现代制造技术发展的社会依赖性和革命性分析

作者：全琴 孙见君

欢迎访问e展厅 展厅 3 生产加工服务展厅 机械加工, 铸造加工, 焊接加工, 切割加工, 激光刻字, ... 世界制造业的实践证明:“工业化国家的真正财富中，有60%-80%由制造业创造”。现代工业文明和科学技术的迅速发展，促使机械制造为主导的现代制造业，发展成为一个规模宏大、技术领先和由多科学与多元技术组成的“大制造”、“大科学”。制造业既是一个基础产业，也是一个创造新的生产力的生产过程，而制造技术则是现代制造产业的基础和核心。由于科学与技术界线的淡化和各交叉学科的争相发展，致使制造技术直接或间接地受到多种因素的挑战与制约。分析和研究现代制造技术发展的社会依赖性和革命性，对正确认识现代制造技术在社会发展中的地位，及确立我国制造技术今后的发展方向和社会变革具有重要意义。 1 现代制造技术的内涵 现代制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务、回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力的一门技术。 1994年初，美国联邦科学、工程和技术协调委员会(FCCSET)下属的工业和技术委员会先进制造技术工作组对现代制造技术内涵首次进行了系统的说明。现代制造技术主要包括3个技术群:①主体技术群，即面向制造的设计技术群和制造工艺技术群;②支撑技术群;③制造基础设施(制造技术环境)。3个技术群相互联系，相互促进，组成一个完整的体系。现代制造技术的系统结构及主要内容如图1所示。 一方面，现代制造技术的产生和独立化，是基于物质生产力和精神生产力一定程度的发展，有利于社会需要;另一方面，现代制造技术对国家政治、经济、军事、文化和社会的发展，有着广泛而深刻的影响。 2 现代制造技术发展的社会依赖性. 科学的昌明，永远需要某种有着丰富养料的环境。现代制造技术发展是社会生产和进步需要的结果。 瓦特改进蒸汽机，并不像传说的那样由于看到蒸汽掀动壶盖，触发了“灵感”，而是由于社会生产的迫切需要。为降低成本，生产更多、更便宜的产品参与竞争，工场主想方设法改进生产技术。但是，这些工具的动力主要依靠水力，用水力的工厂只能设在乡下的河边，交通不便，且水力的生产受季节的影响，不能持续稳定生产。因此，解决动力来源就成为生产进一步发展的首要课题。 用蒸汽作动力始于17世纪后期，法国人帕旁最初试制蒸汽机。1698年，英国人萨浮里发明了蒸汽抽水机，用于矿井抽水。1705年，英国人牛考曼改进了蒸汽机，因燃料消耗大，使用不安全，未获得推广。瓦特在机械工人的帮助下，经过几年的艰苦努力，反复试验，终于在1769年制成了装有冷凝器的新型蒸汽机，在试转中获得预期效果。1776年，第1台改进型的瓦特蒸汽机投人使用，比牛考曼蒸汽机的热效率高出8-10倍。 蒸汽机从1785年开始在棉纺织业中日益推广，提高了棉纺织业的生产率。鼓风机和蒸汽锤在采用蒸汽机驱动后，也促进了冶金业的发展。1806年，美国发明家富尔顿在纽约建造了第1艘蒸汽轮船“克勒蒙特号”。1814年，英国建造了世界上第1台可实用的蒸汽机车。轮船和蒸汽机车的问世，将交通运输业推上了一个新时代。瓦特的蒸汽机在抽水方面，发挥了巨大作用，使人们得到大量廉价的煤炭。煤炭燃烧生产出蒸汽，蒸汽又变成巨大的动力，于是开始工业革命。 1940年，根据第二次世界大战的需要，数学家冯·诺伊曼开始为战争服务的应用数学研究。ENIAC型计算机于1945年底研制成功，它用了几万个电子元件，其中仅电子管就18000多支。由于体积大、耗电多、程序安排复杂，只能存20个字长10位的十进制数，使用极不方便。通过潜心研究，冯·诺伊曼于几个月后提出研制“离散变数自动电子计算机”的设计报告，确定了计算机采用存储程序和二进制，这标志着通用电子计算机的诞生，开辟了电子计算机的新时代。 3 现代制造技术的革命性 多次的科学革命，每一次都从根本上改变了旧的科学概念或技术结构，对当时的社会发展产生极大的影响。 3.1 对社会经济的影响 据早期资料估计，美国在19世纪60年代初期使用的机器设备，由欧州输人的约占80%，美国本土制造的约占20%。随着英国工业革命中新发明的机器包括蒸汽机、锅炉等先进生产设备与技术的传人，美国当时的主要轻工业如纺织工业、面粉和食品加工业、木器加工工业等，都已大部分使用机器进行生产，重工业如钢铁工业和机器制造工业等，已相继建立起来，一些农业机械随之得到发明和应用。