成組技術在20世紀50年代初開始發(fā)展，至今已經(jīng)過去了半個多世紀了。在知識爆炸、科學技術日新月異的今天，人們不禁要問：成組技術是否過時?成組技術該如何發(fā)展?本文綜合了成組技術研究者的一些意見，并結合了自己一些不成熟的想法，試圖對此問題進行初步的探討。

1 從企業(yè)環(huán)境的變化看成組技術

    當初人們提出成組技術是為了使制造企業(yè)更好地適應多品種、小批量生產(chǎn)，通過將相似的工作和內(nèi)容歸并處理，提高成組批量，取得規(guī)模經(jīng)濟效應�，F(xiàn)代企業(yè)所處的環(huán)境與50年前有很大的變化，例如，信息技術對企業(yè)和人們的生活產(chǎn)生了深遠的影響。但成組技術的基本思想并沒有落伍，只是現(xiàn)代制造企業(yè)的品種更多、批量更小、客戶需求的個性化程度更高，同時客戶對產(chǎn)品的價格和交貨期要求更高。

2 從生產(chǎn)模式的變化看成組技術

    市場的需求是生產(chǎn)模式變化的原動力。市場的變化直接導致了新的生產(chǎn)模式不斷出現(xiàn)，新的技術對生產(chǎn)模式也有很大的影響，例如網(wǎng)絡技術的出現(xiàn)，使基于信息高速公路的敏捷制造有可能實現(xiàn)。

    但新的生產(chǎn)模式的出現(xiàn)并不意味著傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式就被淘汰。例如，傳統(tǒng)的單件生產(chǎn)模式和大批量生產(chǎn)模式現(xiàn)在依然存在。這是由于產(chǎn)品的多樣性和人們需求的多樣性所決定的。有人需要手工制造的高度個性化的汽車，也有人需要大批量生產(chǎn)的低價格的國民車。

    新的生產(chǎn)模式也并不是完全脫離傳統(tǒng)生產(chǎn)模式而出現(xiàn)的，往往繼承了大量的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的思想和方法。例如，大批量生產(chǎn)中的標準化思想和方法、成組技術的思想和方法在敏捷制造和大批量定制中都在繼續(xù)應用著。

    在同一時期出現(xiàn)的各種不同的生產(chǎn)模式，主要是所考慮的內(nèi)容不同，例如，精益生產(chǎn)模式中不僅有成組技術，還有以人為中心和準時制造的管理方法。圖1簡單地說明了在不同時間出現(xiàn)的生產(chǎn)模式及它們的目標。

圖1 不同時間出現(xiàn)的生產(chǎn)模式及它們的目標

3 從系統(tǒng)工程的角度看成組技術

    成組技術將相似的工作和內(nèi)容歸并處理，提高系統(tǒng)的柔性、可重構性、效率等。顯然，成組技術是一種典型的系統(tǒng)工程方法，在信息社會中具有越來越重要的意義。

    制造業(yè)中的系統(tǒng)工程方法主要可分為：

    (1)系統(tǒng)空間維優(yōu)化。成組技術屬于系統(tǒng)空間維優(yōu)化范疇。主要面對相似產(chǎn)品族、相似零件族、相似工藝族等。

    (2)系統(tǒng)時間維優(yōu)化，以過程為中心組織，提高系統(tǒng)的集成度。如CIMS、并行工程、敏捷制造等�，F(xiàn)代制造企業(yè)需要完整的解決方案，并且只有完整的解決方案才能真正解決企業(yè)的問題，例如，精益生產(chǎn)模式就是一種多品種、小批量生產(chǎn)企業(yè)的比較完整的解決方案。企業(yè)是一個社會-技術系統(tǒng)。成組技術主要是在技術層面上幫助解決現(xiàn)代制造企業(yè)的一些問題。這就對成組技術研究方向提出了如下要求：

    (1)將成組技術作為新的生產(chǎn)模式中的子系統(tǒng)進行研究，同時需要結合其它子系統(tǒng)進行集成研究。對于具體的一個系統(tǒng)的優(yōu)化，需要空間維優(yōu)化和時間維優(yōu)化的綜合。

    (2)研究在新的生產(chǎn)模式中成組技術的新的發(fā)展。

4 從行業(yè)應用看成組技術

    成組技術是一門很實用的橫斷型的技術。它更多地體現(xiàn)為一種哲理和思想。具體的應用需要與應用對象的工程知識相結合。也就是說，成組技術應用必須依靠工程專家。例如，積木塊工業(yè)汽輪機的設計只能由汽輪機專家來進行。

