2020年制造業(yè)的遠(yuǎn)景分析預(yù)測(cè)

天氣

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(jì)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(shì)仍將持續(xù)不斷和加速進(jìn)行。 　　激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(cái)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(dòng)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)。各國(guó)非常重視未來制造業(yè)的遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)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(cè)和戰(zhàn)略研究，才能明確未來的制造業(yè)將會(huì)是什么樣的，以及對(duì)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)將會(huì)遇到的挑戰(zhàn)和障礙有充分的理解和共識(shí)。 　　美國(guó)“國(guó)家研究理事會(huì)工程與技術(shù)系統(tǒng)委員會(huì)”(Commission of Engineering and Technology System, National Research Council ) 組織了一個(gè)專門小組，對(duì)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(cè)研究的要點(diǎn)包括以下4個(gè)方面： 1) 對(duì)2020年制造業(yè)和制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境本質(zhì)進(jìn)行研究和預(yù)測(cè)，明確推動(dòng)制造業(yè)變革的基本動(dòng)力，描繪明天的藍(lán)圖； 2) 為使制造業(yè)能夠適應(yīng)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，實(shí)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(duì)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(píng)估方法。 　　遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)的主要方法是通過各種研討會(huì)（主要是在美國(guó)的專家）和書面問卷調(diào)查（國(guó)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(cè)”（Visionary Manufacturing Challenges for 2020）報(bào)告，由美國(guó)國(guó)家科學(xué)出版社出版。 　　本文是在上述研究報(bào)告以及有關(guān)下一代制造的文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合中國(guó)的現(xiàn)狀和作者的理解，對(duì)2020年制造業(yè)的遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)加以綜述。 　　二、新的競(jìng)爭(zhēng)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(shí)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(duì)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(diǎn)是對(duì)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(shí)共享，增強(qiáng)了競(jìng)爭(zhēng)的氣氛，企業(yè)必須對(duì)市場(chǎng)作出快速響應(yīng)，駕馭和適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)環(huán)境； 2) 在許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，挑剔的客戶對(duì)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(duì)產(chǎn)品個(gè)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，質(zhì)量和價(jià)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(dòng)范圍和內(nèi)容； 4) 環(huán)境保護(hù)實(shí)質(zhì)上是由于人口增長(zhǎng)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(guó)政府將聯(lián)合制定更加嚴(yán)格的有關(guān)國(guó)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(chǎng)的各種信息和知識(shí)，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(shí)代已經(jīng)成為過去，新的、有競(jìng)爭(zhēng)性的生產(chǎn)資源（包括熟練勞動(dòng)力）將分布在世界各地，不再集中在某個(gè)地區(qū)，這將成為促使制造企業(yè)組織變革的一個(gè)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(gè)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(gè)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(jì)算機(jī)的通信技術(shù)和基于網(wǎng)絡(luò)傳播的新知識(shí)將遍布于整個(gè)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(chǎng)的機(jī)遇。當(dāng)市場(chǎng)機(jī)會(huì)一旦消失時(shí)，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(shí)產(chǎn)品。今天所知道的企業(yè)功能（研究與開發(fā)、設(shè)計(jì)、工藝、制造、營(yíng)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(gè)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(dòng)態(tài)市場(chǎng)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?chǎng)有關(guān)，而“產(chǎn)品配置”企業(yè)卻應(yīng)該定位在當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)、服務(wù)于當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)，盡管該企業(yè)可能是跨國(guó)大公司的成員，卻在當(dāng)?shù)鬲?dú)立自主經(jīng)營(yíng)。 　　新的世紀(jì)將會(huì)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(gè)人的“實(shí)驗(yàn)室企業(yè)”或在幾平方米內(nèi)的微型工廠。這是因?yàn)�，納米制造過程將從實(shí)驗(yàn)室里的珍品變?yōu)樯�產(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(cè)之間的差距。主要有6個(gè)方面重大挑戰(zhàn)，現(xiàn)分別簡(jiǎn)明扼要地加以說明。  挑戰(zhàn)1 并行制造的實(shí)施技術(shù)和能力；對(duì)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(jì)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(duì)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(shí)地把廣泛分散收集的信息資源轉(zhuǎn)換成有用的知識(shí)，以便作出有效的決策；對(duì)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(fèi)，把產(chǎn)品和過程對(duì)環(huán)境的破壞減到“接近零”；對(duì)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(jì)技術(shù)。 