1810年-1860年，美国工业总产值增长近9倍，平均年增长率为4.7%;农业生产也有较大的发展。1839年-1859年，小麦产量增加1.4倍，玉米产量增加1.23倍，棉花产量增加1.78倍。这一时期，工农业的发展使美国国民总产值一跃而居世界第4位。 3.2 对产业结构的影响 现代制造技术在经济中的作用，首先表现为对物质生产都门中产业结构带来的深刻变化。18世纪，蒸汽机制造技术的发展，使英、美、德、法日等国家由原来农业占优势的产业结构逐渐转变为以轻纺工业为优势的工业国;18世纪70年代，电力开发，及电机和内燃机的制造，使欧美国家原有的采矿、钢铁业加速发展，同时形成电力、电器、石油、化工、汽车、飞机等新兴工业部门。20世纪初，加工工业的发展速度超过了采掘工业的发展速度，使重工业取代轻纺工业成为工业生产的主要部门;20世纪40-60年代，电子计算机的成功制造，使相关的新兴产业部门迅速建立起来，引起了现代社会产业结构的深刻变化。①在物质生产领域内，工业的比重进一步增长，农业的比重下降。以美国为例，1950年农业在国民生产总值中的比重已降至7%，到70年代则进一步降至3%以下，实现了从传统农业向机械化、化学化、生态化、工业化的现代农业的转变。②在整个国民经济领域内，物质生产部门的比重下降，而商业、服务业、银行、保险业、国家机关、科学教育、卫生等非物质生产部门的比重却增加。 3.3 对生产方式的影响 纵观工业发展的历史，制造工业在生产方式上经历了4个发展阶段:(1)20世纪前，为单件小批量生产阶段，以基础工业工程和科学管理理论为支撑技术。(2)20世纪初至40年代，为大批量生产阶段，以美国福特汽车制造为代表，实施流水线、半机械化生产;(3)20世纪50~70年代，为轮番批量生产，以电子产品为代表，实行机械化和半自动化生产;.20世纪80-90年代以电子技术、汽车和现代家电生产为代表，生产方式是多种、少批量;实行半自动化和综合自动化生产。总的趋势由刚性的、指令性和唯技术的生产，转向柔性的，以市场需求导向和以人为中心的方向发展。 生产方式的变革，一方面引发了各种先进的制造理论和制造技术应运而生，另一方面，各种技术竞相发展，相互兼容，促进了新生产方式的巩固和完善，并蕴育着更新的生产方式诞生。 3.4 对社会意识形态的影响 现代制造技术的发展在引起社会生产根本变革和社会物质基础不断积累的同时，也改变着社会意识形态。各种社会意识形态的建立、发展和传播，既需要社会科学，也需要自然科学，科学技术革命为之提供知识基础，研究方法和技术手段。例如，科学技术的发展和应用，使艺术走向现代化。美学给艺术发展提供理论指导，科学活动已成为艺术的一种题材。科学技术还为艺术提供技术工具和创新的表现手段，如电学技术、声学原理、光学知识在戏剧、音乐、舞蹈中的应用;光学、化学、电子学、电视技术创造了电影艺术和电视艺术，将艺术推向新的高峰。 4 现代制造技术的发展方向及其对中国制造业的影响 4.1 现代制造技术的发展方向 随着电子、信息等高新技术的不断发展，市场需求个性化与多样化，未来先进制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、集成化、全球化的方向发展。 (1) 现代制造技术信息化川信息技术向制造技术的注入和融合，促进制造技术的不断发展。信息技术促进设计技术的现代化，加工制造的精密化、快速化，自动化技术的柔性化、智能化，整个制造过程的网络化、全球化。各种先进生产模式的发展，如CIMS、并行工程、精益生产、敏捷制造、虚拟企业与虚拟制造，也无不以信息技术的发展为支撑。 (2) 设计技术现代化产品设计是制造业的灵魂。现代设计技术的主要发展趋势是现代化，包括设计智能化、概念化和系统化。所谓设计智能化是指在设计过程中，采用数值仿真或虚拟现实技术，达到人可以设想但难以图形化的效果;所谓概念化，指不断采用新的设计思想和方法。如并行设计、健壮设计(Robust Design)、优化设计(Optimal Design)等。系统化是指通盘考虑包括设计、制造、检测、销售、使用、维修、报废等阶段产品的整个生命周期，而不是单纯追求某项性能指标的先进和高低，综合考虑市场、价格、资源、环境等方面的影响。 (3) 精密制造、成形制造和绿色制造是制造技术的发展方向展望21世纪，制造技术向超精密、少能耗和无污染方向发展。目前加工精度达到0.025um，表面粗糙度达0.04um，已进人纳米级加工时代。