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當(dāng)今的世界正在發(fā)生日新月異的變化,，它在悄悄改變著人們的生活方式和生活質(zhì)量,，制造業(yè)也與人們的生活一樣正在從隨意和粗放走向嚴(yán)謹(jǐn)和精細(xì)化，這得益于裝備制造業(yè)與自動化技術(shù)日益緊密的結(jié)合,。

??制造自動化面臨的問題

??1.全球化

??現(xiàn)代科技進(jìn)步將距離感大為縮短,，地球似乎也變小了，但人們的生活領(lǐng)域和商業(yè)疆界卻變大了,。其標(biāo)志之一是制造業(yè)全球化分布式布局形成,。例如，產(chǎn)品的研發(fā),、零部件制造,、生產(chǎn)與采購、市場營銷,、公司總部都可以在不同的地點,，然而公司的運作卻具備協(xié)同效應(yīng)。其標(biāo)志之二是制造業(yè)出現(xiàn)了嶄新的全局觀,。面對不同的民族,，產(chǎn)品研發(fā)與銷售要考慮對不同文化的容納與適應(yīng)面對不同的地理位置，產(chǎn)品指標(biāo)要有相應(yīng)的調(diào)整,。例如,，不同海拔對電器產(chǎn)品的電磁兼容和溫度適應(yīng)范圍就有不同的要求。在不同的地區(qū),，產(chǎn)品要適應(yīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則,，例如北美的UL (保險商試驗所)標(biāo)準(zhǔn)、歐洲的CE(歐洲統(tǒng)一)標(biāo)準(zhǔn)以及中國的CCC(強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證制度)標(biāo)準(zhǔn)等,。公司全球溝通的語言要統(tǒng)一到一個標(biāo)準(zhǔn)語言上,。其標(biāo)志之三就是產(chǎn)品使用與服務(wù)的全時域覆蓋,，例如產(chǎn)品售后技術(shù)支持24h都會對客戶的需求進(jìn)行回應(yīng)。

??2. 數(shù)字化和信息化

??數(shù)字化和信息化已經(jīng)作為生活元素?zé)o孔不入地滲入人們的生活,，以至于當(dāng)今的人們?nèi)绻鄙倭怂痛绮诫y行,。、短信,、電子郵件,、網(wǎng)絡(luò)交互作為溝通的工具，無論它們的形式如何改變,，它們都以各種各樣的方式陪伴著人們的生活,。如果一個公司的運作離開了郵件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及ERP(Enterprise Resource Planning,，企業(yè)資源規(guī)劃)軟件系統(tǒng),，會出現(xiàn)難以想象的管理混亂和效率低下。無紙化辦公以及電子商務(wù)已經(jīng)成為人們工作和生活的重要手段,。這一切都在宣告,，人類已經(jīng)進(jìn)入并處在了“e時代”

??3. 越來越短的產(chǎn)品生命周期

??科技的飛速發(fā)展、商業(yè)的競爭加劇,、消費者擁有越來越多的選擇權(quán),，這些都促使各個行業(yè)產(chǎn)品的生命周期越來越短。產(chǎn)品的生命周期如圖1.1所示,。

??從一般的電子消費品到機(jī)械設(shè)備,，制造業(yè)產(chǎn)品生命周期的縮短降低了用戶購買成本，也提升了他們未來的預(yù)期支出,，同時伴隨的是由于產(chǎn)品兼容性問題而帶來的煩惱。一個行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈好像被捆綁到了一條流水線上,，而這條流水線的運作速度越來越快,，出現(xiàn)了挑戰(zhàn)與風(fēng)險并存。上游的廠商面臨著越來越苛刻的客戶需求的挑戰(zhàn),，下游的用戶也面臨著更多的不可預(yù)知的未來風(fēng)險,。

??4. 復(fù)雜的關(guān)聯(lián)技術(shù)

??學(xué)科之間的相互滲透是技術(shù)發(fā)展的必然，多學(xué)科技術(shù)體現(xiàn)在一個產(chǎn)品上已經(jīng)是產(chǎn)品研發(fā)與制

??造的常態(tài),，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備就是一個典型的例子,。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單機(jī)模型如圖1.2所示。

在這個設(shè)備里,，空氣動力學(xué),、工程力學(xué)、電機(jī)學(xué),、自動控制理論,、電力電子學(xué)以及安全技術(shù)相互交融,，各種機(jī)械、電子機(jī)構(gòu)相互配合,，在控制流,、信息流的指揮下將風(fēng)能源源不斷地轉(zhuǎn)化為電能。

??

