2020年制造業的遠景分析預測

天氣

一、引 言 　　過去的20年，制造業不論是在生產模式和制造技術方面都發生了根本性的改變，不僅從傳統大量生產方式向精益生產、計算機集成制造、敏捷制造、全球制造和分散網絡化制造轉變，而且出  現了超精密、超高速、激光加工、納米技術、快速原型、快速制模等一系列新的工藝過程和設備。這種變化趨勢仍將持續不斷和加速進行。 　　激烈的市場競爭以及新的制造技術的出現，必將導致新產品和新過程的產生，新的企業管理和工作方式、新的組織結構和決策方法也將隨而形成。 　　21世紀，制造業仍將是創造物質財富的主要產業，它與新興產業的相互滲透將進一步推動經濟的高速增長。各國非常重視未來制造業的遠景預測和戰略規劃，以迎接新的挑戰。只有通過遠景預測和戰略研究，才能明確未來的制造業將會是什么樣的，以及對實現遠景預測將會遇到的挑戰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系統委員會”(Commission of Engineering and Technology System, National Research Council ) 組織了一個專門小組，對2020年制造業面臨的挑戰進行研究，以便能更加合理有效地支配目前的研究投資。遠景預測研究的要點包括以下4個方面： 1) 對2020年制造業和制造企業的競爭環境本質進行研究和預測，明確推動制造業變革的基本動力，描繪明天的藍圖； 2) 為使制造業能夠適應社會和經濟的發展，實現遠景規劃，確定明天將面臨的主要挑戰； 3) 確定目前應該積極著手進行研究的、用于對付未來挑戰的關鍵技術； 4) 關鍵技術研究的策略和建議，研究成果的評估方法。 　　遠景預測的主要方法是通過各種研討會（主要是在美國的專家）和書面問卷調查（國際知名學者）進行的。最終形成“2020年制造業的遠景預測”（Visionary Manufacturing Challenges for 2020）報告，由美國國家科學出版社出版。 　　本文是在上述研究報告以及有關下一代制造的文獻基礎上，結合中國的現狀和作者的理解，對2020年制造業的遠景預測加以綜述。 　　二、新的競爭環境 　　選擇20年，而不是5年或10年作為遠景規劃的時間段，是為了思考未來制造業的革命性變革，制定全面的、可持續發展的遠景規劃，而不是在當前的生產模式和制造技術基礎上探討局部的、漸進性的改善和提高。 　　研究結果表明，專家們對20年后制造業的發展前景看法基本上相同。一致認為，以下幾點是對未來制造業發展有重大影響的技術、政策和經濟的因素： 1) 由通信技術的發展和知識共享，增強了競爭的氣氛，企業必須對市場作出快速響應，駕馭和適應不斷變化的市場環境； 2) 在許多工業發達的國家中，挑剔的客戶對大量生產的產品不感興趣，要求大量定制產品，以滿足他們對產品個性化的要求； 3) 不僅是新產品，制造企業全方位的創造力和創新能力將是最重要的競爭優勢，質量和價格因素將退居次要地位。創新過程及其技術的發展將改變制造業的活動范圍和內容； 4) 環境保護實質上是由于人口增長和工業經濟出現而引起的全球生態系統惡化，已經嚴重影響人類的生存和生活水準的進一步提高，各國政府將聯合制定更加嚴格的有關國際法規； 5) 如何有效和迅速獲得和應用加速制造過程決策、促進創新和快速響應市場的各種信息和知識，將成為企業 成敗的關鍵； 6) 壟斷石油、化工 和鋼鐵生產的時代已經成為過去，新的、有競爭性的生產資源（包括熟練勞動力）將分布在世界各地，不再集中在某個地區，這將成為促使制造企業組織變革的一個關鍵因素。 　　三、新的企業特征 　　2020年的制造企業不僅是生產組織，也是一個學習組織，它將迅速有效地把新的思想和改革觀念引入生產過程。個人和組織都要不斷地、快速地學習和掌握新技術，基于計算機的通信技術和基于網絡傳播的新知識將遍布于整個聯盟企業，加強了人與機器的通信，改善了處理業務的過程和聯合的外部環境。聯盟企業要不斷發展合作伙伴，以便能夠從高度分散的制造能力快速集成必需的資源，響應市場的機遇。當市場機會一旦消失時，聯盟企業又能夠快速解散。 　　2020年的制造業繼續是人掌管的企業，它將產品的概念從原材料（或再生材料）轉換成現實產品。今天所知道的企業功能（研究與開發、設計、工藝、制造、營銷和客戶支持）將被高度地集成，通過網絡把客戶、供應商與新產品開發連成一個整體運行。