敏捷制造的发展及其应用

1、敏捷制造的发展及其应用 敏捷制造技术是人类社会进入 20世纪90年代以来，随着高新信息技术的迅猛发展和信 息技术产品的大量产生而出现的，最早是在 1999年，由美国里海（Lehigh ）大学与美国海 军制造技术办公室合作的21世纪制造业发展战略的报告中提出来的。是作为替代大量 生产的一种新型制造模式，是一种新的制造战略。敏捷制造技术的操作方式为：某供应商或 企业获得用户需要某种商品的信息后， 立刻为其提供产品构成软件， 让其自选设计和选择产 品的外观成，联盟即解体。其核心是建立一种对用户需求作出灵敏快速反应的市场机制， 这 种作为替代传统产业生产模式的一种新型制造技术，预示着 21世纪新的生产

2、与管理战略已 经开始形成。敏捷制造技术使汽车工业、机械工业、化学工业等传统产业的生产方式在未来 的世纪中变得更“灵活”。其特点是着眼于各种规模的模块化组合和企业间合作生产， 发挥 众多特长企业的优势来适应变化多端的市场需求，以体现灵活性和快捷性。 敏捷制造是指制造企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）,以有效和协调的方式响应用户需求 ，实现制造的敏捷性。敏捷性是核心，它是企业在不断 变化、不可预测的经营环境中善于应变的能力 ，是企业在市场中生存和领先能力的综合表现 ， 具体表现在产品的需求、设计和制造上具有敏捷性。根据近年来敏捷制造的发展情况 ，与其 他制造模式相

3、比较，敏捷制造的主要特征如下 ：（1）以满足用户要求，获得利润为目标；（2）以 竞争能力和信誉为依据，选择组成动态公司的合作伙伴 ；（3）基于合作间的相互信任、分工协 作、共同目标来有力地增强整体实力 ；（4）把知识、技术、信息投入生产实际。 随着敏捷性的提Wj ，企业向精良生广过渡将更迅速和廉价。 为实现敏捷制造方式，制造企 业的生产系统及生产过程应具备可重构性、可重用性和规模可调性。一个企业的敏捷性 ，将 取决于其组织形态和组织灵活性、先进柔性制造技术的适应性和可靠性 ，以及员工的文化素 质及决策能力，即通过人员、组织和技术的有机结合发挥最大的经济效益。 传统产业是应用敏捷制造技术的重要依

4、托 敏捷制造技术的出现， 将使社会生产力以前所未有的速度向前发展。 面临国际市场竞争 日趋激烈的环境， 我国工业企业中， 尤其是传统产业的加工企业， 必须充分认识到先进产品 开发技术对企业可能带来的经济效益，采用先进技术，组建敏捷化、智能化、集成化、数字 化、网络化的产品开发、制造系统和环境是现代科技发展的必然趋势。 在全球化的市场竞争中，敏捷制造技术是 90年代提出并迅速发展的高新技术，是未来 信息社会中加工方式及手段的重大改革， 标志着一种社会进步。而传统产业则是近代工业社 会经济结构的基础，且正在从劳动密集型向知识密集型转化和发展。尤其是我国中小企业， 面临市场竞争，已经充分认识到新产品

5、、新技术可能带来的收益，许多企业在采用单元技术 方面取得了成效，这些企业的生产通常采用分工协作的形式， 专业化分工，并在营运管理上 也十分灵活。尽管如此，我国的传统产业中对高新技术的吸收应用与敏捷制造技术发展要求 相比相距甚远，植入高新技术发展和改造传统产业仍然是我国经济发展的重要任务之一。 在 这一过程中，一方面，敏捷制造技术中的新思想、 新概念对传统产业中的信息处理、 知识方 式、社会生产方式、人们的思维方式及工作方式将产生极大影响；另一方面， 也不可忽略传 统产业对敏捷制造技术的强有力支撑作用。 就目前而言，传统产业仍然是当前我国国民经济的主体，主要表现在： （1）传统产业历 史悠久，基