挑戰(zhàn)5 快速重構(gòu)制造企業(yè)，響應(yīng)市場(chǎng)變化的需求和機(jī)遇；對(duì)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(jì)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(duì)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(jì)技術(shù)。 五、對(duì)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(duì)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(duì)制造業(yè)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義； 4) 該技術(shù)不止支持對(duì)付一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)； 5) 該技術(shù)代表長(zhǎng)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(duì)付重大挑戰(zhàn)的技術(shù)中挑選10項(xiàng)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(fèi)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(jì)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(duì)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(shí)，提高預(yù)見性，減少失誤； 6) 知識(shí)工程 把學(xué)習(xí)、經(jīng)驗(yàn)和信息轉(zhuǎn)換成有用知識(shí)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(jì)的新方法 滿足廣泛市場(chǎng)需求的產(chǎn)品和過程的快速實(shí)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(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)成為一個(gè)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(shí)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(shí)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(duì)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(gè)最活躍的組成要素，但是如何通過價(jià)值觀和工業(yè)文化提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力卻是最根本的措施。由于知識(shí)傳播加速，技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)度是較低的，能夠維持的時(shí)間較短；而人員素質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)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(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn). 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(xiàng)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(dú)立法人機(jī)構(gòu)或公司。同時(shí)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(jì)算機(jī)科學(xué)、哲學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)識(shí)論和人類學(xué)等。因?yàn)樵谛乱淮�制造過程的設(shè)計(jì)、計(jì)劃和運(yùn)作中，要了解人類心理學(xué)和社會(huì)科學(xué)對(duì)做生產(chǎn)決策的影響； 　　為了應(yīng)付重大挑戰(zhàn)，應(yīng)該把長(zhǎng)期的研究重點(diǎn)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?yàn)閷?duì)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(diǎn)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(gè)企業(yè)的建模和仿真（包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）兩個(gè)重要的突破性技術(shù)值得特別重視，因?yàn)檫@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(gè)企業(yè)的建模和仿真的基礎(chǔ)上，實(shí)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(gè)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(huì)效益的應(yīng)用型研究開發(fā)項(xiàng)目。例如，新的生物和合成材料、能源的再生和儲(chǔ)存、環(huán)境保護(hù)技術(shù)。 　　四、創(chuàng)新管理和知識(shí)工程 　　創(chuàng)新是未來企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)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(gè)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(gè)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(píng)價(jià)技術(shù)創(chuàng)新業(yè)績(jī)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(gè)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(gè)團(tuán)隊(duì)化的工作小組，利用高效率的信息網(wǎng)絡(luò)和知識(shí)供應(yīng)鏈，促進(jìn)創(chuàng)新過程的發(fā)展。提倡團(tuán)隊(duì)精神和相互合作，特別是信息和知識(shí)資源的正確和及時(shí)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(shí)將是重要的研究對(duì)象。 　　五、企業(yè)的組織形態(tài) 　　市場(chǎng)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(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)和縮短上市時(shí)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(shí)現(xiàn)，了解新技術(shù)對(duì)制造勞動(dòng)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(guó)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(shí)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(gè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)建立總體性的長(zhǎng)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(xiàng)目。這種方法將會(huì)對(duì)技術(shù)的孵化期提供一個(gè)合理的時(shí)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(duì)低水平重復(fù)的、模仿性的研究不加以考慮。

20002009

有需求就有市場(chǎng)，應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展，才能永遠(yuǎn)有飯吃。

門前的小木橋

根據(jù)最近20年的發(fā)展情況看，樓主文章的預(yù)測(cè)道020年應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)。