公司的組織形式和特性將徹底改變，隨著響應動態市場而結合與解體的虛擬結構將獲得普遍的認同和采用。 　　未來近20年將出現新的制造業合作體系，它將由兩部分構成，一部分制造企業是把原材料（再生材料）轉換成各種零部件或新材料的“新材料和零部件”企業，另一部分是把新材料和零部件轉換成最終產品的“產品配置”企業。盡管生產資源可能分布于全球各地，但只有少數“新材料和零部件”企業與當地市場有關，而“產品配置”企業卻應該定位在當地市場、服務于當地市場，盡管該企業可能是跨國大公司的成員，卻在當地獨立自主經營。 　　新的世紀將會出現能夠綜合或形成新材料和產品的極小規模的生產過程模塊，如只有幾個人的“實驗室企業”或在幾平方米內的微型工廠。這是因為，納米制造過程將從實驗室里的珍品變為生產過程。令人興奮的、新的生物工程應用，將導致新的生物合成過程的和基于生物的制造過程的出現。 　　四、面臨的新挑戰 　　新的挑戰意味著當前的制造業現狀和2020年遠景預測之間的差距。主要有6個方面重大挑戰，現分別簡明扼要地加以說明。  挑戰1 并行制造的實施技術和能力；對付這類挑戰的主要技術有： 1) 企業建模和仿真； 2) 信息技術； 3) 新的產品設計方法； 4) 支持合作的軟件系統； 5) 教育和培訓。  挑戰2 人力和技術資源的集成，以提高工作效果和滿意度；對付這類挑戰的主要技術有： 1) 人機界面的改善； 2) 適應性強和可重構的制造系統； 3) 企業建模和仿真； 4) 信息和網絡技術 挑戰3 及時地把廣泛分散收集的信息資源轉換成有用的知識，以便作出有效的決策；對付這類挑戰的主要技術有： 1) 信息技術 2) 企業建模和仿真； 3) 人機界面的改善； 4) 教育和培訓 挑戰4 減少生產浪費，把產品和過程對環境的破壞減到“接近零”；對付這類挑戰的主要技術有： 1) 沒有廢料的生產過程； 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； 4) 新的產品設計技術。 挑戰5 快速重構制造企業，響應市場變化的需求和機遇；對付這類挑戰的主要技術有： 1) 適應性強和可重構的制造系統； 2) 企業建模和仿真； 3) 信息技術 4) 新的產品設計技術 5) 人機界面的改善； 6) 教育和培訓 7) 支持合作的軟件系統； 挑戰6 發展高度集中的、占空間小和具有創新性的制造過程和產品；對付這類挑戰的主要技術有： 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； 3) 適應性強和可重構的制造系統； 4) 新的產品設計技術。 五、對付挑戰的關鍵技術 一、關鍵技術的定義 所謂關鍵技術是經過多次篩選，認為能夠用于對付重大挑戰、并具有以下特征的技術領域： 1) 該技術是大多數專家一致認為的應該優先發展技術； 2) 該技術是能夠對付重大挑戰的主要技術； 3) 該技術對制造業發展具有深遠意義； 4) 該技術不止支持對付一項重大挑戰； 5) 該技術代表長遠的機遇（在短期內不易獲得的技術）。 二、關鍵技術重要性的排序 根據關鍵技術的定義，從眾多目前認為可以用于對付重大挑戰的技術中挑選10項關鍵技術，并且按照它的重要性進行排序。 1) 可重構制造系統 易于集成的設備和過程，以及能迅速重組的制造系統和網絡聯盟企業； 2) 綠色制造 具有最小浪費和能耗的、以及環境污染最小的制造過程； 3) 技術創新工程 設計和制造新材料和新元件的創新過程，包括方法和工具； 4) 用于制造的生物技術 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運作，進行系統合成、建模、仿真，通過數字原型和虛擬現實，提高預見性，減少失誤； 6) 知識工程 把學習、經驗和信息轉換成有用知識的技術和工具，迅速作出有效的決策； 7) 產品和過程設計的新方法 滿足廣泛市場需求的產品和過程的快速實現方法； 8) 改善人—機界面 人與設備的交互方式將多樣化，使整個生產系統成為一個和諧整體； 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練方法； 10) 智能化軟件 能夠支持人與人合作、提高人機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 　　為了加速關鍵技術的發展，必須對今后若干年的制造科學技術研究的內容和方法進行討論。 