6、础相对雄厚；（2）传统产业在几十年、甚至上百年的工业生产积累中，有一大批 可转移的资源；（3）应用敏捷制造技术所需的设备、材料、资源、通讯、运输等，无一不是 需要传统产业提供的。 离开传统产业的支撑， 敏捷制造技术无法实现动态联盟， 资源集成也 不可能利用。因此，正确分析敏捷制造技术与传统产业改造和发展的辨证关系， 对于了解高 新技术的发展，适时地加以应用具有重要意义。 敏捷制造技术将促进传统产业的改造和发展 敏捷制造技术以动态联盟为特征，充分利用现代通信技术将企业间的相互信赖、信任、 合作结合在一起，为传统产业的改造和发展创造了条件。主要表现为： （1）敏捷制造技术为 传统产业的改造和发展提

7、供产品信息、企业信息、工艺信息、加工能力信息； （2）敏捷制造 技术要求传统产业必须依靠计算机、自动控制来加工高性能、高质量的产品； （3）敏捷制造 技术是工业生产中最先进的“生产力”， 最终目的就在于改造和发展传统产业， 促进国民经 济的发展；（4）传统产业应用敏捷制造技术后，可加速形成具有高新技术优势的新型传统产 业。 敏捷制造技术的飞速发展与今后在我国传统工业的逐步应用， 为构造一个敏捷的、 集成 的、智能的和适应企业实际的动态联盟提供了条件， 在此基础上，企业技术创新能力得到提 高，快速、高质量地开发新产品的能力将得到加强， 对传统产业的改造和发展起到极大的促 进作用。 敏捷制造技术的

8、特点 （1） 与其他先进制造模式（如准时生产、精益生产等）相比较，敏捷制造的主要特征 为： 以满足敏捷性用户需求，获得利润为目标。 以竞争能力和信誉为依据，选择组成动态联盟的合作伙伴。敏捷制造系统促使企业采用 较小规模的模块化生产设施，促使企业间的合作。每一个企业都将对新的生产能力作出部分 贡献。在动态联盟中，竞争和合作是相辅相成的。 基于合作间的相互信任、分工协作、共同目标来有力地增强整体实力。 信息技术有力地支持敏捷制造，基于开放式计算机网络的信息集成框架是敏捷制造的重 要内容。根据客户需要和社会经济效益组成了未来企业组织的最高形式一一虚拟企业。 参与 虚拟企业的各个企业的组成和体系结构具

9、有前所未有的柔性。 把知识、技艺、信息投人最 底层生产线。 （2） 与传统的大批量生产方式相比敏捷制造的主要特征为： 全新的企业合作关系一虚拟企业或动态联盟。 高度柔性的、模块化的、可伸缩的生产制造系统。 这种柔性生产系统虽然规模不大， 但 生产成本与批量无关，在同一系统内可生产出的产品种类却是无限的。 为订单而设计，为订单而制造的生产方式。 大范围的通信基础结构。 在信息交换及通信联系方面， 在敏捷制造中具有一个能将正确 的信息、在正确的时间送给正确的人的“准时信息系统”， 作为灵活的管理系统的基础， 通 过信息高速公路与国际互联网络将全球范围内的企业相联通。 柔性化、模块化的产品设计方法。

10、 “高质量”的产品。 敏捷制造的质量观念已变成使整个产品生命周期内的用户满意， 企 业将把产品质量持续跟踪到产品报废为止。 具有高素质的劳动者。 在敏捷制造中，解决问题靠的是人， 不是单纯的技术， 敏捷制造 系统的能力将不受限于设备，而只受限于劳动者的想象力、创造力及技能。 基于信任的雇佣关系。 雇主与雇员之间建立了一种新型的“社会合同”的关系， 大家都 能意识到为了长远利益而和睦相处。 每个员工都具有一定的敏捷性， 都愿意并善于与别人合 作。 基于任务的组织与管理。敏捷制造企业的基层单位是“多学科群体”的项目组， 是以任 务为中心的一种动态组合。 敏捷制造强调权力分散， 把职权下放到项目组，

