态合作；不要求企业“大而全”，而要求企业能“精而深”，拥有某个方面的核心竞争力。任何企业的核心竞争力只能是聚集在供应价值链的一两个环节上，这就需要利用现代网络技术，针对市场机遇，将在不同链节上具有核心竞争力的企业，依据资源、技术、人员最优配置原则，快速整合为虚拟企业，敏捷地开发制造产品。 （4）仿真制造。它综合运用了并行工程、仿真、建模、虚拟现实技术，利用三维可视交互环境，对产品的设计和制造全过程进行仿真试验。从计算机上完成成品的全方位设计制造、试验运行、评估改动等动态模拟，从而在产品真实制造之前，实现对产品的性能、成本、工艺性和可制造性各方面进行综合评价。这一过程通过信息网络并行开展，利用数字形成模拟产品，且有用户、供应商和制造人员的共同参与和修改，极大降低了产品的制造风险和市场经营风险，保证了产品开发制造的敏捷性。 2.1实例分析美国汽车公司（USM）敏捷响应用户需求的案例基于敏捷响应用户需求这一出发点，美国汽车公司承诺：每辆USM汽车都是按照用户要求制造的；每辆USM汽车从订货起三天内交货；在USM汽车的整个寿命期内，有责任使用户满意，而且这种车可以重新改装，使用寿命长。USM需要不断的成立产品设计小组来完成销售部门、工程部门或生产现场提出的项目任务，产品设计小组的成员包括生产线上的工人、工程师、销售人员以及供应商的的代表。在USM，产品也可以由用户根据自己的需要直接设计。潜在的用户可以通过家庭计算机或销售点的计算机，利用USM提供的图形软件来设计自己的汽车，这种软件能够产生用户自己构思的汽车的逼真图像和售价，并且能估算出这种汽车在规定的使用条件下的运行费用，如果用户希望订货，这种用户自己设计的汽车的结构可以送入USM网络，传送到最近的销售点，在那里用户可以用不同寻常的模拟装置对所设计的车进行非常接近实际的实验，还可以进一步调整车的功能，考虑车的外观和舒适性，指导用户满意为止，此时就可以办理订货的一切手续。产品设计一旦批准，就能立即投入生产，因为USM的产品设计与制造加工设计是同时进行的，而且生产机器与设计数据库集成在一起的，设计的结果能够立即转换为现实生产所需要的信息。USM的生产线非常短，因为汽车被设计成模块化部件组合，这样使得许多零部件具有相同的可制造性，从而增加了零部件的生产批量以及可进行成组装配的单元。USM装配所需要的零部件来自内部的加工和组装中心，或者来自厂外的供应商。这些供应商距USM很近，他们得生产和供货清单与USM的生产排序数据库由计算机连接在一起。在USM，决策权力是分散的，这使得管理层次很少，即管理体系是扁平的。在这样的管理体系下，管理部门的主要任务是监督与协调工厂的活动，如根据每个产品设计小组的的情况分配资源，以及与基础结构有关的事，如与供应商签订合同、设备维护、制定劳动力训练与教育计划以及建筑物保养等。基于以上所述的敏捷制造管理系统，USM在接到用户订单的三个工作日内就能交货，而且用户购车后还能根据自己的需要很容易的进行改造，因为USM的汽车是模块化部件的组合。这样，与进口车和按大量生产模式生产的美国国内车相比，USM的车具有决定性的竞争优势。根据以上对USM的描述，USM所表现出来的敏捷制造企业特性主要有：按用户意愿设计汽车；按订单生产，三天内交货；具有柔性制造和装配生产线；汽车采用模块化设计，便于维修和重新改造，从而在汽车整个寿命期内为用户提供良好的服务；具备柔性重构的能力。3. 我国中小企业实施敏捷制造的困难 企业信息化程度很低 尽管我国绝大部分中小企业都已认识到了企业信息化的重要性，但是企业在信息化的资金、人才上面临着较大的困难，企业一方面期望尽快实现信息化，但另一方面又无法解决大规模资金投入以及吸引更多的信息技术专业人才的加盟这个难题。 除了信息系统本身的技术档次不高和资金困难以外，目前企业实施ERP等业务信息系统还面临三个方面的主要问题： 制度不规范。制度的制定必须是在管理人员对信息系统各类型作业的应用程序充分了解的前提下才可能很好的完成，因此在信息系统实施之前就应该对管理人员进行信息化理念以及实际操作的培训。 人才不足。一方面，当前企业中深入了解信息化理念的人不多，大多数更只是略知皮毛，而引进此方面的专门人才很困难，另一方面，企业在对现有员工进行MRP、ERP等的原理、内容以及操作规程的培训也做得很不够。 数据管理不完善。一些企业在实施信息系统后出现了数据管理混乱的情况，这是由于在系统实施之前没有做好数据转换的准备工作。在实施企业信息化的同时，应该尽早发现企业内部的这些问题，然后全力解决才是正确的态度，才能保证信息系统的顺利实施。结论：制造生产模式的演变同市场环境的变化息息相关。在当前的市场环境下，在信息技术的强有力支持下，敏捷性是现代制造企业必不可少的特征之一，敏捷制造模式是21世纪制造业生产模式，这一点已成为国内外众多有关专家的共识，并且国外很多公司已经自觉应用敏捷制造思想改造企业，取得了良好的效果。对我国制造业来说，敏捷制造的出现是一个机遇，因为我们可以避免西方发