超精切削厚度由目前的红外波段向可见光波段甚至更短波段靠近;据国际机械加工技术协会预测，在21世纪初，塑性成形与磨削加工相结合，将取代大部分中小零件的切削加工;日趋严格的环境与资源的约束，使绿色制造业显得越来越重要，将成为21世纪制造业的重要特征。 (4) 加工工序一体化现代制造技术的不断发展，使冷热加工之间，加工、检测、物流、装配过程之间，设计、材料应用、加工制造之间的界限均逐渐淡化，逐步走向一体化。例如CAD,CAPP,CAM的出现，使设计、制造成为一体;快速原型/零件制造(Rapid Prototyping/Parts Manufacturing-RPM)技术的产生，可自动而迅速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零件，淡化了设计、制造的界限;机器人加工工作站及FMS的出现，使加工过程、检测过程、物流过程融为一体。 (5) 虚拟现实技术的应用虚拟现实技术(VirtualR eality Technology)主要包括虚拟制造技术和虚拟企业两个部分。虚拟制造技术是指在产品真正制出之前，首先在虚拟制造环境中生成软产品原型(Soft Prototype)代替传统的硬样品(Hard Prototype)进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高系统快速响应市场变化能力的一种制造方式。虚拟企业是为快速响应某一市场需求，通过信息高速公路，将产品涉及到的不同企业临时组建成为一个没有围墙、超越空间约束、靠计算机网络联系、统一指挥的合作经济实体。 (6)先进制造生产模式的不断发展制造业在经历了少品种小批量一少品种大批量一多品种小批量生产模式的过渡后，20世纪70-80年代开始采用计算机集成制造系统(CIMS)进行制造的柔性生产模式，并逐步向智能制造技术(IMT)和智能制造系统(IMS)的方向发展。预计21世纪，先进制造模式将获得新的发展。主要体现为:从以技术为中心向以入为中心转变;从多层次生产向扁平的网络结构转变;从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变;从按功能划分部门的固定组织形式向动态、自主管理的小组工作组织形式转变;从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变。 4.2 现代制造技术对中国制造业的影响 现代制造技术的发展，对中国制造产业带来巨大冲击，同时也给中国制造产业带来发展机遇。 (1) 现代制造技术对中国制造业的冲击进人21世纪以来，经济全球化的趋势越来越强，我国于2001年11月正式加入世界贸易组织(WTO)，世界各国的技术先进、质量优良、价格低廉的各类产品源源不断地流人。由于我国制造的许多产品因技术落后，成本高，缺乏市场竞争力，外国产品的大量流入对我国制造业产生强大的冲击。不仅如此，现代制造技术产业对技术人才的结构和层次提出的更高的要求，及能适应现代制造技术产业的高级人才严重匾乏，给我国制造业的发展带来巨大困难。 (2) 现代制造技术给中国制造业的发展带来机遇中国加入WTO后，世界各国对中国制造业引起前所未有的关注。一方面，外资向中国转移的速度继续加快。中国已成为继美国与英国之后外国直接投资(FDl)总量第三大国，2001年一2005年的5年累计实际利用外商直接投资22090亿美元;由于加入WTO，提高了国际投资者对中国经济前景和经营环境的信心，外资独资或中外合资的高新技术产业像雨后春笋在中国各地建成投产，许多高新技术产业也随之到中国落户。另一方面，国外资金和高新技术的到来，加速了中国制造产业的发展。我国2005年制造业GDP达到10.89万亿元，中国制造业总体规模迅速扩张，形成了珠江三角洲地区以家电、IT、通信等新兴行业为主，长江三角洲地区以综合性制造为主，环渤海湾地区以大型国有企业、重工业基地及新兴产业为主的三大世界级区域制造基地，成为世界第4大制造国。 中国现代制造技术产业的崛起，关系到国家经济、政治、教育、文化等各方面综合发展，关系到高科技产业与传统产业的协调发展，关系到中国经济发展的战略定位。正确制定现代制造技术的发展方向，有利于全面建设小康社会，改善和提高人民生活水平，有利于我国更快更好地跨人先进制造国家的行列。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/13/2007)