先进制造业的三维理论模型及其特征
[摘 要]根据当代国际制造业发展的新特点和新趋势，从超微观、微观和中观三维视角进行综合概括，先进制造业是广泛应用先进制造技术、采用先进制造模式、拥有先进市场网络组织的工业生产系统。先进制造业本质上是一种先进的生产方式。发展先进制造业，不仅仅是一个技术进步问题，也不仅仅是一个产业结构转型升级和产业发展问题，而是一场生产方式的深刻变革。
[关键词]先进制造业 制造技术 制造模式 市场网络组织
〔中图分类号〕F062.9 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕 1000-7326（2008）06-0074-06
在经济全球化和信息技术革命的推动下，国际制造业的生产方式正在发生着重大变革。近十余年来，世界主要工业国纷纷制定各种发展计划，促进传统制造业向先进制造业（advanced manufacturing industry）转变。加快发展先进制造业，已经成为世界制造业发展的新潮流。本文根据当代国际制造业发展的新趋势，从超微观、微观和中观三维视角进行综合概括，建立起一个新的先进制造业理论模型。
一、关于先进制造业概念的讨论
“先进制造业”是国内学术界近年中提出的新概念，目前尚没有一个明确的、一致公认的定义。什么是先进制造业？解释主要有以下三种。
（1）先进制造业主要指采用先进制造技术为主要生产手段的制造业。先进制造业最主要的特点是技术革新快，适应市场需求的多样化。[1]
（2）先进制造业是指能够不断吸收高新技术成果，并将先进制造技术和管理方式综合应用于研究、设计、制造、检测和服务等全程的制造业。具有技术含量高、经济效益好、创新能力强、资源消耗低、环境污染少、服务功能全、就业比较多等特点。[2] 它不仅包括高新技术产业，也涵盖运用高新技术和先进适用技术改造的传统产业。
（3）先进制造业指制造业不断地吸收电子信息、计算机、机械、材料以及现代管理技术等方面的高新技术成果，并将这些先进制造技术综合应用于制造业产品的研发设计、生产制造、在线检测、营销、服务和管理的全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，即实现信息化、自动化、智能化、柔性化、生态化生产，取得很好的经济、社会和市场效果的制造业的总称。[3]
上述三种解释都有合理之处，但又都不全面和准确。首先，先进制造业无疑离不开先进技术，但仅采用先进技术，或仅从先进技术来定义，不足以揭示先进制造业的内涵，也无法把先进制造业与以技术先进为标志界定的高新技术产业区分开来。实际上，传统制造业也是追求技术不断进步的。其次，先进制造业的确不仅仅局限于生产过程，还应该包括产前和产后全过程，但这也还不足以说明先进制造业是一种新的生产方式。最后，上述解释都把先进制造视为一个封闭的系统，忽视了现代网络化的营销系统和企业之间的广泛关联。
笔者认为，应该结合国际制造业的发展趋势和先进国家制造业的发展特征，可以从超微观、微观和中观的三维视角来对先进制造业进行理论概括。
从超微观即企业内部的角度看，先进制造业首先表现为技术的先进性，是一个能够不断进行技术创新的先进技术体系。既能不断吸收当代高新技术成果来进行自主技术开发，又善于将先进技术应用于从研发、制造到营销、维修服务的全过程。先进技术是企业生产和发展的基础，对制造业的发展起决定性作用。正是在先进技术的基础上，先进制造业才能够实现信息化、自动化、智能化、柔性化和生态化生产。
从微观即企业整体的角度看，先进制造业表现为生产模式的先进性，是一种能够适应市场变化、不断优化企业内部资源配置、并能兼顾生态环境和社会利益的高效生产体系。诸如柔性制造系统（ＦＭＳ）、计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）、精益生产模式（ＬＰ）、清洁生产模式（ＣＰ）、高效快速重组生产系统、虚拟制造模式（ＶＭ）等，就是最为著名的先进制造模式。它决定着企业具体配置各种生产要素的方式和效率，体现着企业与市场之间密切的良性互动关系，也反映着企业与生态和社会环境的和谐相处。正是在生产模式这一点上，先进制造业与传统制造业迥然有别。