    類似的橫斷型的知識還有系統(tǒng)工程理論和方法。不可想象，一個不懂軍事的系統(tǒng)工程專家能建立一套軍事系統(tǒng)工程理論。

    不同行業(yè)的成組技術方法有顯著不同。工業(yè)汽輪機是積木塊技術應用的典范；箭桿織機通過調(diào)整機械結構、利用凸輪等方法實現(xiàn)設備的柔性化；服裝的大批量定制采用量身定制的夾具、基于基型的一組變型服裝產(chǎn)品(尺寸、顏色不同)。但成組技術的思想和基本原理是通用的。這就對成組技術的研究方向提出了如下要求：

    (1)對不同行業(yè)中的成組技術問題分別研究，提出了諸如造船成組技術等。

    (2)對不同行業(yè)中的相似成組技術問題進行集中研究，例如，模塊化設計理論、本體表示方法、零件分類編碼系統(tǒng)、成組分析方法等。

5 從制造企業(yè)實現(xiàn)目標看成組技術

    制造企業(yè)的目標是低成本、快速地滿足用戶的個性化需求(功能、質(zhì)量等)。主要是通過兩種方式實現(xiàn)這一目標：產(chǎn)品創(chuàng)新和大批量定制。產(chǎn)品創(chuàng)新是通過開發(fā)新產(chǎn)品的方式滿足用戶的需求；大批量定制是通過產(chǎn)品結構的優(yōu)化組合、過程的重組、生產(chǎn)技術的改進而得以實現(xiàn)。而支持這兩種方式的實現(xiàn)的方法很多，成組技術是一種基本的方法，如圖2所示。

圖2 成組技術與制造企業(yè)實現(xiàn)目標和方式

    5.1 產(chǎn)品創(chuàng)新

    產(chǎn)品創(chuàng)新可以分為：自主創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進基礎上的創(chuàng)新。成組技術支持基于以往知識的創(chuàng)新，在技術創(chuàng)新中發(fā)揮重要作用。

    (1)在自主創(chuàng)新中，成組技術的主要作用是：①幫助快速找到創(chuàng)新中所需要的知識；②整理對創(chuàng)新所需要的知識，使之條理化和集成化；③幫助快速找到掌握創(chuàng)新所需要知識的人。自主創(chuàng)新主要依靠人的創(chuàng)造性。

    (2)在集成創(chuàng)新中，成組技術的主要作用是：①幫助快速將創(chuàng)新中所需要的知識集成在一起；②幫助將集成創(chuàng)新中的知識條理化。

    (3)在引進基礎上的創(chuàng)新中，成組技術的主要作用是：①幫助快速找到關聯(lián)的知識，促進引進技術的消化吸收；②對引進知識進行條理化。

    在國外引進技術中，面向零件特征的編碼系統(tǒng)使用很普遍。我國許多企業(yè)明明知道面向零件特征的編碼系統(tǒng)比隸屬制編碼要好，但還是堅持隸屬制編碼不變。這里面，創(chuàng)新精神和支持創(chuàng)新的體制十分重要。

    5.2 大批量定制

    大批量定制主要包括：產(chǎn)品結構的優(yōu)化組合、過程的重組、設計和制造技術的改進等。

    (1)在產(chǎn)品結構的優(yōu)化組合中，成組技術的主要作用是：①支持面向產(chǎn)品族的設計，如產(chǎn)品的模塊化、標準化和系列化設計；②支持產(chǎn)品的配置設計；③支持產(chǎn)品的變型設計。

    (2)在過程的重組中，成組技術的主要作用是：

    ①支持企業(yè)參考模型的建立；②幫助整合與過程重組有關的知識。

    (3)在設計和制造技術的改進中，成組技術的主要作用是：①提高信息技術的應用效果；②支持可重構制造裝備、組件技術等的研究。

6 從制造業(yè)信息化發(fā)展方向看成組技術

    “十五”期間浙江省制造業(yè)信息化技術攻關項目的內(nèi)容主要可分為：①以信息化促進技術創(chuàng)新；②以信息化促進大批量定制。顯然，根據(jù)上面的分析，成組技術在制造業(yè)信息化中可以發(fā)揮積極的作用。信息技術是一種信息處理的自動化方法，成組技術是一種信息處理的系統(tǒng)優(yōu)化方法。在實際的信息系統(tǒng)中需要將這兩種技術結合起來應用。例如，在CAD、CAPP、PDM、ERP、SCM、CRM系統(tǒng)中都需要成組技術。“先信息合理化，后信息化”是制造業(yè)信息化的重要策略。信息合理化很大一部分內(nèi)容是成組技術的內(nèi)容。

    我國的CAD技術已經(jīng)得到了很好的普及，但在如何應用成組技術，進行產(chǎn)品的合理化，提高產(chǎn)品設計的效率，提高零件的重用的比例方面，還需要做大量工作。