11、 提倡一种“基于 统观全局”的管理模式。 要求各个项目组都能了解全局的远景， 胸怀企业全局，明确工作的 目标和任务的时间要求， 而完成任务的中间过程则完全可以自主。 为此，企业能够最大限度 地调动、发挥人的作用，并使员工的素质及创新能力不断提高。 对社会的正效应。敏捷制造不但关心企业本身的效益，而且非常关心社会间题，例如， 环境污染，能源浪费及失业等。 敏捷制造要全面消除企业生产给社会造成的负面影响， 企业 必须完全服务于社会。 敏捷制造技术的研究现状 由于敏捷制造技术的引入和应用可大大提高企业的对市场的响应能力 ，从而提高企业的 竞争能力，因此，该技术目前在世界范围内受到各国政府及工业界的广

12、泛重视。 敏捷制造和国 际上的许多研究计划如 STER CALS IMS等有着密切的关系，正逐步成为一项国际性的研究 计划。美国几乎所有的大公司都参加了这一研究计划 ，欧洲和日本等其他发达国家也纷纷成 立了相应的机构，进行相应的研究和实施工作。可以说，敏捷制造是一种全新的制造组织模式 , 代表着21世纪制造业的发展方向。 1992年由美国国防部高级研究计划局 (ARRA)和美国国家自然科学基金会 (NSF)投资500 万美元组建了敏捷制造企业协会 (AMEF)，现改为敏捷化协会(Agility Forum)。该协会组织进 行敏捷制造有关理论和实践的探讨 ，每年召开一次有关敏捷制造的国际会议。目

13、前大约有 250个公司和组织参加了该协会的有关工作 ，大多数公司和企业都派代表参加了不同领域的 工作小组，这些小组每年开六七次讨论会以共同研究该领域的敏捷化问题。 据报道，能源部在 堪萨斯(Kansas)城的密苏里(Missouri)厂投资1500万美元建立了一套集成制造系统，用于 发展对美国工业有用的敏捷制造技术。 1993年，ARRA和NSF又投资1500万美元支持敏捷制 造实验项目，有选择性地资助了 3个学校的先进制造技术研究所，支持它们进行敏捷制造方 面的活动，分别研究电子工业、机床工业、航天和国防工业中的敏捷制造问题。此外 ，ARRA 还配套支持了工业界进行的多项敏捷化商务实践和敏捷

14、企业决策支持研究等。 1995年日本开展了一项“智能制造系统 (IMS) ”的国际性研究计划，其中有两个项目与 敏捷制造有关，一个是自治和分布制造系统，另一个是较为长期的自治和分布制造系统 ，其副 标题为生物制造系统。自治和分布制造系统重点在于系统集成技术和自治模块化结构的研究 ， 强调系统应由可重用模块快速组成，当某一个模块被修改或置换时不影响其他模块以及整个 系统的正常运行，这一系统体现出了敏捷的特性。 随着对敏捷制造哲理研究的日趋深入 ，美国 一些大公司应用敏捷制造哲理取得了显著成绩。例如德克萨斯设备防御系统和电子集团 (DSEG逐对其捕鲸叉(Harpoon)导弹工厂的管理中参照敏捷制造

15、的一些哲理 ，采用了灵活多 变的动态组织结构。它改变了传统的按装配、测试、质量控制等功能布置工厂的方式 ，按照 多任务、自导向工作组的原则组成工作单元，使每个工作单元拥有它所需要的资源，缩短产品 流的距离，从而将装配的线性传递距离减少了 70%，并简化了运储设备的复杂性。 又如旧M公司也将快速响应市场，满足市场、用户需求作为企业的根本出发点 ，用户只需 通过电话或电子邮件订货就可获得满意的商品。 旧M公司在一条有40多工人的生产线上可 同时生产27种产品，而且每种产品因用户特殊要求而异。用户的订货数据输入电脑数据库 ， 第二天产品就出现在用户面前。目前敏捷制造已具备了一定的实践基础和雏形 ，典