首先應該建立明確的概念，技術雖然是生產系統的一個最活躍的組成要素，但是如何通過價值觀和工業文化提高企業的競爭力卻是最根本的措施。由于知識傳播加速，技術的競爭力強度是較低的，能夠維持的時間較短；而人員素質的競爭力強度較高，被模仿的可能性較小，具有可持續發展和相對穩定的特點. 二、重視學科交叉 　　打破部門隔閡，支持跨學科的研究與開發項目，建立大學內部和跨越產學研邊界的多學科獨立法人機構或公司。同時在需要應付重大挑戰的重要學科領域，建立研究共同體之間的聯盟，包括工程、數學、物理學、化學、經濟學、管理科學、計算機科學、哲學、生物學、心理學、認識論和人類學等。因為在新一代制造過程的設計、計劃和運作中，要了解人類心理學和社會科學對做生產決策的影響； 　　為了應付重大挑戰，應該把長期的研究重點放在關鍵技術的創新和開發能力上。研究工作應該集中在橫向學科交叉領域，它們能夠用于支持若干關鍵技術。例如，適用性強和可重構的制造系統、信息和通信技術、建模和仿真都是特別重要的，因為對于提高許多產業的制造能力來說，都是關鍵技術。  　　三、關注突破性技術 　　確立焦點放在突破性技術的基礎研究，：亞微米和納米制造以及整個企業的建模和仿真（包括虛擬現實技術）兩個重要的突破性技術值得特別重視，因為這將加速處理重大挑戰的進程，支持新一代創新產品和制造過程。例如，在整個企業的建模和仿真的基礎上，實現制造業與信息技術的集成，通過專門的研究與開發，建立適用性強、易于集成到分散網絡化制造協作系統和模型中的信息技術，目的在于使網絡聯盟企業的組成伙伴（包括單位和個人）能夠加速和改善決策的過程和方法。 　　突破性技術還可能來自制造部門之外有重大投資或社會效益的應用型研究開發項目。例如，新的生物和合成材料、能源的再生和儲存、環境保護技術。 　　四、創新管理和知識工程 　　創新是未來企業核心競爭力。創新及其管理已經發展成為系統科學，使創新不僅取決于個人的創造力，而成為可持續發展和可管理的過程。每個企業都必須像管理生產過程一樣管理創新，有激化、記錄和評價技術創新業績的方法和手段，并且使企業的日常運作也能基于創新過程去完成，作出更為合理和有效的決策。 　　企業的創新能力在某種程度上更多地依賴于集體創新過程，而不僅僅是創新者個人的創造力。和諧的創新環境將使不同領域的專家融合成一個團隊化的工作小組，利用高效率的信息網絡和知識供應鏈，促進創新過程的發展。提倡團隊精神和相互合作，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，將大大提高企業的創新能力。 　　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、企業的組織形態 　　市場多變和大量定制迫使企業形態的變革，未來企業必須能夠快速調整和重組制造過程，以適應不同產品的生產。經常調整和重組制造企業使得企業之間形成綜合聯盟；分散網絡化制造和網絡聯盟企業的概念將獲得日益廣泛的應用。 　　網絡聯盟企業將研究開發合作和并行工程所須的各種工具。在概念設計、產品設計、產品生產和縮短上市時間和提高質量的服務方面，都將促進交叉學科和企業的廣泛聯合，包括發展新的教育和訓練技術，交互式的遠距離網上學習。 　　企業將成為學習型組織，利用人工智能來完備新技術的應用與實現，了解新技術對制造勞動力、工作環境、周圍環境的作用。 　　制造過程的全球化還必須開發透明的商務和工程工具，幫助理解在技術、教育、語言、跨國與組織邊界的文化方面的差異。 　　七、結 論 　　我們無法預見20年后可能發生的所有事情，但是不斷監視技術發展的進程，及時調整研究方向，可以避免重大的失誤，駕馭變革，加速發展，取得領先地位。建議在每個技術領域內建立總體性的長期目標，然后在五年規劃中確立詳細的發展路線和項目。這種方法將會對技術的孵化期提供一個合理的時間框架，用每年的回顧來監視技術進展。這種方法將引導制造領域的研究朝向革命性進展的正確方向，而對低水平重復的、模仿性的研究不加以考慮。

20002009

有需求就有市場，應市場發展，才能永遠有飯吃。

門前的小木橋

根據最近20年的發展情況看，樓主文章的預測道020年應該能夠實現。