不可否認(rèn)的是,，產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)技術(shù)越復(fù)雜,，為新進(jìn)入者在技術(shù)上設(shè)置的門檻就會越高。企業(yè)的技術(shù)競爭力不僅取決于企業(yè)的技術(shù)文化,，同時也取決于企業(yè)內(nèi)部的多學(xué)科協(xié)同能力,。5. 有限的資源

??四大有限資源如圖1.3所示。四大

??有限資源指的是人力資源,、能源,、時間及原材料。

??科技發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的zuijia出路就

??是盡可能少地利用資源來達(dá)到盡可能大的產(chǎn)出,。低能耗,、低污染、低成本和高

??效率是制造業(yè)追求的目標(biāo),，甚至是發(fā)展愿景,。企業(yè)管理、研發(fā),、生產(chǎn)的全過程都要進(jìn)行全局化考量和精細(xì)化規(guī)劃,，這

??是優(yōu)化資源的必由之路。那么,，四大有限資源的優(yōu)化對于制造業(yè)意味著什么

??(1)人力資源

??首先,，工程技術(shù)人員后備力量的匱乏已經(jīng)成為一個全球性的問題。其次,，越來越復(fù)雜的工藝和技術(shù)往往需要更多的人力投入,，同時解決問題所花費的時間也越來越長。隨著技術(shù)更新速度的加快,，操縱機(jī)械設(shè)備對操作員的知識結(jié)構(gòu)要求也越來越高,，操作人員的實踐和培訓(xùn)成為了一個很重要的課題。一個突出的問題是,，在我國這樣一個新興經(jīng)濟(jì)區(qū)域,，人力資源的成本，包括培訓(xùn),、薪酬以及人員流失所帶來的產(chǎn)品成本在以比歐美更快的速度增長著,。這就為制造業(yè)提出了一個矛盾性課題是招聘更多的低薪酬、低素質(zhì)的員工，還是采用相反的策略,，加強(qiáng)現(xiàn)有員工培訓(xùn),、提高工作的效能

??(2)能源

??縱觀我國的裝備制造業(yè)在過去20年的發(fā)展，基本上可以總結(jié)為高速發(fā)展的同時伴隨著高能耗,。設(shè)備生產(chǎn)的廠商只關(guān)注產(chǎn)品本身的成本,，不太關(guān)注產(chǎn)品的能耗以及給下游供應(yīng)鏈帶來的未來成本，然而這種發(fā)展模式卻是不可持續(xù)的,。裝備制造業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型勢在必行,。戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型就是要擺脫傳統(tǒng)的粗放式發(fā)展模式，擺脫僅僅靠價格取勝的競爭方式,，因此,，技術(shù)創(chuàng)新和節(jié)能才是戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的唯一出路。

??節(jié)能首先要從能源的生產(chǎn)和輸配做起,。提高能源的生產(chǎn)效率,，更多地利用可再生能源。例如,，太陽能,、風(fēng)能、生物質(zhì)能以及潮汐能等,。這些都是在能源的生產(chǎn)源頭進(jìn)行的開發(fā)和努力,。在能源的輸配方面，不僅要消除和避免能耗的峰值,，同時還要進(jìn)行有效的能源生產(chǎn)管理,，電網(wǎng)負(fù)載的均勻分布也是能源輸送與分配的重要課題。

??高效低耗地使用能源是在用戶端的追求,。在生產(chǎn)流程中,，設(shè)備保持熱備狀態(tài)而不是停機(jī)，整個生產(chǎn)線上盡量地減少電動機(jī)的制動和起動頻度,，以保持其迅速運轉(zhuǎn)的能力,，這是節(jié)省能源的基本規(guī)則。而為了實現(xiàn)這個目標(biāo),，就要從設(shè)計和系統(tǒng)的軟,、硬件配置入手,。另外,，運動中電能的回饋電網(wǎng)以及智能的電動機(jī)運動仿型也都是使能耗最小化的精細(xì)化手段。