16、型行业敏 捷制造的应用示范正在进行中。 例如，在ARRAD NSF的支持下，由麻省理工学院、 里海大学、 沃特飞机公司和其他几家公司组成的项目组开展了汽车、 飞机、服装、纺织和电子行业的应 用示范项目，并针对飞机、汽车这两个行业特点开发基准和工具。 敏捷制造与其它生产方式的比较优势 敏捷制造的实现和动态联盟是敏捷制造区别于其它生产方式的显著特征。 但敏捷制造的 精髓在于提高企业的应变能力， 所以对于一个具体的应用， 并 不 是 说必需具备这两方面 内容才算在实施敏捷制造，而应理解为通过各种途径提高企业响应能力即在向敏捷制造迈 进。 敏捷制造是在两个层次上进行的， 第一层侧重从企业组织、结构和管

17、理、营销策略的角 度研究敏捷制造的实现；第二层则侧重从技术的角度研究敏捷制造的实现方法和关键使用技 术。虚拟企业(也叫动态联盟):竞争环境快速变化， 要求作出快速反应。 而现在产品越来越 复杂，对某些产品一个企业已不可能快速、 经济地独立开发和制造其全部。 因此，根据任务， 由一个公司内部某些部门或不同公司按照资源、 技术和人员的最优配置，快速组成临时性企 业即虚拟企业，才有可能迅速完成既定目标。这种动态联盟的虚拟企业组织方式可以降低企 业风险，使生产能力前所未有地提高，从而缩短产品的上市时间，减少相应的开发工作量， 降低生产成本。组成虚拟企业，利用各方的资源优势，迅速响应用户需求是 21世纪

18、生产方 式一一社会级集成的具体表现。 实际上，敏捷虚拟企业并不限于制造，但制造却是最令人感 兴趣又是最困难的领域，它更清晰地体现了过程的集成， 且控制概念在运行结构中占有重要 地位，使虚拟企业的形成更具挑战性。 拟实制造：亦称拟实产品开发。它综合运用仿真、建模、虚拟现实等技术，提供三维可 视交互环境，对从产品概念产生、设计到制造全过程进行模拟实现，以期在真实制造之前， 预估产品的功能及可制造性， 获取产品的实现方法， 从而大大缩短产品上市时间， 降低产品 开发、制造成本。其组织方式是由从事产品设计、分析、仿真、制造和支持等方面的人员组 成“虚拟”产品设计小组，通过网络合作并行工作；其应用过程是

19、用数字形式“虚拟”地创 造产品，即完全在计算机上建立产品数字模型， 并在计算机上对这一模型产生的形式、 配合 和功能进行评审、 修改，这样常常只需作一次最终的实物原形， 并可使新产品开发一次获得 成功。 虚拟企业(也叫动态联盟)：竞争环境快速变化，要求作出快速反应。而现在产品越来越 复杂，对某些产品一个企业已不可能快速、 经济地独立开发和制造其全部。 因此，根据任务， 由一个公司内部某些部门或不同公司按照资源、 技术和人员的最优配置，快速组成临时性企 业即虚拟企业，才有可能迅速完成既定目标。这种动态联盟的虚拟企业组织方式可以降低企 业风险，使生产能力前所未有地提高，从而缩短产品的上市时间，减少相关的开发工作量， 降低生产成本。组成虚拟企业，利用各方的资源优势，迅速响应用户需求是 21世纪生产方 式一一社会级集成的具体表现。 实际上，敏捷虚拟企业并不限于制造，但制造却是最令人感 兴趣又是最困难的领域，它更清晰地体现了过程的集成， 且控制概念在运行结构中占有重要 地位，使虚拟企业的形成更具挑战性。 敏捷制造发展趋势 (1) 开发并完善敏捷制造参考模型 为了帮助企业认识敏捷制造哲理， 给准备实施敏捷化工程的企业一个参考， 敏捷化工程 模型正逐步受到重视。这一模型包含了一个实施敏捷化工程的结构框架， 其中每项活动都有