    網(wǎng)絡技術的發(fā)展使資源更容易地共享，使企業(yè)與用戶的接觸更直接，用戶參與設計成為可能，企業(yè)間的協(xié)同設計也更經(jīng)常。在這種背景下，成組技術可以有效簡化網(wǎng)絡空間的復雜性，提高協(xié)同設計的效率。

7 成組技術的發(fā)展方向

    時代在發(fā)展，成組技術本身也在發(fā)展。需要從企業(yè)需求出發(fā)，從國家發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)，從學科發(fā)展方向來研究成組技術的發(fā)展方向。

    7.1 基于企業(yè)需求的成組技術的發(fā)展方向

    企業(yè)需求是成組技術發(fā)展的主要動力。

    (1)企業(yè)專業(yè)化分工及在此基礎上形成的企業(yè)聯(lián)盟、供應鏈、虛擬企業(yè)等是制造業(yè)的重要發(fā)展方向。這將使成組技術從企業(yè)內(nèi)應用向企業(yè)群應用的方向發(fā)展，即所謂的大成組技術。目前在國外發(fā)展很快的基于網(wǎng)絡的零件庫能促進企業(yè)專業(yè)化分工，但這種具有幾千萬種零件的零件庫需要成組技術幫助進行合理化和便捷的搜索。

    (2)企業(yè)信息化是當前許多企業(yè)的重要任務。過程和產(chǎn)品信息的合理化是企業(yè)信息化前應做好的工作。成組技術可以有效支持該工作。典型零件(復合零件、主零件、零件母圖)和典型工藝(復合工藝、主工藝文檔)等都是成組技術的產(chǎn)物。

    (3)在生產(chǎn)過程中連續(xù)改善、精益生產(chǎn)等的實施，成組技術更可以大顯神威。如成組夾具、成組加工等都可以幫助企業(yè)降低成本。

    7.2 基于國家發(fā)展戰(zhàn)略的成組技術的發(fā)展方向

    越是復雜的環(huán)境和應用，成組技術越能發(fā)揮較大的作用。因為，成組技術本質(zhì)上是一種簡約化的技術。

    (1)國家和地方政府的科技資助政策在發(fā)生重大變化：更強調(diào)公共財政支持公共的服務平臺，例如江蘇正在建立高校-企業(yè)共建的工程中心，如紡織機械工程中心等。浙江省正在籌建各種先進制造技術公共服務平臺。ASP(應用服務提供)也因此成為信息化的重要發(fā)展方向。例如，杭州愛科軟件公司的服裝ASP平臺，將大量的服裝資源進行合理分類，供用戶選擇；采用網(wǎng)上配置設計系統(tǒng)，讓用戶選擇自己滿意的服裝。

    (2)國家在建立各種知識創(chuàng)新平臺，支持企業(yè)的創(chuàng)新。知識庫是知識創(chuàng)新平臺中的重要內(nèi)容。成組技術可以幫助知識的條理化和編碼化。

    7.3 基于新技術的成組技術的發(fā)展方向

    在企業(yè)和國家的需求驅(qū)動下，在新技術，特別是信息技術的拉動下，成組技術的理論和方法在發(fā)生變化，主要有：

    (1)大批量定制理論和方法：包括模塊化設計理論、產(chǎn)品和過程集成優(yōu)化方法、QFD(質(zhì)量功能配置)理論、產(chǎn)品配置設計理論、產(chǎn)品變型設計理論等。針對具體行業(yè)，有相應的大批量定制理論和方法。

    (2)本體論：信息互聯(lián)互通是信息社會的基礎。識別相同或相似的信息，發(fā)現(xiàn)所希望的信息是信息互聯(lián)互通的基本技術。語義網(wǎng)是面向未來的第二代因特網(wǎng)技術。而本體是語義網(wǎng)的基礎理論，在許多領域得到了認同，如知識工程、語言工程、信息建模、信息檢索等。未來的信息系統(tǒng)將是本體驅(qū)動的信息系統(tǒng)，關鍵原因在于本體能夠很好地表達概念以及概念之間的相互關系。例如，零件描述中存在的歧義和多義等問題，采用本體描述零件能夠較好地解決這個問題。而成組技術一直來用于零件描述。因此，兩者之間有很多的關聯(lián)。

    (3)相似論：相似論的應用范圍比成組技術要寬。相似論在我國有一些原創(chuàng)性的研究。相似論在提高成組編碼、成組分析等方面的理論水平有很大好處。但成組技術與相似論的關系如同機械工程學與系統(tǒng)科學理論的關系。并且，成組技術的發(fā)展還需要多種理論和方法的支持。相似論只是有助于解決空間維優(yōu)化的理論之一。