从中观即产业体系的角度看，先进制造业表现为营销网络组织的先进性，是一种以产业链为主干、集群化为依托的网络化市场组织。先进制造业是以现代生产性服务业和发达的市场网络为支撑的。先进制造业内部各产业部门、各企业之间，在投入产出方面存在着密切的联系，需要通过价值链上的整合与协同、形成供应链联盟和产业集群，从而组成高效率的市场系统。
通过上述分析，概括起来，可以得出先进制造业的简明定义：先进制造业就是广泛应用先进制造技术、采用先进制造模式、拥有先进市场网络组织的工业生产系统。可用图1来清楚表示先进制造业的理论模型。
二、先进制造技术的内涵与发展
一般认为：先进制造技术是将先进的机械制造技术、电子信息技术和自动化设备以及材料技术等高新技术和先进适用性技术，综合应用于产品的研究与开发、设计、生产、管理和市场开拓、售后服务，并取得经济社会效益的综合技术，它们被统称为先进制造技术。
先进制造技术一般分为四大类。（1） 现代设计技术，包括计算机辅助设计(CAD)、反求工程技术的新产品开发、基于并行工程的产品设计、文件设计技术与质量功能配置、再生产工程、绿色产品设计等。（2） 先进的制造工艺技术，包括计算机辅助制造(CAM)、少无切削制造技术、非机械加工制造技术、生长型加工和快速原型技术制造(RPM)、虚拟制造技术（VMP）等。（3） 综合自动化技术，包括分布式数控技术(DNC)、柔性制造技术(FMT )、集成制造技术(CIMT)、智能制造技术(IMT)等。（4） 现代系统管理技术，包括制造资源计划（MRPII）、准时制（JIT）及精益生产(LP)、敏捷制造（AM）、全球化制造(GM)和信息管理系统(IMS)、可持续发展技术和相关技术等。[4]
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，曾经对先进制造技术的内涵首次作系统的说明，认为先进制造技术主要包括三个技术群：主体技术群、支撑技术群和制造基础设施（制造技术环境）。这三部分构成一个完整的体系，缺一不可，否则很难发挥预期的整体功能效益。
与传统制造技术相比，先进制造技术具有四大特征。（1） 它的基础是优质、高效、低耗、无污染或少污染工艺，并在此基础上实现优化及与新技术的结合，形成新的工艺与技术。（2） 传统制造技术一般单指加工制造过程的工艺办法，而先进制造技术覆盖了从产品设计、加工制造到产品销售、使用、维修整个过程。（3） 传统制造技术一般只能驾驭生产过程中的物质流和能量流，随着信息技术的列入，使先进制造技术成为能驾驭生产过程中的物质流、能量流和信息流的系统工程。（4） 传统制造技术的学科、专业单一，界限分明，而先进制造技术的各专业、学科、技术之间的不断交叉、融合，形成了综合、集成的新技术。
目前在发达国家，先进制造技术发展的基本态势是：其一，以数控机床、加工中心和工业机器人为标志的柔性制造单元系统，以柔性制造单元和自动、半自动物料输送组合为标志的柔性制造系统，这两个阶段的先进制造技术已相当成熟。其二，以信息、工艺、物流、计算机集成为特点的集成技术已处于完善阶段。其三，以设计智能化、单元化加工过程智能化和系统整体管理智能化为特征的智能集成制造系统，仍然处在研究与开发过程中。[5] 具体来看，呈现出以下几大发展趋势。
（1）数字化。它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理技术的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统发展的必然趋势。它包含了三大部分：以设计为中心的数字制造，以控制为中心的数字制造和以管理为中心数字制造。
（2）精密化。它一方面是指对产品、零件的精度要求越来越高，一方面是指对产品、零件的加工精度要求越来越高，如精密加工技术、细微加工技术、纳米加工等。
（3）集成化。先进制造技术的集成化趋势本质就是知识的集成。其具体表现在三个方面：现代技术的集成；加工技术的集成和企业管理技术的集成。
（4）网络化。利用网络，在产品设计、制造与生产管理等活动乃至企业整个业务流程中充分享用有关资源，即快速调集、有机整合与高效利用有关制造资源。制造技术的网络化由两个因素决定：一是生产组织变革的需要，一是生产技术发展的可能。
（5）虚拟化。虚拟技术是以计算机支持的仿真技术为前提，对设计、加工、装配等工序统一建模，形成虚拟的环境、虚拟的过程、虚拟的产品、虚拟的企业，主要包括虚拟环境技术、虚拟设计技术和虚拟制造技术。
