1 制造策略的變遷

1) 產品創新是企業的核心競爭力

20世紀，人們曾把制造業定義為：“通過加工把生產資料轉化為產品的工業”，產品的增值主要在加工過程中得以體現。幾十年前，生產規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換代加快，產品創新、市場營銷和服務的增值作用明顯提高，知識和信息已經成為重要的生產要素，制造業已經成為同時對物質和信息進行處理的產業。這一趨勢使得產品增值曲線發生了明顯的變化，中間部分從上凸變為下凹，如圖2所示。

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

換言之，產品增值的關鍵來源將是新產品的開發、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。創新產品的快速實現就成為企業的核心競爭能力。很多企業家已經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出符合市場需求的、有競爭力的新產品。

2) 產品數字化是企業信息化的基礎

產品設計是企業活動的源頭，采用CAD/CAM技術取代圖板并不是最終目的，我們的目的是實現快速產品開發、縮短新產品上市周期，從而取得市場競爭優勢，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的工程設計和業務過程，更多地創造效益。因此，我們應該從甩圖板走向數字化和集成化。

三維實體造型為產品模型的數字化創造了條件，數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)為企業信息集成找到一條捷徑。在企業內聯網環境下，產品的數字模型將通過CAD/CAM技術和產品數據管理(PDM)與制造執行系統(MES)和企業資源計劃(ERP)等管理信息系統集成。制造執行系統包括作業計劃和調度、質量控制和工況數據采集等車間級的計算機管理，而企業資源計劃是企業從供應商到客戶的全部業務過程的計算機管理，它們都是以產品數據為基礎的。此外，通過因特網和企業外聯網實現跨企業、跨地區的產品設計協作和網絡聯盟制造，將進一步推動我國制造業的全面信息化，實現跨越式發展。

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

2 數字工廠(e-Factory)

1) 通過數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和上市周期就成為形成競爭優勢的重要因素。

數字工廠建立在用計算機完成產品整個開發和“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，并且在數字狀態下進行“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。

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

2) 虛擬現實技術的應用

在產品開發的早期階段，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CAD/CAM的數字原型就不能滿足要求了。

虛擬原型是利用虛擬現實在可視化方面的強大優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，且數據可被重新利用。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，要使虛擬原型發揮作用，必須將虛擬現實、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環境。

虛擬原型不是要替換CAD系統，而是在CAD數據的基礎上進行工作，虛擬現實系統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。也就是說數據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，通過數據手套，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，依據零件的三維CAD模型，經過格式轉換后，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字工廠一起被稱為創新產品快速開發的兩大支柱。由于快速原型制造技術的優越性和明顯效益，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，發現產品設計中存在的問題。與傳統方法相比，可節省大量時間和費用。

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，尤其是空間有限的復雜產品(如汽車、飛機、衛星、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、環氧樹脂與精密鑄造等工藝結合制造模具，經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 網絡聯盟企業

我國告別了短缺經濟，但又面臨生產能力過剩的困惑。制造業開工不足、設備利用率低、缺乏適銷對路的產品已經成為普遍的現象。一個企業沒有足夠的能力突破困境，應采取聯合起來去競爭的辦法，可以找到一條新的出路。分散網絡化制造通過以因特網為代表的網絡技術，使企業能夠利用不同地區的現有資源，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。

網絡聯盟企業是由加入這一集團的若干企業、機構和個人組成，所有成員可以根據市場需要和產品特點，通過網絡相互連接。它的支撐技術是寬帶數字通訊網、因特網、企業內聯網和外聯網，借以實現信息流的自動化，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、質量以及其他數據進行實時交換和通訊。

網絡聯盟企業有三種不同的類型：

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供應的，由總裝廠裝配成最終產品。

專有技術型 在設計、開發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。

動態聯盟型 隨著經營機遇和產品、經營過程和合作伙伴、經營目標和核心資源、產品供應鏈以及風險和利益等關系的變化，分散網絡化生產系統的主導企業可能發生變化，“盟主”地位是動態的、輪換的，資源的利用更加合理。

這種分散網絡化的生產模式可以推動我國傳統企業的改造和鄉鎮企業的現代化，以有限的投入獲得最大的產出、經濟效益和社會效益，將是21世紀我國企業發展戰略的重要組成部分。

5 結束語

創新產品的快速開發和實現是我國制造業所面臨的挑戰，也是我國制造業與發達國家的差距所在，必須認真對待。采用諸如三維設計、數字工廠、快速原型等新技術有助于新產品的快速開發。通過網絡聯盟企業可以加快新產品的實現。