    (4)系統(tǒng)集成理論：成組技術是系統(tǒng)集成的重要內(nèi)容�，F(xiàn)在系統(tǒng)集成越來越重要，如在分布化環(huán)境中的集成、在網(wǎng)絡環(huán)境中的集成等等。

    (5)網(wǎng)絡環(huán)境中的成組技術：如大成組技術，跨企業(yè)大范圍的成組技術、網(wǎng)絡環(huán)境中的知識和信息的發(fā)現(xiàn)技術。

    (6)知識經(jīng)濟背景下的成組技術：如知識的條理化、知識庫的建立和管理、知識的重用等。

8 成組技術與其它學科的關系

    在研究成組技術自身發(fā)展的同時，還需要研究成組技術與其它學科的關系，通過確定成組技術的內(nèi)涵和外延，明確對成組技術發(fā)展方向的認識。

    (1)成組技術與工業(yè)工程學科：成組技術屬于工業(yè)工程學科�，F(xiàn)在學科發(fā)展方向朝覆蓋面越來越大的方向發(fā)展。在現(xiàn)代技術日新月異的背景下，經(jīng)典的成組技術只能成為工業(yè)工程等大學科中的組成部分。

    (2)成組技術與系統(tǒng)工程學科：系統(tǒng)工程學會是一級學會。成組技術不僅用于機械工程，也可用于其它各種行業(yè)，包括服務業(yè)。因此，從嚴格意義講，成組技術屬于系統(tǒng)工程學科也是比較恰當?shù)摹?/p>

    (3)成組技術與機械工程學科：成組技術在機械產(chǎn)品設計和制造中具有重要作用。前幾年，有人提出將產(chǎn)品模塊學作為機械產(chǎn)品設計和制造的主要課程。

9 成組技術發(fā)展中存在的問題

    只有正視成組技術發(fā)展中存在的問題，才能談得上發(fā)展。成組技術發(fā)展中存在的問題主要是：

    (1)成組技術是一門橫斷型學科，到處有用，但必須與具體專業(yè)結合，才能發(fā)揮作用。這樣，對研究者而言，成組技術不是主業(yè)。例如，搞情報信息學科的人，成組技術的方法用得很多，但他們不會以搞成組技術為主業(yè)。

    (2)成組技術研究缺少相應二級學科的支持。這實際上是由前面的所述的成組技術的學科性質(zhì)所決定的。例如，一些人的研究方向與成組技術有關，但由于其它一些學會有更寬的范圍，可以包容成組技術，如工業(yè)工程、生產(chǎn)工程等。而這些學會與高校的二級學科專業(yè)設置有關，由于人的精力有限，往往只參加這些學會。

    (3)CAD/CAPP/CAM技術、數(shù)控技術、柔性制造技術等的發(fā)展在較大程度上提高了多品種、小批量生產(chǎn)的效率，乃至大批量定制的效率，對現(xiàn)代企業(yè)而言，對經(jīng)典的成組技術需求的迫切性不如以前。也就是說，現(xiàn)在有更多的方法可以提高多品種、小批量生產(chǎn)的效率。

10 關于發(fā)展成組技術的幾點設想

    (1)可以將研究和應用大批量定制技術等方面的人才包括在內(nèi)，擴大隊伍。這方面的人較多。大批量定制技術與成組技術的性質(zhì)相似，只是大批量定制所包容的技術更多。

    (2)以成組技術的橫斷型學科為背景，提供一個跨學科的思想、理論和方法的交流平臺。在日常工作中，除了期刊外，還需要一個有特色的網(wǎng)站支持，吸引更多的不同學科的涉及成組技術的學者、工程師。該網(wǎng)站類似一種知識社區(qū)。

    (3)提出一個更大的、更系統(tǒng)的學科體系，以包括更多的研究者，例如系統(tǒng)集成，不僅進行空間維的集成，還開展時間維的集成；不僅包括技術的集成，還包括人的集成，為企業(yè)信息化、企業(yè)重組、企業(yè)管理咨詢提供一種比較全面的解決方案。

    (4)需要出版一套與成組技術有關的專著，如比較系統(tǒng)的成組技術理論和方法，各種行業(yè)的成組技術(或大批量定制)的專著。目前我們課題組已經(jīng)出版了《大批量定制技術及其應用》的專著，正在編寫《服裝大批量定制》的專著。其它可編寫的專著有：船舶成組技術、建筑成組技術、汽輪機成組技術、軟件成組技術、金融業(yè)成組技術、情報學中的成組技術、知識管理與成組技術等。希望有志于成組技術和大批量定制的學者們一起努力。

    (5)加強高校中成組技術思想和方法的教育，開闊學生的視野，學會從全局看問題，善于發(fā)現(xiàn)事物中的相似性，善于簡化問題。

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本文標題：21世紀成組技術的發(fā)展方向初探

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