（6）智能化。制造系统正由原先的能量驱动型转变为信息驱动型，这就要求制造系统不但要具备柔性，而且还要表现出某种智能，以便应对大量复杂信息的处理、瞬息万变的市场需求和激烈竞争的复杂环境。
（7）绿色化。环境保护与环境制约使先进制造技术逐渐向绿色化、可持续化发展。制造业的产品从构思开始，到设计阶段、制造阶段、销售阶段、使用与维修阶段，直到回收阶段、再制造各阶段，都必须充分考虑环境保护。
三、先进制造模式的内涵与发展
由于资源、环境、市场需求变化及日趋激烈的市场竞争，对制造业市场变动能力、企业网络组织结构、可持续发展等方面提出了更高的要求。传统的大批量生产模式（即福特制生产模式）受到越来越多的挑战，从而催生和创新出了一系列先进制造模式。关于先进制造模式国内外有许多不同看法。主要有两种观点：一是从制造科学和制造系统的角度出发，认为制造模式是一种典型的制造系统；另外一种观点从管理的角度出发，从比较广泛的范围来看，认为先进制造模式是一种在生产和制造领域中应用的新生产方式和方法，或是一种制造战略。
一般而言，制造模式具有典型的制造过程和运行机制，同时具备明确的功能、结构、通信和操作机制。它对于企业内部的信息流、物流和人流的管理具有明确的处理方法；对于企业外部的动态联盟（包括市场销售、供应链、资源、生产服务等）也具有相应的对策；最后对于上述问题的处理都具有相应的评价指标和方法。因此，制造模式是制造业为了提高产品质量、市场竞争力、生产规模和生产速度，以完成特定的生产任务而采取的一种有效的生产方式和一定的生产组织形式。现代先进制造生产模式是从传统的制造生产模式中发展、深化和逐步创新而来。
简单地说，所谓先进制造模式，就是围绕企业的价值增值链，依据不同的环境、通过有效地组织各种要素形成的，可以在特定环境中达到良好效果的先进生产方式和运行管理机制。这种模式已经形成规范的概念、哲理和结构，可以供企业依据不同的环境条件，针对不同的制造目标来加以采用。
根据国际生产工程学会（ＣＩＲＰ）近１０年的统计，发达国家所涌现的先进制造系统和先进制造生产模式多达３３种。发达国家制造企业，特别是跨国公司和创新性中小企业已广泛采用一些新的制造模式，如：柔性制造系统（ＦＭＳ）、计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）、精益生产模式（ＬＰ）、清洁生产模式（ＣＰ）、高效快速重组生产系统、虚拟制造模式（ＶＭ）等。[6] 目前，正在开发下一代制造和生产模式，如：并行工程和协同制造（ＨＭ）、生物制造（ＢＭ）、远程网络制造（ＲＭ）、全球制造（ＧＭ）和下一代制造系统（ＮＧＭＳ）等。以下择要简单介绍八种主要的先进制造模式：
（1）精益生产模式（ＬＰ）。精益生产是美国麻省理工学院根据其IMVP的研究中对日本丰田生产方式的总结。精益生产的最终目标是要以具有最优质量和最低成本的产品，对市场需求做出最迅速的响应。它的基本原则是消灭一切浪费和不断改善。准时制作业、成组技术、弹性作业人数和尊重人性是精益生产的主要支柱。
（2）准时生产制（just-in-time）。又称无库存生产模式，其基本思想是订单驱动，仅当下道工序需求该零件时，才将其生产出来，任何前提生产都是浪费。追求目标是零库存、零废品和零设备故障。它适合于相对稳定的大批量流水线或重复生产作业。
（3）柔性制造系统（ＦＭＳ）。柔性生产主要依靠有高度柔性的、以计算机数控机床生产为主的制造设备来实现多品种小批量生产。其优势是：增强制造企业的灵活性和应变能力，缩短产品生产周期，提高设备使用率和员工的劳动生产率以及改善生产模式从而大大推动了制造业的发展。
（4）敏捷制造。又称灵捷制造，是美国通用汽车公司于1988年提出的，1992年美国政府将其作为“21世纪制造企业的战略”。敏捷制造是新一代生产模式，是对已有生产模式的丰富和发展，它是柔性制造和精益生产发展的结果。敏捷制造包括产品制造机械系统的柔性、员工授权、制造商供应商关系、总体质量管理及企业重构。目前较权威的定义是：敏捷制造是一种结构，在这个结构中每个公司都能开发自己的产品并实施自己的经营战略。构成这个结构的基石是三种基本资源：有创新精神的管理机构和组织，有技术、有知识的高素质人员和先进制造技术。敏捷源于这三种资源的有效集成。