??此外,，節(jié)能還意味著盡量降低產(chǎn)品的能耗,。在選配元器件中，使用能耗更低的產(chǎn)品,，以降低系統(tǒng)的總能耗,。電子產(chǎn)品設(shè)計中的減少能源足跡(Energy foot print)就是這個意思,。不僅如此，一個有效的冷卻系統(tǒng)也是至關(guān)重要的,。在電氣控制柜中,，人們往往意主動冷卻系統(tǒng)，例如,，愿意進(jìn)行風(fēng)冷系統(tǒng)或水冷系統(tǒng)的投入,，但卻不首先考慮如何有效針對導(dǎo)熱問題進(jìn)行研發(fā)與設(shè)計。因為如果一個系統(tǒng)的導(dǎo)熱設(shè)計合理,，則主動冷卻系統(tǒng)就可以省卻或減少投入,。

??(3)原材料

??減少原材料在產(chǎn)品中的用量，盡量避免使用貴重金屬是“輕裝設(shè)計”理念的基本原則,。一個典型的例子就是并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計和構(gòu)造方式,。輕裝設(shè)計的并聯(lián)機(jī)器人如圖1.4所示。減少了產(chǎn)品的原材料用量,，隨之就減少了物流中的運輸重量,，降低了原材料制造中的能耗分?jǐn)偂?/p>

??輕裝設(shè)計的理念是在保證性能的前提下，盡可能減少材料的用量,，盡可能用便宜的材料,，即"as god as needed"。然而如何減少材料的成本而不影響性能呢? 這就需要一個理論基礎(chǔ)和參照乃至試驗手段,。但是樣機(jī)的試驗如果過于頻繁就會又造成大量的人力,，物力甚至?xí)r間的浪費。要解決這些問題,、同時又達(dá)到輕裝設(shè)計的目的,，主要有兩個途徑①采用基于jingque建模的現(xiàn)代仿真手段對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計并取代樣機(jī)試驗，在這里,，機(jī)械和軟件的緊密結(jié)合是至關(guān)重要的②依據(jù)仿生學(xué)從自然界獲得一些生物或自然現(xiàn)象的經(jīng)驗借鑒,，進(jìn)行模仿和創(chuàng)新。當(dāng)然,，產(chǎn)品整個生命周期的管理也是延長產(chǎn)品的使用壽命,、節(jié)省原材料并縮短設(shè)備停機(jī)時間的有效策略。

??應(yīng)當(dāng)指出的是,、原材料的節(jié)省在制造業(yè)中已經(jīng)在走“精細(xì)化”的道路,。所謂的精細(xì)化是指表現(xiàn)在三個方面的趨勢①“批量一”。即一個制造的批次上,，只有一件產(chǎn)品下線,，而不是成百上千件，這是定制化產(chǎn)品和大批量的極端結(jié)合?！芭恳弧本鸵馕吨恳患a(chǎn)品和下一件之間都存在著制造工藝的變換,，且這個變換的基本要求是無廢料產(chǎn)生?！芭恳弧钡湫屠拥木褪菙?shù)字化膠印機(jī),、每一張的印刷都是不同的印刷板。②準(zhǔn)確及時,。機(jī)械設(shè)備可以有****的投入能力而無意外停機(jī),。連續(xù)的生產(chǎn)制造流程保證了能源和空間的節(jié)省，沒有因停機(jī)造成的苛刻產(chǎn)品(如藥品,、化工產(chǎn)品等)的報廢,，這些都屬于準(zhǔn)確、及時的范疇,。③減少到j(luò)izhi,。包裝材料的厚度(如礦泉水瓶的壁厚)、紙媒體的厚度在不影響其功能的前提下,，盡可能減小到j(luò)izhi,，以達(dá)到盡可能減少材料用量而降低成本的目的。

??(4)時間

??時間管理的第一要素就是規(guī)范和規(guī)劃,。生產(chǎn)流程和產(chǎn)品研發(fā)都需要規(guī)劃每一個時間步驟,。同時，避免意外停機(jī),、產(chǎn)品轉(zhuǎn)換之間無延遲也是優(yōu)化生產(chǎn)效率的重要指標(biāo),。對于產(chǎn)品研發(fā)來講，盡可能縮短開發(fā)周期是適應(yīng)制造業(yè)高動態(tài)需求的必需之舉,。然而,，開發(fā)周期的不斷縮短，意味著對研發(fā)團(tuán)隊不斷增強(qiáng)的壓力,。在全球化的今天,，無論客戶處在哪個地區(qū)，無論公司的研發(fā)和生產(chǎn)以及服務(wù)分布在何處,，都不影響對客戶的服務(wù)以及公司的運作,，這也是全球化與全時域融合的概念。尤其是在產(chǎn)品的生命周期不斷縮短,、商業(yè)競爭不斷加劇的當(dāng)今世界,，誰贏得時間，誰就贏得未來,。

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