（5）计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）。是现代信息技术条件下的新一代制造系统。它以计算机来辅助制造系统的集成，以充分的、及时的信息交流或信息共享将企业的设计、工艺、生产车间以及供销和管理部门集成为一个有机的整体，使他们相互协调的运作，以提高产品质量，缩短产品开发周期，提高生产效率，确保企业的整体效益，提高企业的竞争能力和生存能力。
（6）虚拟制造模式（ＶＭ）。是虚拟现实技术在制造中的应用。虚拟制造实际上是一种计算机科学技术，以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支柱，在产品设计或制造系统的物理实现之前，就能使人体感觉到未来产品的性能或者制造系统的状态，从而可以做出前瞻性的决策与优化实施方案。从本质上讲虚拟制造技术是对真实制造过程的动态模拟、仿真，是在计算机上制造数字产品，在虚拟制造环境中生产软产品替代传统的硬样品进行试验，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的能力。
（7）清洁生产模式（ＣＰ）。联合国环境计划署对清洁生产的定义为：清洁生产是一种新的创造性的思想，该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少人类及环境的风险。对生产过程，要求节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，减降所有废弃物的数量和毒性；对产品，要求减少从原材料提炼到产品最终处置的全生命周期的不利影响；对服务，要求将环境因素纳入设计和所提供的服务中。总之，清洁生产是将环境保护延伸到企业内部的方方面面。清洁生产追求的目标有二：一是追求资源和能源的循环利用和综合利用、不可再生资源和短缺资源的代用、废弃物的资源化和再生利用；二是追求产品生产和消费过程与环境的相容，如采用低废、无废的清洁生产工艺。
（8）绿色制造(green manufacturing)是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)最小，资源效率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。它具有以下基本特征。（1） 全球性——绿色制造的研究和应用将愈来愈体现全球化的特征和趋势。（2） 配套性——以绿色设计和制造技术为中心的配套系统(绿色营销、绿色标志、绿色教育、绿色法规等相关配套的社会支撑系统)是绿色制造工程的发展方向。（3）集成性——将更加注重系统技术和集成技术的研究。例如，产品和工艺设计与材料选择系统的集成、用户需求与产品使用的集成、绿色制造的问题领域集成、绿色制造系统中的信息集成、绿色制造的过程集成等集成技术的研究将成为绿色制造的重要研究内容。（4） 智能性——人工智能和智能制造技术将在绿色制造研究中发挥重要作用。
四、先进市场网络组织的内涵与发展
先进制造业是以现代生产性服务业和发达的市场网络为支撑的。激烈的市场竞争和快速多变的市场需求使制造业企业在生产过程中面临着提高产品质量、缩短产品的生产销售周期、降低企业运营成本和提升核心竞争力的压力，这使得制造商、供应商、分销商、零售商和研究机构间的联系趋于紧密，并使其之间的界限逐渐淡化（如制造业服务业化），形成了新的市场网络组织结构，集群、供应链是其典型的表现形式。先进市场网络组织可以降低单个企业的经营风险，妥善地解决产品的设计、生产、供应、销售等一系列环节中的问题，并降低企业的外部效应和外部交易成本，提高了企业和整个制造业的国际竞争力。
根据波特的价值链理论，每一个企业都是由进行设计、生产、营销、交货以及对产品起辅助作用的各种活动（材料供应、技术、人力资源、 售后服务等）的集合。这些活动在公司的价值创造中相互联系，组成公司价值增值的链条，即为价值链。价值链并不是一些独立活动的集合，而是相互依存的活动构成的一个系统。并且，一个公司价值链与其他经济单位的价值链也是相连的，任何一个企业都存在于从供应商到消费者的价值链体系中，体系中各价值行为之间的联系对公司竞争优势的大小有着至关重要的影响。因此，发展先进制造业需要对价值链上的活动进行整合与协同，以实现整条价值链的整体提升。
价值链上各环节的增值收益是不同的。通常可用微笑（价值链）曲线表示，在曲线左端（产业链上游）的知识产权开发企业，随着研发和设计的投入，产品增值收益逐渐上升；在曲线右端（产业链下游）的品牌销售企业，随着品牌运作、销售渠道的建立，产品增值收益也大幅上升；而弧底部分的成品装配和低端产品为主的制造业则“流汗多拿钱少”，技术含量低、产品增值少，而且市场竞争激烈，容易被成本更低的同行所替代。
由于制造工艺的标准化以及“模块化”技术的发展，产业内的各工序可以被调整与分割，通过把利润递减的制造环节外包转移出去，跨国公司的经营重点从产品制造向产业链的两端转移，向上游主要是从事技术研发和产品设计；向下主要做销售、做渠道、做品牌和服务等，从而使价值链上知识密集型的环节利润递增，先进制造产业链两端的技术含量更高，附加价值也更高。
同时，先进制造业以发达的供应链网络为依托。供应链是由供应商、制造商、分销商（ 或配送中心）、零售商及用户等实体组成的供需网络，是跨越企业中多个职能部门活动的集合，它包括从订单的发送和获取、原材料的获得、产品的制造，到产品分销给销售商及最终用户的整个过程。它是在给最终顾客提供产品和服务的不同的过程和活动中所涉及的上下游相互联系的组织网络。供应链是相互合作共同控制、管理和改进从供应商到用户的物流和信息流的多个相互联系和依赖的组织的网络。供应链是伴随先进制造业出现的一种社会生产组织方式。有两种基本模式：一是具有单一核心企业的供应链；二是多核心企业的供应链。随着先进制造业的发展，产生了许多先进的供应链管理理念，如绿色供应链管理、敏捷供应链管理、逆向供应链管理、闭环供应链管理以及供应链联盟等。发达国家在制造业不断先进化的同时，其市场支撑体系也在不断变革与创新。
五、先进制造业的基本特征
通过上述分析，我们可以对先进制造业的基本特征作一简要概括。首先，与传统制造业相比，先进制造业的“先进”主要体现在以下几点：在生产方式方面，由单一产品的大规模、标准化生产，转变为可根据社会需求，小批量、多品种生产，具有更强的灵活性和适应性；在生产关联方面，先进制造业更加突出了产业间的生产链动态关联和企业的全球生产配置；在生产理念方面，更注重依靠科技进步，减少能源消耗和环境污染、提高经济效益、增加产品科技含量；在经济发展方面，着眼于未来，更注重信息化程度、无形资产的比重、技术创新的能力，更重视节约型、集约化和可持续发展。
其次，先进制造业是一个动态演变的概念，它随着时间、空间的变化而发展。在经济发展的不同时期，先进制造业表现在不同的制造产业上。以三次产业革命为例，在第一次产业革命中，先进制造业以纺织、煤炭、冶金等产业为代表；第二次产业革命时，先进制造业表现在电力、钢铁、石化等制造业上；在20世纪40年代爆发的第三次产业革命，电子通信、航空航天、光机电一体化、生物医药、新材料等产业作为先进制造业在各国经济中得到较快的发展。[7] 在空间方面，先进制造业在不同经济发展水平的区域表现在不同的产业部门上，因此不同区域在选择先进制造业发展战略时需结合实际情况进行产业选择。
再次，先进制造业是一个开放的系统。其开放性一是表现为制造业已经不再局限于制造的生产环节，而是开放到了包括产前和产后的全过程；二是表现为通过网络化组织向社会经济领域的全面开放，尤其体现为制造业与生产性服务业融为一体；三是表现为全球制造，即在全球范围内整合资源，形成全球价值链和产业链体系。
最后，先进制造业本质上是一种先进的生产方式。发展先进制造业，不仅仅是一个技术进步问题，也不仅仅是一个产业结构转型升级和产业发展问题，而是一场生产方式的深刻变革。如果说世界制造业的发展曾经历了三个阶段，即初级产品生产阶段、加工装配阶段、自主知识产权阶段，那么，先进制造业标志着制造业发展进入了一个新的历史阶段。
[参考文献]
[1]陈宝森. 变革中的美国制造业[J]. 世界经济与政治论坛，2004，（2）.
[2]杨大庆，谭凤其. 世界先进制造业的发展经验及其借鉴[J]. 北方经济，2006，（2）.
[3]秦世俊. 世界先进制造业发展态势[Z]. 维普资讯 .
[4]李斌. 先进制造技术的发展与展望[J]. 制造业信息化，2004，（3）.
[5]杨叔子，吴波. 先进制造技术及其发展趋势[J]. 求是，2004，（4）.
[6]陈定方，尹念东. 先进制造业技术的特点与发展趋势[J]. 黄石理工学院学报，2006，（3）.
[7]舒春等. 日本、美国、中国三国高新技术产业政策的比较分析[J]. 科技与管理，2004，（5）.
责任编辑：黄振荣